Что изучает гидрогеология

Что изучает гидрогеология

ПРЕДМЕТ И ЗАДАЧИ ГИДРОГЕОЛОГИИ

Вода на Земле является важнейшим полезным ископаемым. Она распространена в земных недрах практически повсеместно. Однако ресурсы пресных вод распределены неравномерно. Как отмечалось, минеральные подземные воды имеют бальнеологическую ценность. Подземные рассолы содержат в растворенном виде многие ценные компоненты, такие как бром, йод, литий и много других химических элементов. По меньшей мере – это половина химических элементов таблицы Менделеева. Гидрогеология как самостоятельная область знаний возникла более 100 лет назад. Термин «гидрогеология» вошел в обиход с 80-х годов XIX века. В наши дни – это разветвленная наука.

Что изучает гидрогеология

Есть легенда, дошедшая нам из глубины веков. Один восточный владыка пожелал узнать всё о народах, населяющих мир. В течение пяти лет мудрецы писали для него всемирную историю. На шестой год перед изумленным владыкой предстал длинный караван верблюдов, каждый из них был нагружен многими рукописями, где рассказывалось о странах мира, населяющих их народах и их традициях. Удивленный владыка понял, что ему и до конца жизни не прочесть и небольшой части этих рукописей. Тогда он приказал мудрецам написать только самое-самое главное. Через день самый мудрый мудрец принес ему маленький ларец из сандалового дерева, в котором лежал маленький кусок пергамента. Там была написана только одна небольшая фраза «Они рождались, жили и умирали».

Этот принцип изложения огромного материала, содержащегося в тысячах монографий и крупных статей, посвященных различным аспектам изучаемого предмета, будем использовать и мы при чтении лекций по курсу «Гидрогеология».

Итак, что же такое вода. Из школы мы знаем что это соединение имеет простую химическую формулу – Н2О. Итак, два атома водорода и один атом кислорода составляют молекулу воды.

Эта формула, строго говоря соответствует молекуле водяного пара. В жидком же виде вода имеет признаки «кристаллической» структуры. В такой воде молекулы ассоциированы, т.е. сгруппированы в своего рода «рои», однако существуют и одиночные (мономерные) молекулы. В каждом из роев может содержаться до 12 – 150 молекул воды. При этом с увеличением температуры количество молекул в рое уменьшается. Такие рои живут около одной десяти миллиардной доли секунды. При этом одни – разрушаются, а другие – возникают. Физики называют это явление «мерцающими роями». В наши дни даже в газах имеются слабые признаки упорядоченности. Таким образом, можно сделать неожиданный вывод о том, что вода имеет свойства кристаллической структуры. При изменении температуры в кристаллической структуре воды происходят перестроения от «тридимитной» к кварцевой плотность воды изменяется. Ее максимальное значение наблюдается в интервале 0 — +4 ºС).

Молекулы воды имеют также высокую полярность, электрические полюса, однако мы не будем останавливаться на рассмотрении деталей физики молекул воды из-за краткости нашего курса.

Вода – удивительный минерал. Ее теплоемкость примерно в 10 раз выше, чем у железа и выше чем у других жидкостей, у воды самая высокая в мире минералов скрытая теплота испарения и скрытая теплота плавления. Чтобы выпарить воду из чайника, потребуется в 5,5 раз тепла больше, чем вскипятить его. Из-за такого свойства медленно испаряться, даже в жару не испаряются полностью реки и озера, при этом в них сохраняется жизнь. При замерзании вода превращается в лед, имеющий рыхлую кристаллическую структуру увеличиваясь в объеме на 9% по отношению к первоначальному объему. При этом лед оказывается легче воды и способен плавать на ней. При охлаждении объем воды уменьшается, а начиная с +4 ºС он наоборот – расширяется. Самая плотная вода соответствует 4 С, опускаясь на дно водоема она сохраняет эту температуру, при этом обеспечивая благоприятные условия для зимовки пресноводным обитателям рек, прудов и озер. Из всех жидкостей, кроме ртути у воды самое большое поверхностное натяжение. Каждый видел, как по поверхности водоема бегают некоторые виды насекомых. Некоторые ящерицы также могут бегать по поверхности воды. Они тяжелее воды, но не проваливаются – пленка воды поддерживает их. Дистиллированная вода является диэдектриком и не проводит электрический ток, наконец – вода является сильным растворителем.

Он рассчитан на 36 часов. Из низ – 18 часов лекции, 10 часов – практические занятия и 8 часов – КСР.

Вода относится к важнейшим природным богатствам планеты. Это основа жизни на Земле. Она является источником водоснабжения всех без исключения городов, поселков, деревень и вообще – место обитания человека. Без воды невозможно существование всех живых организмов и растений. Тело человека более чем на две трети состоит из воды. Всем известны три агрегатные состояния воды. Это пар, жидкость и лед. Есть и четвертое агрегатное состояние, при котором вода не замерзает при минус 10, 20, 30 ºС, а при –70 ºС она превращается стеклоподобное вещество. Такая вода получена при конденсации воды в тонких капиллярах. Сверханомальная капиллярная вода плотнее в 1.4 раза обычной питьевой воды и . Такая вода в обычной воде образует резко очерченные капли. Это необычное свойство двух состояний воды, имеющей одинаковый химический состав, является удивительным состоянием воды. Его объясняют крайне плотной упаковкой атомов кислорода и водорода в циклометрической модели.

Кроме питьевого назначения вода широко используется в лечебных целях, в сельскохозяйственном производстве, промышленности и других сферах жизнедеятельности человека. Вода участвует в широком спектре геологических процессов от водной эрозии до формирования минералов, а также – месторождений полезных ископаемых.

Вода, являясь отличным растворителем, участвует в переносе поверхностных загрязнителей в глубокие горизонты с одной стороны и способствует самоочищению, например рек от попавших в них загрязнителей – с другой вследствие разбавления, либо поверхностного смыва. Она и сама – также подвержена загрязнению.

Что же изучает гидрогеология? Гидрогеология является одной из геологических дисциплин. В переводе с греческого языка – это учение о водах Земли. Этот термин был введен в 180 году Ж. Ламарк в качестве специального названия для геологических явлений разрушения и отложений посредством воды, а с 80-х годов XIX термин «гидрогеология» стали употреблять в качестве учения о подземных водах в отличие от «гидрологии» как учения о поверхностных водах (реки, пруды, озера). Другими словами гидрогеология занимается изучением водной оболочки, расположенной ниже земной поверхности. Однако, гидрогеология тесно связана с гидрологией как единая водная система Земли, а через нее – с атмосферой, биосферой и даже — космосом. Эта подземная оболочка называется «гидросферой», либо «гидрогеосферой». Основными компонентами гидросферы являются подземные воды, свободные и связанные, в жидком, парообразном и твердом состоянии. Эти компоненты тесно связаны с горными породами, представляя часть литосферы.

По определению известного ученого-гидрогеолога Ф.П. Саваренеского к «подземным водам в собственном смысле» он относил «капельно-жидкую воду , заполняющую пустоты и поры в горных породах, способную к перемещению в них и вытеканию или извлечению из них» (Саваренский Ф.П. Гидрогеология, 2-е изд. М.;Л: ОНТИИ, 1935. С.13). Аналогичное значение имеет понятие «грунтовые воды», употребляемое в Европе и Америке.

Гидрогеология тесно связана с практическими задачами, такими как удовлетворение потребности человека в пресных и минеральных водах. Гидрогеология тесно связана с геологией, литологией, геохимией. Вкратце – гидрогеология изучает историю подземной гидросферы, ее ресурсы и состав, закономерности пространственного распределения составляющих ее компонентов, происходящие в ней процессы и взаимодействие с окружающими земными оболочками, а также – хозяйственное значение компонентов подземной гидросферы и влияние на них техногенной деятельности человека.

Гидрогеология использует методы исследований, применяемые в других науках о Земле применительно к особенностям изучения подземной гидросферы. Например их геологии (съемка, картирование или палеогидрогеологический анализ), подземной гидравлики (гидродинамический метод), геохимии (гидрохимический метод). В современной гидрогеологии широко используют и другие методы – физические, химические, физико-химические, математические, экологические.

  • 1. Расчет основных гидрологических характеристик реки Волошки (д. Тороповская)

    Физико-географическая и климатическая характеристика бассейна реки Волошка в створе д. Тороповская. Описание методов определения гидрологических характеристик стока воды, наносов. Вычисление коэффициентов вариации. Расчет максимальных расходов талых вод.
    курсовая работа, добавлен 22.07.2014

  • 2. Изучение гидрологии как научной дисциплины

    Использование подземных вод человеком. Мероприятия по рациональному применению и охране подземных вод от истощенности и загрязнения. Значение рек и виды антропогенного влияния на них. Скрытая теплота испарения. Процесс образования плотных ассоциатов.
    контрольная работа, добавлен 05.11.2018

  • 3. Гидрология суши: подземные воды

    Запасы и ресурсы подземных вод. Изучение глубины залегания водных горизонтов в Российской Федерации. Цикл круговорота подземных вод. Допустимые концентрации химических веществ в водных ресурсах. Подземные воды в трещиноватых и закарстованных породах.
    монография, добавлен 04.10.2016

  • 4. Каспийское море

    Определение и характеристика границ Каспийского моря как крупнейшего на Земле замкнутого водоема. Изучение морфологического строения и гидрологической структуры Каспия. Исследование водного баланса, уровня и современного водного режима Каспийского моря.
    реферат, добавлен 04.06.2012

  • 5. Этапы эволюции гидросферы

    Основные этапы эволюции гидросферы. Водный баланс участка местности и атмосферные осадки. Структура глобального и регионального круговорота воды. Происхождение химического состава океанских вод и причины его постоянства. Происхождение подземных вод.
    дипломная работа, добавлен 09.06.2011

  • 6. Основы гидрологии

    Рассмотрено формирование гидрологических процессов, информации, гидрологических расчетов применительно к годовому, внутригодовому и максимальному стоку и вопросы переформирования береговой линии водоемов. Методы расчета гидрологических характеристик.
    учебное пособие, добавлен 15.09.2017

  • 7. Основные понятия гидрологии (сток, расход, напор).

    Мощность и энергия водного потока

    Определение сущности гидрологии — науки, изучающей природные воды и происходящие в них явления и процессы. Исследование и характеристика понятия стока — стекания в моря и понижения рельефа дождевых, талых и подземных вод. Анализ особенностей напора.
    реферат, добавлен 09.10.2015

  • 8. Проект цеха флотации для переработки руды Узельгинского месторождения

    Рассмотрение минералогических данных медной руды, содержания полезных компонентов. Выбор и расчет технологической схемы переработки руды, определение водного баланса. Обзор характеристик оборудования. Расчёт основных затрат на его покупку и установку.
    дипломная работа, добавлен 10.11.2016

  • 9. Анализ гидрологического режима водотока р. Ишим

    Описание физико-географических и гидрологических характеристик водотока р. Ишим. Правила техники безопасности при выполнении гидрометрических работ с лодки, признаки фиктивного расхода воды. Методика оказания помощи при солнечном и тепловом ударе.
    курсовая работа, добавлен 13.07.2014

  • 10. Гидрологические процессы и явления

    Закономерности круговорота воды в природе и оценка водных ресурсов Земли, влияние на них антропогенного фактора. Физические основы гидрологических процессов. Общие сведения о физико-химических реакциях в природных водах. Взаимодействие потока и русла.
    учебное пособие, добавлен 29.09.2018

  • д.б.н. А.С. Никифорова

    I. Организационно-методический раздел

    Цель курса: изучение происхождения и строения подземной гидросферы; гидродинамического, гидрохимического и теплового режимов подземных вод; закономерностей распространения и условий залегания подземных вод, что необходимо при обосновании мелиоративных и природоохранных мероприятий.

    Задачи курса: знакомство с особенностями строения гидрогеологического разреза в рыхлых слоистых отложениях и в неслоистых породах; с особенностями питания, распространения и разгрузки подземных вод.

    Место курса в профессиональной подготовке выпускника. Спецкурс читается на 4 курсе кафедры физики и мелиорации почв после прослушивания курсов «Общая геология», «Петрография с основами минералогии», «Почвоведение» и «Физика почв» параллельно с курсом «Мелиорация почв».

    Требования к уровню освоения содержания курса. При успешном освоении материала студенты должны знать основные закономерности распространения подземных вод, их влияние на водный режим; усвоить понятие о природной защищенности подземных вод от загрезнений и о возможных источниках и путях проникновения загрязнений в подземную гидросферу.

    Темы и краткое содержание.

    Тема 1. Предмет гидрогеологии. Происхождение воды и формирование гидросферы на Земле. Теории происхождения подземных вод: инфильтрационная, конденсационная, седиментационная, ювенильная.

    Тема 2. Водные рессурсы Земли. Гидросфера. Строение подземной гидросферы (гидрогеологический разрез земной коры). Виды воды в горных породах.

    Тема 3. Гидрогеологические свойства среды (горных пород). Пустотность или скважность; влажность и влагоемкость, водоотдача; проницаемость, классификация пород по проницаемости. Понятие о породах-коллекторах и их коллекторских свойствах.

    Тема 4. Основные элементы гидрогеологической стратификации. Классификация подземных вод по условиям залегания в осадочных слоистых породах; в неслоистых горных породах.

    Тема 5. Физические свойства и химический состав подземных вод. Цвет, вкус, запах, прозрачность, сжимаемость, вязкость, электропроводность, радиоактивность, температура воды. Химический состав подземных вод: неорганические минеральные вещества (макро-, мезо- и микроэлементы); органические вещества, газовый состав. Процессы формирования химического состава подземных вод (выщелачивание, растворение, концентрирование, смешение). Основные показатели химических свойств воды: рН, минерализация, ОВП, жесткость, агрессивность. Классификации подземных вод по химическому составу.

    Тема 6. Определение. Воды зоны аэрации: почвенные воды, верховодка. Грунтовые воды Особенности грунтовых вод. Поверхность грунтовых вод. Гидроизогипсы, построение карт гидроизогипс. Питание и разгрузка грунтовых вод. Баланс элемента водоносного пласта грунтовых вод. Режим грунтовых вод (гидродинамический, гидрохимический, температурный). Типы режимов грунтовых вод (водораздельный, прирусловой, переходный). Зональность грунтовых вод.

    Тема 7. Межпластовые подземные воды. Определение. Особенности, мощность водоносного горизонта, пъзометрический уровень. Карты пьезоизогипс (гидроизопьез). Схемы формирования межпластовых подземных вод (наклонное залегание пласта; схема формирования в пластовой системе; схема для глубинных пластов). Артезианские бассейны. Понятие. Строение артезианского бассейна по Овчинникову.

    Тема 8. Подземные воды в трещиноватых и закарстованных породах.

    Тема 9. Подземные воды территорий развития многолетнемерзлых пород: надмерзлотные, межмерзлотные, подмерзлотные.Подземные воды в районах вулканической деятельности.

    Тема 10. Динамика подземных вод. Закономерности движения воды в зоне аэрации, инфильтрация. Режимы течения жидкости и законы фильтрации для ламинарного и турбулентного режима течения. Фильтрация в вязкопластичном режиме. Гидродинамические особенности потоков подземных вод. Мощность, ширина потока, пьезометрический напор. Напорный градиент (гидравлический уклон); кривая понижения напора. Направление движения потока, скорость фильтрации, расход потока подземных вод. Гидродинамические сетки и их использование. Факторы, влияющие на изменение гидродинамических элементов потока. Формы и характер границ потоков подземных вод, краевые условия.

    Установившееся движение подземных вод в однородных пластах. Движение грунтовых вод при горизонтальном и наклонном залегании водоупорного ложа. Построение депрессионной кривой. Движение напорных вод в пластах постоянной и переменной мощности. Построение пьезометрической кривой. Напорно-безнапорное движение подземных вод. Движение подземных вод в районах осушения и орошения. Фильтрация воды из каналов. Основные типы дренажных сооружений и методы их гидрогеологического расчета. Типы гидрогеологических условий орошаемых и осушаемых территорий.

    Тема 11. Гидрогеологическое районирование. Номенклатура гидрогеологических регионов. Артезианские бассейны платформенного типа (строение, гидродинамическая и гидрохимическая зональность). Артезианские бассейны межгорного типа (строение и особенности). Понятие об артезианском склоне.

    Тема 12. Использование и охрана подземных вод от загрязнений. Условия загрязнения подземных вод; основные виды загрязнений; основные процессы, влияющие на миграцию загрязнений; прогноз качества подземных вод в связи с возможностью их загрязнения; природная защищенность подземных вод от загрязнений; специальные мероприятия для защиты подземных вод от загрязнений.

    Перечень примерных вопросов к экзамену. Происхождение воды и формирование гидросферы на Земле; теории происхождения подземных вод. Строение подземной гидросферы Гидрогеологические свойства среды (горных пород). Основные элементы гидрогеологической стратификации. Физические свойства и химический состав подземных вод. Условия формирования, залегания и распространения подземных вод. Воды зоны аэрации. Грунтовые воды. Основные понятия. Режим и баланс грунтовых вод. Межпластовые подземные воды. Основные схемы формирования. Природные емкости артезианских вод. Подземные воды в закарстованных и трещиноватых породах. Подземные воды территорий развития многолетнемерзлых пород Динамика подземных вод. Движение подземных вод в районах осушения и орошения. Гидрогеологическое районирование Использование и охрана подземных вод от загрязнений.

    Распределение часов по темам

    Лекции: 28 часов.

    IV. Форма итогового контроля – экзамен

    V. Учебно-методическое обеспечение курса

    Основная литература

    1. Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии, МГУ, 1991.
    2. Климентов П.П., Богданов Г.Я., Общая гидрогеология, М. Недра, 1977 (1974).
    3. Кац Д.М., Шестаков В.М., Мелиоративная гидрогеология, МГУ, 1996 (1981).
    4. Основы гидрогеологии. Охрана и использование подземных вод, Новосибирск, 1983.

    Дополнительная литература

    1. Основы гидрогеологии. Общая гидрогеология., Новосибирск, 1980.
    2. Справочное руководство гидрогеолога. Т.1, М. Недра, 1975.
    3. Теоретические основы и методика гидрогеологического прогноза загрязнения подземных вод. Наука, 1990.

    Добавить комментарий

    Закрыть меню