Zum Grundwasser zählen alle in der Erdkruste befindlichen Gewässer, unabhängig von ihrem Aggregatzustand.
Grundwasser entsteht hauptsächlich durch das Eindringen von atmosphärischen Niederschlägen sowie durch die Kondensation von Wasserdampf, der mit Luft in gebrochenes und poröses Gestein eindringt. Darüber hinaus gibt es Bestattungen oder Relikte (lat. Relikt -- verlassenes Wasser), Wasser, das aus alten Meeresbecken erhalten und während der Ansammlung dicker Sedimente vergraben wurde, sowie Thermalwasser, das in den letzten Stadien magmatischer Prozesse entsteht.
Wasser in Gesteinen kommt in verschiedenen Formen vor: in Form von freien und sorbierten Wasserdampfmolekülen, schwach sorbierten polymolekularen Filmen, Kapillarwasser und schließlich als Wasser, das sich unter dem Einfluss seines Eigengewichts bewegen kann – Gravitationswasser. Die aufgeführten Wasserformen stehen in engem Zusammenhang mit unterschiedlichen Arten von Poren und Rissen.
Alle Gesteine haben Porosität, die als Verhältnis des Gesamtvolumens aller Porentypen zum Gesamtvolumen des Gesteins gemessen wird, ausgedrückt in Prozent. Die Porosität des Gesteins liegt zwischen 20 und 30 %.
Eine wichtige Eigenschaft von Gesteinen ist ihre Durchlässigkeit – die Fähigkeit, Wasser durch sie hindurchzulassen. In Gesteinen kann sich Gravitationswasser am aktivsten bewegen, das sich durch die größten Poren und Risse bewegt. Unter Berücksichtigung der Möglichkeit seiner Bewegung werden wasserdurchlässige und wasserundurchlässige Gesteine unterschieden. Zu den ersteren gehören Sande, Kieselsteine, gebrochene Kalksteine und andere Gesteine, während zu den wasserdichten Gesteinen Ton und massives kristallines Gestein gehören.
Permeables Gestein, das Wasser enthält, wird als Grundwasserleiter bezeichnet, undurchlässiges Gestein wird als Grundwasserleiter bezeichnet. Als wasserfester Fels bezeichnet man den wasserfesten Horizont, der von oben über dem wasserfesten Horizont liegt Dacheindeckung, und das darunter liegende ist von ihm Sohle, einzig, alleinig.
Das Gravitationswasser, das die Poren des Reservoirs füllt, kann unter Druck stehen, man spricht dann von Druckwasser oder Druckgrundwasserleitern. Wenn kein Druck vorhanden ist, werden die Grundwasserleiter als nicht begrenzt bezeichnet. In diesem Fall kann sich Wasser nur unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft bewegen. Unter Druck stehendes Wasser kann bis zu einer Höhe aufsteigen, die diesen Druck ausgleicht (die Wirkung kommunizierender Gefäße).
Die absolute Höhe des Druckwasseranstiegs wird als piezometrischer Pegel bezeichnet. Der Druck im Grundwasserleiter wird in der Regel durch die relativ hohe Lage des Neubildungsbereichs des Horizonts bestimmt. Wenn ein solcher Horizont durch Bohren geöffnet wird, steigt das Wasser im Bohrloch auf das Niveau, auf dem sich das Anreicherungsgebiet befindet. Solche Gewässer wurden artesisch genannt (nach dem Namen der Provinz Artois im Nordwesten Frankreichs, wo ein solcher Brunnen erstmals gebohrt wurde).
Als artesisches Becken bezeichnet man einen tektonischen Trog, in dessen geologischer Struktur sich ein oder meist mehrere begrenzte Grundwasserleiter befinden.
Ein Beispiel ist das artesische Becken der Region Moskau. In den höhlenartigen Kalksteinen des Karbonzeitalters gibt es drei begrenzte Grundwasserleiter mit Süßwasser hohe Qualität, getrennt durch wasserbeständige Tone.
Der obere Grundwasserhorizont wird Grundwasserhorizont genannt. Dieser Horizont hat nur eine darunter liegende Grundwasserschicht und entsteht durch das Eindringen von atmosphärischen Niederschlägen, die im Grundwasser zurückgehalten werden. Daher befindet sich die Oberfläche (oberer Pegel) des Grundwassers je nach Gelände und Niederschlagsmenge in unterschiedlichen Tiefen.
Über dem Grundwasserhorizont kann während der Zeit von Regen oder Schneeschmelze aufgrund der langsamen Filtration von Regen- oder Quellschmelzwasser ein „hängender“ (ohne Grundwasser) dünner Horizont des sogenannten Hochwassers entstehen. Dieser Horizont besteht zu bestimmten Jahreszeiten nur für kurze Zeit.
Grundwasser, das in einem System von Grundwasserleitern eingeschlossen ist, die durch Schichten undurchlässiger Gesteine getrennt sind, wird als interstratal oder einfach stratal bezeichnet. Wie bereits erwähnt, können sie unter Druck stehen oder nicht unter Druck stehen.
In Gebirgsländern gibt es Spaltgewässer, die auf Bruchbereiche kristalliner Massive beschränkt sind, sowie Junggewässer, die mit postvulkanischen Prozessen in Zusammenhang stehen. Die Quellen dieser Wässer, die mit verschiedenen Mineralverbindungen angereichert sind und häufig eine erhöhte Radioaktivität aufweisen, wie beispielsweise die Quellen der Region Mineralnye Vody im Nordkaukasus, werden für medizinische und blutneologische Zwecke genutzt.
An den Stellen, an denen Grundwasserleiter an die Oberfläche treten, bilden sich Quellen. Dabei wird zwischen Quellen für Grundwasser und frei fließendes interstratales Wasser, die als abwärts bezeichnet werden, und Quellen für unter Druck stehendes Wasser, die als aufwärts bezeichnet werden, unterschieden.
Auf Kontinenten bilden sie eine durchgehende Hülle, die auch in trockenen Steppen- und Wüstengebieten nicht unterbrochen wird. Sie sind wie Oberflächengewässer in ständiger Bewegung und nehmen am allgemeinen Wasserkreislauf der Natur teil.
Der Bau und Betrieb der meisten oberirdischen Bauwerke und aller unterirdischen Bauwerke ist mit der Notwendigkeit verbunden, die Bewegung des Grundwassers, seine Zusammensetzung und seinen Zustand zu berücksichtigen. Die physikalischen und mechanischen Eigenschaften und der Zustand vieler Gesteine hängen vom Grundwasser ab. Sie überschwemmen häufig Baugruben, Gräben, Gräben und Tunnel und tragen, wenn sie an die Oberfläche gelangen, zur Überschwemmung des Gebiets bei. Grundwasser kann gegenüber Gesteinen eine aggressive Umgebung sein. Sie sind die Hauptursache für viele physikalische und geologische Prozesse, die unter natürlichen Bedingungen beim Bau und Betrieb von Ingenieurbauwerken ablaufen.
Es gibt:
Trinkwasser- Wasser, dessen Qualität im natürlichen Zustand oder nach der Aufbereitung den gesetzlichen Anforderungen entspricht und zum Trinken und für den häuslichen Bedarf des Menschen oder zur Herstellung von Nahrungsmitteln bestimmt ist. Zu dieser Art von Wasser zählen auch mineralische natürliche Tafelwässer, zu denen Grundwässer mit einer Gesamtmineralisierung von nicht mehr als 1 g/dm3 gehören, die keiner Wasseraufbereitung bedürfen oder ihre natürliche Zusammensetzung nach der Wasseraufbereitung nicht verändern.
Technische Grundgewässer - Wässer unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung (von Frischwasser bis Salzlösung), die für industrielle, technische und technologische Zwecke bestimmt sind und deren Qualitätsanforderungen durch staatliche oder industrielle Standards festgelegt sind, technische Spezifikationen oder Verbraucher.
Grundwasser wird außerdem unterteilt in:
Grundwasser entsteht hauptsächlich durch das Eindringen (Infiltration) von atmosphärischen Niederschlägen und Oberflächenwasser in die Erdkruste. Wasser gelangt durch durchlässiges Gestein in die undurchlässige Schicht und sammelt sich dort an, wodurch ein unterirdisches Becken oder ein Bach entsteht. Dieses Grundwasser heißt Infiltration. Die Menge des Sickerwassers hängt von den klimatischen Bedingungen des Gebietes, dem Relief, der Vegetation, der Zusammensetzung der Gesteine der oberen Schichten, ihrer Struktur und Beschaffenheit sowie der tektonischen Struktur des Gebietes ab. Am häufigsten kommt es zur Infiltration von Grundwasser.
Grundwasser kann auch durch Kondensation von dampfförmigem Wasser entstehen, das ständig in den Poren von Gesteinen zirkuliert. Kondensation Grundwasser wird nur im Sommer und teilweise im Frühjahr und Herbst gebildet, im Winter überhaupt nicht. Durch die Kondensation von Wasserdampf erklärte A.F. Lebedev die Bildung erheblicher Grundwasserreserven in Wüsten- und Halbwüstenzonen, in denen die Niederschlagsmenge vernachlässigbar ist. Nicht nur atmosphärischer Wasserdampf kann kondensieren, sondern auch Wasserdampf, der aus Magmakammern und anderen Hochtemperaturzonen der Erdkruste freigesetzt wird. Solches Grundwasser wird als Jungwasser bezeichnet .
Jugendlicher Grundwasser ist in der Regel stark mineralisiert. Während der geologischen Entwicklung können vergrabene Wasserbecken tief in der Erdkruste verbleiben. Als Wasser bezeichnet man das in den Sedimentschichten dieser Becken enthaltene Wasser Relikt.
Grundwasserbildung ist komplexer Prozess, beginnend mit der Ansammlung von Sedimenten und eng mit der geologischen Geschichte des Gebiets verbunden. Sehr oft vermischen sich Grundwässer unterschiedlicher Herkunft miteinander und bilden sich gemischt je nach Herkunft des Wassers.
Aus Sicht der Grundwasserverteilung wird der obere Teil der Erdkruste üblicherweise in zwei Zonen unterteilt: die Belüftungszone und die Sättigungszone. In der Belüftungszone sind nicht immer alle Gesteinsporen mit Wasser gefüllt. Das gesamte Wasser in der Belüftungszone wird durch Niederschläge gespeist, verdunstet intensiv und wird von den Pflanzen aufgenommen. Die Wassermenge in dieser Zone wird bestimmt klimatische Bedingungen. In der Sättigungszone sind unabhängig von den klimatischen Bedingungen immer alle Poren des Gesteins mit Wasser gefüllt. Oberhalb der Sättigungszone befindet sich eine Unterzone der kapillaren Befeuchtung. In dieser Subzone sind dünne Poren mit Wasser gefüllt, große mit Luft.
In der Belüftungszone entstehen Bodenwasser und Sedimentgewässer. Bodenwasser liegt direkt an der Erdoberfläche. Dies ist das einzige Wasser, das keinen Grundwasserspiegel aufweist und hauptsächlich aus gebundenem und kapillarem Wasser besteht. Bodenwasser steht in einer komplexen Beziehung zu tierischen und pflanzlichen Organismen. Es zeichnet sich durch starke Temperaturschwankungen, das Vorhandensein von Mikroorganismen und Humus aus. Bauherren stoßen nur in Feuchtgebieten auf Bodenwasser.
Werchowodka bildet sich in der Belüftungszone wasserfester Brillengläser. Unter Hochwasser versteht man auch jede vorübergehende Ansammlung von Wasser in der Belüftungszone. In diese Zone eindringende atmosphärische Niederschläge können in schlecht durchlässigen oder verdichteten Schichten vorübergehend zurückgehalten werden. Am häufigsten geschieht dies im Frühjahr während der Schneeschmelze oder bei starkem Regen. In Trockenperioden kann mehrjähriges Wasser verschwinden.
Die charakteristischen Merkmale von Sedimentgewässern sind ihre inkonsistente Existenz, begrenzte Verbreitung und geringe Leistung. Hochwasser stellt Bauherren oft vor Schwierigkeiten, da das Vorhandensein oder die Möglichkeit seiner Entstehung bei geotechnischen Untersuchungen nicht immer festgestellt wird. Das entstehende Stauwasser kann zu Überschwemmungen von Ingenieurbauwerken und zur Überschwemmung von Flächen führen.
Boden bezeichnet Wasser, das auf der ersten dauerhaften wasserdichten Schicht der Erdoberfläche liegt. Grundwasser existiert ständig. Sie verfügen über eine sogenannte freie Wasseroberfläche Grundwasserspiegel, und ein wasserdichtes Bett. Die Projektion des Grundwasserspiegels auf eine vertikale Ebene nennt man Grundwasserspiegel (U GV). Als Abstand wird der Abstand vom Grundwasserspiegel zum Grundwasserspiegel bezeichnet Kapazität des Grundwasserleiters.
Der Grundwasserspiegel und damit die Mächtigkeit des Grundwasserleiters sind variable Werte und können sich im Laufe des Jahres je nach klimatischen Bedingungen ändern. Grundwasser wird hauptsächlich aus atmosphärischem Wasser und Oberflächenwasser angereichert, kann aber auch durch Infiltration und Kondensation gemischt werden. Als Grundwasserleiter bezeichnet man den Bereich der Erdoberfläche, aus dem Oberflächen- und Atmosphärenwasser in einen Grundwasserleiter gelangt Bereich Ernährung Grundwasser. Das Gebiet der Grundwasserneubildung fällt immer mit dem Gebiet seiner Verbreitung zusammen. Grundwasser ist aufgrund der freien Wasseroberfläche frei fließend, d. h. der Wasserspiegel im Brunnen wird auf die Höhe eingestellt, auf der das Wasser auftrifft.
Abhängig von den Bedingungen des Grundwasservorkommens werden Grundwasserflüsse und -becken unterschieden. Bodenströmungen haben einen geneigten Spiegel und bewegen sich kontinuierlich in Richtung des Grundwassergefälles. Erdbecken haben einen horizontalen Spiegel und sind weitaus seltener anzutreffen.
Grundwasser ist in ständiger Bewegung und steht in enger Verbindung mit Oberflächengewässern und Stauseen. In Gebieten, in denen der Niederschlag die Verdunstung dominiert, speist das Grundwasser normalerweise die Flüsse. unterirdischer artesischer Grundwasserleiter
In trockenen Gebieten kommt es häufig vor, dass Wasser aus Flüssen in das Grundwasser fließt und unterirdische Bäche wieder auffüllt. Es kann auch eine gemischte Art der Verbindung geben, wenn an einem Ufer Grundwasser den Fluss speist und am anderen Ufer Wasser aus dem Fluss in den Grundwasserfluss gelangt. Die Art der Verbindung kann je nach klimatischen und anderen Bedingungen variieren.
Bei der Planung und dem Bau von Ingenieurbauwerken ist dies zu berücksichtigen Grundwasserregime, d. h. zeitliche Veränderungen von Indikatoren wie Schwankungen des Grundwasserspiegels, der Temperatur und der chemischen Zusammensetzung. Der Pegel und die Temperatur des Grundwassers unterliegen den größten Veränderungen. Die Gründe für diese Veränderungen sind sehr vielfältig und stehen oft in direktem Zusammenhang mit menschlichen Bautätigkeiten. Klimatische Faktoren verursachen sowohl saisonale als auch langfristige Veränderungen des Grundwasserspiegels. Überschwemmungen an Flüssen sowie Stauseen, Teichen, Bewässerungssystemen, Kanälen und Entwässerungsbauwerken führen zu Veränderungen im Grundwasserhaushalt.
Die Lage des Grundwasserspiegels wird auf Karten anhand von Hydroisohypsen und Hydroisobathen dargestellt. Hydroisohypsen-- Linien, die Punkte mit der gleichen absoluten Höhe des Grundwasserspiegels verbinden. Diese Linien ähneln den Konturen des Reliefs und spiegeln wie diese das Relief des Grundwasserspiegels wider. Die Hydroisohypsumkarte dient zur Bestimmung der Richtung der Grundwasserbewegung und zur Bestimmung des Wertes des hydraulischen Gefälles.
Die Bewegungsrichtung des Grundwassers verläuft immer senkrecht zu den Hydroisohypsen von höheren zu tieferen Lagen. Man bezeichnet die Richtungen, entlang derer sich das Grundwasser bei einer stetigen, zeitinvarianten Bewegung bewegt aktuelle Zeilen. Sind die Stromlinien parallel zueinander, nennt man eine solche Strömung flach. Die Strömung kann auch konvergierend oder divergierend sein. Je kleiner der Abstand zwischen den hydraulischen Isohypsen ist, desto größer ist das hydraulische Gefälle der Bodenströmung. Hydroisobate-- Linien, die Punkte mit gleicher Grundwassertiefe verbinden.
Zwischenschicht Unter Grundwasser versteht man Grundwasserleiter, die zwischen zwei Grundwasserleitern liegen. Sie können drucklos oder drucklos sein.
Interstratale drucklose Gewässer sind selten. Die Art ihrer Bewegung ähnelt der des Grundwassers. Zwischenschichtdruckwasser wird genannt artesisch. Das Vorkommen artesischer Gewässer ist sehr vielfältig, am häufigsten kommt es jedoch zu synklinalen Gewässern.
Artesisches Wasser füllt immer den gesamten Grundwasserleiter von der Basis bis zum Dach und hat keine freie Wasseroberfläche. Als Verbreitungsgebiet einer oder mehrerer Ebenen artesischer Grundwasserleiter wird bezeichnet artesisches Becken. Die Flächen artesischer Becken sind riesig und umfassen Dutzende, Hunderte und manchmal Tausende von Quadratkilometern.
In jedem artesischen Becken werden Bereiche der Zufuhr, Verteilung und Ableitung unterschieden. Der Nahrungsbereich artesischer Becken liegt meist am lange Distanzen von der Mitte des Beckens und in höheren Lagen.
Es fällt nie mit dem Bereich ihrer Verbreitung zusammen, der manchmal als Druckbereich bezeichnet wird. Artesische Gewässer unterliegen gemäß dem Gesetz der kommunizierenden Gefäße einem hydrostatischen Druck aufgrund des Höhenunterschieds zwischen dem Zufuhrgebiet und dem Abflussgebiet. Als artesisches Wasser wird der Füllstand in einem Brunnen bezeichnet piezometrisch.
Seine Position wird bestimmt piezometrische Linie oder eine Druckleitung, eine bedingte gerade Linie, die den Versorgungsbereich mit dem Abflussbereich verbindet. Wenn die piezometrische Linie über der Erdoberfläche verläuft, kommt es beim Öffnen des Grundwasserleiters durch Brunnen zu einer Strömung und der Druck wird als positiv bezeichnet.
Befindet sich der piezometrische Pegel unterhalb der Erdoberfläche, spricht man von einem negativen Druck und es fließt kein Wasser aus dem Brunnen. Artesische Gewässer sind im Allgemeinen stärker mineralisiert und weniger mit Oberflächenwasserläufen und Gewässern verbunden als Grundwasser.
Durch Spaltengewässer sogenanntes Grundwasser, das auf gebrochenes magmatisches Gestein, metamorphes Gestein und Sedimentgestein beschränkt ist. Die Art ihrer Bewegung wird durch die Größe und Form der Risse bestimmt. Bruchwasser kann drucklos oder drucklos sein. Sie sind nicht konstant und können die Art der Bewegung verändern. Die Erosion und Auflösung von Gesteinen führt zur Erweiterung der Risse, die Kristallisation von Salzen und die Ansammlung von Sedimenten zu deren Verengung. Die Fließgeschwindigkeit des Kluftwassers kann bis zu 500 m3/h betragen. Kluftwasser bereitet erhebliche Schwierigkeiten beim Bau unterirdischer Bauwerke.
Die Bedingungen für die Bildung von Grundwasser werden weitgehend durch die Filtereigenschaften von Gesteinen bestimmt, die ihre Fähigkeit charakterisieren, Wasser durch sich selbst zu leiten.
Der Grad der Wasserdurchlässigkeit von Böden wird durch den Filtrationskoeffizienten Kf charakterisiert. Sie drückt die Filtrationsrate in m/Tag oder m/s bei einem hydraulischen Gefälle t = 1 aus. Gesteine, deren Kf-Werte unter 0,1 m/Tag liegen, gelten üblicherweise als wasserdicht, da sie im Gegensatz zu wasserdurchlässigen Gesteinen wasserdurchlässig sind praktisch nicht für die Entwässerung auf herkömmlichem Wege geeignet (siehe Tabelle 5.1).
Die Filtrationseigenschaften von Böden hängen von ihrer granulometrischen Zusammensetzung und Porosität ab. Je größer die Bodenkörner und damit die Poren zwischen ihnen sind, desto höher ist die Wasserdurchlässigkeit.
In nichtbindigen Böden kann die Wasserbewegung nicht nur durch Gravitationskräfte (Filtration), sondern auch durch Kapillarkräfte erfolgen. Dabei wird Grundwasser durch dünne Hohlräume angesaugt und die oberen Bodenschichten auf Kosten der wasserführenden unteren Schichten angefeuchtet. Diese Eigenschaft von Böden wird durch die maximale Höhe des Kapillaraufstiegs charakterisiert (siehe Tabelle 5.2).
2.2.Entstehung und Bildung von Grundwasser
Grundwasser entsteht durch das Eindringen (Infiltration) von atmosphärischen Niederschlägen in den Boden sowie durch die Kondensation von Wasserdampf in ihren Poren und Hohlräumen. Zwischen undurchlässigen Schichten bilden sich Grundwasserleiter, wodurch Zonen mit unterschiedlichem Sättigungsgrad und unterschiedlicher Wasserversorgung entstehen.
Reis. 14. Schema der Grundwasserbildung
I - Belüftungszone; 2 - Sättigungszone (Aquifer);
3 - wasserdichte Schicht; 4 - wasserdicht.
a - stehendes Wasser und suspendiertes Wasser; b - Grundwasser; c - interstratale Gewässer.
Die oberste Belüftungszone ist dient als eine Art „Pufferschicht“ zwischen Grundwasser und Tagesoberfläche, reguliert den Wasserfluss aus der Atmosphäre in den Grundwasserleiter und sammelt in seinem unteren Teil Kapillarwasser, das hydraulisch mit dem Grundwasserleiter verbunden ist. Atmosphärischer Niederschlag von der Erdoberfläche dringt hauptsächlich durch freie Versickerung in diese Zone ein. Die größte Feuchtigkeitsmenge in der Belüftungszone sammelt sich nach der Schneeschmelze in großen Mengen an und verdunstet im Sommer teilweise, wird von Pflanzen transportiert oder versickert in den darunter liegenden Schichten, wo sich Grundwasserleiter bilden.
Hochwasser und Schwebewasser entstehen, wenn wasserdurchlässige Böden über separate wasserbeständige Linsen verfügen oder wenn schwach durchlässige Böden keine Zeit haben, von oben kommende Feuchtigkeit durchzulassen. Diese Gewässer zeichnen sich durch eine unhaltbare Verteilung, einen sich im Laufe der Zeit stark ändernden Pegel aus und können bei Beendigung vollständig verschwinden der Ernährung.
Das Hochwasser fließt nach und nach aus der wasserdichten Linse ab und speist den darunter liegenden Grundwasserleiter, und das suspendierte Wasser, das nur durch die Kraft der Kapillarspannung in wenig durchlässigen Schichten zurückgehalten wird, sickert ungehindert in die durchlässige Schicht ein.
Trotz ihres gelegentlichen Vorkommens im Boden führen Hochwasser und Schwebwasser nahe der Erdoberfläche in manchen Fällen zu einer Überschwemmung des Territoriums und einer Überschwemmung unterirdischer Bauwerke.
Grundwasser Sie sind die ersten dauerhaft vorhandenen Grundwasserleiter von der Erdoberfläche aus und liegen auf einer flächeneinheitlichen Grundwasserleiterschicht. Ihr Nahrungsgebiet deckt sich mit ihrem Verbreitungsgebiet. Da diese Gewässer nicht tief unter der Erdoberfläche liegen, verursachen sie am häufigsten Überschwemmungen in städtischen Gebieten.
MichPlastikgewässer Sie sind durch eine wasserabweisende Schicht von der Oberfläche getrennt und weisen unterschiedliche Bereiche der Wiederauffüllung und Verteilung sowie Bereiche auf, in denen die wasserhaltige Schicht an die Erdoberfläche tritt (natürliche Entwässerungszone). Liegen diese Gewässer in relativ geringen Tiefen, können sie aufgrund der Bodendruckspeisung des oberen Grundwasserleiters zu Überschwemmungen lokaler Gebiete am Hangfuß oder größerer Flächen führen.
Grundwasser kann sein drucklos, wenn sie eine freie Oberfläche haben, und Druck, mit wasserdichtem Dach. Druck Das Wasser steht unter hydrostatischem Druck und gelangt dort an die Oberfläche, wo sich der Grundwasserleiter mit Flüssen, Schluchten oder künstlichen Ausgrabungen kreuzt (diese Gewässer werden artesisch genannt).
Die Grundwasseroberfläche wird auf der Karte als Hydroisohypsen und Hydroisobaten dargestellt (siehe Abb. 15).
Abb. 15.
Hydroisohypsen und Hydroisobate im überschwemmten Gebiet
Hydroisohypsen sind Linien äquivalenter Grundwasserspiegelmarkierungen.
Hydroisobathen sind Linien gleicher Grundwassertiefe.
Die Grundwassermenge übersteigt die Menge des Oberflächenwassers an Land. Wasser kommt in der Erdkruste nicht nur in flüssiger Form, sondern auch in gasförmiger Form und in Form von Eis vor. Wasser verwandelt sich in gefrorenen Gesteinen in Eis.
Der Grund für die Grundwasserbildung ist das Versickern atmosphärischer Niederschläge durch die Gesteine der Erdkruste. Es gibt Steine, die Wasser durchlassen, und andere, die das nicht tun. Erstere nennt man wasserdurchlässig, letztere wasserbeständig.
Regenwasser, das auf die Erdoberfläche fällt, sickert durch durchlässige Schichten, bis es auf eine wasserdichte Schicht trifft. Dadurch werden die Gesteine knapp über der Grundwasserleiterschicht mit Wasser gesättigt und verwandeln sich in Grundwasserleiter.
Zu den wasserdurchlässigen Gesteinen zählen Sand, Kieselsteine, Kies, Kalkstein, Sandstein und Schiefer. Diese Steine sind entweder locker oder weisen Risse auf. Ton und hartes Gestein, das keine Risse aufweist, ist wasserdicht.
Grundwasser kann Grundwasser oder interstratales Wasser sein. Grundwasser befindet sich näher an der Erdoberfläche, direkt unterhalb der durchlässigen Schichten. Interstratale Schichten liegen tiefer, zwischen wasserbeständigen Schichten. Wasser gelangt dort an die Stellen, wo ihre Grundwasserleiter an die Oberfläche treten. Dies geschieht beispielsweise in Flussbetten.
Grundwasser entsteht hauptsächlich durch das Eindringen von Niederschlägen und teilweise durch Kondensation aus der Luft, wenn die Temperatur der Luft in den Poren der Gesteine bis zum Taupunkt sinkt. Ein Teil des Grundwassers, das in den Poren von Sedimentschichten vergraben ist, entsteht gleichzeitig mit der Ablagerung terrigener Materialien am Boden von Stauseen; diese Gewässer werden Sedimentationsgewässer genannt.
Nach Ansicht der meisten Forscher entstand Wasser auf der Erde zunächst aus Magma; Beim Abkühlen und Kristallisieren wurde neben festen und gasförmigen Bestandteilen auch Wasser in Form von Dampf freigesetzt, der dann in einen flüssigen Zustand kondensierte. Und heutzutage überwiegt bei Vulkanausbrüchen Wasser im Dampfzustand in der Zusammensetzung der flüchtigen Stoffe. Aus Magma gebildetes Grundwasser wird Jungwasser genannt.
Infiltrationswasser und in geringerem Maße auch Kondensationswasser nehmen am aktivsten am Wasserkreislauf auf der Erde teil; Sedimentationsgewässer, die Teil alter Sedimentschichten sind, können durch geologische Prozesse (Kompression in Falten, Zerstörung darüberliegender Schichten, Rissbildung etc.) in die Gesamtzirkulation einbezogen werden und die Zeit ihrer Zirkulation wird an der geologischen Zeit gemessen Waage. Noch geringer ist der Anteil der Teilnahme am allgemeinen Kreislauf der Junggewässer.
An Orten, an denen Mineralvorkommen vorkommen, entsteht Grundwasser hauptsächlich durch Versickerung. Dies wird durch den beobachteten Anstieg der Wasserzuflüsse in die Grubenbaue in fast allen Bergwerken im Frühjahr und nach Regenfällen belegt, wenn auch mit einiger Verzögerung.
§ 5. Klassifizierung des Grundwassers
Es gibt keine allgemein anerkannte Klassifizierung des Grundwassers. Dies erklärt sich dadurch, dass Grundwasser unter den unterschiedlichsten geologischen Bedingungen in der Erdkruste liegt, seine physikalischen Eigenschaften und seine chemische Zusammensetzung äußerst unterschiedlich sind und die Anforderungen an das Grundwasser während seines Betriebs nicht gleich sind.
Die Klassifizierung von Grundwasser kann auf verschiedenen Merkmalen basieren: Entstehungsart, Vorkommensbedingungen, hydraulische Eigenschaften, lithologische Zusammensetzung der Grundwasserleiter, ihr Alter, physikalische Eigenschaften des Grundwassers, ihre chemische Zusammensetzung usw.
Entsprechend den Entstehungsbedingungen wird Grundwasser unterteilt in verschiedene Gruppen Die wichtigsten davon sind Sickerwasser und teilweise auch Kondenswasser.
Abhängig von den Vorkommensbedingungen und der Beschaffenheit der Wirtsgesteine wird das Grundwasser in folgende Arten eingeteilt: 1) Dampfwasser, das in den Poren von Gesteinen liegt und zirkuliert, die den oberflächlichsten Teil der Erdkruste bilden; 2) Formationsgewässer, die in den Poren oder Rissen von Sedimentgesteinen liegen und zirkulieren und von undurchlässigem Gestein über- und unterlagert werden; diese Gewässer werden in poröses Stratalwasser und gebrochenes Stratalwasser unterteilt; 3) Spaltwasser, das in Gesteinen (magmatischen, metamorphen und sedimentären) Gesteinen zirkuliert, die durch gleichmäßige Brüche durchdrungen sind; 4) Karstgewässer, die in Massiven aus karbonathaltigem, gipshaltigem und salzhaltigem Karstgestein zirkulieren; 5) Spaltwasser, das in einzelnen tektonischen Rissen und in Zonen tektonischer Verwerfungen zirkuliert.
Aufgrund seiner hydraulischen Eigenschaften wird Grundwasser in druckloses Wasser bzw. Wasser mit freier Oberfläche und Druckwasser unterteilt, bei dem der Grundwasserleiter von oben durch undurchlässiges Gestein blockiert wird und das Grundwasser darin einem hydrostatischen Druck ausgesetzt ist, der Druck verursacht.
Abhängig vom Alter der wasserführenden Gesteine erhalten Grundwässer die entsprechende Bezeichnung, zum Beispiel: Gewässer aus Karbonsedimenten, Jura, Kreidezeit, Tertiär usw.
Basierend auf der Temperatur wird das Grundwasser in kaltes (mit einer Temperatur unter 20 °C), warmes (20 – 37 °C), heißes (37 – 42 °C) und sehr heißes (Thermalwasser mit einer Temperatur über 42 °C) unterteilt. .
Nach dem Mineralisierungsgrad bzw. dem Gehalt an gelösten Salzen werden aufsteigende Wässer nach W.I (10 - 50 g/l) und Solen (über 50 g/l). In der Praxis ist nicht nur der Gesamtgehalt an gelösten Salzen, sondern auch deren Zusammensetzung von erheblicher Bedeutung für die Charakterisierung und Beurteilung von Grundwasser. Abhängig vom Vorherrschen der im Wasser gelösten Salze werden Wässer in Hydrogencarbonat, Sulfat und Chlorid sowie nach Kationen in Kalzium, Magnesium und Natrium unterteilt.
Grundwasser enthält neben Salzen immer auch verschiedene Gase – Kohlendioxid, Stickstoff, Schwefelwasserstoff etc., die oft von großer praktischer Bedeutung sind. Abhängig vom im Wasser gelösten Gas werden Kohlendioxid, Schwefelwasserstoff, Radon und andere Grundwasserarten unterschieden. In den meisten Fällen haben solche Wässer einen medizinischen Wert (Kohlendioxidwasser von Kislowodsk, Schwefelwasserstoffwasser von Matsesta, Radonwasser von Zhaltubo usw.). Grundwasser, das bestimmte medizinische Eigenschaften besitzt, wird als balneologisch bezeichnet.
Grundwasser, das industrielle Konzentrationen bestimmter Elemente in gelöster Form enthält, wird als industriell bezeichnet. Es gibt Jod-, Brom-Jod-, Brom- und andere Wässer.
Unter den Landgewässern befinden sich die größten Reserven im Grundwasser, dessen Gesamtreserven 60 Millionen km 3 betragen. Grundwasser kann in flüssigem, festem oder dampfförmigem Zustand vorliegen. Sie befinden sich im Boden und Gestein des oberen Teils der Erdkruste.
Die Fähigkeit von Gesteinen, Wasser durchzulassen, hängt von der Größe und Anzahl der Poren, Hohlräume und Risse ab.
In Bezug auf Wasser werden alle Gesteine in drei Gruppen eingeteilt: wasserdurchlässig(gut wasserdurchlässig) wasserdicht(Wasser zurückhalten) und löslich.
Lösliche Gesteine - Dies sind Kalium- und Speisesalze, Gips, Kalkstein. Wenn das Grundwasser sie auflöst, entstehen in der Tiefe große Hohlräume, Höhlen, Dolinen und Brunnen (dieses Phänomen wird Karst genannt).
Durchlässiges Gestein können in zwei Kategorien eingeteilt werden: durchlässig über ihre gesamte Masse (gleichmäßig durchlässig) und relativ durchlässig (halbdurchlässig). Beispiele für hochdurchlässige Gesteine sind Kieselsteine, Kies und Sand. Zu den semipermeablen Materialien gehören feinkörniger Sand, Torf usw.
Darüber hinaus können durchlässige Gesteine feuchtigkeitsintensiv oder nicht feuchtigkeitsintensiv sein.
Nicht feuchtigkeitsintensive Gesteine - Dabei handelt es sich um Gesteine, die Wasser ungehindert passieren lassen, ohne sich damit zu sättigen. Dies sind zum Beispiel Sand, Kieselsteine usw.
Feuchtigkeitsintensiv - Dabei handelt es sich um Gesteine, die eine bestimmte Menge Wasser speichern (zum Beispiel fasst ein Kubikmeter Torf über 500 Liter Wasser).
ZU wasserdichter Berg Zu den Gesteinen gehören Ton, massiver Kristall und Sedimentgesteine. Allerdings können diese Gesteine unter natürlichen Bedingungen brechen und durchlässig werden.
Als Schichten wasserfester Gesteine werden Schichten bezeichnet, über denen Grundwasserleiter liegen wasserdicht.
Auf wasserundurchlässigen Gesteinen wird nach unten versickerndes Wasser zurückgehalten und füllt die Lücken zwischen den Partikeln des darüber liegenden durchlässigen Gesteins und bildet sich Grundwasserleiter.
Als durchlässige Gesteinsschichten werden wasserhaltige Schichten bezeichnet wasserführend.
Auf Ebenen, die aus Sedimentgesteinen bestehen, wechseln sich normalerweise durchlässige und undurchlässige Schichten ab.
Grundwasser kommt schichtweise vor (Abb. 1). Sie lassen sich in drei Horizonte einteilen:
- Oberer Horizont- Das Süßwasser, kommt in Tiefen von 25 bis 350 m vor.
- Mittlerer Horizont - Gewässer liegen in einer Tiefe von 50 bis 600 m. Sie sind normalerweise mineralisch oder salzig.
- Unterer Horizont- Wasser, oft darin vergraben hoher Grad mineralisiert, dargestellt durch Solen. Es liegt in einer Tiefe von 400 bis 3000 m.
Tiefwasserhorizonte können jung (magmatischen Ursprungs) oder Relikte sein. In den meisten Fällen entstand das Wasser der unteren Horizonte während der Bildung der sie umgebenden Sedimentgesteine.
Entsprechend den Vorkommensbedingungen wird Grundwasser in Boden-, Stau- und Sättigungswasser – Grundwasser und Zwischenwasser – unterteilt (Abb. 2).
Bodengewässer und stehende Gewässer
Bodenwasser Füllen Sie einen Teil der Lücken zwischen Bodenpartikeln. Sie sind für ein normales Pflanzenleben notwendig.
Werchowodka Es liegt flach, existiert vorübergehend und ist nicht reichlich vorhanden. Unter unseren klimatischen Bedingungen tritt es im Frühjahr nach der Schneeschmelze auf, manchmal auch im Herbst.
Reis. 1. Grundwasserschichten
Reis. 2. Wasserarten je nach Bedingungen
Grundwasser
Grundwasser Bilden Sie auf der ersten Grundwasserleiterschicht von der Oberfläche aus einen Grundwasserleiter. Als Grundwasseroberfläche wird bezeichnet Grundwasserspiegel. Als Abstand wird der Abstand vom Grundwasserspiegel zur Grundwasserschicht bezeichnet Dicke der wasserdichten Schicht.
Grundwasser wird durch versickerte Niederschläge, Wasser aus Flüssen, Seen und Stauseen gespeist.
Aufgrund seiner flachen Lage über der Oberfläche unterliegt der Grundwasserspiegel je nach Jahreszeit erheblichen Schwankungen: Er steigt entweder nach Niederschlägen oder Schneeschmelze an oder sinkt in Trockenzeiten. In strengen Wintern kann das Grundwasser gefrieren.
Da die Tiefe des Grundwassers in erster Linie durch die klimatischen Bedingungen bestimmt wird, ist dies unterschiedlich Naturgebiete es ist anders. So stimmt der Grundwasserspiegel in der Tundra praktisch mit der Oberfläche überein, in Halbwüsten liegt er in einer Tiefe von 60-100 m und nicht überall, und diese Gewässer haben keinen ausreichenden Druck.
Der Grad der Zergliederung der Topographie des Territoriums hat großen Einfluss auf die Grundwassertiefe. Je stärker es ist, desto tiefer liegt das Grundwasser.
Grundwasser ist erheblich anfällig für Verschmutzung.
Interformationsgewässer
Interformationsgewässer- darunter liegende Grundwasserleiter, die zwischen zwei undurchlässigen Schichten eingeschlossen sind. Im Gegensatz zum Grundwasser ist der Pegel des interstratalen Wassers konstanter und ändert sich im Laufe der Zeit weniger. Interstratale Gewässer sind sauberer als Grundwasser.
Eine besondere Gruppe von Grundwässern besteht aus interstratale Druckgewässer. Sie füllen den Grundwasserleiter vollständig aus und stehen unter Druck. Alle Gewässer, die in Schichten in konkaven tektonischen Strukturen enthalten sind, stehen unter Druck.
Durch Brunnen geöffnet und nach oben steigend, ergießen sie sich an die Oberfläche oder sprudeln heraus. So funktionieren sie artesische Brunnen(Abb. 3).
Reis. 3. Artesischer Brunnen
Die chemische Zusammensetzung des Grundwassers variiert und hängt von der Löslichkeit der angrenzenden Gesteine ab. Von chemische Zusammensetzung Es gibt frisches (bis zu 1 g Salze pro 1 Liter Wasser), leicht mineralisiertes (bis zu 35 g Salze pro 1 Liter Wasser) und mineralisiertes (bis zu 50 g Salze pro 1 Liter Wasser) Grundwasser. In diesem Fall sind die oberen Grundwasserhorizonte normalerweise frisch oder leicht mineralisiert, und die unteren Horizonte können stark mineralisiert sein. Mineralwässer können kohlensäurehaltig, alkalisch, eisenhaltig usw. sein. Viele von ihnen haben medizinischen Wert.
Grundwassertemperatur
Basierend auf der Temperatur wird das Grundwasser in kaltes (bis +20 °C) und thermisches (von +20 bis +1000 °C) unterteilt. Thermalwasser unterscheidet sich normalerweise hoher Inhalt verschiedene Salze, Säuren, Metalle, radioaktive und seltene Erdelemente.
Als natürliche Abflüsse von Grundwasser (meist Grundwasser) an die Erdoberfläche werden bezeichnet Quellen(Federn, Federn). Sie entstehen meist an niedrigen Stellen, wo Grundwasserleiter die Erdoberfläche durchqueren.
Die Quellen sind kalt (mit einer Wassertemperatur von nicht mehr als 20 °C), warm (von 20 bis 37 °C) und heiß oder thermisch (über 37 °C). In regelmäßigen Abständen werden sprudelnde heiße Quellen genannt Geysire. Sie befinden sich in Gebieten mit rezentem oder modernem Vulkanismus (Island, Kamtschatka, Neuseeland, Japan).
Bedeutung und Schutz des Grundwassers
Grundwasser ist in der Natur von großer Bedeutung: Es ist die wichtigste Nahrungsquelle, Sümpfe; verschiedene Stoffe in Gesteinen auflösen und transportieren; unter ihrer Beteiligung entstehen Karst- und Erdrutschlandschaftsformen; wenn sie nahe an der Oberfläche liegen, können sie Staunässe verursachen; versorgen Pflanzen mit Feuchtigkeit und darin gelösten Nährstoffen usw. Sie werden vom Menschen häufig genutzt: Sie sind Quellen für sauberes Trinkwasser; wird zur Behandlung einer Reihe menschlicher Krankheiten eingesetzt; den Produktionsprozess mit Wasserressourcen versorgen; zur Bewässerung von Feldern verwendet; Aus Thermalwässern werden zahlreiche verschiedene Chemikalien gewonnen (Jod, Gaubersches Salz, Borsäure, verschiedene Metalle); Die thermische Energie des Grundwassers kann zum Heizen von Gebäuden, Gewächshäusern, zur Stromerzeugung usw. genutzt werden.
Der Zustand des Grundwassers wird heute in vielen Regionen als kritisch eingeschätzt und weist die Gefahr einer weiteren Verschlechterung auf. Obwohl die Grundwasserreserven groß sind, erneuern sie sich äußerst langsam, was bei der Nutzung berücksichtigt werden muss. Nicht weniger wichtig ist der Schutz des Grundwassers vor Verschmutzung.
Grundwasser (nicht nur oberflächlich, sondern auch tief) folgt anderen Elementen Umfeld sind von Schadstoffen betroffen Wirtschaftstätigkeit Menschen: aus Bergbauunternehmen, Chemieabfall- und Düngemittellagern, Deponien, Viehhaltungsanlagen, besiedelten Gebieten usw. Unter den Substanzen, die das Grundwasser verschmutzen, sind die vorherrschenden: Erdölprodukte, Phenole, Schwermetalle (Kupfer, Zink, Blei, Cadmium). , Nickel, Quecksilber), Sulfate, Chloride, Stickstoffverbindungen. Die Fläche der Grundwasserverschmutzungszentren erreicht Hunderte von Quadratkilometern. Die Qualität des Trinkwassers verschlechtert sich.