Что такое подземная вода: определение, характеристика и виды. Свойства подземных вод

Виды подземных вод: описание, характеристика и особенности

Вода представляет собой наиболее распространенное вещество на нашей планете, благодаря которому поддерживается на ней жизнь. Она находится и в литосфере, и в гидросфере. Биосфера Земли состоит на ¾ из воды. Важную роль в кругообороте данного вещества играют его подземные виды. Здесь она может образовываться из мантийных газов, в процессе стока атмосферных осадков и т. д. В данной статье мы рассмотрим виды подземных вод.

Понятие

Под подземными водами понимают последние, находящиеся в земной коре, расположенные в горных породах, находящихся ниже поверхности Земли в различных агрегатных состояниях. Они составляют часть гидросферы. Как считает В. И. Вернадский, данные воды могут располагаться на глубине до 60 км. Расчетный объем подземных вод, расположенных на глубине до 16 км, составляет 400 млн кубических км, то есть треть от вод Мирового океана. Они расположены в двух этажах. В нижнем из них находятся метаморфические и магматические горные породы, поэтому здесь количество воды лимитированное. Основная масса воды расположена в верхнем этаже, в котором расположены осадочные породы.

Классификация по характеру обмена с поверхностными водами

В нем выделяют 3 зоны: верхнюю — свободного; среднюю и нижнюю — замедленного водного обмена. Виды подземных вод по составу в разных зонах различны. Так, в верхней из них располагаются пресные воды, использующиеся для технических, питьевых и хозяйственных целей. В средней зоне расположены древние воды различного минерального состава. В нижней части находятся высокоминерализованные рассолы, из которых добывают различные элементы.

Классификация по минерализации

Выделяют следующие виды подземных вод по минерализации: ультра-, пресные, имеющие относительно повышенную минерализацию - только последняя группа может достигать уровня минерализации 1,0 г/куб. дм; солоноватые, соленые, повышенной солености, рассолы. У последних минерализация превышает 35 мг/ куб. дм.

Классификация по залеганию

Выделяют следующие виды подземных вод по условиям залегания: верховодку, грунтовые, артезианские и почвенные воды.

Верховодка в основном формируется на линзах и выклинивающихся пластах слабопроницаемых или водоупорных горных пород в зоне аэрации при инфильтрации поверхностных и атмосферных вод. Иногда она образуется за счет иллювиального горизонта под почвенным слоем. Формирование данных вод связано с процессами конденсации водных паров помимо перечисленных выше. В некоторых климатических зонах они формируют достаточно большие запасы качественной воды, но в основном образуются маломощные водоносные горизонты, исчезающие при засухе и образующиеся в периоды интенсивных увлажнений. В основном данный вид подземных вод характерен для суглинков. Его мощность достигает 0,4-5 м. Существенное влияние на образование верховодки оказывает рельеф. На крутых склонах она существует короткое время или отсутствует вовсе. На плоских степях с понижениями в виде блюдец и плоских водоразделах, на поверхности речных трасс формируется более устойчивая верховодка. Она не имеет гидравлической связи с речными водами, при этом легко загрязняется иными водами. При этом она может питать грунтовые воды, а может расходоваться на испарение. Верховодка может быть пресной или слабоминерализованной.

Грунтовые воды - это часть подземных вод. Они расположены на первом водоносном горизонте от поверхности, залегают на первом водоносном пласте, выдержанном по площади. В основном они - безнапорные воды, небольшой напор могут иметь в участках с локальным водоупорным перекрытием. Глубина залегания, их химические и физические свойства подвержены периодическим колебаниям. Распространены повсеместно. Питаются посредством инфильтрации осадков из атмосферы, фильтрации из поверхностных источников, конденсации водных паров и внутригрунтового испарения, дополнительного питания, поступающего из нижерасположенных водоносных горизонтов.

Артезианские воды - это часть подземных вод, имеющих напор, залегающих в водоносных горизонтах между относительно водоупорными и водоупорными пластами. Они залегают глубже грунтовых. У них в большинстве случаев области питания и создания напора не совпадают. Вода появляется в скважине ниже установившегося уровня. Свойства данных вод менее подвержены колебаниям и загрязнениям по сравнению с грунтовыми.

Почвенные воды представляют собой таковые, которые приурочены к почвенному водному слою, принимают участие в снабжении растений данным веществом, связаны с атмосферой, верховодкой и грунтовыми водами. Они оказывают существенное влияние на химсостав грунтовых вод при их глубоком залегании. Если последние расположены неглубоко, то почва переувлажняется и начинается заболачивание. Гравитационная вода не формирует отдельного горизонта, передвижение осуществляется сверху вниз под действием капиллярных сил или сил тяжести в различных направлениях.

Классификация по формированию

Основными видами подземных вод являются инфильтрационные, которые формируются из-за просачивания атмосферных осадков. Помимо этого они могут образовываться в результате конденсации водяного пара, который попадает в трещиноватые и пористые породы вместе с воздухом. Помимо этого выделяют реликтовые (погребенные) воды, которые были в древних бассейнах, но были захоронены мощными слоями осадочных пород. Также отдельным видом идут термальные воды, которые образовались на последних этапах магматических процессов. Эти воды образуют магматогенные или ювенильные виды.

Классификация движения рассматриваемых объектов

Выделяют следующие виды движения подземных вод (см. рисунок).

Просачивание поверхностных вод и осадков из атмосферы происходит в зоне аэрации. При этом данный процесс подразделяется на свободно осуществляемый и нормальную инфильтрацию. Первый предполагает осуществление движения сверху вниз под влиянием силы тяжести и капиллярных сил по неким канальцам и капиллярным порам, при этом пористое пространство не насыщается водой, что способствует сохранению движения воздуха. При нормальной инфильтрации к перечисленным выше силам присоединяются градиенты гидростатического давления, что приводит к тому, что поры полностью заполняются водой.

В зоне насыщения действуют гидростатическое давление и сила тяжести, что способствует перемещению свободной воды по трещинам и порам в стороны, уменьшение напора либо уклона поверхности горизонта, несущего воду. Такое движение называют фильтрацией. Наибольшая скорость движения воды наблюдается в подземных карстовых пещерах и каналах. На втором месте идут галечники. Гораздо более медленное перемещение наблюдается в песках — скорость составляет 0,5-5 м/сутки.

Виды подземных вод в зоне вечной мерзлоты

Данные подземные воды классифицируют на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Первые располагаются в толще многолетней мерзлоты на водоупоре в основном в подножии склонов или на дне речных долин. Они, в свою очередь, делятся на сезонно промерзающие, верховодку, расположенную в деятельном слое; на сезонно частично промерзающие, с верхней частью в активном слое, на сезонно непромерзающие, залегание которых отмечается ниже сезонно промерзающего слоя. В некоторых случаях может происходить разрыв деятельного слоя различных грунтов, что приводит к выходу некоторой части надмерзлотных вод на поверхность, где приобретает вид наледи.

Межмерзлотные воды могут присутствовать в жидкой фазе, но наибольшее распространение получили в твердой фазе; как правило, не подвержены сезонным процессам оттаивания/промерзания. Данные воды в жидкой фазе обеспечивают водообмен с над- и подмерзлотными водами. Могут выходить на поверхность как родники. Подмерзлотные воды являются артезианскими. Они могут быть от пресных до рассолов.

Виды подземных вод России те же, что были рассмотрены выше.

Загрязнение рассматриваемых объектов

Выделяют следующие виды загрязнения подземных вод: химическое, которое, в свою очередь, подразделяется на органическое и неорганическое, тепловое, радиоактивное и биологическое.

В качестве химических загрязнителей в основном выступают жидкие и твердые отходы промышленных предприятий, а также пестициды и удобрения от сельхозтоваропроизводителей. Тяжелые металлы, другие токсичные элементы в наибольшей степени поражают грунтовые воды. По водоносным горизонтам они распространяются на значительные расстояния. Подобным образом ведет себя и загрязнение радионуклидами.

Биологическое загрязнение вызывает патогенная микрофлора. Источниками загрязнения обычно выступают скотные дворы, поля фильтрации, неисправная канализация, выгребные ямы и др. Распространение микрофлоры определяется скоростью фильтрации и выживаемостью данных организмов.

Тепловое загрязнение является увеличением температуры подземных вод, возникающим при эксплуатации водозабора. Оно может возникать на участках сброса отработанных сточных вод или при расположении водозабора вблизи водоема с более нагретыми поверхностными водами.

Использование недр

Добыча подземных вод как вид пользования недрами регулируется ФЗ «О недрах». На добычу данных объектов требуется получение лицензии. Она выдается по отношению к подземным водам на срок до 25 лет. Срок пользования начинает исчисляться с момента госрегистрации лицензии.

Работы по добыче нужно зарегистрировать в Росреестре. Далее составляют проект геологоразведочных работ и передают его на госэкспертизу. Затем готовят проект организации санохрзоны подземного водозабора, оценивают запасы этих вод и передают расчеты в госэкспертизу, фонд геоинформации и Росгеолфонд. Далее к полученным документам прикладывают свидетельства о праве собственности на землю, после чего подается заявка на лицензию.

В заключение

Какие виды подземных вод есть в России? Те же самые, что и в мире. Площадь нашей страны достаточно большая, поэтому в ней есть и мерзлотные, и артезианские, и грунтовые, и почвенные воды. Классификация рассматриваемых объектов достаточно сложна, и в данной статье она отражена неполная, здесь показаны самые основные ее моменты.

fb.ru

§ 7. Физические свойства и химический состав подземных вод

Физические свойства. Основными физическими свойствами подземных вод являются: температура, цвет, прозрачность, вкус, запах и электропроводность.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах. Как правило, в платформенных областях она увеличивается с глубиной. В высокогорных районах и в области распространения многолетней мерзлоты температура подземных вод низкая; в последнем случае высокоминерализованные воды местами имеют даже отрицательную температуру (5 С и ниже). В районах молодой вулканической деятельности, а также в местах выходов гейзеров (Камчатка, Исландии, Америка и др.) температура воды иногда превышает 120°С. Температура неглубоко залегающих подземных вод в средних широтах обычно изменяется в пределах 5—12° С и обусловливается местными климатическими (в основном) и гидрогеологическими условиями.

Цвет подземных вод зависит от имеющихся в них механических и коллоидных примесей. Желтоватый и буроватый цвет воде придают органические примеси; закисные соединения железа и сероводород дают зеленовато-голубую окраску. Обычно подземные воды бесцветны.

Прозрачность подземных вод зависит от содержания в них механических примесей и органических веществ. Прозрачность определяют при помощи цилиндра, который ставят на специальный шрифт, после чего через кран выпускают воду из цилиндра до тех пор, пока через оставшийся слой воды не станет ясно читаться шрифт. Высота оставшегося столба воды в сантиметрах и определяет степень прозрачности воды. Подземные воды обычно имеют прозрачность выше 30 см.

Вкус подземной воде придают растворенные минеральные вещества, газы и примеси. Хлористый натрий придает воде соленый вкус, сульфаты магния — горький, соли железа — ржавчины или чернил, органические вещества —сладковатый, гидрокарбонаты кальция и магния, а также свободная углекислота — приятный, освежающий. Вкус определяется в воде, подогретой до 20—30° С. Следует иметь в виду, что вкусовые ощущения субъективны.

Запаха подземные воды обычно не имеют. Однако иногда встречаются воды с запахом тухлых яиц (сероводород), «болотным», гнилостным, с запахом плесени и др. Питьевая вода не должна иметь запаха. Для точного определения запаха воду подогревают до 50—60° С.

Благодаря содержанию в воде растворенных веществ — катионов и анионов, называемых электролитами,— подземным водам присуща электропроводность. Величина ее находится в сложной зависимости от концентрации растворенных веществ, их валентности и температуры. Величина электропроводности дает возможность судить об общей минерализации подземных вод. Электропроводность пресных вод колеблется в пределах 3310- 1,310ом.

Химический состав подземных вод. В природных подах обнаружено в растворенном виде свыше 80 элементов периодической системы Менделеева. Следовательно, подземные воды являются природными растворами. Наиболее широко распространены в природных водах С1, S, С, Si, N, О, Н, К, Na, Мg, Са, Fе, А1; другие элементы встречаются реже и обычно в небольших количествах.

Определение химического состава подземных вод имеет большое значение. Руководствуясь существующими нормативами, практическая оценка подземных вод (для водоснабжения, при строительстве, в горном деле, для орошения и других целей) может быть самой различной.

Свойства подземных вод определяются количеством и соотношением содержащихся в них в растворенном виде солей, присутствующих в воде в виде ионов — катионов и анионов. Наибольшее практическое значение имеют следующие: катионы , К, Мg, Са,Fе, Мn; анионы — ОН, С1,SО, НСО. В молекулярном и коллоидном состоянии почти во всех водах содержатся органические вещества и коллоиды:SiO

nН2О, Fе

nН2О Аl

Оз

nН2О и др. В молекулярном виде в подземных водах содержатся газы СОз, СН4, О2, N2, Н2S и др.

В состав природных вод входят почти все известные радиоактивные элементы, но практическое значение приобрели воды, содержащие уран, радий и радон. Радиоактивные подземные воды широко используются в бальнеологии и при поисках различных полезных ископаемых.

Реакция воды. Для правильного определения химического состава подземных вод нужно знать концентрацию водородных ионов, или так называемую активную реакцию воды, количественно выражаемую величиной рН, которая представляет собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода (точнее, их активность), взятый с положительным знаком: рН = lg(Н+). Знать эту величину необходимо для решения ряда теоретических и практических вопросов (оценка агрессивности подземных вод, их коррозирующем способности и др.). При температуре 22° С в чистой воде содержание водородных и гидроксильных ионов равно (порознь) 10, следовательно, для нейтральных вод рН = 7, при рН > 7 вода имеет щелочную реакцию, а при рН < 7 — кислую. По величине рН воды делятся на весьма кислые (рН < 5), кислые (рН = 5 — < 7), нейтральные (рН = 7), щелочные (рН > 7 — 9) и высокощелочные (рН > 9). Подземные воды обычно имеют слабощелочную реакцию. Воды сульфидных и особенно колчеданных и каменноугольных месторождений обычно кислые и весьма кислые.

Определять концентрацию водородных ионов необходимо на месте взятия проб воды. Наиболее распространенный способ определения— колориметрический, основанный на свойстве индикаторов менять свою окраску в зависимости от концентрации водородных ионов.

Жесткость воды— особое ее качество, обусловленное присутствием ионов Са2+ и Мg2+. Жесткость подземных вод имеет большое значение при их оценке для практического использования. Жесткая вода плохо взмыливается, дает накипь в паровых котлах (что уменьшает их теплопроводность, приводит к перерасходу топлива и может вызвать аварию) и в посуде, вспенивается, в жесткой воде медленнее развариваются овощи, мясо, крупа и другие продукты. Различают общую жесткость, обусловленную содержанием в воде всех солей кальция и магния: Са(НСО3)2, Мg(НСO3)2, СаSO4, МgSО4, СаСl2, МgСl2; карбонатную, или временную, обусловленную наличием в воде бикарбонатов (солей НСO3) кальция и магния, удаляемых при кипячении вследствие их разрушения и перехода в слаборастворимые карбонаты, выпадающие в осадок; некарбонатную, или постоянную, остающуюся в воде после удаления бикарбонатов, равную общей минус карбонатная.

Раньше жесткость выражали и немецких градусах. За один градус жесткости условно принимали жесткость воды, отвечающую содержанию в 1 л 10 мг СаО. В настоящее время в СССР согласно ГОСТ 2874—54 жесткость воды выражают в миллиграмм-эквивалентах Саи Мg на 1 л коды; 1 мг • экв соответствует содержанию 20,04 мг/л Саили 12,16 мг/л Мg и равен 2,8° немецких.

Жесткость природных вод колеблется от нескольких миллиграмм-эквивалентов до десятков и сотен; в одном и том же водоисточнике жесткость неодинаковая в разные времена года.

Щелочность обусловливается наличием в воде щелочей натрия (NаОН), карбонатов и бикарбонатов натрия (Na2CO3 и NaНСО3). В зависимости от анионов различают щелочность гидратную, карбонатную и бикарбонатную. Выражают щелочность в миллиграмм-эквивалентах на литр; 1 мг • экв/л щелочности соответствует содержанию 40,0 мг/л NаОН, 53,0 мг/л NаСО3 и 84,22 мг/л NаНСОз. Общая щелочность (сумма всех видов) является важной характеристикой подземных вод, идущих на питание паросиловых установок и охлаждающих устройств.

Нормы оценки качества воды для питья и технических целей. Оценка качества питьевой воды. Питьевая вода должна быть бесцветной, прозрачной, иметь температуру от 4 до 15° С, не иметь неприятного вкуса и запаха, не содержать болезнетворных бактерий, солей тяжелых, металлов.

При выборе и оценке воды источника централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения пользуются государственными стандартами (ГОСТ 2761—57, ГОСТ 2874—54 и др.). Сухой остаток в воде не должен превышать 1000 мг/л. Возможность повышения сухого остатка и предельное содержание сульфатов и хлоридов устанавливается органами государственной санитарной инспекции в зависимости от местных условий. Общая жесткость воды должна быть не свыше 7 мг • экв и в исключительных случаях не более 14 мг • экв. При большей жесткости воду следует умягчать. В отдельных районах, например в сухих степях Северного Кавказа и Украины, из-за отсутствия лучшей воды используют воду с сухим остатком до 1500—2500 мг/л, хлора до 450—600 мг/л, сульфатов до 300—500 мг/л и с жесткостью 10—14 мг- экв.

Совершенно не допускается в питьевой воде присутствие аммиака и азотной кислоты, указывающих на фекальную загрязненность.

Питьевая вода, подаваемая без очистки, может содержать свинца не более 0,1 мг/л, мышьяка—0,05 мг/л, фтора—1,5 мг/л, меди — 3 мг/л, цинка — 5 мг/л, железа — 0,3 мг/л и не содержать следов других ядовитых веществ.

В воде должны отсутствовать бактерии брюшного тифа, холеры и дизентерий. Показателем загрязненности воды патогенными бактериями служит кишечная палочка коли. Палочка коли сама по себе безвредна, но указывает на то, что в воду попали канализационные стоки, в составе которых могут быть и болезнетворные бактерии. Загрязненность воды оценивается величиной коли-титра, представляющего собой объем воды в кубических сантиметрах, в котором содержится одна кишечная палочка. Для водопроводов, подающих воду без очистки, допускается коли-титр 300 см3 и более. В последнее время в СССР бактериальную чистоту воды принято оценивать коли-тестом, представляющим собой количество кишечных палочек в 1 л воды; по ГОСТ коли-тест не должен превышать 3.

Оценка качества технической воды. Каждое производство предъявляет свои требования к воде, с учетом которых и дается опенка пригодности воды. Обычно вода для промышленных целей должна быть прозрачной, бесцветной, без запаха и по возможности мягкой.

Вода, идущая на питание паровых котлов, оценивается накипеобразованием, вспениванием и коррозией стенок котла, вычисляемыми по формулам, приведенным в справочниках и специальной литературе. Для питания котлов вода должна иметь сухой остаток не более 300 мг/л, содержать хлора менее 200 мг/л, агрессивная кислота должна отсутствовать, жесткость должна быть менее 1,8 мгэкв дли трудноочищаемых котлов и 3 мг • экв для легко-очищаемых котлов и удовлетворять некоторым другим требованиям. Особо высокие требования предъявляют к воде, идущей на Питание паровых котлов современных ТЭЦ, вырабатывающих пар высоких параметров.

Агрессивность воды по отношению к бетону и железу. Обычно агрессивна по отношению к бетону вода, содержащая сульфаты сверх допустимого количества и агрессивную углекислоту. Соответственно различают сульфатную и углекислую агрессивность воды. Кроме того, агрессивность может быть выщелачивающая, общекислотная, магнезиальная и кислородная.

Сульфатная агрессивность. При наличии в воде повышенного количества сульфатов (SO) происходит кристаллизация в бетоне новых соединений; образуются гипс СаSО2Н2О с увеличением объема на 100% и сульфоалюминат кальция (бетонная бацилла) с увеличением объема в 2,5 раза, что и приводит к разрушению бетона.

При углекислой агрессии происходит растворение и выщелачивание из бетона составных частей, в тот или иной мере растворимых в воде (главным образом извести СаСОз, составляющей основную часть цемента).

Агрессивность выщелачивания происходят за счет растворения и вымывания из бетона извести при малом содержании в воде НСОз. При небольшой временной жесткости в воде содержится настолько мало НСО3, что уже при содержании свободного СО2, равновесного с атмосферой (0,6 мг/л), часть его будет агрессивной, разрушающе действующей на бетон.

Общекислотная агрессивность обусловлена низким значением водородного показателя рН (менее 7 при временной жесткости менее 24° и менее 6 -7 при временной жесткости более 24°), вследствие чего усиливается растворение извести.

Магнезиальная агрессивность, как и сульфатная, ведет к разрушению бетона при проникновении в тело бетона воды с повышенным содержанием Мg.

Кислородная агрессивность обусловливается наличием в воде кислорода и проявляется преимущественно по отношению к металлическим предметам (трубам, насосам, рельсам и т. п.), вызывая их коррозию.

Агрессивность подземных вод детально учитывается в соответствии с требованиями «Инструкции по проектированию. Признаки и нормы агрессивности среды для железобетонных и бетонных конструкций» СН 249—63.

studfiles.net

Физические, химические, минеральные и другие свойства вод подземного залегания

Физические свойства

К физическим свойствам подземных вод относятся температура, цвет, прозрачность, вкус, запах и электрическая проводимость.

Температура подземных вод изменяется в широких пределах. Как правило, в платформенных областях она увеличивается с глубиной. В высокогорных районах и в области распространения многолетней мерзлоты температура подземных вод низкая; в последнем случае высокоминерализованные воды местами имеют даже отрицательную температуру (-5°С и ниже). В районах молодой вулканической деятельности, а также в местах выходов гейзеров (Камчатка, Исландия, Северная Америка и др.) температура воды иногда превышает 120°С. Температура неглубоко залегающих подземных вод в средних широтах обычно изменяется в пределах 5–12°С и обусловливается местными климатическими (в основном) и гидрогеологическими условиями.

Цвет подземных вод зависит от имеющихся в них механических и коллоидных примесей. Органические примеси придают воде желтоватый и буроватый цвет, а соединения оксида железа и сероводород — зеленовато-голубой. Обычно подземные воды бесцветны.

Прозрачность подземных вод также зависит от содержания в них механических примесей и органических веществ. Прозрачность определяют при помощи цилиндра, который ставят на специальный шрифт, после чего через кран выпускают воду из цилиндра до тех пор, пока через оставшийся слой воды не станет ясно читаться шрифт. Высота оставшегося столба воды в сантиметрах и определяет степень прозрачности. Подземные воды обычно не содержат взвешенных частиц и имеют прозрачность выше 30 см.

Вкус подземной воде придают растворенные минеральные вещества, газы и примеси. Хлористый натрий придает воде соленый вкус, сульфаты магния — горький, соли железа — терпкий, органические вещества — сладковатый, гидрокарбонаты кальция и магния, а также свободная углекислота — приятный, освежающий. Вкус определяется в воде, подогретой до 20–30°С. Следует иметь в виду, что вкусовые ощущения субъективны.

Запаха подземные воды обычно не имеют, однако иногда встречаются воды с запахом тухлых яиц (сероводород), «болотным», гнилостным, плесени и др. Питьевая вода не должна иметь запаха. Для точного определения запаха воду подогревают до 50–60°С.

Благодаря содержанию в воде растворенных веществ — катионов и анионов, называемых электролитами, — подземным водам присуща электрическая проводимость. Величина ее находится в сложной зависимости от концентрации растворенных веществ, их валентности и температуры. Величина электрической проводимости дает возможность судить об общей минерализации подземных вод.

Химический состав подземных вод

В природных водах обнаружено в растворенном виде свыше 80 элементов периодической системы Менделеева. Следовательно, подземные воды являются природными растворами. Наиболее широко распространены в природных водах Cl, S, С, Si, N, О, Н, К, Na, Mg, Са, Fe, Al, другие элементы встречаются реже и обычно в небольших количествах.

Водные растворы земных недр — это динамическая система, которая содержит Н2О и некоторое количество газов в различных фазах и состояниях; состав системы постоянно изменяется. Так, при выщелачивании пресные атмосферные осадки или речные воды растворяют какой-либо элемент из минерала, при этом их минерализация повышается и меняется состав, причем в воду переходят наиболее растворимые соли — NaCl, Na2SO4 и др.

При внедрении пресных инфильтрирующихся вод в осадочные породы морского генезиса происходят вытеснение раствора и смешение с водами морского происхождения.

Определение химического состава подземных вод имеет большое значение. Требования к качеству подземных вод изменяются в зависимости от целей их использования (для водоснабжения, при строительстве, в горном деле, для орошения и др.).

Свойства подземных вод зависят от количества и соотношения содержащихся в них в растворенном виде солей, присутствующих в воде в виде ионов — катионов и анионов. Наибольшее практическое значение имеют катионы Н, К, Мg, Са, Fe, Мn и анионы ОН, Cl, SO4, HCO3. В молекулярном и коллоидном состоянии почти во всех водах содержатся органические вещества и коллоиды: SiO2*nh3O, Fe2O3*nh3O, Аl2О3*nН2O и др. В молекулярном виде в подземных водах содержатся газы СO2, СН4, O2, N2, h3S и др.

В состав природных вод входят почти все известные радиоактивные элементы. Практическое значение приобрели воды, содержащие уран, радий и радон, широко используемые в бальнеологии и для получения различных полезных ископаемых.

Реакция воды

Для правильного определения химического состава подземных вод нужно знать концентрацию водородных ионов, или так называемую активную реакцию воды, количественно выражаемую величиной pH, которая представляет собой десятичный логарифм концентрации ионов водорода (точнее, их активность), взятый с положительным знаком: pH = lgH. Знать эту величину необходимо для решения ряда теоретических и практических задач (оценка агрессивности подземных вод, их коррозирующей способности и др.). При температуре 22°С в чистой воде содержание водородных и гидроксильных ионов равно (порознь) 10^(-7), следовательно, для нейтральных вод pH = 7, при pH > 7 вода имеет щелочную реакцию, а при pH < 7 — кислую. По величине pH воды делятся на:

весьма кислые (pH < 5),
кислые 5 < pH < 7,
нейтральные (pH = 7),
щелочные (7 < рН < 9),
высокощелочные (pH > 9).

Подземные воды обычно имеют слабощелочную реакцию. Воды сульфидных и особенно колчеданных и каменноугольных месторождений обычно кислые и весьма кислые.

Устанавливать концентрацию водородных ионов необходимо на месте отбора проб воды. Наиболее распространен колориметрический способ определения, основанный на свойстве индикаторов менять свою окраску в зависимости от концентрации водородных ионов.

В полевых условиях часто пользуются лакмусовой бумагой, которая при смачивании водой с нейтральной реакцией не меняет свой фиолетовый оттенок, в кислой воде приобретает красный цвет, в щелочной — синий. Можно пользоваться также метилоранжем. Одна-две капли его, добавленные к 50 см³ воды, придают воде при нейтральной реакции оранжево-красную окраску, при кислой — розовато-красную и при щелочной — желтую.

Бактериальный состав подземных вод

Не только в поверхностных, но и в подземных водах, особенно в неглубоко залегающих грунтовых, имеющих сообщение с поверхностными, встречаются различные бактерии. Среди бактерий есть не опасные для здоровья человека и болезнетворные, являющиеся возбудителями дизентерии, брюшного тифа, холеры и других желудочных заболеваний. Показателем бактериальной загрязненности воды служит кишечная палочка коли. Сама по себе она безвредна, но ее присутствие указывает на наличие болезнетворных бактерий. Наличие в питьевой воде аммиака и азотной кислоты указывает на фекальную загрязненность, что совершенно недопустимо.

Минерализация подземных вод

Для оценки качества воды проводят некоторое число полных химических анализов, состав которых зависит от назначения воды. В массовом количестве проводят сокращенные химические анализы с определением содержания трех анионов Cl, SO4, НСO3 и трех катионов Са, Mg и Na + К. При этом устанавливают физические свойства, количество свободной и агрессивной углекислоты, жесткость и общую минерализацию.

Химический состав воды выражается в ионной форме количеством того или иного иона в миллиграммах на литр воды, а также в миллиграмм-эквивалентной. Для перевода в миллиграмм-эквивалентную форму надо количество ионов каждого элемента (в мг/л) разделить на его эквивалентную массу (атомная масса элемента, деленная на его валентность). Так, 460 мг/л Na соответствует 460:23 = 20 молям Na, а 240 мг/л SO4 составляет 240:8 = 5 молей SO4.

По преобладающему аниону воды делятся на следующие основные классы: гидрокарбонатные, сульфатные, хлоридные и сложного состава. Каждый класс подразделяется по преобладающему катиону на подклассы: натриевые, кальциевые, магниевые или смешанные (натриево-кальциевыеи т. п.).

Общая минерализация воды выражается суммой содержащихся в ней химических элементов, их соединений и газов. Она оценивается по сухому, или плотному, остатку, который получается после выпаривания воды при температуре 105–110°С и выражается в миллиграммах или граммах на литр.

По степени минерализации (в г/л) воды разделяются на:

пресные < 1;
слабосолоноватые 1–3;
сильносолоноватые 3–10;
соленые 10–35;
рассолы >35.

Жесткость воды — особое ее качество, обусловленное присутствием ионов Са и Mg. Жесткость подземных вод во многом определяет возможность их практического использования.

Жесткая вода плохо взмыливается, дает накипь на стенках паровых котлов (что уменьшает их теплопроводность, приводит к перерасходу топлива и может вызвать аварию) и посуды, вспенивается, в жесткой воде медленнее развариваются овощи, мясо, крупа и другие продукты.

Различают общую жесткость, обусловленную содержанием в воде всех солей кальция и магния: Са(НСO3)2, Mg(HCO3)2, CaSO4, MgSO4, СаСl2, MgCl2; карбонатную, или временную, обусловленную наличием в воде бикарбонатов (солей НСO3) кальция и магния, удаляемых при кипячении вследствие их разрушения и перехода в слаборастворимые карбонаты, выпадающие в осадок; некарбонатную, или постоянную, остающуюся в воде после удаления бикарбонатов и равную разности общей и карбонатной жесткости.

Согласно ГОСТ 2874–82 жесткость воды выражают в миллиграмм-эквивалентах Са и Mg на 1 л воды; 1 мг-экв/л соответствует содержанию 20,04 мг/л Са или 12,16 мг/л Mg.

Жесткость природных вод колеблется от нескольких до десятков миллиграмм-эквивалентов; в одном и том же источнике жесткость в разные времена года различная. При жесткости менее 3 мг-экв/л воду называют мягкой, при 3–6 мг-экв/л — умеренно жесткой, при 6–9 мг-экв/л — жесткой, а при более 9 мг-экв/л — очень жесткой.

Загрязненность воды органическими веществами

Наибольшая загрязненность органическими веществами наблюдается в грунтовых водах на участках, где с поверхности фильтруются воды, содержащие органические вещества растительного или животного происхождения: в заболоченных районах, на речных поймах, особенно в местах расположения животноводческих ферм, выгребных ям и т. п.

Предельно допустимые концентрации веществ в воде (ПДК)

ГОСТ 2874–82 определяет допустимые нормы для веществ, встречаемых в природной (поверхностной и подземной) воде, подаваемой потребителям в качестве питьевой. Содержание веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах, добавляемых в процессе обработки, а также появляющихся в результате бытового, промышленного и сельскохозяйственного загрязнения, не должно превышать значений, установленных ГОСТ 2874–82,т. е. предельно допустимых концентраций (ПДК). Если в воде обнаружено несколько указанных в ГОСТе веществ, то сумма их концентраций, выраженная в долях от максимальных допустимых концентраций каждого вещества в отдельности, не должна превышать 1.

Биологическое потребление водой кислорода (БПК5)

Наряду с предельно допустимыми значениями концентрации химических веществ и содержания бактерий коли необходимо учитывать наличие в воде кислорода. При определенном содержании О2 может происходить бактериальное самоочищение сточных вод, т. е. процесс распада органических веществ в сбрасываемых сточных водах. Правила охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами предусматривают, что в воде водотоков и водоемов растворенного кислорода должно быть не менее 4 мг/л. Полная биологическая потребность воды водоемов и водотоков в кислороде при температуре 20°С не должна превышать 3 мг/л (БПК5≤3) в местах забора из них воды для водоснабжения и 6 мг/л в местах купания.

Может быть интересно

xn--e1aaitdso4b.xn--p1ai

Подземные воды: характеристика и виды

Водную оболочку Земли — гидросферу — формируют подземные воды, атмосферная влага, ледники и поверхностные водоемы, в том числе океаны, моря, озера, реки, болота. Все воды гидросферы взаимосвязаны между собой и находятся в беспрерывном круговороте.

Основной состав гидросферы — соленые воды. На пресную воду приходится менее 3% всего объема. Цифры условны, так как в расчетах учтены только разведанные запасы. Между тем, по предположениям гидрогеологов, в глубинных слоях Земли находятся колоссальные хранилища подземных вод, месторождения которых еще предстоит открыть.

Подземные воды как часть водных ресурсов планеты

Подземные воды — воды, содержащиеся в водовмещающих осадочных породах, слагающих верхний слой земной коры. В зависимости от окружающих условий, таких как температура, давление, виды горных пород, воды находятся в твердом, жидком или парообразном состоянии. Классификация подземных вод прямым образом зависит от грунтов, слагающих земную кору, их влагоемкости и глубины залегания. Слои водонасыщенных пород носят название «водоносные горизонты».

Водоносные горизонты с пресной водой считаются одним из важнейших стратегических ресурсов.

Характеристики и свойства подземных вод

Различают безнапорные водоносные горизонты, ограниченные пластом водонепроницаемых пород снизу и называемые грунтовыми водами, и напорные, расположенные между двумя водоупорными пластами. Классификация подземных вод по типу водонасыщенных грунтов:

поровые, залегающие в песках;
трещинные, наполняющие пустоты твердых скальных пород;
карстовые, находящиеся в известняках, гипсах и подобных им водорастворимых породах.

Вода, универсальный растворитель, активно поглощает вещества, входящие в состав пород, и насыщается солями и минералами. В зависимости от концентрации растворенных в воде веществ различают пресную, солоноватую, соленую воду и рассолы.

Виды воды в подземной гидросфере

Вода под землей находится в свободном или связанном состоянии. К свободным подземным водам относятся напорные и безнапорные воды, способные перемещаться под действием гравитационных сил. В числе связанных вод:

кристаллизационная вода, химически входящая в кристаллическую структуру минералов;
гигроскопическая и пленочная вода, физически связанная с поверхностью частичек минералов;
вода, находящаяся в твердом состоянии.

Запасы подземных вод

На подземные воды приходится около 2 % от объема всей гидросферы планеты. Под термином «запасы подземных вод» подразумевается:

Количество воды, содержащееся в водонасыщенном слое грунта — естественные запасы. Пополнение водоносных горизонтов происходит за счет рек, атмосферных осадков, перетока воды из других водонасыщенных пластов. При оценке запасов подземных вод учитывается среднегодовой объем подземного стока.
Объем воды, который может быть использован при вскрытии водоносного горизонта — упругие запасы.

Еще один термин — «ресурсы» — обозначает эксплуатационные запасы подземных вод или объем воды заданного качества, который возможно добыть из водоносного горизонта в единицу времени.

Загрязнение подземных вод

Эксперты классифицируют состав и вид загрязнения подземных вод следующим образом:

Химические загрязнения

Неочищенные жидкие стоки и твердые отходы предприятий индустрии и сельского хозяйства содержат различные органические и неорганические вещества, в том числе тяжелые металлы, нефтепродукты, токсичные ядохимикаты, почвенные удобрения, дорожные реагенты. Химические вещества проникают в водоносные горизонты через грунтовые воды и неправильно изолированные от смежных водонасыщенных пластов скважины. Химические загрязнения подземных вод отличаются широким распространением.

Биологические загрязнения

Неочищенные хозяйственно-бытовые стоки, неисправные канализационные магистрали и поля фильтрации, расположенные вблизи водозаборных скважин, могут стать источниками заражения водоносных горизонтов болезнетворными микроорганизмами. Чем выше фильтрационная способность грунтов, тем медленнее распространяется биологического загрязнение подземных вод.

Решение проблемы загрязнения подземных вод

Учитывая, что причины загрязнения подземных вод носят антропогенный характер, мероприятия по охране подземных водных ресурсов от загрязнения должны включать мониторинг бытовых и промышленных стоков, модернизацию систем очистки и утилизации сточных вод, ограничение сбросов стоков в поверхностные водоемы, создание водоохранных зон, усовершенствование технологий производства.

xn----8sbiecm6bhdx8i.xn--p1ai

определение, характеристика и виды :: SYL.ru

Немалую часть водных запасов Земли составляют подземные бассейны, которые протекают в толще почвы и слоях горных пород. Огромные скопления подземных вод - озера, которые вымывают залежи пород и почву, образуя котлованы.

Значение грунтовой жидкости велико не только для природы, но и для человека. Поэтому исследователи проводят регулярные гидрологические наблюдения за ее состоянием и количеством, все глубже изучают, что такое подземная вода. Определение, классификация и остальные вопросы темы будут рассмотрены в статье.

Что такое подземная вода?

Подземная вода - это вода, располагающаяся в межслоевых пространствах горных пород, залегающих в верхнем слое земной коры. Такая вода может быть представлена в любом агрегатном состоянии: жидком, твердом и газообразном. Чаще всего подземные воды - это тонны текучей жидкости. Вторые по распространенности - это глыбы ледников, которые сохранились еще с периода вечной мерзлоты.

Классификация

Подразделение подземных вод на классы зависит от условий их залегания:

почвенные;
грунтовые;
межпластовые;
минеральные;
артезианские.

Помимо перечисленных видов, разделяются подземные воды на классы, зависящие от уровня слоя, в котором они расположены:

Верхний горизонт - подземные воды пресного содержания. Как правило, их глубинное нахождение невелико: от 25 до 350 м.
Средний горизонт - это место залегания минеральной или соленой жидкости на глубине от 50 до 600 метров.
Нижний горизонт - глубина от 400 до 3000 метров. Вода с повышеным содержанием минералов.

Подземная вода, располагающаяся на больших глубинах, по возрасту может быть молодой, то есть недавно появившейся, или реликтовой. Последняя могла закладываться в подземных слоях вместе с грунтовыми породами, в которых она "размещена". Или же образовалась реликтовая подземная вода от многолетней мерзлоты: ледники таяли - жидкость скапливалась и сохранялась.

Почвенные воды

Почвенная вода - это жидкость, которая залегает в верхнем слое земной коры. Преимущественно она локализуется в пространственных пустотах между частичками почв.

Если понять, что такое подземная вода почвенного вида, становится очевидным тот факт, что эта разновидность жидкости самая полезная, поскольку ее поверхностное расположение не лишает ее всех минералов и химических элементов. Такая вода является одним из главных источников "питания" для сельскохозяйственных полей, лесных массивов и других агрокультур.

Эта разновидность жидкости не всегда может залегать горизонтально, зачастую ее очертания схожи с рельефом почвы. В верхнем слое земной коры влага не имеет "твердой опоры", поэтому она находится в подвешенном состоянии.

Избыточное количество почвенных вод наблюдается по весне, когда тает снег.

Грунтовые воды

Грунтовая разновидность - это воды, которые располагаются на некоторых глубинах верхнего земного слоя. Глубины протекания жидкости могут иметь большие показатели, если это засушливая местность или пустыня. При умеренном климате с периодичным постоянством выпадения осадков, грунтовые воды залегают не так глубоко. А при избытке дождей или снега грунтовая жидкость может приводить к подтоплению местности. В некоторых местах эта разновидность вод выходит на поверхность почв и называется родником, ключом или источником.

Грунтовые воды пополняются благодаря выпавшим осадкам. Многие путают ее с артезианской, но последняя залегает глубже.

Избыточное количество жидкости может скапливаться в одном месте. В результате стоячего положения образуются из подземных вод болота, озера и пр.

Межпластовые

Что такое подземная вода межпластовой категории? Это, по сути, те же водоносные горизонты, что и грунтовые и почвенные, но только уровень их протекания глубже, чем у двух предыдущих.

Положительной особенностью межпластовых жидкостей является то, что они намного чище, поскольку залегают глубже. Кроме того, их состав и количество всегда колеблется в одном постоянном пределе, и если и происходят изменения, то незначительные.

Артезианские

Артезианские воды располагаются на глубинах, превышающих 100 метров и достигающих 1 км. Эта разновидность считается, да и является, самой пригодной для употребления в пищу. Поэтому на загородных участках часто практикуется бурение подземных скважин как источник водоснабжения жилых домов.

При бурении скважины артезианская вода фонтаном вырывается на поверхность, поскольку явлется напорной разновидностью подземных вод. Залегает в пустотах горных пород между водоупорными пластами земной коры.

Ориентиром для добычи артезианской воды являются определенные природные объекты, расположенные на поверхности: впадины, флексуры, мульды.

Минеральные

Минеральные - самые глубоководные и самые целебные и ценные для человеческого здоровья. В них повышенное содержание разнообразных минеральных элементов, концентрация которых постоянна.

Минеральные воды также имеют собственные классификации:

По назначению:

столовая;
лечебная;
смешанная.

По преобладанию химических элементов:

сероводородные;
углекислые;
железистые;
йодные;
бромные.

По степени минерализации: начиная от пресных и заканчивая водами с самой высокой концентрацией.

Классификация по назначению

Подземные воды используются в жизни человека. Их назначение бывает разным:

питьевая - это вода, которая пригодна для употребления или в своем природном, нетронутом виде, или же после очистки;
техническая - это жидкость, которая применяется в различных технологических, хозяйственных или промышленных отраслях.

Классификация по химическому составу

На химический состав подземных вод влияют те породы, которые прилегают в непосредственной близости к влаге. Выделяются следующие категории:

Пресные.
Слабоминерализованные.
Минерализованные.

Как правило, воды, залегающие в непосредственной близости с земной поверхностью, пресноводные. И чем глубже располагается влага, тем более минерализованный ее состав.

Как образовались подземные воды?

На образование подземных вод влияет несколько факторов.

Осадки. Выпавшие осадки в виде дождей или снега поглощаются почвой в размере 20 % от общего количества. Они формируют почвенную или грунтовую жидкость. Кроме того, эти две категории влаги участвуют в круговороте воды в природе.
Таяние ледников многолетней мерзлоты. Подземные воды образуют целые озера.
Есть еще ювенильные жидкости, которые образовались в застывшей магме. Это разновидность первичных вод.

Мониторинг подземных вод

Мониторинг подземных вод - важная необходимость, которая позволяет отследить не только ее качество, но и количество, и вообще, ее наличие.

Если качество воды исследуют лабораторно, обозревая изъятую пробу, то разведка наличия подразумевает следующие методы, друг с другом взаимосвязанные:

Первое - это проводится оценка местности на наличие предполагаемых подземных вод.
Второе - это производится замерение температурных показателей обнаруженной жидкости.
Далее применяется радоновый метод.
После производится бурение базовых скважин, сопровождаемых изъятием керна.
Выделенный керн отправляют на исследование: определяют его возраст, толщину и состав.
Из скважин откачивают некоторое количество подземных вод, чтобы определить их характеристики.
По базовым скважинам составляют карты залегания жидкости, оценивают ее качество и состояние.

Разведка подземных вод подразделяется на следующие типы:

Предварительная.
Детальная.
Эксплуатационная.

Проблемы загрязнения

Проблема загрязнения подземных вод очень актуальна на сегодняшний день. Ученые выделяют следующие способы загрязнения:

Химическое. Этот тип загрязнения очень распространен. Его глобальность зависит от того, что на Земле огромное количество сельскохозяйственных и промышленных предприятий, которые сбрасывают свои отходы в жидком и твердом (кристаллизованном) виде. Эти отходы очень быстро проникают в водонесущие горизонты.
Биологическое. Загрязненные стоки от хозяйственно-бытового использования, неисправные канализации - все это причины заражения подземных вод болезнетворными микроорганизмами.

Классификация по типу водонасыщенных грунтов

Различают следующие:

поровые, то есть те, которые обосновались в песках;
трещенные, те, что заполняют полости глыб горных пород и скал;
карстовые, те, которые располагаются в известняковых породах или иных хрупких породах.

В зависимости от места расположения формируется и состав вод.

Запасы

Подземные воды расцениваются как полезное ископаемое, которое возобновимо и участвует в круговороте воды в природе. Общие запасы этой разновидности полезных ископаемых составляют 60 млн км3. Но, несмотря на то что показатели не маленькие, подземные воды подвержены загрязнению, а это существенно сказывается на качестве потребляемой жидкости.

Заключение

Реки, озера, подземные воды, ледники, болота, моря, океаны - все это водные запасы Земли, которые так или иначе взаимосвязаны между собой. Влага, располагающаяся в слоях почвы, не только формирует подземный бассейн, но и влияет на формирование поверхностных водоемов.

Грунтовые воды пригодны для питья людей, следовательно сбережение их от загрязнения - одна и главных задач человечества.

www.syl.ru