Классификация подземных вод по гидравлическому признаку и условиям залегания
К безнапорным подземным водам
относятся все подземные воды, имеющие
над своим уровнем свободную
поверхность. Они не обладают напором.
Передвигаются безнапорные воды от
участков, где уровень воды выше к
участкам, где он ниже. При выходе на
дневную поверхность (долины рек, стенки
оврагов) безнапорные подземные воды
образуют безнапорные нисходящие
источники.
Разгрузка осуществляется в пониженные участки
рельефа (долины рек, овраги) или в нижележащий
безнапорный
водоносный
горизонт
через
гидравлические окна. Воды этого типа обычно имеют
хорошее качество, но используется редко, т.к. этот
случай залегания безнапорных вод встречается
редко.
1 – водоупорные слои; 2- водоносный горизонт грунтовых вод; 3 водоносный горизонт межпластовых безнапорных вод; 4 межпластовые напорные (артезианские) воды; 5 – колодец,
питающийся межпластовой безнапорной водой; 6, 7 – артезианская
скважина.
В зависимости от конкретных условий
для приема подземных вод могут
применяться сооружения следующих
типов:
1. вертикальный водозабор (скважина
или шахтный колодец);
2. горизонтальный водозабор;
3. комбинированный водозабор;
4. лучевой водозабор;
5. каптажи.
Водоносные горизонты и подземные воды
Типовые конструкции скважин на воду
1 — кондуктор; 2— эксплуатационная колонна; 3— муфта для
соединения с бурильной колонной; — сальник; 5 — рабочая часть
фильтра; 6—отстойник; 7— тампонажный камень; 8—водоносный
пласт; 9— техническая колонна; 10— перфорационные каналы; 11 гравий
Глинистый раствор поднимается на
поверхность в отстойник, где от него
отделяется порода. Очищенный
раствор вновь закачивается в скважину.
По окончании бурения в скважину
свободно опускаются трубы, а затем
производится цементация затрубного
пространства.
Бурение скважин на воду при глубине до 100150 м рекомендуют производить ударноканатным способом. Сущность способа
заключается в том, что порода в скважине
разрушается при ударах специального
инструмента, прикрепленного к канату.
Разбуривание породы осуществляется при
помощи долот:
— двутаврового — для вязких и средних пород;
— округляющего — для твердых пород;
— крестовидных — для валунов и трещиноватых
пород.
Затем она извлекается на поверхность и
порода из нее выбивается. Желонками можно
одновременно разбуривать и поднимать
грунт слабых пород. Для подъема
водонасыщенных и мелкозернистых пород
применяют желонки с клапанами в нижней
части. Клапан не дает возможности
выпасть грунту из желонки.
При большой
глубине
увеличивается
трение труб о
грунт. Поэтому
через каждые 3050 м необходимо
уменьшать их
диаметр.
Система обсадных
труб становится
телескопической.
Преимущества ударно-канатного способа
бурения:
лучшее определение пород для
гидрогеологической документации и более
точное определение водоносности пород;
возможность бурения скважин с большим
начальным диаметром (до 900 мм);
возможность точного выявления и
вскрытия водоносных горизонтов;
характеристики водоносных пластов при
бурении не ухудшаются и не требуют
восстановления.
Подземные воды
Среди вод суши наибольшие запасы приходятся на подземные воды, общие запасы которых составляют 60 млн км 3 . Подземные воды могут находиться в жидком, твердом, парообразном состоянии. Они располагаются в почве и в горных породах верхней части земной коры.
Способность горных пород пропускать воду зависит от размеров и количества пор, пустот, трещин.
По отношению к воде все горные породы подразделяют на три группы: водопроницаемые (хорошо пропускают воду), водонепроницаемые (задерживают воду) и растворимые.
Растворимые породы — это калийная и поваренная соли, гипс, известняк. Когда подземные воды растворяют их, на глубине образуются большие пустоты, пещеры, воронки, колодцы (это явление называется карстом).
Водопроницаемые породы можно подразделить на две категории: проницаемые во всей их массе (однородно проницаемые) и относительно проницаемые (полупроницаемые). Примерами хорошо проницаемых горных пород служат галечники, гравий, песок. К полупроницаемым относятся мелкозернистый песок, торф и др.
Кроме этого, водопроницаемые породы могут быть влагоемкими и не влагоемкими.
Невлагоемкие породы — это горные породы, которые свободно пропускают воду, не насыщаясь ею. Это, например, пески, галечник и др.
Влагоемкие — это горные породы, которые удерживают в себе какое-то количество воды (например, один кубический метр торфа удерживает свыше 500 л воды).
К водонепроницаемым горным породам относятся глины, массивные кристаллические и осадочные породы. Однако эти породы могут быть разбиты трещинами и в естественных условиях стать проницаемыми.
Слои водонепроницаемых пород, над которыми залегают водоносные породы, называют водоупорными.
На водоупорных породах просачивающаяся вниз вода задерживается и заполняет промежутки между частицами вышележащей водопроницаемой породы, образуя водоносный горизонт.
Слои водопроницаемых пород, которые содержат воду, называются водоносными.
На равнинах, сложенных осадочными горными породами, обычно чередуются водопроницаемые слои и водоупорные.
Подземные воды залегают слоями (рис. 1). Их можно разделить на три горизонта:
- Верхний горизонт — это пресные воды, залегающие на глубине от 25 до 350 м.
- Средний горизонт — воды, залегающие на глубине от 50 до 600 м. Они обычно минеральные, или соленые.
- Нижний горизонт — вода, нередко погребенная, в высокой степени минерализованная, представлена рассолами. Залегает на глубине от 400 до 3000 м.
Глубокие горизонты вод могут быть ювенильным и (магматического происхождения) или реликтовыми. Вода нижних горизонтов в большинстве случаев образовалась в период формирования заключающих их осадочных пород.
Подземные воды и границы подземных водных объектов.
Классификация вод по характеру залегания
Зона аэрации
В зоне аэрации, мощность которой составляет от 20 см в степных регионах до 3 метров в таежной местности, находится почвенная влага или “верховодка”. В отличие от зоны насыщения поры грунтов зоны аэрации частично заполнены водой. Остальное пространство занимает воздух.
Зона насыщения
В зоне насыщения различают несколько видов водоносных горизонтов, характеризующихся следующим признаком: поры пород, залегающих в зоне насыщения, полностью заполнены водой.
Грунтовые воды
Открытый сверху водоносный горизонт, залегающий на первом от поверхности водонепроницаемом пласте, представляет собой класс грунтовых вод. Грунтовые воды отличаются повышенным содержанием загрязняющих веществ. Грунтовые воды соприкасаются с зоной аэрации.
Межпластовые воды
Межпластовые воды обнаруживаются между двумя водоупорными слоями пород. Межпластовые воды отделены от зоны аэрации, что обуславливает их относительное качество и чистоту.
Межпластовые и грунтовые воды относятся к типу безнапорных подземных вод. На безнапорные водоносные горизонты производится бурение скважин, характеризующихся невысоким водяным дебитом.
Артезианские воды
В отличие от межпластовых и грунтовых вод артезианские воды относятся к типу напорных вод и отличаются высоким качеством и чистотой. Являются стратегическим запасом водных ресурсов. Артезианские скважины используются в качестве источников водоснабжения как индивидуальных хозяйств, так и населенных пунктов, промышленных и сельскохозяйственных предприятий.
