Subiect: Hidrogeologia ca știință. Apă în natură.
1. Hidrogeologie. Etape de dezvoltare a hidrogeologiei.
2. Apa în natură. Ciclul apei în natură.
3. Tipuri de apă în minerale și roci.
4. Conceptul de porozitate și porozitate.
1. Hidrogeologie. Etape de dezvoltare a hidrogeologiei.
Să ne amintim definiția hidrogeologiei științifice. Hidrogeologia - știința apelor subterane, studierea originii acestora, condițiile de apariție și distribuție, legile mișcării, interacțiunea cu rocile de apă, formarea compoziției chimice etc.
Să analizăm pe scurt istoria dezvoltării acestei științe.
1.1 Etapele dezvoltării hidrogeologiei
În istoria studiului apelor subterane în URSS, există două perioade:
În perioada prerevoluționară, există 3 etape de studiere a apelor subterane:
1. acumularea de experiență în utilizarea apei subterane (X - XVII in.).
2. Primele informații științifice generalizate despre apele subterane (XVII - mijlocul secolului al XIX-lea)
3. Formarea hidrogeologiei ca știință (a doua jumătate a secolului XIX și începutul secolului XX)
În 1914, primul departament de hidrogeologie a fost organizat în departamentul de inginerie al Institutului Agricol din Moscova (acum Institutul de hidromeliști din Moscova).
Perioada postrevoluționară poate fi împărțită în două etape:
1. dinainte de război (1917-1941)
Pentru pregătirea inginerilor pentru hidrogeologi în 1920, Academia de Minerit din Moscova a creat specialitatea hidrogeologică: puțin mai târziu a fost introdusă în alte institute și universități. Cei mai proeminenți oameni de știință ai hidrogeologilor F.P. Savarensky, N.F. Pogrebov, A.N. Semihatov, B.C. Ilyin și alții.
La începutul primului plan cincinal (1928.) și pentru următoarele investigații hidrogeologice de cinci ani, au fost efectuate în Donbass, în estul Transcaucazia, Asia Centrală, în nordul Ucrainei, Kazahstan, Turkmenistan, și în multe alte zone ale țării.
Pentru dezvoltarea ulterioară a hidrogeologiei, Primul Congres Hidrogeologic al Întregii Uniuni, organizat în 1931, a avut o mare importanță. în Leningrad.
În anii '30 cartea de sinteză (hidro, ape minerale, zonarea hidrogeologice) au fost elaborate, care au fost de mare importanță pentru planificarea investigațiilor hidrogeologice ulterioare. În același timp, sub ediția N.I. Tolstihin a început să publice volumul "Hidrogeologia URSS". Înainte de Marele Război Patriotic, au fost publicate 12 numere ale acestei lucrări multi-volum.
Stadiul postbelic se caracterizează prin acumularea de materiale pe ape adânci.
2. Apa în natură. Ciclul apei în natură.
Pe glob, apa se află în atmosferă, pe suprafața pământului și în crusta pământului. În atmosferă, apa este în stratul inferior - troposfera - în diferite stări:
Apele de suprafață sunt în stare lichidă și solidă. În scoarța pământului, apa se găsește în vapori, lichizi, solizi și, de asemenea, sub formă de apă higroscopică și de film. În ansamblu, suprafața și apele subterane alcătuiesc coaja de apă - hidrosfera.
Hidrofalia subterană este limitată de suprafața pământului, iar limita inferioară nu a fost studiată în mod fiabil.
Există cicluri mari, interioare și mici. Cu un tiraj mare, umezeala evaporarea de la suprafața oceanelor, este transferată sub formă de vapori de apă de către curenții de aer pe uscat, nu cade pe suprafața sub formă de precipitații, și apoi a revenit la suprafața mării și oceanelor și scurgere subterană.
Cu o circulație mică, umiditatea se evaporă de pe suprafețele oceanelor și mărilor. Aici se cade sub forma precipitațiilor.
Procesul de ciclism în natură din punct de vedere cantitativ se caracterizează printr-un echilibru al apei, a cărui ecuație reprezintă ponderea unui bazin hidrografic închis pentru o perioadă de mai mulți ani:
X = y + Z-W (conform lui Velikanov),
unde x - precipitații pe zona de captare, mm
y - debitul râului, mm
Z - evaporare minus condens, mm
W - hrănirea pe termen lung a acviferelor profunde datorită precipitațiilor sau scurgerii apei subterane către suprafața bazinului hidrografic.
Circulația internă este asigurată de acea parte a apei care se evaporă în interiorul continentelor - de la suprafața apei din râuri și lacuri, de la pământ și de la vegetație și în același loc cade sub formă de precipitații.
3. Tipuri de apă în minerale și roci.
Una dintre cele mai vechi clasificări ale speciilor de apă din roci a fost propusă în 1936 de către A.F. Lebedev. O serie de alte clasificări au fost propuse în anii următori. Pe baza clasificării lui Lebedev, majoritatea oamenilor de știință distinge următoarele tipuri de apă:
1. Apă abur
Este sub forma de vapori de apă în aer, care este prezent în porii și fisurile de roci și în sol, se deplasează împreună cu curenții de aer. În anumite condiții, prin condensare, poate trece în forma lichidă.
Apa de aburi este singura specie capabilă să se deplaseze în pori cu puțină umiditate.
2. Apă conectată
Acesta este prezent în principal în roci argiloase, este reținut pe suprafața particulelor prin forțe care depășesc considerabil forța gravitației.
Distingeți apa ferm și liberă.
a) apa legată ferm (hidro-scalp), sub formă de molecule în starea absorbită, este reținută pe suprafața particulelor prin forțe moleculare și electrostatice. Are o densitate mare, vâscozitate și elasticitate, este caracteristică rocilor fin dispersate, nu este capabilă să dizolve săruri, nu este disponibilă pentru plante.
b) vag legat (film) situate deasupra apei legate strâns reținute de forțele moleculare, mai mobile, densitatea apropiată de densitatea apei libere, este capabil să se deplaseze de la particulă la particulă sub influența puterea sorbție capacitatea de a dizolva săruri a scăzut.
3. Apă capilară
Situat în porii capilare ale rocii, în care a avut loc și deplasat sub influența capilar (meniscului) forțele care acționează la interfața apei și a aerului situată în pori. Acesta este împărțit în 3 tipuri:
a) apa reală capilară se află în porii sub formă de umiditate a luncii capilare deasupra GBW. În funcție de compoziția granulometrică, depinde grosimea luncii capilare. Acesta variază de la zero în pietriș la 4-5 m în roci argiloase. De fapt, apa capilară este disponibilă pentru plante.
b) Apa capilară suspendată este localizată predominant în orizontul superior al stâncii sau în sol și nu este în legătură directă cu UGW. Când conținutul de umiditate al pietrei crește peste cea mai mică capacitate de umiditate, apa se scurge în straturile subiacente. Această apă este disponibilă pentru plante.
c) apa din colțurile porilor este reținută de forțele capilare în porii de roci nisipoase și argiloase în punctele de contact ale particulelor lor. Această apă nu este utilizată de plante, iar creșterea umidității poate fi transferată la suspensie sau la capilar.
4. Apă gravitatea
El ascultă forța gravitației. Mișcarea apei apare sub influența acestei forțe și transmite capul hidrostatic. Acesta este împărțit în 2 tipuri:
a) apă de gravitație fără infiltrație, care se află într - o stare de mișcare descendentă sub formă de fluxuri separate în zona de aerare. Mișcarea apei are loc sub influența gravitației.
b) umiditatea acviferelor. care saturează acviferele la PV. Umiditatea este reținută ca urmare a impermeabilității la apă a stratului impermeabil (descrierea suplimentară se referă la subiectul "Apă gravitațională").
5. Apă de cristalizare
Este parte a rețelei cristaline a unui mineral, de exemplu gipsul (CaS04 2H2O), păstrează forma moleculară.
6. Apa într-o stare solidă sub formă de gheață
Pe lângă cele șase specii de mai sus, se eliberează apă legată chimic. care participă la structura rețelei de cristal a mineralelor sub formă de ioni H +. OH ", adică nu reține forma moleculară.
4. Conceptul de porozitate și porozitate.
Unul dintre cei mai importanți indicatori hidrogeologici ai rocilor este porozitatea lor. În roci nisipoase, porozitatea aburului este evoluată, iar în roci crăpate, porozitatea fracturată.
Apele subterane umplu porii și fisurile în roci. Volumul tuturor golurilor din stâncă se numește ciclu de sarcină. Firește, cu cât mai multă porozitate, cu atât mai multă apă poate conține rasa.
Pentru mișcarea apelor subterane în roci, dimensiunile nule sunt de mare importanță. În porii și crăpăturile superficiale, zona de contact a apei cu pereții golurilor este mai mare. Aceste pereți exercită o rezistență considerabilă la mișcarea apei, deci mișcarea ei în nisipurile puțin adânci, chiar și cu o presiune considerabilă, este dificilă.
Există porozități ale rocilor: capilare (porozitate) și non-capilare.
Porozitatea capilară se referă la goluri mici, în care apa se deplasează în principal sub influența forțelor de tensionare de suprafață și a forțelor electrice.
Porozitatea non-capilară include goluri mari, fără capilare, în care apa se mișcă numai sub acțiunea gravitației și a diferenței de presiune.
Golurile mici din roci se numesc porozități.
Există 3 tipuri de porozitate:
Porozitatea totală este determinată cantitativ de raportul volumului tuturor golurilor mici (inclusiv cele care nu comunică între ele) cu întregul volum al eșantionului. Se exprimă în fracțiuni ale unei unități sau în procente.
unde Vn este volumul de pori din proba rock
V este volumul probei
Porozitatea totală este caracterizată de coeficientul de porozitate e.
Coeficientul de porozitate e este exprimat prin raportul dintre volumul tuturor formelor de pori și volumul părții solide a pietrei (scheletului) Vc. este exprimată în fracțiuni de unitate.
Acest coeficient este folosit în special în cadrul studiului
soluri de argilă. Acest lucru se datorează faptului că solurile din lut se umflă atunci când sunt umezite. Prin urmare, porozitatea argilor este preferabilă pentru a exprima prin e.
Coeficientul de porozitate poate fi exprimat după cum urmează
, împărțind numitorul și numitorul cu Vc, obținem
Valoarea porozității totale este întotdeauna mai mică de 1 (100%), iar valoarea e poate fi egală cu 1 sau mai mare decât 1. Lutul din plastic e variază de la 0,4 la 16.
Porozitatea depinde de natura adăugării particulelor (granule).
Porozitatea non-capilară include pori mari în roci grosiere, crăpături, canale, peșteri și alte goluri mari. Fisurile și porii pot comunica între ele sau pot fi rupte.
Porozitatea deschisă este caracterizată de raportul volumului de pori deschisi care comunică între ei cu întregul volum al probei.
Pentru rocile necimentate granulate, porozitatea deschisă este aproape de amploare față de total.
Porozitatea dinamică este exprimată prin raportul cu întregul volum al probei numai cu acea parte din volumul porilor prin care poate circula lichidul (apa).
Studiile au arătat că nu toți porii deschisi sunt în mișcare de apă. O parte a porilor deschiși (în special la joncțiunea particulelor) este adesea ocupată de un film subțire de apă, care este reținut ferm de forțele capilare și moleculare și nu participă la mișcare.
Porozitatea dinamică, spre deosebire de cea deschisă, nu ia în considerare volumul porilor ocupat de apa legată capilar. În mod normal, porozitatea dinamică este mai mică decât porozitatea deschisă.
Astfel, diferența fundamentală dintre tipurile de porozitate caracterizate (cantitativ) este că în rocile cimentate porozitatea totală este mai mare decât porozitatea deschisă, iar porozitatea deschisă este mai dinamică.
1. Ce studiază știința hidrogeologică?
2. Cum este ciclul apei în natură?
3. Denumiți tipurile de apă găsite în minerale și roci.
4. Ce se numește porozitate? Care sunt tipurile sale? Cum se determină porozitatea?
5. Ce înțeleg prin ciclul de sarcini? Denumiți și caracterizați tipurile sale.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: