Гидрогеология — это раздел геологии, изучающий распределение, движение и качество воды в недрах. Гидрогеология связана с пониманием возникновения, движения и хранения подземных вод в водоносные горизонты, представляющие собой геологические образования, содержащие воду. Гидрогеологи изучают свойства горные породы и отложения, которые контролируют движение воды, взаимодействие между грунтовыми и поверхностными водами, а также влияние деятельности человека на качество и количество ресурсов подземных вод. Гидрогеология — это междисциплинарная область, которая опирается на геологию, физику, химию, математику и инженерию для решения широкого круга экологических, геологических и инженерных проблем.

Вода является ценным природным ресурсом. Без воды не было бы жизни на Земле. Наше тело на две трети состоит из воды по весу.

Водоснабжение также необходимы для поддержки производства продуктов питания и промышленной деятельности. Наиболее важным фактором, определяющим плотность и распределение растительности, является количество осадков (Феттер, 2001).

Сельское хозяйство могут процветать в некоторых пустынях, но только за счет воды, добываемой из-под земли или привозимой из других регионов (Феттер, 2001).

Цивилизации они процветали благодаря развитию надежных систем водоснабжения, а затем рухнули, когда их водоснабжение прекратилось (Fetter, 2001).

Персона требуется 3 литра (л) питьевой воды в день для поддержания основных жидкостей организма (Fetter, 2001).

Первобытные люди в засушливых землях существовало немногим больше этого количества в качестве их общего суточного потребления

В Нью-Йорке суточное потребление воды на душу населения превышает 1000 л; большая часть этих ресурсов используется в промышленных, муниципальных и коммерческих целях (Феттер, 2001).

Чрезмерная эксплуатация подземных вод путем неконтролируемой откачки может вызвать некоторые проблемы (Hiscock, 2005):

  • вредное воздействие на соседние скважины и колодцы,
  • оседание земли,
  • проникновение соленой воды,
  • и высыхание поверхностных вод и водно-болотных угодий.

Неконтролируемое использование химикатов и небрежное удаление отходов на землю вызывают загрязнение подземных вод (Hiscock, 2005).

Основные источники загрязнения подземных вод:

  • агрохимикаты,
  • промышленные и коммунальные отходы,
  • хвостохранилища и технологические сточные воды шахт,
  • соляные ямы месторождения нефти,
  • протекающие подземные резервуары для хранения,
  • протечки трубопроводов,
  • осадок сточных вод,
  • и септические системы

Сфера гидрогеологии

Гидрогеология — это научное исследование свойств, распределения и движения подземных вод в недрах Земли. Это междисциплинарная область, объединяющая элементы геологии, гидрологии, химии, физики и техники. В сферу гидрогеологии входят:

  1. Изучение наличия и наличия подземных вод. Гидрогеологи изучают наличие, распределение и наличие подземных вод в недрах. Они используют различные методы, такие как геофизические исследования, бурение и каротаж скважин для исследования недр.
  2. Поток и перенос подземных вод. Гидрогеологи изучают поток и перенос подземных вод в недрах. Они используют численные модели для прогнозирования направления и скорости потока грунтовых вод, а также для моделирования переноса загрязняющих веществ в грунтовых водах.
  3. Характеристика водоносного горизонта: гидрогеологи характеризуют свойства водоносных горизонтов, которые представляют собой геологические образования, хранящие и передающие подземные воды. Они изучают гидравлические свойства водоносных горизонтов, такие как гидравлическая проводимость, коэффициент пропускания и коэффициент хранения.
  4. Качество подземных вод: гидрогеологи изучают качество подземных вод, в том числе их химический состав и наличие загрязнителей. Они используют различные методы для отбора проб и анализа подземных вод, такие как испытания откачки, пробки и каротаж.
  5. Управление подземными водами. Гидрогеологи играют ключевую роль в управлении ресурсами подземных вод. Они используют свои знания в области гидрогеологии для разработки стратегий устойчивого использования и защиты ресурсов подземных вод. Это включает в себя проектирование колодцев, управление пополнением запасов подземных вод и контроль загрязнения подземных вод.
  6. Взаимодействие подземных вод с поверхностными водами. Гидрогеологи изучают взаимодействие подземных вод с поверхностными водами, такими как реки, озера и водно-болотные угодья. Они используют свои знания в области гидрогеологии, чтобы понять роль подземных вод в поддержании стока поверхностных вод и разработать стратегии устойчивого управления водными ресурсами.

Гидрогеологическое исследование

Гидрогеологическое исследование – это процесс изучения свойств и поведения воды в недрах. Он включает в себя использование различных инструментов и методов для сбора данных о гидрогеологической системе, таких как геология и гидрология района, количество и качество подземных вод, а также потенциал для развития и управления водными ресурсами.

Гидрогеологическое исследование важно во многих областях, например, при планировании и проектировании систем подачи подземных вод, выявлении потенциальных источников воды для добычи полезных ископаемых или промышленных операций, оценке воздействия на окружающую среду, связанного с подземными водами, и оценке потенциального воздействия изменения климата. на ресурсы подземных вод.

Гидрогеологическое исследование может включать ряд мероприятий, таких как геологическое картирование, сбор гидрологических данных, тестирование водоносных горизонтов, анализ качества воды и компьютерное моделирование потока и переноса подземных вод. Результаты гидрогеологических исследований могут быть использованы для принятия обоснованных решений об устойчивом использовании и управлении ресурсами подземных вод.

Гидрогеологическое исследование состоит из нескольких этапов, в том числе:

  1. Определение области исследования: Первым шагом в гидрогеологическом исследовании является определение области исследования, включая местоположение и границы области исследования.
  2. Сбор данных: Следующим шагом является сбор информации о геологии, гидрологии и гидрогеологии изучаемой области. Это может включать сбор данных о геологии района, поверхностной и подземной гидрологии и ресурсах подземных вод.
  3. Анализ данных: собранные данные затем анализируются, чтобы понять возникновение и движение подземных вод в районе исследования. Это может включать анализ геологических и гидрологических данных, а также данных о качестве и количестве ресурсов подземных вод.
  4. Разработка концептуальной модели: На основе собранных и проанализированных данных разрабатывается концептуальная модель системы подземных вод в районе исследования. Эта модель помогает понять, как грунтовые воды перемещаются в недрах и как на них влияют различные факторы.
  5. Тестирование и уточнение модели: Затем концептуальная модель тестируется и уточняется посредством дальнейшего сбора и анализа данных, чтобы улучшить понимание системы подземных вод.
  6. Отчет о результатах: Заключительным этапом гидрогеологического исследования является отчет о результатах исследования, включая любые рекомендации по управлению и использованию ресурсов подземных вод в районе исследования.


Гидрогеология и человеческие отношения

Гидрогеология во многом тесно связана с человеческими делами. Вот несколько примеров:

  1. Водоснабжение: одним из наиболее важных применений гидрогеологии является оценка и управление ресурсами подземных вод для водоснабжения. Гидрогеологи исследуют и описывают водоносные горизонты, оценивают скорость пополнения и поток подземных вод и разрабатывают модели для прогнозирования реакции водоносных горизонтов на различные сценарии откачки. Эта информация используется водными менеджерами для принятия решений о распределении воды, размещении колодцев и скорости откачки.
  2. Перенос загрязняющих веществ. Гидрогеологи также играют ключевую роль в оценке загрязнения подземных вод и управлении им. Они исследуют перемещение загрязняющих веществ в подземных водах, оценивают возможность попадания загрязняющих веществ в источники питьевой воды и разрабатывают стратегии восстановления загрязненных участков. Гидрогеологические исследования часто являются частью экологической оценки промышленных площадок, свалок и других загрязненных территорий.
  3. Планирование землепользования. Гидрогеология играет важную роль в планировании землепользования, особенно в районах, где ресурсы подземных вод уязвимы для загрязнения или чрезмерного использования. Гидрогеологические исследования могут выявить районы, подходящие для определенных типов застройки (например, жилой, промышленной, сельскохозяйственной), а также районы, которые должны быть защищены от застройки для сохранения ресурсов подземных вод.
  4. Изменение климата. Гидрогеология также важна для понимания воздействия изменения климата на ресурсы подземных вод. Изменение характера осадков и эвапотранспирации, вероятно, повлияет на скорость пополнения запасов подземных вод и режимы стока подземных вод. Гидрогеологические исследования могут помочь предсказать, как водоносные горизонты отреагируют на эти изменения, и выявить районы, особенно уязвимые к засухе или другим воздействиям.

В целом, гидрогеология является важной областью, которая способствует нашему пониманию водных ресурсов и их взаимодействия с деятельностью человека.

История гидрогеологии

История гидрогеологии восходит к древним цивилизациям, таким как греки и римляне, которые интересовались происхождением и движением подземных вод. Первое зарегистрированное научное исследование подземных вод было проведено Леонардо да Винчи в 15 веке. Он предположил, что движение воды через Землю обусловлено солнечным теплом и гравитацией.

В 18—19 вв. были достигнуты значительные успехи в области гидрогеологии. Ученые начали разрабатывать теории о потоке подземных вод и взаимосвязи между поверхностными и подземными водами. Развитие новых технологий, таких как буровое оборудование и насосы, позволило строить колодцы и измерять уровень грунтовых вод. Это привело к лучшему пониманию количества и качества ресурсов подземных вод.

В 20 веке гидрогеология приобрела все большее значение для управления водными ресурсами и охраны окружающей среды. Разработка новых методов, таких как геофизические исследования и компьютерное моделирование, позволила более точно и эффективно исследовать подземные воды и управлять ими. Сегодня гидрогеологи играют решающую роль в обеспечении устойчивости ресурсов подземных вод и защите окружающей среды от загрязнения.

Гидрологический цикл

Вода на нашей планете Земля находится в трех фазах: твердой, жидкой и газообразной.

гидрологический цикл (по Усулу, 2001 г.)

Гидрологический цикл, также известный как круговорот воды, представляет собой процесс, посредством которого вода перемещается по земным системам. Цикл включает следующие этапы:

  1. Испарение: процесс перехода воды из жидкого состояния в газообразное, обычно с поверхности океанов, озер и рек или с поверхности земли.
  2. Транспирация: Процесс, при котором вода поглощается растениями и выделяется в атмосферу.
  3. Конденсация: процесс, при котором водяной пар в атмосфере охлаждается и снова превращается в жидкость, образуя облака.
  4. Осадки: Процесс, при котором вода выпадает из атмосферы в виде дождя, снега, мокрого снега или града.
  5. Инфильтрация: Процесс, при котором вода просачивается в землю и поглощается почвой и горными породами.
  6. Сток: процесс, при котором вода, которая не просачивается в землю, течет по поверхности земли, в конечном итоге попадая в ручьи, реки и океаны.

Гидрологический цикл играет решающую роль в регулировании количества и распределения воды на земной поверхности и в почве, что важно для поддержания жизни и поддержания различных экосистем.

Гидрологический цикл (по Феттеру, 2001 г.)

выпаривание воды из поверхностных вод (моря, озера, реки) и поверхности суши и испарение из растительности производит облаках.

При появлении подходящих метеорологических условий осадки происходит в виде дождя, снега и т. д. и выпадает на сушу или поверхностные водоемы.

Часть осадков, выпадающих на покрытых растительностью землях, может удерживаться растениями. Эта часть называется подслушивание.

Эта часть обычно испаряется обратно в атмосферу.

Очень небольшое количество воды, удерживаемой на растениях, попадает на землю с листьев. Эта часть называется через падение.

Осадки, выпадающие на поверхность земли входит в различные пути гидрологического цикла.

Часть осадков, достигающая поверхности земли, сначала смачивает почву и горные породы.

Некоторые воды может быть временно хранится на поверхности земли как лед и снег или вода в лужах. Это известно как хранение депрессии.

Часть дождя или тающего снега стекает по земле в русло ручья, озеро или море. Это называется сухопутный поток or поверхностный поток.

Если поверхность почвы или камня пористая, в землю будет просачиваться дождь или талый снег. Этот процесс называется инфильтрация.

Часть инфильтрованной воды хранится в вадозная зона (или зона аэрации).

Поры почвы и горных пород в зоне аэрации содержат как воду, так и воздух.

Вода в зоне аэрации называется вадозная вода.

В верхней части зоны аэрации располагается пояс почвенная вода.

Некоторые части воды хранится в депрессиях, зоне аэрации и течет по суше испарится.

Растения используют почвенную воду, а затем испаряются в атмосферу в виде пара в процессе, называемом испарение.

Испарение с поверхности земли, водоемов и транспирация растениями объединены в одну группу. эвапотранспирация.

Вода, попадающая в почву или горную породу, может перемещаться в латеральном направлении в зоне аэрации над поверхностью земли. уровень грунтовых вод в сторону более низких высот.

Эта вода называется слияние or подземный поток.

Часть инфильтрованной воды; может достигать уровня грунтовых вод просачивание, пополнить запас подземных вод.

Затем вода движется туда горизонтально, становясь поток подземных вод (или базовый поток).

Поверхностный, подземный и подземный стоки в конце концов достичь море озеро и ручей и оттуда испаряются обратно в атмосферу.

На некоторой глубине поры почвы или горной породы насыщены водой.

Верхняя часть зона насыщения называется уровень грунтовых вод (или уровень грунтовых вод).

Вода, хранящаяся в зоне насыщения, называется грунтовая вода.

Подземные воды движутся as поток подземных вод через горные и почвенные слои земли.

грунтовая вода разряды в качестве весна или как просачивание в пруд, озеро, ручей, реку, море или океан.

Схематическое изображение гидрологического цикла (по Fetter, 2001).


На рисунке показаны основные резервуары и пути, по которым вода может перемещаться из одного резервуара в другие.

Магматическая вода содержится в магмах глубоко в земной коре.

Если магма достигает поверхности земли или дна океана, магматическая вода добавляется к воде в гидрологическом цикле (Fetter, 2001).

Гидрологические процессы редко протекают без влияния деятельности человека; иными словами, деятельность человека вызывает изменения в этих процессах.

Главный действия, приводящие к изменениям в гидрологических процессах;

  • искусственные осадки,
  • изменения растительного покрова (облесение, вырубка леса, изменение типа растительности),
  • урбанизация,
  • строительство плотин на реках,
  • орошение,
  • дренаж,
  • забор подземных и поверхностных вод.

Глобальное распределение воды

Вода на всей Земле в равновесии.Соленая вода в океанах

составляет 97.25%.Массивы суши и атмосфера поэтому содержат 2.75%.Ледяные шапки и ледники держать 2.05%грунтовая вода до глубины 4 км приходится 0.68%,Пресноводные озера 0.01%,Влажность почвы 0.005%, Реки 0.0001% и биосфера 0.00004%

О компании 75% воды на суше заперты в ледниковый лед или солончаки.

Оставшаяся четверть воды на суше, около 98% is хранится под землей.

Только очень небольшое количество пресной воды, доступной для человека и другой биоты.

Взяв постоянный объем воды в данном резервуаре и разделив его на скорость поступления (или потери) воды в (из), можно рассчитать Время жительства для этого резервуара.

Время, которое молекула воды проводит в океан и море более 4 000 лет.

Озера, реки, ледники и неглубокие грунтовые воды имеют время пребывания в диапазоне от дней до тысяч лет.

грунтовая вода время пребывания варьируется примерно от 2 недель до 10 000 лет и более.

Аналогичная оценка для реки дает значение около 2 недель.

Свойства бассейна

Водосборный бассейн

Свойства бассейна относятся к физическим, геологическим и гидрологическим характеристикам водосборного бассейна или речного бассейна, которые влияют на количество и качество имеющейся в нем воды. Некоторые важные свойства бассейна включают в себя:

  1. Размер и форма: размер и форма бассейна определяют площадь, с которой собирается вода, и количество воды, которое может храниться в нем.
  2. Топография: Топография бассейна определяет направление потока воды и влияет на скорость поверхностного стока.
  3. Геология: Геология бассейна определяет тип присутствующих горных пород и почв, которые могут влиять на хранение и движение подземных вод.
  4. Характеристики почвы. Характеристики почвы, такие как текстура, структура и водопроницаемость, влияют на скорость проникновения воды в землю и количество воды, которое может храниться в почве.
  5. Растительный покров: Растительный покров влияет на скорость инфильтрации и эвапотранспирации, которые являются важными процессами в гидрологическом цикле.
  6. Климат: Климат играет важную роль в гидрологическом цикле, при этом температура, осадки и скорость эвапотранспирации влияют на количество и распределение воды в бассейне.
  7. Землепользование. Изменения в землепользовании, такие как урбанизация или вырубка лесов, могут оказывать значительное влияние на гидрологический цикл, изменяя поверхностный сток, скорость инфильтрации и эвапотранспирацию.
Свойства бассейна (по Усулу, 2001).

Рекомендации

  • Проф. Др. ФИКРЕТ КАЧАРОГЛУ, Конспект лекций, Университет Мугла Ситки Кочман
  • Доменико П.А., Шварц Ф.В., 1990. Физическая и химическая гидрогеология. Джон Вайлианд Сыновья, США, 824 с.
  • Феттер, К.В., 2001. Прикладная гидрогеология (Четвертое издание). Прентис Холл, США, 598 стр.
  • Хискок, К., 2005, Гидрогеология. Издательство Блэквелл, 389 стр.
  • Янгер, П.Л., 2007 г., Подземные воды в окружающей среде. Издательство Блэквелл, 318 стр.
  • Усул Н. Инженерная гидрология. METU Press, Анкара, 404 стр.
  • Ньюсон, М., 1994. Гидрология и речная среда. Оксфордский университет Пресс, Великобритания, 221 стр.