ГИДРОГЕОЛОГИЯ (ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ)

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ

Воды, находящиеся в верхней части земной коры и заключенные в порах, трещинах, пустотах горных пород, носят название подземных вод. Гидрогеология — это наука о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, свойствах.

Подземные воды могут быть полезными, выступая в роли запаса технических и питьевых вод, но часто они серьезно осложняют как строительство, так и эксплуатацию дорожных сооружений. Так, при строительстве дорог (аэродромов) подземные воды заполняют дорожные выемки, канавы, карьеры дорожно-строительных материалов, обводняют основания дорожных насыпей, тем самым снижая их устойчивость, обладая агрессивными свойствами разрушают строительные материалы (бетон, кирпич и т. д.).

Подземные воды в большинстве случаев являются первопричиной образования опасных геологических процессов, которые свойственны трассам дорог (аэродромам). Это карст, суффозия, болота, наледи и солифлюкация в криолитозоне, подтопление территорий и т. д.

Автомобильные дороги имеют большую протяженность. Определенные участки дорог всегда имеют различные гидрогеологические условия, что необходимо учитывать при проектировании дорожных сооружений. Поэтому строители дорог (аэродромов) должны знать основные положения гидрогеологии и использовать их при решении вопросов водоснабжения дорог и поиска способов борьбы с подземными водами в целях обеспечения надежности эксплуатации различных инженерных сооружений.

Круговорот воды в природе. Вода в условиях земной поверхности находится в постоянном движении. Испаряясь с поверхности морей, океанов и суши, она в парообразном состоянии поступает в атмосфе-т

Диссипация атомов водорода в космосе

Полный круговорот воды в природе

Рис. 38. Полный круговорот воды в природе

ру. При соответствующих условиях пары конденсируются и в виде атмосферных осадков (дождей, снега) возвращаются на поверхность Земли — в морские бассейны и на сушу. Так происходит полный круговорот воды в природе (рис. 38).

В процессе круговорота происходит постоянное возобновление природных вод, в том числе и подземных. Процесс смены первоначально накопившихся вод поступающими вновь называют водообменом. Установлено, что в круговороте воды на Земле ежегодно участвуют более 500 тыс. км3 воды. Наиболее активно возобновляются речные воды.

Интенсивность водообмена подземных вод различна и зависит от глубины их залегания от поверхности земли. С водообменом в значительной степени связано появление подземных вод. Вообще же по происхождению подземные воды принято делить на инфильтрацион-ные, ювенильные и седиментационные (реликтовые).

Инфилътрационные (лат. т — в + Д1&аИо — процеживание) подземные воды, как следует из самого названия, образовались из атмосферных осадков, речных, озерных и других вод, которые под действием гравитации просачивались вглубь земной коры по крупным порам, трещинам и пустотам горных пород. С некоторой условностью к этим водам можно отнести и конденсационные воды, образовавшиеся в результате конденсации паров воды из воздуха, находящихся в по-ровом (пустотном) пространстве горных пород. Для конденсационных вод также свойственно движение сверху вниз под действием силы тяжести.

Ювенильные подземные воды образуются за счет соединения кислорода и водорода, выделяемых при магматических процессах, а также при дегидратации минералов, содержащих воду в своей кристаллической решетке. В частности, минерал гипс (СаБСЬ • 2Н20) при нагреве переходит в ангидрит, освобождая две молекулы воды. Ювенильные воды могут выходить на поверхность земли в районах вулканической деятельности в виде выбросов пара из трещин или горячих источников, т. е. для них характерно движение снизу вверх.

Седиментационные (реликтовые) воды возникли после образования (седиментации) древних морских осадков в начале геологической истории формирования земной коры и, по существу, являются захороненными в горных породах водами древних морских бассейнов.

Виды воды в грунтах. После своего образования подземная вода может находиться в горных породах (грунтах) в различных видах:

  • • кристаллизационная и химически связанная вода входит в состав минералов, например как в вышеуказанный гипс, и может быть удалена из них только нагреванием;
  • • вода в твердом состоянии (лед) встречается в породах с отрицательной температурой в виде кристаллов и прожилков льда;
  • • парообразная вода находится в воздухе, заполняющем пустоты пород; при незначительном количестве этого вида воды (до 0,001 % от веса породы) она способна к быстрому перемещению в толщах грунтов, существенно влияя на их свойства;
  • • гигроскопическая (прочносвязанная) вода располагается на мельчайших частицах грунта в виде прерывистой молекулярной пленки, удерживается на них за счет электромолекулярных сил, не подвергается воздействию гравитации и обладает специфическими физическими свойствами (температура замерзания близка к — 4 °С; плотность достигает 1,4 г/см3; движется в сторону падения электрического потенциала, увеличения дисперсности грунта, пониженных температур и др.);
  • • пленочная (рыхлосвязанная) вода представляет собой пленку уже из нескольких тысяч молекулярных слоев, также удерживается электромолекулярными силами, способна к перемещению от толстых слоев воды к менее толстым пленкам, но так же как и гигроскопическая, не зависит от сил гравитации, не передает гидростатического давления;
  • • капиллярная вода, как следует из ее названия, находится в тончайших капиллярах (лат. сарШашБ — волосяной), трубочках или порах, удерживается в них силами поверхностного натяжения (капиллярными силами) и либо подтягивается вверх (на высоту до 1,5—3,0 м) от скоплений подземных вод, либо существует самостоятельно в виде капиллярно-подвешенной воды; капиллярная вода в капиллярах диаметром 1,6 мм замерзает при — 6,4 °С, а при диаметре в 0,06 мм — около — 19 °С. Эта вода способна передвигаться за счет разности температур (от холода к теплу), растворять и переносить соли;
  • • гравитационная (свободная, текучая) вода находится в породах в капельно-жидком состоянии и обладает способностью перемещаться в них по порам и трещинам под действием силы тяжести.

Следует отметить, что лишь последний вид воды является основным объектом изучения гидрогеологии, тогда как в инженерной геологии все перечисленные виды воды играют ответственную роль, обусловливая основные свойства грунтов и многие неблагоприятные с точки зрения строителя и проектировщика процессы и явления в земной коре.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >