8. Основы динамики подземных вод

Динамика подземных вод – учение о движении воды в горных породах земной коры, совершающемся под влиянием как природных, так и искусственных факторов. В сферу изучения входит движение вод не только в водоносных, насыщенных водой породах, но и различные виды передвижения воды в ненасыщенных пористых образованиях.

Динамика подземных вод тесно связана со смежными науками естествознания: геологией, метеорологией, гидрологией, геоморфологией, гидрохимией, так как природные факторы и процессы, изучаемые этими науками, оказывают большое влияние на движение подземных вод.

Основными геологическими факторами, влияющими на движение подземных вод, являются условия залегания водоносных пород, их литологический состав и мощность. В неглубоко залегающих водоносных слоях, например в аллювиальных отложениях рек, подземные воды имеют свободную поверхность (так называемые безнапорные подземные воды). Однако если среди водопроницаемых пород имеются отдельные линзы или прослойки водоупорных пород, то на этих участках возникает напор над кровлей водоносного горизонта. Особенно характерно напорное движение для артезианских вод, приуроченных к определенным геологическим структурам.

Литологический состав пород влияет на их водопроницаемость и тем самым на скорость движения подземных вод (чем больше водопроницаемость, тем больше и скорость). Изменение мощности водоносного пласта влияет также на скорость фильтрации: если мощность пласта уменьшается, то при прочих равных условиях скорость движения подземных вод возрастает и наоборот.

Большое влияние на движение подземных вод оказывает и температура.

Соотношение между атмосферными осадками и испарением таково: в областях избыточного увлажнения величина атмосферных осадков превышает величину испаряемости, поэтому происходит систематическое пополнение запасов подземных вод за счет инфильтрации. В областях недостаточного увлажнения испаряемость превосходит величину атмосферных осадков, поэтому здесь происходит постоянный отток подземных вод к поверхности, который лишь временами (после снеготаяния или обильных осадков) сменяется инфильтрацией.

Из гидрологических факторов большое значение имеет характер взаимосвязи водоносных пластов с поверхностными водами рек, озер, морей, которые могут дренировать подземные воды или участвовать в их питании. Например, реки в межень дренируют подземные воды, а в паводок временно питают их. Моря во время прилива вызывают подпор подземных вод, а во время отлива дренируют их. В связи с этим подземные воды речных или морских побережий периодически изменяют направление и скорость своего движения.

Из геоморфологических факторов на движение подземных вод оказывает особо значительное влияние степень расчлененности территории: в равнинных областях, слабо изрезанных гидрографической сетью, движение подземных вод более замедленно, чем в горных областях.

При движении подземных вод имеет место тесное взаимодействие между водой и горными породами. В результате этого взаимодействия подземная вода приобретает ту или иную минерализацию, оказывающую влияние на движение подземной воды вследствие изменения удельного веса воды и ее вязкости; порода при этом также приобретает иное сложение, иные структурные связи и иную водопроводимость.

Динамика подземных вод тесно связана с науками физико-математического цикла (гидравликой, гидромеханикой), пользуясь методами которых можно количественно оценивать скорость фильтрации, расход потока, изменения уровней и напоров подземных вод.

Таким образом, динамика подземных вод представляет собой комплексную науку, на основе которой проводится решение различных гидрогеологических задач в области водоснабжения, орошения, осушения, гидротехнического строительства, горного дела, эксплуатации нефтяных месторождений и др.