32-тб 19.10 Урок 11-12. Розділ ІІ. ОСНОВИ ГІДРОГЕОЛОГІЇ.

Тема уроку : Вода в земній корі. Класифікація підземних вод.

 

Мета уроку: вивчити кругообіг води в природі, інтенсивність водообміну. Походження підземних вод. Інфільтрацію. Водні властивості гірських порід. Схема класифікації підземних вод за гідравлічними умовами (напірні, не напірні). Фізичні властивості та хімічний склад природної підземної води.

План

1.  Вода в Земній корі. Кругообіг води в природі. Інтенсивність водообміну.

2. Водні властивості гірських порід. Класифікація підземних вод.

3. Фізичні властивості та хімічний склад природної підземної води.

 

1. Вода в Земній корі. Кругообіг води в природі. Інтенсивність водообміну.

Гідрогеологія (грецьк. "гідрос" ― вода, "логос"― вчення) ― геологічна наука про підземні води, яка вивчає умови їх залягання, походження і формування, режим та їх склад, рух і придатність для народного господарства. Загальна кількість води на планеті складає близько 1370,3 млн куб. км. З них моря та океани ―                  1280,3 млн куб. км. Суша ― 90, в тому числі: підземні води ― 60, поверхневі грунтові ― 0,075, озера ― 0,75, ріки ― 0,012; атмосфера ― 0,163, льодовики ― 29 млн куб. км. Уся ця маса води знаходиться у постійному русі, здійснює кругообіг у природі     (рис. 5.1). Щорічно на поверхню Землі випадає у вигляді дощу та снігу близько 512 тис. куб. км води, з них 10 тис. куб. км ― на сушу. Біля 60% води, що випадає на сушу, випаровується, 20% іде в стоки і 20% інфільтрується (просочується) в товщу гірських порід.

Рисунок 4.1 ― Кругообіг води в природі

 2 Водні властивості гірських порід. Класифікація підземних вод.

Усі гірські породи за спроможністю пропускати воду розподіляються на три категорії: водонепроникні (водоупори), слабоводопроникні та водопроникні.

Водонепроникні: глини, монолітні граніти, кварцити та інші метаморфічні, магматичні та зцементовані осадові гірські породи.

Слабо водопроникні: суглинки, супіски, глинисті піски, слаботріщинуваті магматичні, метаморфічні та зцементовані осадові гірські породи.

Водопроникні: тріщинуваті магматичні, метаморфічні та незцементовані осадові гірські породи, крупно- та середньоуламкові породи (галька, щебінь, жорства, піски).

Якщо діаметр пор більше 1 мм, а ширина тріщин більше 0,25 мм, то такі гірські породи здатні пропускати воду в глибину землі. Оскільки пори та тріщини сполучаються між собою, то на деякій глибині формується насичений водою шар гірської породи, який називається підземним водоносним горизонтом. Обов'язковою умовою його формування є наявність водоупору, зверху якого залягають водонепроникні гірські породи.

Усі підземні води класифікуються за такими ознаками:

-за походженням (інфільтраційні, конденсаційні, седиментаційні, ювенільні та змішані).

-Інфільтраційні (інфільтрація ― просочення усередину) підземні води утворюються за рахунок проникнення атмосферних опадів, талої води у водопроникні гірські породи в місцях їх виходу на денну поверхню.

-Конденсаційні води утворюються внаслідок конденсації пароподібної води у порах та тріщинах гірських порід, як правило, у зонах аерації.

-Седиментаційні (седиментація – осадження) води утворюються внаслідок захоронення разом з осадами вод прадавніх озер та морів.

-Ювенільні (первинні) води утворюються за рахунок конденсації пари магми.

-умовами залягання (поверхневогрунтові, верховодку, грунтові та міжпластові)

-гідравлічним режимом (безнапірні та напірні підземні води)

- хімічним складом та фізичними властивостями.

 

3. Фізичні властивості та хімічний склад природної підземної води

Підземні води ― це складний мінеральний розчин, склад якого змінюється час від часу. Переміщуючись у товщі гірських порід, вони насичуються окисами, солями, газами та продуктами органічного розпаду. Ґрунтові води, як відомо, живляться в основному за рахунок атмосферних опадів, які не є чистою дистильованою водою. Досить сказати, що у районі Києва―Вінниці на 1 м² поверхні випадає за рік 10 г солі (на 1 км² ― 10 т).

За мінералізацією, тобто в залежності від вмісту розчинених солей, підземні води підрозділяються: на прісні з концентрацією солей до 1 г/л, слабосолоні ― 1 ― 3, солонуваті ― 3 ― 10, солоні ― 10 ― 30, розсольні ― 30 ― 50 та розсоли ― більше 50 г/л. Мінералізацію води визначають за сухим залишком при її випаровуванні при температурі 105 ― 110°С.

Жорсткість води характеризується наявністю в ній розчинених сірнокислих солей Са та Mg. У нашій країні за одиницю жорсткості прийнято 1 мг-екв/л Са, тобто 20,04 мг на 1 л води. 1 мг-екв чисельно дорівнює атомній вазі, розділеній на валентність (атомна вага Са ― 40,07, валентність ― 2). Замість Са використовують   Mg ― 12,16 мг-екв на 1 л води.

За жорсткістю води класифікуються як дуже м'які при вмістi у воді до 1,5 мг-екв/л, м'які ― 1,5 ― 3,0 мг-екв/л, помірно жорсткі ― 3,0―6,0 мг-екв/л, жорсткі ―6―9 мг-екв/л та дуже жорсткі ― більше 9 мг-екв/л. Жорстка вода дає великий накип у парових котлах, погано милиться та викликає інші небажані явища.

Агресивність підземних вод проявляється в шкідливій дії їх на бетонні та металеві конструкції.

Загальнокислотна агресія обумовлена наявністю у воді в дисоційованому стані водневих Н+ та гідроксильних іонів ОН-. Один грам чистої води при температурі 22°С містить 10―7 грам-іонів Н+ і стільки ж ОН-. Вираз lg[Н+] позначають як рН , який і є мірою агресивності води (кислотний показник). За цим показником підземні води розділяються на дуже кислі (рН <5), нейтральні     (рН = 7), лужні (7< рН  9) та сильно лужні (рН > 9).

При кислих підземних водах відбувається розчинення та вимивання вапна з бетону, крім цього, значного роз'їдання зазнають металеві конструкції під впливом сильно кислих та сильно лужних вод.

Вуглекислотна агресія має місце за наявності у воді агресивної вуглекислоти СО2. При взаємодії з водою та вапном цементу утворюється бігідрокарбонат кальцію Са(НСО3)2, який швидко розчиняється у воді та виноситься з бетону.

Сульфатна агресія полягає в утворенні нових кристалічних сполук із-за надмірного вмісту іонів сульфату SO. Це утворення, яке дістало назву цементної "бацили" (3СаО*Аl2О3*3CaSО4*31Н2О), супроводжується збільшенням об'єму цементу в 2 ― 3 рази і руйнуванням бетонних конструкцій.

Гази у підземних водах знаходяться у вільному та розчиненому стані. Вони проникають у підземні води різними шляхами: при інфільтрації, розкпаді органічних речовин, охолодженні магми і т.ін. Найбільш розповсюджені з них кисень, сірководень, вуглекислота, азот, метан та благородні гази (гелій, аргон, радон та інші). Гази, особливо кисень, як у вільному, так і у розчиненому стані спричинюють корозію металоконструкцій.

Гігієнічність підземних вод, тобто придатність їх для пиття, оцінюється такими характеристиками: кольором, прозорістю, смаком, запахом, наявністю хвороботворних бактерій та важких металів. Вода для пиття повинна бути смачною, прозорою, безкольоровою, не мати ніяких запахів. Забарвлення підземних вод залежить від наявності різних домішок. Так, вміст різних окисів заліза додає воді коричневого відтінку, а гумінових кислот ― жовтого. Крім цього, наявність у воді гумінових кислот додає їй болотного запаху. Сульфати надають гірко-солоного смаку, а хлориди ― солоного.

З точки зору медицини придатність для пиття визначається наявністю у воді кишкової палички Соlі. Кількість цих бактерій визначається колі-тестом або колі-титром. Колі-тест ― це кількість одиниць кишкової палички в 1 л води, а колі-титр ― кількість см³ води, яка містить 1 бактерію. Вода придатна для пиття, коли колі- тест не перевищує 3, а колі-титр 300 ― 700 см³.

Державними стандартами регламентується вміст у воді шкідливих важких металів: свинцю не більше 0,1 мг/л, миш'яку ― 0,05, фтору ―1,5, міді ― 3 та цинку на більше 3 мг/л.

Контрольні питання.

1.    Що вивчає гідрогеологіяя?

2.    До якої категорії за спроможністю пропускати воду відноситьс гірська порода глина?

3.     З яких гірських порід формуєтьс водоупор?

4.    Як класифікують підземні води за походженням?

5.    Які води утворюються за рахунок конденсації пари магми?

6.    Перерахувати види агресій у підземних водах.

7.    Чим небеспечніа агресивність підземних вод в будівництві?