Gruntsūdeņi ir pirmais pastāvīgais ūdens nesējslānis no zemes virsmas. Apmēram 80% lauku apdzīvoto vietu ūdens apgādei izmanto gruntsūdeņus. GW apūdeņošanai ir izmantots ilgu laiku.
Ja ūdeņi ir svaigi, tad 1-3 m dziļumā tie kalpo kā augsnes mitruma avots. 1-1,2 m augstumā tie var izraisīt ūdens aizsērēšanu. Ja gruntsūdeņi ir ļoti mineralizēti, tad 2,5-3,0 m augstumā tas var izraisīt augsnes sekundāru sasāļošanos. Visbeidzot, gruntsūdeņi var kavēt būvbedru izrakšanu, aizdedzināt apbūvētās vietas, agresīvi iedarboties uz konstrukciju pazemes daļām utt.
Gruntsūdeņi veidojas dažādos veidos. Daļa no tiem veidojas atmosfēras nokrišņu un virszemes ūdens nokļūšanas rezultātā caur iežu porām un plaisām. Šādus ūdeņus sauc par infiltrācijas ūdeņiem (vārds “infiltrācija” nozīmē noplūde).
Tomēr gruntsūdeņu esamība ne vienmēr ir izskaidrojama ar atmosfēras nokrišņu infiltrāciju. Piemēram, tuksneša un pustuksneša apgabalos nokrišņu ir ļoti maz, un tie ātri iztvaiko. Tomēr pat tuksnešainās vietās gruntsūdeņi atrodas zināmā dziļumā. Šādu ūdeņu veidošanos var izskaidrot tikai ar ūdens tvaiku kondensāciju augsnē. Ūdens tvaiku elastība siltajā sezonā atmosfērā ir lielāka nekā augsnē un akmeņos, tāpēc ūdens tvaiki nepārtraukti no atmosfēras plūst augsnē un veido tur gruntsūdeņus. Tuksnešos, pustuksnešos un sausās stepēs kondensācijas izcelsmes ūdens karstā laikā ir vienīgais veģetācijas mitruma avots.
Gruntsūdeņi var veidoties, apglabājot seno jūras baseinu ūdeņus kopā ar tajos uzkrājošiem nogulumiem. Šo seno jūru un ezeru ūdeņi, iespējams, ir saglabājušies apraktos nogulumos un pēc tam iesūcas apkārtējos iežos vai sasniedza Zemes virsmu. Šādus gruntsūdeņus sauc par sedimentācijas ūdeni.
Daļa gruntsūdeņu izcelsmes var būt saistīta ar izkusušās magmas atdzišanu. Ūdens tvaiku izdalīšanos no magmas apliecina mākoņu veidošanās un lietusgāzes vulkānu izvirdumu laikā. Magmatiskas izcelsmes gruntsūdeņus sauc par juvenīliem (no latīņu “juvenalis” — neapstrādāts). Saskaņā ar okeanologa H. Raita teikto, mūsdienās pastāvošie milzīgie ūdens plašumi ”visā mūsu planētas dzīves laikā pieauga pa pilienam, jo ūdens sūcas no Zemes zarnām”.
Humusvielu rašanās, izplatības un veidošanās apstākļi ir atkarīgi no klimata, reljefa, ģeoloģiskās uzbūves, upju ietekmes, augsnes un veģetācijas seguma un ekonomiskajiem faktoriem.
a) Karstā ūdens un klimata attiecības.
Kalnu ūdeņu veidošanā liela nozīme ir nokrišņiem un iztvaikošanai.
Lai analizētu šīs attiecības izmaiņas, ieteicams izmantot augu mitruma pieejamības karti. Pamatojoties uz nokrišņu un iztvaikošanas attiecību, tiek izdalītas 3 zonas (reģioni):
1. pietiekama hidratācija
2. nepietiekams
3. neliels mitrums
Pirmajā zonā ir galvenās apūdeņoto zemju platības, kurām nepieciešama drenāža (noteiktos periodos šeit ir nepieciešama mitrināšana). Nepietiekama un nenozīmīga mitruma zonām ir nepieciešams mākslīgais mitrums.
Trīs reģionos atšķiras karstā ūdens padeve ar nosēdumiem un to siltums aerācijas zonai.
Pietiekama mitruma zonā gruntsūdeņu infiltrācijas padeve vairāk nekā 0,5-0,7 m dziļumā dominē pār tā siltuma padevi aerācijas zonai. Šis modelis tiek novērots neveģetācijas un augšanas sezonās, izņemot ļoti sausos gadus.
Nepietiekama mitruma apgabalā nokrišņu infiltrācijas attiecība pret karstā ūdens iztvaikošanu, ja tā notiek sekli, atšķiras meža stepju un stepju zonās.
Mežstepēs mālajos iežos mitros gados infiltrācija pārsvarā pār termālo karsto ūdeni aerācijas zonā, attiecības ir pretējas. Steppe zonā smilšmālajos iežos neaugšanas sezonā infiltrācijas uzturs dominē pār termālo karsto ūdeni, un augšanas sezonā - mazāka plūsma. Kopumā gada laikā infiltrācijas uzturs sāk dominēt pār termiskiem gruntsūdeņiem.
Nenozīmīga mitruma apgabalos - pustuksnešos un tuksnešos - infiltrācija smilšmālajos iežos ar sekliem gruntsūdeņiem ir nesamērīgi maza, salīdzinot ar ieplūdi aerācijas zonā. Smilšainos iežos infiltrācija sāk palielināties.
Tādējādi karstā ūdens padeve nokrišņu dēļ samazinās, un plūsma aerācijas zonā palielinās, pārejot no pietiekama mitruma zonas uz niecīgu mitrumu.
b) Gruntsūdeņu savienojums ar upēm.
Gruntsūdeņu un upju savienojuma formas nosaka reljefs un ģeomorfoloģiskie apstākļi.
Dziļi iegrieztas upju ielejas kalpo kā gruntsūdens rezervuāri, nosusinot blakus esošās zemes. Gluži pretēji, ar nelielu iegriezumu, kas raksturīgs upju lejtecēm, upes baro gruntsūdeņus.
Diagrammā parādīti dažādi virszemes un gruntsūdeņu attiecību gadījumi.
Gruntsūdeņu un virszemes ūdeņu mijiedarbības principiālā aprēķinu diagramma virszemes noteces mainīguma apstākļos.
a - zems ūdens līmenis; b - plūdu pieaugošā fāze; c - plūdu dilstošā fāze.
c) Gruntsūdeņu savienojums ar spiedūdeni.
Ja starp gruntsūdeņiem un zemūdens spiediena horizontu nav absolūti ūdensnecaurlaidīga slāņa, tad starp tiem ir iespējami šādi hidrauliskā savienojuma veidi:
1) Gruntsūdens līmenis ir augstāks par spiediena ūdens līmeni, kā rezultātā iespējama karstā ūdens ieplūšana spiedūdenī.
2) Līmeņi ir gandrīz vienādi. Pazeminoties gruntsūdeņu līmenim, piemēram, ar notekcaurulēm, karsto ūdeni papildinās spiedūdens.
3) GW periodiski pārsniedz spiediena ūdeņu līmeni (apūdeņošanas, nokrišņu laikā), pārējā laikā GW tiek baroti ar nokrišņiem.
4) Gruntsūdens līmenis pastāvīgi ir zemāks par gruntsūdens līmeni, tāpēc pēdējais uzlādē gruntsūdeņus.
Gruntsūdeņi var saņemt barību no artēziskajiem ūdeņiem un caur tā sauktajiem hidroģeoloģiskajiem logiem - zonām, kur tiek pārtraukta ūdens nesējslāņa nepārtrauktība.
Iespējams, ka ogļūdeņražus var barot spiediena ogļūdeņraži tektonisku lūzumu dēļ.
Karstā ūdens hidrodinamiskās zonas, ko nosaka reljefs un ģeoloģiskā struktūra, ir cieši saistītas ar teritorijas ģeostrukturālajiem apstākļiem. Augstas drenāžas zonas ir raksturīgas kalnu un kalnu pakājes reģioniem. Zemas drenāžas zonas raksturīgas platformu līdzenumu siles un ieplakas.
GW piegādes zonalitāte visspilgtāk izpaužas sauso reģionu zemās drenāžas zonā. Tas sastāv no konsekventa karstā ūdens mineralizācijas pieauguma ar attālumu no upes, kanāla uc enerģijas avota. Tāpēc sausās vietās ūdens apgādes akas parasti tiek izvietotas gar kanāliem un upēm.
Gruntsūdeņu tilpums pārsniedz virszemes ūdeņu daudzumu uz sauszemes. Ūdeni zemes garozā var atrast ne tikai šķidrā, bet arī gāzveida un ledus veidā. Sasalušos akmeņos ūdens pārvēršas ledū.
Pazemes ūdeņu veidošanās iemesls ir atmosfēras nokrišņu izplūšana caur zemes garozas akmeņiem. Ir akmeņi, kas ļauj ūdenim iziet cauri, un ir tādi, kas neļauj. Pirmie tiek saukti par ūdens caurlaidīgiem, bet pēdējie - par ūdensizturīgiem.
Lietus ūdens, kas nokrīt uz zemes virsmas, sūcas cauri caurlaidīgiem slāņiem, līdz saskaras ar ūdensnecaurlaidīgu slāni. Rezultātā tieši virs ūdens nesējslāņa slāņa ieži ir piesātināti ar ūdeni un pārvēršas ūdens nesējslāņos.
Ūdeni caurlaidīgi ieži ir smiltis, oļi, grants, kaļķakmens, smilšakmens un slāneklis. Šie akmeņi ir vaļīgi vai ar plaisām. Māli un cietie ieži, kuriem nav plaisu, ir ūdensizturīgi.
Ūdens pazemē plūst tā, kā ir slīpa virsma – no augstākām vietām uz zemākām.
Gruntsūdeņi var būt gruntsūdeņi vai starpstratāli. Gruntsūdeņi atrodas tuvāk zemes virsmai, tieši zem caurlaidīgajiem slāņiem. Starpslāņu slāņi atrodas dziļāk, starp ūdensizturīgiem slāņiem. Ūdens šeit nokļūst tajās vietās, kur to ūdens nesējslāņi nonāk virspusē. Tas notiek, piemēram, upju gultnēs.
Gruntsūdeņi veidojas, pateicoties nokrišņu, okeānu, ezeru, upju ūdens, kūstoša sniega un ledus iekļūšanai zemes garozā. No magmas izdalītā gruntsūdens daudzums ir ļoti mazs. Tāpat, acīmredzot, mazs ir arī ūdens daudzums, kas veidojas saistītā ūdens pārejā uz brīvo ūdeni, kas notiek pie magmas kamerām (juvenīlajiem ūdeņiem).
Kad mitrums no virsmas iekļūst augsnē, tā infiltrācijai ir liela nozīme. Ūdens tvaiku iespiešanās, ko pavada tā kondensācija iežu porās, ir mazāk svarīga. Tomēr noteiktos apstākļos šis process var kļūt par galveno. Saskaņā ar A.F. Ļebedevs, vislabvēlīgākie apstākļi mitruma kondensācijai ir nemainīgas gada temperatūras slānī. Tvaika kondensācija kļūst svarīga mūžīgā sasaluma reģionā. No atmosfēras iekļūstošā mitruma kondensācijas dēļ tuksneša kāpās parādās slapju smilšu apvāršņi.
Noplūdes intensitāti un lielumu nosaka klimatisko apstākļu (mitruma) kombinācija, reljefa sadalīšanās pakāpe, augsnes caurlaidība un iežu sastopamības raksturs.
Gruntsūdeņu fiziskā un ģeogrāfiskā nozīme ir liela un daudzpusīga. Gruntsūdeņi papildina upes un ezerus. Tās iežos, ar kurām saskaras, izšķīdina dažādas vielas un transportē tās (elementu ūdens migrācija). Gruntsūdeņu aktivitāte ir saistīta ar iežu slāņu slīdēšanu pa nogāzēm (zemes nogruvumi), sīku iežu daļiņu noņemšanu un virsmas nogrimšanu (saplūšanu), iežu (sāļu, ģipša, kaļķakmens, dolomīta) šķīšanu, ko pavada akmeņu veidošanās. savdabīgas reljefa formas (karsts). Gruntsūdeņi, kas atrodas netālu no virsmas, izraisa aizsērēšanu.
Gruntsūdeņu (īpaši augsnes) loma augu apgādē ar mitrumu un barības vielām ir milzīga.
Gruntsūdeņus izmanto pilsētās un laukos. Īpaši labvēlīgi šajā ziņā ir starpstrāvu ūdeņi (jo īpaši artēziskie ūdeņi), kurus no piesārņojuma aizsargā ūdensnecaurlaidīgs slānis.
Tālu no upēm, tuksnešos un pustuksnešos, gruntsūdeņi ir vienīgais ūdens piegādes avots. Tos izmanto ne tikai ūdens apgādei, bet arī apūdeņošanai. Piemēram, Indijā 15% teritorijas apūdeņo gruntsūdeņi. Ganībās tuksneša, pustuksneša, stepju un savannu zonās gruntsūdeņi nodrošina ūdeni dzīvniekiem. Minerālūdeņus izmanto medicīniskiem nolūkiem. Ķīmiskās rūpniecības uzņēmumos daudzi ķīmiskie elementi tiek iegūti no gruntsūdeņiem. Karstie pazemes ūdeņi arvien vairāk tiek izmantoti siltuma stacijās, ēku apkurei, vannu, veļas mazgātavu u.c. ūdens apgādē.
Tēma: Galvenie gruntsūdeņu veidi. Veidošanās apstākļi. Gruntsūdeņu ģeoloģiskā aktivitāte
2. Galvenie gruntsūdeņu veidi.
1. Gruntsūdeņu klasifikācija.
Gruntsūdeņi ir ļoti dažādi pēc ķīmiskā sastāva, temperatūras, izcelsmes, mērķa utt. Pamatojoties uz kopējo izšķīdušo sāļu saturu, tos iedala četrās grupās: svaigi, iesāļi, sāļi un sāļi. Saldūdeņi satur mazāk par 1 g/l izšķīdušo sāļu; iesāļi ūdeņi - no 1 līdz 10 g/l; sālīti - no 10 līdz 50 g/l; sālījumi - vairāk nekā 50 g/l.
Pamatojoties uz izšķīdušo sāļu ķīmisko sastāvu, gruntsūdeņus iedala hidrokarbonātos, sulfātos, hlorīdos un kompleksā sastāvā. (sulfāta hidrokarbonāts, hlorīda hidrokarbonāts utt.).
Ūdeni, kuriem ir ārstnieciska vērtība, sauc par minerālūdeņiem. Minerālūdeņi nonāk virszemē avotu veidā vai tiek izvesti virszemē mākslīgi, izmantojot urbumus. Pamatojoties uz ķīmisko sastāvu, gāzu saturu un temperatūru, minerālūdeņus iedala oglekļa dioksīda, sērūdeņraža, radioaktīvajos un termiskajos.
Oglekļa dioksīda ūdeņi ir plaši izplatīti Kaukāzā, Pamirā, Aizbaikālijā un Kamčatkā. Oglekļa dioksīda saturs gāzētajos ūdeņos ir robežās no 500 līdz 3500 mg/l vai vairāk. Gāze atrodas ūdenī izšķīdinātā veidā.
Arī sērūdeņraža ūdeņi ir diezgan plaši izplatīti un saistīti galvenokārt ar nogulumiežiem. Kopējais sērūdeņraža saturs ūdenī parasti ir zems, bet sērūdeņraža ūdeņu terapeitiskais efekts ir tik ievērojams, ka H2 saturs, kas pārsniedz 10 mg/l, tiem jau piešķir ārstnieciskas īpašības. Dažos gadījumos sērūdeņraža saturs sasniedz 140-150 mg/l (piemēram, Kaukāzā labi zināmie Matsesta avoti).
Radioaktīvos ūdeņus iedala radona ūdeņos, kas satur radonu, un rādija ūdeņos, kas satur rādija sāļus. Radioaktīvo ūdeņu terapeitiskā iedarbība ir ļoti augsta.
Pamatojoties uz temperatūru, termālos ūdeņus iedala aukstos (zem 20°C), siltos (20-30°C), karstos (37-42°C) un ļoti karstos (virs 42°C). Tie ir izplatīti jaunā vulkānisma zonās (Kaukāzā, Kamčatkā, Vidusāzijā).
2. Galvenie gruntsūdeņu veidi
Atkarībā no rašanās apstākļiem izšķir šādus gruntsūdeņu veidus:
· augsne;
· augsts ūdens līmenis;
· zemējums;
· starpslānis;
· karsts;
· saplaisājis.
Augsnes ūdens atrodas netālu no virsmas un aizpilda tukšumus augsnē. Augsnes slānī esošo mitrumu sauc par augsnes ūdeni. Tie pārvietojas molekulāro, kapilāro un gravitācijas spēku ietekmē.
Aerācijas joslā ir 3 augsnes ūdens slāņi:
1. mainīga mitruma augsnes horizonts - sakņu slānis. Šeit notiek mitruma apmaiņa starp atmosfēru, augsni un augiem.
2. zemes dzīļu horizonts, bieži “slapināšana” šeit nesasniedz un paliek “sauss”.
kapilārā mitruma horizonts - kapilāra bārkstis.
Verhovodka - īslaicīga gruntsūdeņu uzkrāšanās ūdens nesējslāņu virszemes slānī aerācijas zonā, guļot uz lēcas formas, izspiežot ūdens.
Verhovodka ir brīvi plūstoši gruntsūdeņi, kas atrodas vistuvāk zemes virsmai un kuriem nav nepārtrauktas izplatības. Tie veidojas atmosfēras un virszemes ūdeņu infiltrācijas rezultātā, aizturot necaurlaidīgus vai vāji caurlaidīgus slāņus un lēcas, kā arī ūdens tvaiku kondensācijas rezultātā iežos. Tiem ir raksturīga sezonāla pastāvēšana: sausos laikos tie bieži pazūd, un lietus un intensīvas sniega kušanas periodos tie atkal parādās. Pakļauts krasām svārstībām atkarībā no hidrometeoroloģiskajiem apstākļiem (nokrišņu daudzums, gaisa mitrums, temperatūra utt.). Sēdošajos ūdeņos ietilpst arī ūdens, kas īslaicīgi parādās purvu veidojumos pārmērīgas purvu uztura dēļ. Bieži vien ūdens noplūde rodas ūdens noplūdes rezultātā no ūdensapgādes sistēmām, kanalizācijas sistēmām, peldbaseiniem un citām ūdeni nesošām ierīcēm, kas var izraisīt teritorijas pārpurvošanos, pamatu un pagrabu applūšanu. Mūžīgā sasaluma iežu izplatības apgabalā nosēdošais ūdens pieder pie virsmūžīgā sasaluma ūdeņiem. Verhodkas ūdeņi parasti ir svaigi, nedaudz mineralizēti, bet bieži ir piesārņoti ar organiskām vielām un satur palielinātu dzelzs un silīcija skābes daudzumu. Verhodka, kā likums, nevar kalpot kā labs ūdens piegādes avots. Taču nepieciešamības gadījumā tiek veikti pasākumi mākslīgai konservācijai: dīķu izbūve; novirzes no upēm, kas nodrošina pastāvīgu jaudu ekspluatācijas akām; stādīt veģetāciju, kas aizkavē sniega kušanu; ūdensnecaurlaidīgu pārsedžu izveide u.c. Tuksnešos, veidojot rievas mālainā apvidū - takyros, atmosfēras ūdeņi tiek novirzīti blakus esošajā smilšu zonā, kur tiek izveidota slāņa ūdens lēca, kas atspoguļo noteiktu saldūdens krājumu.
Gruntsūdeņi atrodas pastāvīga ūdens nesējslāņa veidā uz pirmā, vairāk vai mazāk konsekventā, ūdensnecaurlaidīgā slāņa no virsmas. Gruntsūdeņiem ir brīva virsma, ko sauc par spoguli jeb gruntsūdens līmeni.
Interformācijas ūdeņi noslēgts starp ūdensizturīgiem slāņiem (slāņiem). Starpstrāvu ūdeņus zem spiediena sauc par spiedienu vai artēziskajiem. Urbjot ar urbumiem, artēziskais ūdens paceļas virs ūdens nesējslāņa jumta un, ja spiediena līmeņa atzīme (pjezometriskā virsma) noteiktā punktā pārsniedz Zemes virsmas atzīmi, tad ūdens iztecēs (izplūdīs). Nosacītā plakne, kas nosaka spiediena līmeņa stāvokli ūdens nesējslānī (sk. 2. att.), tiek saukta par pjezometrisko līmeni. Ūdens augstumu, kas paceļas virs ūdensizturīgā jumta, sauc par spiedienu.
Artēziskie ūdeņi atrodas caurlaidīgos nogulumos, kas ir noslēgti starp ūdensizturīgiem, pilnībā aizpilda veidojumā esošos tukšumus un ir zem spiediena. Akā izveidoto ogļūdeņradi sauc pjezometrisks, ko izsaka absolūtās vērtībās. Pašplūstošiem spiediena ūdeņiem ir vietēja izplatība, un dārznieki tos labāk pazīst kā “atslēgas”. Ģeoloģiskās struktūras, kurās atrodas artēziskie ūdens nesējslāņi, sauc par artēziskajiem baseiniem.
Rīsi. 1. Gruntsūdeņu veidi: 1 - augsne; 2 - perched ūdens; 3 - zemējums; 4 ~ starpslānis; 5 - ūdensizturīgs horizonts; 6 - caurlaidīgs horizonts
Rīsi. 2. Artēziskā baseina uzbūves shēma:
1 - ūdensizturīgi akmeņi; 2 - caurlaidīgi ieži ar spiediena ūdeni; 4 - gruntsūdeņu plūsmas virziens; 5 - labi.
Karsta ūdeņi atrodas iežu šķīšanas un izskalošanās rezultātā radušos karsta tukšumos.
Plaisu ūdeņi aizpilda plaisas akmeņos un var būt gan spiediena, gan bezspiediena.
3. Gruntsūdeņu veidošanās nosacījumi
Gruntsūdeņi ir pirmais pastāvīgais ūdens nesējslānis no zemes virsmas. Apmēram 80% lauku apdzīvoto vietu ūdens apgādei izmanto gruntsūdeņus. GW apūdeņošanai ir izmantots ilgu laiku.
Ja ūdeņi ir svaigi, tad 1-3 m dziļumā tie kalpo kā augsnes mitruma avots. 1-1,2 m augstumā tie var izraisīt ūdens aizsērēšanu. Ja gruntsūdeņi ir ļoti mineralizēti, tad 2,5 - 3,0 m augstumā tas var izraisīt augsnes sekundāru sasāļošanos. Visbeidzot, gruntsūdeņi var kavēt būvbedru izrakšanu, aizdedzināt apbūvētās vietas, agresīvi iedarboties uz konstrukciju pazemes daļām utt.
Veidojas gruntsūdeņi dažādos veidos. Daži no tiem veidojas atmosfēras nokrišņu un virszemes ūdeņu infiltrācijas rezultātā caur iežu porām un plaisām. Tādus ūdeņus sauc infiltrācija(vārds "infiltrācija" nozīmē noplūde).
Tomēr gruntsūdeņu esamību ne vienmēr var izskaidrot ar atmosfēras nokrišņu infiltrāciju. Piemēram, tuksneša un pustuksneša apgabalos nokrišņu ir ļoti maz, un tie ātri iztvaiko. Tomēr pat tuksnešainās vietās gruntsūdeņi atrodas zināmā dziļumā. Šādu ūdeņu veidošanos var tikai izskaidrot ūdens tvaiku kondensācija augsnē. Ūdens tvaiku elastība siltajā sezonā atmosfērā ir lielāka nekā augsnē un akmeņos, tāpēc ūdens tvaiki nepārtraukti no atmosfēras plūst augsnē un veido tur gruntsūdeņus. Tuksnešos, pustuksnešos un sausās stepēs kondensācijas izcelsmes ūdens karstā laikā ir vienīgais veģetācijas mitruma avots.
Var veidoties gruntsūdeņi sakarā ar seno jūras baseinu ūdeņu apbedīšanu kopā ar tajos uzkrājošiem nogulumiem. Šo seno jūru un ezeru ūdeņi, iespējams, ir saglabājušies apraktos nogulumos un pēc tam iesūcas apkārtējos iežos vai sasniedza Zemes virsmu. Šādus gruntsūdeņus sauc sedimentācijas ūdeņi .
Daži no gruntsūdeņiem var būt saistīti ar izkausētas magmas dzesēšana. Ūdens tvaiku izdalīšanos no magmas apliecina mākoņu veidošanās un lietusgāzes vulkānu izvirdumu laikā. Magmatiskas izcelsmes gruntsūdeņus sauc nepilngadīgais (no latīņu "juvenalis" - jaunava). Saskaņā ar okeanologa H. Raita teikto, mūsdienās pastāvošie milzīgie ūdens plašumi ”visā mūsu planētas dzīves laikā pieauga pa pilienam, jo ūdens sūcas no Zemes zarnām”.
Humusvielu rašanās, izplatības un veidošanās apstākļi ir atkarīgi no klimata, reljefa, ģeoloģiskās uzbūves, upju ietekmes, augsnes un veģetācijas seguma un ekonomiskajiem faktoriem.
A) Karstā ūdens un klimata attiecības.
Kalnu ūdeņu veidošanā liela nozīme ir nokrišņiem un iztvaikošanai.
Lai analizētu šīs attiecības izmaiņas, ieteicams izmantot augu mitruma pieejamības karti. Pamatojoties uz nokrišņu un iztvaikošanas attiecību, tiek izdalītas 3 zonas (reģioni):
1. pietiekama hidratācija
2. nepietiekams
3. neliels mitrums
Pirmajā zonā ir galvenās apūdeņoto zemju platības, kurām nepieciešama drenāža (noteiktos periodos šeit ir nepieciešama mitrināšana). Nepietiekama un nenozīmīga mitruma zonām ir nepieciešams mākslīgais mitrums.
Trīs reģionos atšķiras karstā ūdens padeve ar nosēdumiem un to siltums aerācijas zonai.
Pietiekama mitruma zonā gruntsūdeņu infiltrācijas padeve vairāk nekā 0,5 - 0,7 m dziļumā dominē pār tā siltuma padevi aerācijas zonai. Šis modelis tiek novērots neveģetācijas un augšanas sezonās, izņemot ļoti sausos gadus.
Nepietiekama mitruma apgabalā nokrišņu infiltrācijas attiecība pret karstā ūdens iztvaikošanu, ja tā notiek sekli, atšķiras meža stepju un stepju zonās.
Mežstepēs mālajos iežos mitros gados infiltrācija pārsvarā pār termālo karsto ūdeni aerācijas zonā, attiecības ir pretējas. Steppe zonā smilšmālajos iežos neaugšanas sezonā infiltrācijas uzturs dominē pār termālo karsto ūdeni, un augšanas sezonā - mazāka plūsma. Kopumā gada laikā infiltrācijas uzturs sāk dominēt pār termiskiem gruntsūdeņiem.
Nenozīmīga mitruma apgabalos - pustuksnešos un tuksnešos - infiltrācija smilšmālajos iežos ar sekliem gruntsūdeņiem ir nesamērīgi maza, salīdzinot ar ieplūdi aerācijas zonā. Smilšainos iežos infiltrācija sāk palielināties.
Tādējādi karstā ūdens padeve nokrišņu dēļ samazinās, un plūsma aerācijas zonā palielinās, pārejot no pietiekama mitruma zonas uz niecīgu mitrumu.
b) Gruntsūdeņu savienojums ar upēm.
Gruntsūdeņu un upju savienojuma formas nosaka reljefs un ģeomorfoloģiskie apstākļi.
Dziļi iegrieztas upju ielejas kalpo kā gruntsūdens rezervuāri, nosusinot blakus esošās zemes. Gluži pretēji, ar nelielu iegriezumu, kas raksturīgs upju lejtecēm, upes baro gruntsūdeņus.
Diagrammā parādīti dažādi virszemes un gruntsūdeņu attiecību gadījumi.
Gruntsūdeņu un virszemes ūdeņu mijiedarbības principiālā aprēķinu diagramma virszemes noteces mainīguma apstākļos.
 |
a - zems ūdens līmenis; b - plūdu pieaugošā fāze; c - plūdu dilstošā fāze.
V) Gruntsūdeņu un spiediena ūdens saistība.
Ja starp gruntsūdeņiem un zemūdens spiediena horizontu nav absolūti ūdensnecaurlaidīga slāņa, tad starp tiem ir iespējami šādi hidrauliskā savienojuma veidi:
1) Gruntsūdens līmenis ir augstāks par spiedūdeņu līmeni, kā rezultātā iespējama karstā ūdens ieplūšana spiedūdeņos.
2) Līmeņi ir gandrīz vienādi. Pazeminoties gruntsūdeņu līmenim, piemēram, ar notekcaurulēm, karsto ūdeni papildinās spiedūdens.
3) GWL periodiski pārsniedz spiediena ūdens līmeni (apūdeņošanas, nokrišņu laikā), pārējā laikā GWL tiek barots ar nokrišņiem.
4) Gruntsūdens līmenis pastāvīgi ir zemāks par gruntsūdens līmeni, tāpēc pēdējais uzpilda gruntsūdeņus.
Gruntsūdeņi var saņemt barību no artēziskajiem ūdeņiem un caur tā sauktajiem hidroģeoloģiskajiem logiem - zonām, kur tiek pārtraukta ūdens nesējslāņa nepārtrauktība.
Ogļūdeņražus ir iespējams uzlādēt ar spiediena palīdzību, izmantojot tektoniskus lūzumus.
Karstā ūdens hidrodinamiskās zonas, ko nosaka reljefs un ģeoloģiskā struktūra, ir cieši saistītas ar teritorijas ģeostrukturālajiem apstākļiem. Augstas drenāžas zonas ir raksturīgas kalnu un kalnu pakājes reģioniem. Zemas drenāžas zonas raksturīgas platformu līdzenumu siles un ieplakas.
GW piegādes zonalitāte visspilgtāk izpaužas sauso reģionu zemās drenāžas zonā. Tas sastāv no konsekventa karstā ūdens mineralizācijas pieauguma ar attālumu no upes, kanāla uc enerģijas avota. Tāpēc sausās vietās ūdens apgādes akas parasti tiek izvietotas gar kanāliem un upēm.
4. Artēzisko ūdeņu veidošanās un rašanās nosacījumi.
Artēziskie ūdeņi veidojas zem noteiktas ģeoloģiskās struktūras - ūdens caurlaidīgu slāņu mijas ar ūdensizturīgajiem. Tie galvenokārt attiecas uz sinhroniem vai monoklināliem veidojumu veidojumiem.
Viena vai vairāku artēzisko veidojumu attīstības zonu sauc par artēzisko baseinu. AB var aizņemt no vairākiem desmitiem līdz simtiem tūkstošu km 2 .
Spiedienūdeņu barošanas avoti ir nokrišņi, upju notekūdeņi, ūdenskrātuves, apūdeņošanas kanāli uc Spiedienūdeņi noteiktos apstākļos tiek papildināti ar gruntsūdeņiem.
To patēriņš ir iespējams, izkraujot tos upju ielejās, iznākot virspusē avotu veidā, lēnām sūcot cauri spiedslāni saturošajiem slāņiem un ieplūstot gruntsūdeņos. AV izvēle ūdens apgādei un apūdeņošanai arī ir to izdevumu posteņi.
Artēziskajos baseinos ir pieplūdes, spiediena un izplūdes zonas.
Uzlādes zona ir vieta, kur artēziskais veidojums sasniedz zemes virsmu, kur notiek tā uzlāde. Tas atrodas artēziskā baseina reljefa augstākajos augstumos kalnu apvidos un ūdensšķirtnēs utt.
Spiediena zona ir galvenā artēziskā baseina izplatības zona. Tās robežās gruntsūdeņiem ir spiediens.
Izplūdes zona - vieta, kur spiediena ūdens nonāk virspusē - atklāta izplūde (augšupavotu veidā vai slēptās izplūdes zona, piemēram, upju gultnēs utt.)
Akas, kurās izplūst krāna ūdens, ir piemērs mākslīgai spiediena ūdens novadīšanai.
Formējumos, kas satur ģipsi, anhidrīdus un sāļus, artēziskajiem ūdeņiem ir pastiprināta mineralizācija.
Artēzisko ūdeņu veidi un zonējums
Artēziskos baseinus parasti klasificē pēc ūdeni nesošo un ūdensizturīgo iežu ģeostruktūras.
Pamatojoties uz šo pazīmi, tiek izdalīti divu veidu artēziskie baseini (saskaņā ar N. I. Tolstihinu):
1. platformu artēziskie baseini, kam parasti raksturīga ļoti nozīmīga attīstības zona un vairāku spiediena ūdens nesējslāņu klātbūtne (tie ir Maskavas, Baltijas, Dņepras-Doņecas u.c.)
2. artēziskie baseini ar salocītu apgabalu, kas ietverti intensīvi izmežģījušos nogulumiežu, magmatiskos un metamorfos iežus. Viņiem ir mazāka attīstības zona. Piemēri - Fergana, Chui un citi baseini.
5. Gruntsūdeņu ģeoloģiskā aktivitāte.
Gruntsūdeņi veic destruktīvu un radošu darbu. Gruntsūdeņu destruktīvā darbība izpaužas galvenokārt ūdenī šķīstošo iežu šķīdināšanā, ko veicina ūdenī izšķīdušo sāļu un gāzu saturs. No PV darbības izraisītajiem ģeoloģiskajiem procesiem pirmām kārtām jāmin karsta parādības.
Karsts.
Karsts ir iežu šķīšanas process, pazemes ūdeņiem ieplūstot tajos un sūcot caur virszemes ūdeņiem. Karsta rezultātā akmeņos veidojas dažādas formas un izmēra alas un tukšumi. To garums var sasniegt vairākus kilometrus.
No karsta sistēmām garākā ir Mamutu ala (ASV), kuras kopējais garums ir aptuveni 200 km.
Sāli saturoši ieži, ģipsis, anhidrīdi un karbonātu ieži ir uzņēmīgi pret karstu. Attiecīgi izšķir karstu: sāli, ģipsi, karbonātu. Karsta attīstība sākas ar plaisu paplašināšanos (izskalošanās ietekmē). Karsts nosaka konkrētas reljefa formas. Tā galvenā iezīme ir vairāku līdz simtu metru diametra un līdz 20 - 30 m dziļu karsta iegrimju klātbūtne Karsts attīstās intensīvāk, jo vairāk nokrīt nokrišņi un lielāks pazemes plūsmu kustības ātrums.
Teritorijas, kurās ir nosliece uz karstu, raksturīga ātra nogulumu uzsūkšanās.
Karsta iežu masīvu ietvaros izšķir ūdens lejupejošās un horizontālās kustības zonas - pret upju ielejām, jūru u.c.
Karsta alās novērojami dominējoša karbonāta sastāva saķepināšanas veidojumi - stalaktīti (aug uz leju) un stalagmīti (aug no apakšas). Karsts vājina akmeņus un samazina to daudzumu kā hidrotehnisko būvju pamatu. Caur karsta tukšumiem iespējama ievērojama ūdens noplūde no rezervuāriem un kanāliem. Tajā pašā laikā gruntsūdeņi, kas atrodas karsta iežos, var būt vērtīgs ūdens piegādes un apūdeņošanas avots.
Gruntsūdeņu destruktīvā darbība ietver sufūziju (iznīcināšanu) - tā ir nelielu daļiņu mehāniska noņemšana no irdeniem akmeņiem, kas izraisa tukšumu veidošanos. Šādi procesi novērojami lesā un lesai līdzīgos iežos. Papildus mehāniskajai ir ķīmiskā sufūzija, kuras piemērs ir karsts.
Gruntsūdeņu radošais darbs izpaužas dažādu savienojumu nogulsnēšanā, kas cementē plaisas iežos.
Drošības jautājumi:
1 Norādiet gruntsūdeņu klasifikāciju.
2. Kādos apstākļos veidojas gruntsūdeņi?
3. Kādos apstākļos veidojas artēziskie gruntsūdeņi?
4. Kāda ir pazemes ūdeņu ģeoloģiskā aktivitāte?
5. Nosauc galvenos pazemes ūdeņu veidus.
6. Kā stāvošs ūdens ietekmē būvniecību?
Uzgāju rakstu ar teorijām par gruntsūdeņu izcelsmi. Tie bija pietiekami argumentēti, lai es piekristu katram no tiem. Pēc to analīzes es sastādīju sarakstu ar nosacījumiem, kas nepieciešami dažāda veida pazemes plūsmu veidošanai.
Gruntsūdeņu veidošanās nosacījumi
Ūdens veidošanai nepieciešamo komponentu saraksts:
- Nokrišņu klātbūtne, kā arī dažādi rezervuāri un akmeņi, kuriem ir ūdens caurlaidības spēja (infiltrācijas teorija).
- Gaiss, kurā koncentrējas ūdens tvaiki (kondensācijas teorija).
- Nogulumiežu uzkrājums, kura biezumā tika aprakti jūras ūdeņi dažādos stāvokļos (sedimentogēnie ūdeņi).
- Gāzveida vielu klātbūtne, kas izdalās magmas dzesēšanas laikā (juvenīlā teorija).
- Irigācijas kanālu pieejamība (mākslīgā izcelsme).
- Minerālu masu uzkrāšanās, kas satur gāzes-šķidruma elementus vai kristalizācijas ūdeni. Temperatūra un spiediens izraisa dehidratāciju (metamorfogēni ūdeņi).
Es personīgi uzskatu, ka lauvas tiesa gruntsūdeņu joprojām radās no nogulumiem, kas sūcas un uzkrājās augsnes slāņos. Šajā gadījumā svarīgas ir pamatā esošo iežu īpašības. Tādējādi šķembas, smiltis un grants ļauj ūdenim lieliski iziet cauri. Tie ir ūdensizturīgi. Bet māls, marmors un granīts nevar lepoties ar šādām iespējām, tāpēc tos sauca par ūdensizturīgiem. Taču var izdalīt vēl vienu viegli šķīstošu iežu grupu, kuras ūdens plūsmas vienkārši erodē, radot plaisas un tukšumus. Piemēri ir ģipsis un sāļi.
Gruntsūdeņu veidi
Kā jau kļuvis skaidrs, ūdens avoti ir nokrišņi un ūdens tvaiki. Otra sastāvdaļa šajā plūsmas veidošanās mehānismā ir augsne, kurai ir daudzveidīga slāņaina struktūra. Tas nosaka gruntsūdeņu rašanās apstākļus (atrašanās vietu).
Tādējādi ir trīs veidu ūdens nesējslāņi:
- augsnes ūdeņi, kas koncentrējas augšējā augsnes slānī;
- augsne, kas atrodas aiz augstākās aerācijas zonas uz ūdensnecaurlaidīgā slāņa;
- starpstrāvas, rodas saspiešanas apstākļos starp diviem ūdensizturīgu iežu slāņiem.