Особливості ґрунтових вод

Це безнапірні води та переміщуються під дією сили тяжіння
Харчування їх здійснюється переважно за рахунок інфільтрації атмосферних опадів та конденсації вологи у зоні аерації
Розвантаження відбувається біля основи схилів у поверхневі водойми та водотоки, з якими ґрунтові води мають гідравлічний зв'язок.
Внаслідок впливу приповерхневих факторів рівень, дебіт, температура та інші параметри ґрунтових вод схильні до коливань у часі
Неглибоке залягання та інтенсивний підземний стік викликають формування переважно прісних ґрунтових вод, але за недостатнього зволоження території вони стають мінералізованими та солоними.

Умови харчування та поширення ґрунтових вод. Живлення грунтових вод здійснюється через зону аерації за рахунок інфільтрації атмосферних опадів (дощових, талих і паводкових вод) і вологи, що конденсується, в зоні аерації.

Розмір інфільтрації залежить від тривалості випадання опадів. Найбільше значення надають тривалі облогові дощі. Зимові опади можуть бути джерелом живлення ґрунтових вод навесні після відтавання промерзлих порід.

У місцях порушення водоупорного перекриття (гідрогеологічні вікна) ґрунтові води можуть поповнюватися за рахунок підтоку напірних вод з розташованих нижче пластів, якщо напірний рівень перевищує позначки ґрунтових вод.

Розвантаження ґрунтових вод відбувається через розсіяні та зосереджені виходи, пластові височування або в заболочені місця. Іноді такі ділянки простягаються вздовж схилу пагорбів у вигляді заболоченої смуги.

Характер залягання ґрунтових вод залежить від багатьох факторів (умов живлення, водопроникності порід, конфігурації берегів водойм та водотоків, з якими ґрунтові води маютьгідравлічний зв'язок, положення водотривкого пласта тощо). Поверхня ґрунтових вод відбивають на карті гідроізогіпс.

Гідроізогіпс називають лінії, що з'єднують точки з однаковими абсолютними, або відносними відмітками рівня грунтових вод.

Глибина рівня ґрунтових вод часто залежить від рельєфу місцевості. Тому поверхня ґрунтових водоносних горизонтів нерідко повторює у згладженому вигляді рельєф. У річкових долинах, балках ярах та інших пониженнях рельєфу ґрунтові води знаходяться на порівняно невеликій глибині, а на вододілах глибина залягання може досягати кількох десятків метрів.

Режим ґрунтових вод, тобто. процес зміни їхньої кількості та якості в часі, вкрай непостійний і залежить від впливу на них природних чи штучних факторів. Режим, який визначається лише природними факторами називаютьприродним або непорушеним, тоді як при впливі на його формування штучних факторів – його називаютьпорушеним.

Напірні підземні води. Напірними називають підземні води в підземних горизонтах, що перекриті і підстилаються водотривкими або відносно водотривкими пластами і володіють гідростатичним натиском. Останній викликає підйом рівня води над покрівлею при розтині свердловин. За сприятливих умов свердловини дають воду, що фонтанує. Однак не скрізь водоносний горизонт із напірними водами дає самовилив.

Для напірних вод характерні такі особливості :

Це міжпластові води, горизонти та комплекси яких ізольовані зверху та знизу водоупорами.
Область живлення та створення напору вод та область їх поширення не збігаються і часто видалені одна від одної на великі відстані
При відкритті напірного водоносного горизонту появаводи в свердловині завжди відзначається глибше в порівнянні з рівнем, що встановився, якщо рівень встановлюється вище земної поверхні, то свердловина фонтанує
Режим цих вод більш стабільний у порівнянні з режимом ґрунтових вод. Поверхневі фактори надають на нього значно менший вплив.
У верхній частині розрізу напірні води прісні, і з глибиною їх мінералізація зростає.

Умови харчування та розповсюдження. Серед природних ємностей напірних вод основними є басейни пластових вод та моноклінальні басейни пластових вод.

Підбасейном пластових вод розуміють сукупність напірних водоносних горизонтів або комплексів, що залягають у синклінальних структурах, де рух підземних вод відбувається під впливом гідростатичного напору.

Водоносні комплекси напірного типу відрізняються відносно невеликим розміром живлення (створення напору) в порівнянні з площею стоку (розвитку напору). Іноді живлення напірних вод здійснюється шляхом підтоку з горизонту, що лежить нижче. Підтік зазвичай відбувається за тектонічно ослабленими зонами або через відносні водотриви. Іноді ці води гідравлічно пов'язані з ґрунтовими на ділянках, де розмиті водонепроникні пласти, що перекривають.

Область розповсюдження напору знаходиться всередині основної площі напірного басейну; в її межах водоносним горизонтам (комплексам) властиві напірні рівні, які прийнято називати п'єзометричними. Відстань по вертикалі від покрівлі водоносного горизонту до п'єзометричного рівня називаютьнапоромпідземних вод. Натиск характеризує запас потенційної енергії води.

П'єзометричний рівень визначають за вимірами у свердловинах, що розкрили водоносний горизонт. Характер поверхні, складенийп'єзометричними рівнями на картах зображують гідроізоп'єзами.Гідроізоп'єзи- це лінії, що з'єднують точки з однаковими абсолютними відмітками п'єзометричного рівня.

Елізійні води. Крім напірних вод, що знаходяться під гідростатичним тиском, існують води з іншим джерелом тиску і живлення. Їх виділяють у самостійну групу. Відмінності в геологічному будові районів поширення та факторів напірності глибинних вод зумовлюють їх поділ на води:

Басейнів пластових вод
Кристалічного фундаменту, у тому числі – давніх щитів
Різного роду розломів глибокого закладання у тектонічно активних областях.

У першому випадку й почасти у другому переважають пасивні причини (гравітація, пластичність порід, присутність вуглеводнів тощо), у третьому – колосальні ендогенні сили. Відповідно на протилежних полюсах будуть води з елізійним та ендогенним харчуванням.

Найбільш типові випадки поширення елізійних вод притаманні басейнам пластових вод. Наприклад, основна маса вод гідрогеодинамічної зони дуже утрудненого водообміну, води нафтових та газових покладів. Пластичні осадові породи мають найкращі властивості з одного боку, для ізоляції підземних вод від впливу гідростатичного напору, а з іншого – для виникнення та збереження гідрогеодинамічних аномалій.

Як правило, для свердловин, що розкривають елізинні води, характерний пульсуючий режим виливу. Їх дебіт швидко, рідше поступово знижується через релаксацію пластового тиску. Такий режим притаманний і розсолу Прип'ятського прогину. Спільним для глибинних розсолів є швидке виснаження дебіту. Глибина залягання таких вод змінюється суттєво. Іноді «запечатані» лінзоподібні покладирозсолів з аномально високим пластовим тиском (АВПД) зустрічаються лише на 0,4 – 0,5 км нижче земної поверхні.

У формуванні ресурсів елізійних вод беруть участь води різного походження, але найчастіше є полігенетичним освітою. Займаючи нижні горизонти, елізіонні води відповідно до нормальної гідрогеохімічної зональності зазвичай мінералізовані. Більш того, вони можуть бути дуже насиченими з мінералізацією понад 500 г/дм 3 . Дуже часто глибинні води містять у підвищених кількостях ряд макро- та мікрокомпонентів (рідкісні луги, бром, фтор, стронцій, літій, важкі метали тощо).

Лекція 4

ГІДРОГЕОДИНАМІКА

Перші роботи з гідродинаміки підземних вод (1856 р.) належать французьким ученим А.А. Дарсі та Ж. Дюпюї . Перший встановив основний закон фільтрації, названий згодомлінійним законом Дарсі (відомий і нелінійний закон Дарсі). Другий застосував закон Дарсі до визначення витрати підземних вод та припливу води до свердловини. Закон Дарсі визначає рух флюїду через пористе середовище. У подальшому викладі мине розглядатимемо рух стисливих рідин, неньютонівських рідин і багатофазного перебігу флюїдів.