Подземные воды, их классификация

1. Подземные воды, их классификация.

В земной коре находится  большое количество воды- физически  и химически связанной, свободной  гравитационной, капиллярной, в виде водяного пара и льда. Подземными водами как объектом гидрологии называются те содержащиеся в земной коре воды, которые находятся в активном взаимодействии с атмосферой и поверхностными водами (океанами, морями, реками, озерами и болотами) и учувствуют в круговороте воды на земном шаре. Подземные воды в таком понимании в основном представлены свободной (гравитационной) и капиллярной водой, а также перемещающимся в порах грунта водяным паром. Скопления подземных вод, участвующих в круговороте воды на планете, - это особые водные объекты, существенно отличающиеся от водотоков и водоемов и представляют собой важные элементы гидросферы. Вместе с тем подземные воды тесно связаны с геологическим строением земной коры и свойствами горных пород.

Согласно современным  представлениям, подземные воды по происхождению могут быть как экзогенными их источник – водные объекты на поверхности суши и влага атмосферы, так и эндогенными их источник – недра Земли.    Экзогенные подземные воды попадают в горные породы либо

при процессах просачивания (инфильтрации) поверхностных вод и конденсации водяного пара, либо в результате седиментации (осадконакопления). Эти воды часто называют соответственно инфильтрационными, конденсационными и седиментационными.    Инфильтрационные подземные воды проникают в горные породы путем просачивания атмосферных, речных, морских и озерных вод. Основную роль при этом играет проникновение в грунт через поры трещины практически пресной атмосферной воды. Конденсационные подземные воды образуются при конденсации в порах грунта рдяного пара, перемещающегося в грунте под влиянием разности давления. Считают, что вклад этого вида питания подземных вод невелик, однако в некоторых физико-географических условиях, например пустынях, может иметь существенное значение. Седиментационные подземные воды образуются из вод того водного объекта, где происходил процесс седиментации, т. е. отложения наносов. Воды такого типа распространены в осадочных породах и в ложах океанов и

морей, где образуют так  называемые «иловые растворы».    Эндогенные подземные воды образуются в горных породах в результате дегидратации минералов (такие воды называют дегидратационными или «возрожденными») или поступают из магматических очагов, в частности в районах современного вулканизма (их называют «ювенильными» водами).

   Инфильтрационные, конденсационные, седиментационные, дегидратационные и «ювенильные» воды при своем перемещении в горных породах смешиваются, образуя смешанные по происхождению подземные воды. Подземные воды (главным образом – инфильтрационные) являются важным компонентом материкового звена круговорота воды на земном шаре и играют заметную роль в балансе и режиме природных вод и растворенных в них веществ.

По условиям залегания  выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские. Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Обычно верховодка приурочена к

линзам водоупорных  или слабо проницаемых горных пород, перекрываемых водопроницаемыми толщами. Верховодка занимает ограниченные территории, это явление – временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время гола верховодка исчезает. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному

пласту.

Грунтовые воды – это  воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они приурочены к выдержанному водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом. Уровень грунтовых вод представляет собой неровную поверхность,

повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных местах – выше. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Как отмечалось выше, на него влияют различные факторы: количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова, хозяйственная деятельность

человека и многое другое. Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных отложениях – один из источников водоснабжения. Они

используются как питьевая вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Напорные, или артезианские воды. Напорными называют такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Область питания у артезианских вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода

напорных вод на поверхность  Земли.

Подземные воды классифицируют по происхождению, физи-

ческому состоянию, а также по характеру вмещающих их грунтов, гидравлическим условиям, температуре, минерализации и химическому составу, характеру залегания. По характеру вмещающих воду грунтов подземные воды подразделяют на поровые, залегающие в рыхлых пористых

грунтах; пластовые, залегающие в пластах осадочных горных пород; трещинные, бегающие в плотных, но трещиноватых осадочных, магматических и метаморфических горных породах; трещинно-жильные, залегающие в отдельных тектонических трещинах.

   По     гидравлическим     условиям       подземные   воды подразделяют на напорные (артезианские и глубинные) и безнапорные (грунтовые).

   По температуре  подземные воды делятся на  исключительно холодные (ниже 0°С), весьма холодные (4-20°С), теплые (20-37°C), горячие (37-42°С), весьма горячие (42-100°С), исключительно горячие (более 100°С). К так называемым термальным водам относятся воды с температурой более 20°С. Если такие воды имеют лечебное значение (обычно это воды и специфического химического состава), их называют термами.  По минерализации подземные воды, как и все природные воды, делят на пресные (до 1 %), солоноватые (1-25 %), соленые (25-50 %) и рассолы (более 50 %).

Подземные воды на Земле, находящиеся в жидком состоянии, могут быть, прежде всего, подразделены на две большие группы: подземные воды суши и подземные воды под океанами и морями.  Подземные воды суши можно подразделить на подземные воды зоны аэрации и зоны насыщения. Зона аэрации охватывает верхние, не насыщенные водой слои грунтов, включая почву от дневной поверхности до уровня грунтовых вод. Через эту зону

осуществляется связь подземных  вод с атмосферой. Зона насыщения характеризуется тем, что поры и пустоты в ее пределах полностью заполнены (насыщены) жидкой водой. В зоне насыщения на континентах находятся

подземные воды трех типов – безнапорные  грунтовые, напорные артезианские и глубинные. Под океанами и морями зона аэрации отсутствует, а в зоне насыщения присутствуют напорные воды, гидравлически как связанные с подземными водами континентов, так и не

связанные с ними.

   Воды зоны аэрации и  грунтовые воды имеют свободную  связь с атмосферой и формируются под непосредственным влиянием физико-географических условий. Грунтовые воды, кроме того, связаны с поверхностными водами (реками, озерами и др.) и играют важную роль в питании этих водных объектов.

Подземные воды участвуют  в круговороте воды на земном шаре в основном согласно двум схемам: грунтовые воды ↔ зона аэрации ↔ атмосфера и грунтовые воды ↔ поверхностные воды.

2. Русловые процессы и  их типизация.

Русловые процессы –  это изменения морфологического строения речного русла и поймы, обусловленные действием текущей  воды. Русловые процессы проявляются  во взаимодействии потока и русла  реки. Конкретные проявления русловых процессов в виде изменения положения и размеров русла, поймы и отдельных русловых образований, т.е. в виде размыва и надмыва дна и берегов , называют русловыми деформациями.

Русловые образования, подвергшиеся деформации – это скопления наносов, создающие характерные формы рельефа речного русла и поймы разного размера – микро, мезо и макро формы. К макроформам относятся перемещающиеся в русле донные гряды, размеры которых меньше глубины русла. Мезоформы – это такие же состоящие из наносов гряды, но более крупного размера, соизмеримые уже с поперечными размерами самого русла. К мезоформам относятся различные перекаты, осередки, небольшие острова. Макроформами называют крупные, морфологически однородные участки речного русла, представленные относительно прямолинейными участками, извилинами (излучинами, меандрами), системами русловых и пойменных разветвлений, участками разбросанного русла. Русловые процессы неразрывно связанны с переносом в речном потоке наносов в основном – влекомых. Иногда даже говорят, что русловые процессы – это форма перемещения влекомых наносов.

Физической причиной русловых деформаций является нарушение  баланса наносов на тех или  иных участках речного русла. Изменение  расхода наносов на безприточном участке должно неизбежно сопровождаться русловыми деформациями: при увеличении расхода наносов вдоль реки должен происходить размыв русла – эрозии, при уменьшении расхода наносов вдоль реки происходит намыв русла – аккумуляция наносов. По направленности русловые деформации подразделяют, таким образом, на два вида размыв или эрозия и намыв или аккумуляция наносов.

Русловые деформации подразделяют так же на два типа: периодические (знакопеременные обратимые) и направленные (необратимые). К периодическим  русловым деформациям относят такие  изменения русла, которые неоднократно повторяются и после которых русло возвращается приблизительно в первоначальное положение. Эти русловые деформации наблюдаются пари движении донных гряд, развитии излучин и т.д. Направленные русловые деформации выражены в односторонних изменениях русла, например при однонаправленном размыве или намыве, сопутствующих сооружению водохранилища на реке.

Рассмотрим основные русловые процессы подробнее. Наиболее типичным видом мезоморфы речного  русла является перекат - крупная  русловая гряда. Перекаты вместе с расположенными между ними понижениями дна – плесами образуют на реке системы плес-перекат. Эти системы, как и другие русловые формы, медленно смещаются вдоль русла. Этот процесс сопровождается обратимыми русловыми деформациями. Скорость смещения таких систем обычно не превышает нескольких сотен метров в год. Перекат представляет собой крупную русловую гряду пересекающую русло под углом в 20-30 градусов. Наиболее мелкие части гряды – прибрежные отмели носят название побочней. Наиболее глубокая часть переката, между смежными плесовыми лощинами называется корытом переката. Через нее проходит линия наибольших глубин и фарватер. Наиболее мелководный участок фарватера над перекатом называется гребнем переката. Перекаты по своему строению бывают трех видов:

перевалы – перекаты с плавными и небольшими изменениями отметок дна без резко выраженного подвалья;

нормальные – перекаты с хорошо выраженным подвальем, но без  резкого искривления фарватера:

перекошенные – перекаты с резким искривлением фарватера.

Другой вид мезоморф речного русла – осередки. Это подвижные не соединенные (в отличие от побочней и перекатов) с берегами и не заросшие растительностью отмели. Осередки часто возникают на перекатах, вызывая разделение фарватера на его гребне на две ветви.

В относительно прямолинейных руслах вниз по течению смещаются и микроформы – донные гряды различного размера. Весьма своеобразны русловые деформации в извилистых (меандрирующих) руслах. Такие деформации представляют собой циклические процессы постепенного увеличения извилистости русла, благодаря размывы его вогнутых берегов, развороту и смещению излучин, завершающиеся прорывом перешейка и спрямлением русла. Смещение и искривление излучин сопровождается значительными (достигающими десятков метров в год) горизонтальными русловыми деформациями – размывами.

Своеобразные русловые деформации наблюдаются в руслах, разветвленных на рукава. Различают  пойменную и русловую многорукавность. Пойменные рукава обычно более стабильны  по сравнению с внутрирусловыми. Еще один вид русловой деформации, так называемые разбросанные русла. В руслах этого типа вниз по течению перемещаются многочисленные неупорядоченные и подвижные отмели – осередки различного размера. Разбросанные русла очень неустойчивы и изменчивы.

Продольный профиль  речного русла испытывает наибольшие деформации при направленных необратимых процессах. Деформации продольного профиля происходят при изменении общего базиса эрозии (уровня приемного водоема в который впадает река). Повышение уровня приемного водоема обычно сопровождается отложением наносов и повышением продольного профиля, понижение – размывом русла и опусканием продольного профиля.

Устойчивость речного  русла, степень его противодействия  размыву, тем больше, чем меньше скорость течения и соответственно меньше размывающая способность потока и чем больше сопротивляемость русла размыву, которая определяется крупностью наносов, формирующих дно, связанностью наносов, слагающих берега, закрепляющим влиянием растительности на берегах, искусственными защитными мероприятиями на берегах. Устойчивые русла характерны для рек, донные отложения которых представлены галечным, галечно-валунным, валунно-глыбовым материалом. Русловые деформации на таких реках крайне медленны и невелики по масштабу. Устойчивость русла можно охарактеризовать количественно, сопоставляя факторы, препятствующие и благоприятствующие размыву.