Гидрология и гидрогеология чем отличаются

Гидрогеология

Гидрогеоло́гия (от др.-греч. ὕδωρ «водность» + геология) — наука, изучающая происхождение, условия залегания, состав и закономерности движений подземных вод. Также изучается взаимодействие подземных вод с горными породами, поверхностными водами и атмосферой.

В сферу этой науки входят такие вопросы, как динамика подземных вод, гидрогеохимия, поиск и разведка подземных вод, а также мелиоративная и региональная гидрогеология. Гидрогеология тесно связана с гидрологией и геологией, в том числе и с инженерной геологией, метеорологией, геохимией, геофизикой и другими науками о Земле. Она опирается на данные математики, физики, химии и широко использует их методы исследования.

Данные гидрогеологии используются, в частности, для решения вопросов водоснабжения, мелиорации и эксплуатации месторождений.

Содержание

Подземные воды

Подземными считаются все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твердом состояниях. Подземные воды составляют часть гидросферы — водной оболочки земного шара. Запасы пресной воды в недрах Земли составляют до 1/3 вод Мирового океана. В России известно порядка 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется менее 50 %. Иногда подземные воды вызывают оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений и сооружают водоотливы.

История гидрогеологии

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2—3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.

Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во Франции.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Распределение подземных вод в земной коре

Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем выделяют три зоны — верхнюю зону свободного водообмена, среднюю зону водообмена и нижнюю зону замедленного водообмена.

Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества.

Поверхность грунтовых вод называется «зеркалом грунтовых вод». Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют «мощностью водоносного горизонта».

Формирование подземных вод

Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной воды — просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод. Просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нем, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Так возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Кроме того, подземные воды формируются путём конденсации водяных паров. Выделяются также подземные воды ювенильного происхождения.

Два основных способа образования подземных вод — путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных паров атмосферы в породах — главные пути накопления подземных вод. Инфильтрационные и конденсационные воды называются вадозными водами (лат. vadare — идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Инфильтрация

Подземные воды формируются из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в грунт на некоторую глубину, а также из вод болот, рек, озёр и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, попадающей таким образом в почву, составляет 15-20 % от общего количества выпавших атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы — водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам — плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.

Количество воды, просочившейся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.

Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.

Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.

Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.

Конденсация водных паров

Второй путь образования подземных вод — это конденсация водяных паров в горных породах.

Ювенильные воды

Ювенильные воды — ещё один способ образования подземных вод. Такие воды выделяются при дифференциации магматического очага и являются «первичными». В природных условиях чистых ювенильных вод не существует: подземные воды, возникшие разными способами, смешиваются друг с другом.

Классификация подземных вод

Выделяется четыре типа подземных вод: верховодка, спорадические, грунтовые, напорные (артезианские) и подземные воды вечной мерзлоты.

Верховодка

Верховодка — подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения, временем существования и дебита. Верховодка, как правило, образуется на первом от поверхности земли водоупорном пласте или прослойках водоупорных отложений в водоносноной толще, имеет локальное распространение и сезонный характер существования. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.

Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.

Грунтовые воды

Грунтовыми водами называются воды, залегающие первыми от поверхности и имеющие региональное распространение. Они, как правило безнапорные, в редких случаях имеют локальный напор, характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут залегать как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен сезонным колебаниям, на него влияют количество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения (преимущественно колодцы), выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.

Артезианские воды

Напорные (артезианские) воды — 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. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды — в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.

Источник

Гидрогеология

Специалисты по гидрогеологии несут значительный вклад в окружающую среду, работая над улучшением защиты и рационального использования ресурсов подземных вод.

Гидрогеологи изучают местонахождение, движение и качество водных образований, находящихся ниже поверхности Земли (в отличие от гидрологов, которые в первую очередь занимаются поверхностными водами). Их исследования используются, в частности, для строительства, и безопасного удаления опасных отходов.

Они могут также участвовать в экологическом планировании. Количество отходов, которые мы производим, требует пространства, чтобы утилизировать их. Гидрогеологи изучат почву и геологию предлагаемых участков, чтобы обеспечить низкий уровень риска загрязнения. Планировщики землепользования часто консультируются с гидрогеологами.

Где работает гидрогеолог?

Гидрогеология тесно связана с гидрологией и науками о Земле, поэтому для них обязательное хорошее понимание окружающей среды. Крупнейшим работодателем гидрогеологов в настоящее время является федеральное правительство, где трудится около 28% специалистов области. Другие также работают в академической и преподавательской деятельности.

Около 22% в настоящее время строят карьеру в области научно-технического консалтинга. Эти лица работают независимо от органов и нанимаются на индивидуальной основе. Правительство, частный бизнес и организации третьего сектора могут нанять их для выполнения конкретной задачи по контракту. Аналогичным образом, 17% тех, кто работает в сфере инжиниринговых услуг, будут наняты на ту же роль (обычно) гражданскими инженерными и строительными компаниями, или они могут работать над проектами, которыми управляет их работодатель.

17% и 9% соответственно работают в органах государственной власти и местного самоуправления. Их роль схожа с работой федерального правительства, но на местном уровне.

Независимо от того, в каком секторе они работают, их роль будет сочетаться с офисной работой и работой на местах.

При анализе воды под почвой гидрогеологи используют методы, знакомые многим другим ученым. Они устанавливают, калибруют, используют и поддерживают приборы, которые помогают им контролировать уровень воды, содержание загрязнения и многое другое. Они готовят записки и отчеты о том, что они находят в своих расследованиях. Они также предлагают или при необходимости изменяют методы исследования водных образований.

В дополнение к общим экологическим исследованиям, услуги гидрогеологов могут быть заключены государственными или частными организациями для решения конкретных проблем. Их исследования используются в таких отраслях, как горнодобывающая промышленность, строительство и производство. Они могут быть использованы владельцами компаний, юристами, подрядной фирмой или широкой общественностью.

Какова средняя зарплата гидрогеолога?

По данным на 2017 г., в среднем оплата труда рядового специалиста составляет от 30 до 60 тыс. рублей.

Компания «РостБизнесКонсалт» предлагает пройти курсы профессиональной переподготовки в сфере «Горно-рудное дело и маркшейдерия» по направлению «Поиски и разведка подземных вод, инженерно-геологические изыскания». После обучения вы будите обладать всем набором практических и технологических знаний по выбранной специальности. Полученная у нас квалификация даст работодателям уверенность в ваших способностях.

Источник

Гидрогеология

Геологическая среда включает не только горные породы, но и прочие компоненты. Один из них — подземные воды. Это существенный элемент геологической среды, с которым связаны многие ее особенности процессы. Изучением подземных вод занимается наука гидрогеология.

История

Развитие знаний в данной сфере началось с древних времен в связи с водопользованием. Так, в период 2 — 3 тысячелетий до н. э. начали использовать колодцы в Средней Азии, Китае, Египте, Индии. В то же время стали применять минеральные воды в лечебных целях. Тогда же появились первые работы, посвященные грунтовым водам: их происхождению, свойствам, накоплению, круговороту. Их исследованию способствовало расширение работ по водоснабжению в Египте, Израиле, Риме, Греции. К тому же на основе этого появилась классификация вод по давлению, подразумевающая разделение их на ненапорные, самоизливающиеся, напорные. Таким образом, изначально развитие гидрогеологии было обусловлено в основном практическим использованием подземных вод.

В дальнейшем происходило расширение сферы исследования данной науки и детализация знаний. Этому способствовало развитие методов исследования других научных направлений в связи с техническим прогрессом к концу тысячелетия, которые были заимствованы в гидрогеологии.

Современная гидрогеология

В настоящее время гидрогеология является междисциплинарной наукой, находящейся на стыке гидрологии и геологии. Она исследует динамику подземных вод, химический состав, формирование, свойства, распространение, взаимодействие с окружающей средой, практическое аспекты.

Существует точка зрения на гидрогеологию, как на раздел геологии. Это обусловлено тем, что исследование подземных вод производится на основе анализа истории земной коры с учетом структурных особенностей литосферы и слагающих ее пород. То есть гидрогеология является геологией воды.

Гидрогеология включает множество разделов. Некоторые из них стали самостоятельными дисциплинами. Их подразделяют на теоретические и методологические.

Первая группа включает:

Помимо данной классификации, существует разделение направлений гидрогеологии на теоретические и прикладные. Первая группа включает названные выше, кроме последнего, а также экологическую гидрогеологию (исследует подземную гидросферу для оценки ее состояния и предотвращения изменений, вызванных антропогенным воздействием).

К прикладным разделам относят:

Как было отмечено, изначально гидрогеология имела существенное прикладное значение, которое с развитием науки расширялось. Это обусловлено практической ролью подземных вод. Во-первых, с древних времен их используют в питьевой и хозяйственных целях. Это актуально и по сей день для многих регионов. Во-вторых, они имеют лечебное значение. В-третьих, подземные воды служат источником химического сырья. Так, из них получают бор, магний, натрий, литий, хлор, йод, бром, меньше германий, стронций, рубидий, цезий, кальций, на отдельных месторождениях медь, уран, цинк, радий, мышьяк, вольфрам серу и др. В-четвертых, подземные воды применяют в качестве источника тепловой энергии на геотермальных электростанциях.

Прикладные исследования гидрогеологии направлены не только на выяснение способов практического использования подземных вод, но и на определение их воздействия на сооружения, в том числе, тоннели, метрополитены, шахты и прочие выработки и т. д.

Фундаментальный смысл гидрогеологии не менее значителен ввиду роли подземных вод в геологической среде. Так, с ними связаны многие геологические процессы (формирование полезных ископаемых, геодинамической обстановки, теплового поля). К тому же подземные воды в некоторой степени определяют строение геологической среды. Кроме того, они связывают земную кору с гидросферой и прочими оболочками планеты, так как являются одной из движущих сил круговорота химических элементов.

По содержанию гидрогеология связана ближе всего с гидрологией и геологией. Помимо этого ввиду междисциплинарности она взаимодействует со многими прочими науками о Земле: геологическими, географическими и т. д. Более того, некоторые из разделов гидрогеологии также являются междисциплинарными. К тому же взаимодействие ее с другими науками происходит посредством заимствования методов исследования (геологических, физических, математических, химических, геофизических и др).

Предмет, задачи, методы гидрогеологии

Предметом исследования гидрогеологии является гидрогеосфера, представленная поземными водами. К ним относят любую воду, попавшую в горные породы. Помимо самих вод, в сферу исследования рассматриваемой науки входят связанные с их деятельностью процессы, сформированные ими месторождения, гидрогеологические структуры.

Как видно из приведенных выше классификаций, рассматриваемая наука имеет обширный перечень задач, как фундаментальных, так и прикладных.

К первой группе относят исследование происхождения, распространения, свойств, залегания подземных вод, их взаимодействия с окружающей средой, связанных с ними процессов, структур и месторождений. В прикладные задачи гидрогеологии входит изучение вод в целях применения в различных сферах, выяснение их влияния на инженерные объекты.

Как отмечалось ранее, в гидрогеологии используются методы многих наук.

Комплексное исследование подземных вод предполагает перечень работ:

Образование и работа гидрогеолога

Специальность Гидрогеология весьма распространена. Ей обучают в рамках как высшего, так и среднего специального образования.

В дальнейшем возможно трудоустройство в геолого-разведочные экспедиции, научно-исследовательские и проектные организации, геофизические и буровые партии. Гидрогеологи занимаются как фундаментальными исследованиями подземных вод, так и решением связанных с ними прикладных задач.

Заключение

Гидрогеология как междисциплинарное направление связана со многими науками. Она имеет существенное прикладное значение ввиду практической роли подземных вод. Более того, данная наука с древних времен развивалась преимущественно благодаря водопользованию. В дальнейшем прикладное значение гидрогеологии расширилось. Этим обусловлено распространение данной специальности в учебных заведениях и востребованность профессии на рынке труда в настоящее время. Так, гидрогеологи участвуют в проектировании инженерных сооружений и разработке месторождений, устройстве питьевого и хозяйственного водоснабжения, добыче ресурсов, получении энергии и т. д.

Источник

Общее понятие о науке инж. геология – гидрология.

Общее понятие о науке инж. геология – гидрология.

Геология — наука о Земле, ее строении, составе, истории развития и процессах, происходящих в ней. Основным объектом изучения геологии является литосфера, или земная кора.

В настоящее время геология является комплексной наукой, состоящей из многочисленных самостоятельных дисциплин. Это кристаллография — учение о кристаллах и кристаллическом строении вещества; минералогия— наука о минералах; петрография — наука о горных породах; гидрогеология — наука о подземных водах; геоморфология— наука о развитии рельефа земной поверхности и др.

В последние десятилетия широкое развитие получила инженерная геология — наука, изучающая геологические процессы верхних горизонтов земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью чел.

Инженерная геология изучает природную геологическую обста­новку местности до начала строительства, а также определяет изменения, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружении. Инженерная геология может решать самые сложные задачи при строительстве любых инженерных сооружений.

В ее состав входят следующие специальные дисциплины: 1)грунто­ведение— учение о грунтах, 2)механика грунтов —паука об устой­чивости и прочности грунтов, 3)учение о геологических процессах, 4)специальная инженерная геология (строительная, дорожная, военная), 5)инженерная гидрогеология. В последнее время самостоятельной отраслью стало мерзлотоведение, широкое развитие получило лёссоведение, которое также в перспективе может стать самостоятельной дисциплиной, интенсивно развивается морская инженерная геология и др.

Гидрогеология – наука о подземных водах, о их происхождении, составе и св-вах, закономерностей движения, условиях залегания и распространения в земной коре. Разделы гидрогеологии.

1.Общая гидрогеология 2.Динамика подземных вод 3.гидробиохимия (структура, хим.состав воды) 4.геология гидрогеологических изысканий (определение запасов, качеств воды)

Зем в мир пространстве. Основ гипотезы о происхожд зем.

Солнечная система состоит из небесных тел разнообразны по своим свойствам. В нее входят: солнце, 9 планет в том числе и земля, 10 тыс малых планет, комет и множество метеоритных тел.

В 40-х годах 20 века советский ученый О.Ю. Шмидт выдвинул гипотезу происхождения планет солнечной системы, в том числе и земли, согласно которой солнце на своем пути пересекло и захватило одно из пылевых скоплений галактики, поэтому планеты образовались из холодных твердых частиц. Земля сначала была холодной. Разогрев ее начался, когда она достигла больших размеров, в результате распада радиоактивных веществ. Ядро земли приобрело пластичное состояние, которое в конечном счете и обусловила перераспределение вещества на планете: более плотное вещество сосредотачивалось ближе к центру, более легкое к периферии. Это перераспределение продолж до сих пор, о чем свидетельствует тектонические процессы.

Существуют еще одна гипотеза Фесенкова, по которой принято считать, что в недрах солнца протекают ядерные процессы, которые в какой-то период привели к быстрому сжатию и увеличению скорости вращения солнца. При этом образовался длинный выступ, который потом оторвался и распался на отдельные планеты.

Сведение о земле. Строение земли.

Возраст земли состовляет 4,5-5 млрд лет. Представляет собой шар сплюстнутый у полюсов – элипсоид. Экватариальный радиус состовляет 6378,245 км, полярный 6356,863 км.

На основании данных изучения землетрясе­ний, определения массы и плотности Земли считают, что наша пла­нета имеет концентрическое строение и состоит из ядра и оболо­чек-— промежуточной, перидотитовой и литосферы. На поверхности Земли находится водная оболочка (гидросфера), биосфера (сфера жизнедеятельности организмов) и атмосфера — газовая оболочка. Плотность оболочек скачкообразно возрастает в направ­лении к ядру.

Наружная часть Земли до глубины 50—70 км представлена обо­лочкой, называемой литосферой. В пределах материков она более мощная, в пределах океанов — менее. Литосферу часто называют «земной корой». Эта часть Земли наиболее изучена, так как явля­ется источником минерального сырья.

Геосфера земли.

Между атмосферой, гидросферой, биосферой и литосферой су­ществует постоянное взаимодействие, что существенно сказывается на составе и строении литосферы.

Большую роль в геологических процессах на Земле играет гид­росфера— водная оболочка (океаны, моря, реки, озера, материко­вые льды). Гидросфера не образует сплошного слоя и покрывает земную поверхность на 70,8%. Средняя мощность ее около 3,80 км, наибольшая — свыше 11 км (11 521 м — Марианская впадина в Ти­хом океане).

Температура воды в океане меняется не только в зависимости от широты местности (близость к полюсам или экватору), но и от глу­бины океана. Самая высокая температура воды в верхнем слое отмечена в Персидском заливе ( + 35,6° С), а наиболее низкая — в Северном Ледовитом океане (—2,8°С).

Соленость (средняя) морской воды равна 3,5% (35 г/л). В мор­ской воде содержится, кроме хлоридов, сульфатов и карбонатов, йод, фтор, фосфор, рубидий, цезий, золото и др.

Биосфера,или сфера жизнедеятельности организмов, связана с поверхностью Земли. Биосфера находится в постоянном взаимодей­ствии с литосферой, гидросферой и атмосферой.

Атмосфера,или газовая оболочка, окружает Землю слоем в 3000 км. Она состоит из трех оболочек: тропосферы, стратосферы и ионосферы.

Тропосфера — приземной слой атмосферы мощностью от 6 км—18 км. В тропосфере содержится почти 9/10 всей массы газов атмосферы. В ее состав входят азот, кислород, аргон, углекислота и другие газы, а также почти весь водяной пар.

Стратосфера — следующий за тропосферой слой, распростра­няющийся до высоты 80—90 км. Присутствие озона на высоте 30— 55 км обусловливает повышение температуры до +50° С, но на вы­соте 80—90 км она снова понижается до —60—90° С.

Ионосфера — верхняя часть атмосферы, переходящая на высоте 3000 км в межпланетное пространство. Ионосфера имеет весьма малую плотность и высокую ионизацию составляющих ее газов. На высоте 220 км зафиксировано повышение температуры до несколь­ких сот градусов.

Тепловой режим Земли.

Земля имеет два источника тепла: от солнечной радиации (99,5%) и энергии, освобождающейся в про­цессе распада радиоактивных веществ в недрах планеты. Влияние двух источников тепла обусловливает сложный характер изменений температуры в толщах горных пород.

В верхней части земной коры выделяют три температурные зо­ны: I — сезонных колебаний, II—постоянной температуры и III-нарастания температур (рис. 2). Изменение температур в зоне I определяется климатическими условиями местности. Для средних широт характерна кривая а (летний период) и кривая б (зимний период). Общая мощность зоны I достигает 12—15 м. В зимний пе­риод образуется подзона 1А,где температура опускается ниже нуля градусов. Мощностьподзоны Iа, или иначе говоря глубины про­мерзания, зависит от климата, типа горных пород и других факто­ров и колеблется от нескольких сантиметров до 2 м и более.

В районах с умеренно теплым климатом зона I характеризуется только кривой а. По мере углубления в недра Земли влияние су­точных и сезонных колебаний температур уменьшается и на глуби­не примерно 15—40 м находится зона постоянной температуры.

В пределах зоны III температура с глубиной возрастает. Вели­чина нарастания температуры на каждые 100 м глубины называет­ся геотермическим градиентом, а глубина, при которой температура повышается на один градус, называется геотермической ступенью. Средняя величина этой ступени составляет 33 м.

Сведенья о минералы

В земной коре минералы встречаются самостоятельно, но чаще в составе горных пород. Они в известной степени определяют физи­ко-механические свойства горных пород, поэтому с этой точки зре­ния представляют наибольший интерес для инженерной геологии.

В земной коре содержится более 7000 минералов и их разновид­ностей, но большинство из них встречается редко и лишь около ста минералов встречаются наиболее часто, входя в состав главнейших горных пород. Эти минералы называют породообразующими.

Помимо природных минералов, техника создала много искусст­венных, большинство из которых в природе не встречаются.

Каждый минерал обладает определенным химическим составом, имеет определенное внутреннее строение, какие-либо особые внеш­ние признаки и характеризуется присущим ему свойством. Все это обусловливается теми процессами, при которых рождаются мине­ралы.

Минералы образуются в результате разнообразных геологичес­ких процессов. Каждый минерал может существовать в природе лишь при определенных условиях, из которых главнейшее значение имеют температура и давление. При изменении этих условий мине­ральное тело либо разрушается, либо видоизменяется.

Условия, в которых образуются минералы в природе, отличают­ся большим разнообразием и сложностью. Приближенно эти усло­вия можно разделить на три процесса: эндогенный, экзогенный и метаморфический.

Происхождение минералов.

Минералы — это природные тела, имеющие определенныйхими­ческий состав и физические свойства, образующиеся в результате физико-химических процессов, в земле. Боль­шинство минералов твердые, но встречаются также жидкие и газо­образные. Всего 7тыс видов. Все минералы делятся по происхождению на 3 группы:

Эндогенный процесссвязан с внутренними силами Земли и про­текает в ее недрах. Минералы рождаются из магмы — силикатного огненно-жидкого расплава. Магма по мере понижения t кристаллизуется, затвердевает. Таким путем образуются кварц, силикаты и другие минеральные образования. Харак­терной особенностью этого процесса является высокая t и давление. Минералы образуются плотные, с большой твердо­стью, стойкие к воде, кислотам, щелочам.

Экзогенный процесс свойствен поверхности земной коры, где протекают сложные явления взаимодействия литосферы с гидро­сферой, атмосферой и биосферой. В этом процессе минералы обра­зуются на суше, а также путем выпадения их из водных р-ров (озер, морей и др). В первом случае их образование связано с процессом выветривания, т. е. с разрушительным воздействием во­ды, кислорода, колебаний t и других факторов. Таким путем образуются минералы глинистого комплекса (гидрослюда, каолинит и др), различные железистые соединения (сульфиды, окислы и др). Путем выпадения из водных растворов образуются минералы-соли (галит, сильвин, мирабилит и др). В экзогенном процессе ряд минералов возникает также за счет жизнедеятельности различных организмов (кальцит в виде жемчуга, арагонит и др). Экзогенные минералы разнообразны по свойствам. В боль­шинстве случаев они имеют низкую твердость и активно взаимодей­ствуют с водой или растворяются в ней.

Метаморфический процесс— это перерождение ранее образовав­шихся минералов (эндогенных и экзогенных) под воздействием вы­соких t, давлений, а также магматических газов и воды. Минералы изменяют свое первоначальное состояние, проходят пере­кристаллизацию, приобретают плотность и прочность. Таким путем образуются многие минералы — силикаты (роговая обманка, акти-нолит и др.).

Физ. свойства минералов.

Все минералы имеют определенные физические свойства. Главнейшими из них являются:

1) внешняя форма. Внешняя форма минералов разнообразия, чаще не правильной, реже правильной формы и хорошо огран.

2) оптические характеристики (цвет, про­зрачность, блеск)

6) Плотность – это отношение массы к объему от 0,6-18 г/см³.

У минералов могут быть др. св-ва: вкус, запах, магнитность, хрупкость, плавкость.

Моретрясения.

Моретрясения возникают в глубоких океанических впадинах Ти­хого, реже Индийского и Атлантического океанов. Быстрые подня­тия и опускания дна океанов вызывают смещение крупных масс горных пород и на поверхности океана порождают огромные волны, высотой до 15—20 м, которые именуются японским словом цунами.

Цунами перемещаются на расстояния в сотни и тысячи километ­ров со скоростью 500—800 и даже более 1000 км/ч. По мере умень­шения глубины моря крутизна волн резко возрастает и они со страшной силой обрушиваются на берега, вызывая разрушения со­оружений и гибель людей. При землетрясении 1896 г. в Японии бы­ли отмечены волны высотой 30 м.

Типы рельефа

1. Равнинный рельеф- это обширные участки земли с ровной или слабоволнистой поверхностью. Классиф-я равнин:

-в зависимости от положения над уровнем моря: отрицательные(ниже уровня), низменные(до 200м над уровнем моря), возвышенные( от 200-500м), нагорные(свыше 500м);

-по форме поверхности: горизонтальные, наклонные, вогнутые, выпуклые;

-по глубине и по степени расчленения рельефа: слаборасчленённые (колебания высот до 10 м на протяжении 2 км), мелко расчленённые (5-20 м на 2 км), грубо расчленённые (20-200м на 2 км);

41. Роль геоморфологических исследований при строительстве.Для правильного решения задач инж. геологии и строительства при выполнении инж.-геолог. исследований проводят геоморф. исследования, в ходе которых оценивают рельефообразующие процессы и формы рельефа в динамике их развития. В короткий период геолог. времени рельеф находится в состоянии динамич. равновесия, но это явление временное. Рельеф динамичен и изменяется по воздействием природных факторов и инженерно-строит. деят-ти человека. Большое влияние на формирование рельефа оказывают атмосферные осадки и подземные воды. Основной задачей геоморф. исследований явл. выявление степени устойчивости рельефа и прогнозирование изменения его форм при строительстве.

Виды воды в грунтах

Вода в грунтах может находиться в трех агрегатных состояниях: парообразном, жидком и твердом.

Химически связанная вода входит в состав минералов, например, гипс — Са₅О₄*2Н₂О. Удалить такую воду можно лишь воздействием на минерал высокой темпе­ратуры и давления.

Парообразная вода находится в воздухе, который заполняет по­ры породы. Количество этой воды незначительно, приблизительно около 0,001% (от веса грунта). Пар в зависимости от перепада температур и давления в течение суток и по сезонам года активно перемещается в парах грунтов. В одних случаях это приводит к появлению жидкой воды, в других — к формированию линз и мик­ропрослоек льда. Последнее наиболее свойственно глинистым обра­зованиям.

Твердая вода (лед) в грунтах, имеющих отрицательную темпе­ратуру, присутствует в виде прослоек, линз и отдельных кристал­лов, находящихся между минеральными частицами или агрегата­ми. Роль твердой воды велика, так как лед цементирует рыхлые и глинистые породы, повышает их прочность. С другой стороны от­таивание льда снижает прочность породы.

Гигроскопическая, пленочная, капиллярная и гравитационная формы воды редко наблюдаются обособленно друг от друга. Обыч­но они в грунтах находятся одновременно. Границы между ними имеют условный, относительный характер. В природной обстановке постоянно наблюдается переход одной формы воды в другую. Это происходит под действием природных факторов (температура воз­духа, осадки и т. д.) и в результате производственной деятельности человека (осушение, увлажнение и др.).

Гигроскопическую и пленочную воду относят к физически свя­занной, так как она удерживается в пороге силами непосредствен­ного взаимодействия молекул воды с поверхностью минеральных частиц и сорбированными этой поверхностью ионами. Капиллярную и гравитационную воду считают свободной, так как ее перемещение в основном определяется силой тяжести.

Гигроскопическая вода по своим свойствам отличается от сво­бодной воды: уд. вес 1,5, пониженная растворяющая способность, замерзает при температуре ниже нуля и т. д. В какой-то мере эта вода обладает свойствами твердого тела.

Пленочная вода так же как и гигроскопическая удерживается молекулярными силами, обволакивая минеральные частицы тончай­шими пленками.

Пленочная вода активно передвигается от более толстых пленок к более тонким, в направлении более низких температур и падения электронапряжения. Эта вода замерзает при —3 —4° С, проникает в пространство между ча­стицами и оказывает на них расклинивающее дей­ствие. С пленочной водой связаны многие важные свойства глинистых по­род: набухание, усадка, пластичность, способность к уплотнению и т. д.

Капиллярная вода. По­ры грунта подобны капил­лярным трубкам. Вода поднимается по. ним под влиянием капиллярных (менисковых) сил. Высо­та подъема зависит от диаметра трубок или, ина­че говоря, от диаметра пор грунта. В песчаных грунтах, вследствие больших размеров пор, высота подъема воды незначительна (0,3— 0,6 м); в суглинках она достигает 1,2—1,6 м и где у_в — объемный вес воды.

Это давление существенно сказывается на повышении связности рыхлых грунтов, например, песков и является незначительным в сравнении с силами молекулярного взаимодействия между части­цами в глинистых грунтах.

Капиллярная вода передвигается под действием разности тем­ператур. Она растворяет и переносит соли. С этим видом воды свя­зано засоление почв, снижение несущей способности грунтов осно­ваний, появление сырости в подвалах зданий, если фундаменты не имеют должной гидроизоляции и т. д.

Гравитационная вода заполняет поры грунта и передвигается под влиянием силы тяжести, т. е. под влиянием разности напоров. Эта вода порождает гидродинамическое давление, служит целям водоснабжения, создает затруднения при производстве строитель­.

Водообмен подземных вод.

В процессе круговорота происходит постоянное возобновление природных вод, как поверхностных, так и подземных. Процесс смены первоначально накопившихся подземных вод в новопоступлении называется водообменном. Интенсивность обмена подземных вод зависит от глубины их залегания, поэтому в верхней части земной коры выделяют следующие зоны водообмена:

— зона интенсивного водообмена (воды преимущественно пресные, располагающиеся 300-400 м, воды дренируются реками, воды молодые, в которых водообмен происходит за 10 и 1000 лет )

— зона замедленного обмена (солоноватые и соленые воды)занимает промежуточное место, находится до глубины 400-2000 м, водообмен происходит за сотни тысяч.

— зона весьма замедленного обмена (воды типа рассола, эти зоны приурочены к глубинным слоям земли, полностью изолированы от поверхностных вод, водообмен происходит в течении миллионов лет).

Влагоемкость горных пород.

63. Водоотдача горных пород.

Водоотдача –способность водонасыщенных пород отдавать из себя гравитационную воду в виде свободного стока, для количественной оценки водоотдачи используется коэффициент водоотдачи: μ=V_В/V_п, это объем вытекшей из породы воды к объему осушенной части породы.

Коэффициент водоотдачи может быть определении и з выражения μ = W_п.в-W_мол. W_п.в,W_мол— полная и молекулярная влагоемкости соотв-но. Коэф водоотдачи доя песков, гравия, гальки 0,2-0,35, для глин, суглинков 0,01-0,05.

Дефицит водонасыщения – разность межлу полной влагоемкостью и естественной влажностью грунтов. μ= W_п.в-W.

Верховодка.

Верховодкой наз-ся временное скопление подземных вод в зоне аэрации. Она возникает над локальными водоупорами, или в слабо водопроницаемых грунтах.

· верховодка не образуется в хорошо водопроницаемых, влагоёмких грунтах.

· верховодка образуется в слабо водопроницаемых породах. В последующем она уходит.

· верховодка обр-ся преимущественно на равнинных участках, на склонах её не бывает.

· по минерализации воды верховодки: а) пресные, б) солоноватые, в) соленые

· воды верховодки не пригодны для водоснабжения

· верховодка неблагоприятно складывается для строительства.

Удельный дебит скважин

Удельный дебит скважин —этокол-во воды, выдаваемое скважиной на 1м понижения: q=Q/S.

Для безнапорной скважины: q=1.366kf(2H-S/lgR-lgr);

Для напорной: q=2.733kf(m/lgR-lgr).

Виды систем дренажей.

В зависимости от расположения дренажей в плане и по отношению к направлению движения грунтовых вод различают: систематические, головной, береговой, кольцевой, а также пластовый и вентиляционный. Каждый вид дренажа сопровождается обязательным устройством отвода поверхностных вод с осушаемой территории.

Систематический дренаж принимают для равномерного осушения (понижения уровня) значительных территорий (части территории). Этот вид дренажа применяют не большой мощности водоносного слоя и при не глубоком залегании грунтовых вод, питание которых осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков. Системный дренаж бывает: горизонтальный, вертикальный, комбинированный.

Головной дренаж используют для понижения уровня грунтового потока, питание которых осущ со стороны. Головой дренаж обеспечивает равномерное и надежное понижения уровня грунтовых вод.

Береговой дренаж применяется в случаи, когда уровни рек поднимаются в следствии устройства водохранилищ. Уровень грунтовых вод при этом повышается. Основная задача – защита зданий и сооружений расположенных на берегу.

Кольцевой дренаж защищает от подтопления подвальные помещения отдельных зданий или небольшие участки. Чаще его применяют в случаях, когда необходимо понизить уровень грунтовых вод на знач глубину.

Пластовые дренажи служат для защиты отдельных зданий и дорог от возможного подтопления грунтовыми водами, уровень которых поднимается.

Против накопления влаги в грунтах зоны аэрации можно устраивать вентиляционный дренаж в виде дымчатых труб или галереи, через которые постоянно движется воздух в целях испарения влаги из грунта основания.

Баланс подземных вод.

Балансовое уравнение измерения кол-ва подземных вод на данном участке за время t имеет вид:∆W=(А+К+П1+П2+П3)-(И+С1+С2).

Он состоит из приходной и расходной частей. В приходную часть баланса входят:

П2 – фильтрационные поступления с поверхностных источников;

В расходную часть входят:

Превышение прихода над расходом может вызвать подтопление территории; при превышении расхода над приходом происх. осушение тер-рии. Для изучения баланса тер-рии производят режимные наблюдения за уровнем вод.

Загрязнение подземных вод.

Виды загрязнений: 1 Химическое: а)Органическим(кислоты, ядохимикаты) б)неорганическим (соли, щёлочи, кислоты) в)токсичным (ртуть, мышьяк) г)нетоксичным. 2 Бактериальное – проявляется в нахождении в воде болезнетворных бактерий. 3 радиоактивное (стронций) 4Механическое (песок, шлак) 5Тепловое- повышение t под землёй вод при смешивании её с более нагретыми технологическими или поверх водами.

Охрана подземных вод.

Охрана подземных вод от загрязнения и истощения является важной государственной задачей и находится под наблюдением госнадзора. Использование, сохранность и воспроизводство подземных вод контролируется государством. Поиск и развитие подземных вод производится только с разрешения территориальных геологических управлений и по согласованию с органами санитарного надзора и контроля. Запрещается использование пресных подземных вод для целей не связанных с с/х питьевым водоснабжением.

Образование оврагов.

Размывающая деятельность овражных водотоков приводит к накоплению наноса – овражного эллювия, который накапливается в районе устья в идее конуса выноса. Овраги имеют большое распространение особенно в районах лессовых отложений. Они наносят знач. ущерб народному хозяйству, нарушают дорожные сооружения. Запрещается распахивать склоны и устраивать необлицованные канавы, ориентированные вниз по склону. Нельзя вырубать на склонах растительность и нарушать дерновый покров. Развитие активных оврагов предотвращают регулировкой стока атм. вод системой нагорных канав и водоотводящих валов.

Плывуны истинные и ложные.

Борьба с плывунами.

Гидрогеологическая съемка.

Гидрогеологическая съемка-комплекс полевых исследований, производимых с целью составления гидрогеологических карт и оценки общих гидрогеологических условий территории. В процессе гидрогеологической съемки изучают породы, слагающие водоносные горизонты, комплексы и зоны, их фильтрационные свойства, выдержанность по площади, мощность водовмещающих и водоупорных пород, величина напора, типы, качество и режимы подземных вод; характеризуются значения основных гидрогеологических параметров; оцениваются геологические, геоморфологические, климатические и другие факторы, влияющие на питание и формирование подземных вод.

Гидрогеологическая съемка проводится для решения специальных задач на стадиях технического и рабочего проектирования (для выбора участков водозаборов, разведки запасов подземных вод, изучение обводнености месторождений и т.д.).

Общее понятие о науке инж. геология – гидрология.

Геология — наука о Земле, ее строении, составе, истории развития и процессах, происходящих в ней. Основным объектом изучения геологии является литосфера, или земная кора.

В настоящее время геология является комплексной наукой, состоящей из многочисленных самостоятельных дисциплин. Это кристаллография — учение о кристаллах и кристаллическом строении вещества; минералогия— наука о минералах; петрография — наука о горных породах; гидрогеология — наука о подземных водах; геоморфология— наука о развитии рельефа земной поверхности и др.

В последние десятилетия широкое развитие получила инженерная геология — наука, изучающая геологические процессы верхних горизонтов земной коры и физико-механические свойства горных пород в связи с инженерно-строительной деятельностью чел.

Инженерная геология изучает природную геологическую обста­новку местности до начала строительства, а также определяет изменения, которые произойдут в геологической среде, и в первую очередь в породах, в процессе строительства и при эксплуатации сооружении. Инженерная геология может решать самые сложные задачи при строительстве любых инженерных сооружений.

В ее состав входят следующие специальные дисциплины: 1)грунто­ведение— учение о грунтах, 2)механика грунтов —паука об устой­чивости и прочности грунтов, 3)учение о геологических процессах, 4)специальная инженерная геология (строительная, дорожная, военная), 5)инженерная гидрогеология. В последнее время самостоятельной отраслью стало мерзлотоведение, широкое развитие получило лёссоведение, которое также в перспективе может стать самостоятельной дисциплиной, интенсивно развивается морская инженерная геология и др.

Гидрогеология – наука о подземных водах, о их происхождении, составе и св-вах, закономерностей движения, условиях залегания и распространения в

Источник