Виды воды в грунтах реферат

Обновлено: 04.07.2024

После своего образования подземная вода может находиться в горных породах (грунтах) в различных видах:

- кристаллизационная и химически связаннаявода входит в состав минералов, например, как вышеуказанный гипс и может быть удалена из них только нагреванием;

- вода в твёрдом состоянии (лёд) встречается в породах с отрицательной температурой в виде кристаллов и прожилков льда;

- парообразная вода находится в воздухе, заполняющем пустоты пород; при незначительном количестве этого вида воды (до 0,001% от веса породы) она способна к быстрому перемещению в толщах грунтов, существенно влияя на их свойства;

- гигроскопическая (прочносвязанная) вода располагается на мельчайших частицах грунта в виде прерывистой молекулярной пленки, удерживается на них за счёт электромолекулярных сил, не подвергается воздействию гравитации и обладает специфическими физическими свойствами (температура замерзания близка к – 4 о С; плотность >1,0 г/см 3 , движется: в сторону падения электрического потенциала, увеличения дисперсности грунта, пониженных температур и др.);

- плёночная (рыхлосвязанная) вода представляет собой плёнку уже из нескольких тысяч молекулярных слоёв, также удерживается электромолекулярными силами, способна к перемещению от более толстых слоёв воды к менее толстым плёнкам, но также как и гигроскопическая не зависит от сил гравитации; не передаёт гидростатического давления;

- гравитационная (свободная, текучая) вода находится в породах в капельно-жидком состоянии и обладает способностью перемещаться в них по порам и трещинам под действием силы тяжести.

Следует отметить, что основным объектом изучения гидрогеологии является лишь последний вид воды, тогда как в инженерной геологии все перечисленные виды воды играют ответственную роль, обуславливая основные свойства грунтов и многие неблагоприятные с точки зрения строителя и проектировщика геологические процессы и явления.

Глава 5. Водные показатели грунтов.

При полном заполнении пор и трещин водой порода находится в состоянии полного насыщения. Такое состояние называют полная влагоёмкость (W_в.п.):

где n – пористость и ρ – плотность скелета породы.

Наибольшее значение W_в.п. совпадает с величиной пористости породы. По величине W_в.п. породы разделяют: 1) на весьма влагоёмкие (торф, суглинки), 2) слабо влагоёмкие (мергель, мел, рыхлые песчаники, мелкие пески) и 3) невлагоемкие, т.е. породы, которые не удерживают в себе воду (галечники, гравий, щебень, крупнозернистые пески).

Водоотдача (W_в) – способность пород, насыщенных водой, отдавать свободную воду в виде стока.

Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные породы, пески, в которых величины W_в колеблется от 25 до 43%. В глинах водоотдача практически отсутствует.

Водопроницаемость – способность пород пропускать через свои поры и трещины воду с той или иной скоростью. Чем больше размер пор или крупнее трещины, тем выше водопроницаемость пород.

Водопроницаемость пород, т.е. их фильтрационная способность, оценивается коэффициентом фильтрации К_ф м/сут, который характеризует собой движение подземной воды в каждой породе.

Весовая влажность (W) – отношение массы воды, которое содержится в грунте, к массе данного грунта в сухом состоянии.

Этот показатель является одним из основных при характеристике дисперсных грунтов и может определяться как в лаборатории, так и в полевых условиях и измеряется либо в %, либо в долях единицы.

Степень (коэффициент) влажности (S_r, % или доли ед.) характеризует относительную долю заполнения пор водой в данном грунте.

Её величина численно равна отношению объёма воды (V_w) к объёму пор грунта (V_n):

Пластичность – это способность глинистых грунтов под действием внешнего давления изменять свою форму без разрыва сплошности, т.е. без образования трещин, и сохранять полученную форму.

Пластичные свойства обуславливаются наличием плёночной воды и проявляются только в определённом диапазоне влажности глинистого грунта, т.е. между двумя определёнными величинами влажности. Меньшая величина называется нижним пределом пластичности или границей раскатывания (W_p), а большая – верхним пределом пластичности, или границей текучести(W_L). При влажности W ниже W_p грунт находится в твёрдом состоянии, а когда она выше W_L грунт растекается, т.е. находится в текучем состоянии. Разница между величинами W_L и W_p называется числом пластичности (I_p, доли ед.).

По значениям I_p глинистые грунты согласно ГОСТу 25100-95 разделяют на три литологические разновидности: супеси (I_p 0,17). Эти разновидности грунтов имеют разные свойства, что учитывается в расчётах при проектировании оснований, насыпей и т.д.

Консистенция тесно связана с пластичностью, отражает физическое состояние грунтов и показывает степень подвижности частиц в зависимости от различного количества в грунтах воды. Другими словами,консистенция– состояние глинистого грунта, зависящее от его влажности и структуры (естественная, нарушенная).

Количественно консистенция грунта выражается показателем консистенции (I_L в долях единиц), который определяется по формуле:

где W – влажность грунта в естественных условиях.

По значениям I_L с помощью специально разработанных таблиц устанавливают, в каком состоянии находится грунт, например, суглинки и глины могут иметь консистенцию твёрдую, полутвёрдую, тугопластичную, мягкопластичную, текучепластичную, текучую. Супеси бывают в твёрдом состоянии, пластичном, текучем.

Липкостьюназывают способность грунтов во влажном состоянии прилипать к поверхности предметов и прочно удерживаться в виде достаточно толстого слоя.

Липкость обуславливается плёночной водой, которая окутывает частицы глинистых грунтов, а в почвах, кроме того, и за счёт присутствия гидрофильного гумуса.

Пески и супеси липкостью не обладают.

Липкость является отрицательным свойством глинистых грунтов (прежде всего глин), которые прилипают к колесам и тракам машин, усложняют выгрузку грунта из ковша экскаваторов или кузовов машин, усложняют работу конвейеров, резко ухудшают условия передвижения транспорта.

Липкость выражается в силе прилипания глинистого грунта к поверхности предмета. Наибольшая величина липкости проявляется при оптимальной влажности грунта (W_опт) и составляет 0,04-0,1 МПа. Увеличение давления рабочих органов землеройных и других машин на глинистые грунты вызывает повышение величины липкости. Свойство липкости необходимо учитывать при производстве строительных работ.

Набуханиемглинистых грунтов называют способность грунтов увеличивать свой объём в результате увлажнения.

Этот процесс свойственен глинам и тяжелым суглинкам. Набухающие грунты обычно залегают слоями и чаще всего приурочены к поверхности земли в сухих районах. Мощность слоёв набухающих глин обозначается Н_SW_.

Набухание грунта происходит после соприкосновения с водой, если грунт до этого был сухим или слабовлажным. Вода проникает в грунт по капиллярам, пленки воды утолщаются до уровня W_MMB (максимальной молекулярной влагоёмкости), частицы грунта раздвигаются, и грунт увеличивает свой объём. Одновременно в увеличении объёма грунта принимает участие минерал монтмориллонит, который поглощает воду и увеличивает свой объём во много раз.

Оценка способности грунтов к набуханию в лаборатории. Опытным путём на образцах грунтов устанавливается величина относительного набухания Е_SW:

где h – начальная высота образцов, h_нс – высота после набухания. При значении Е_SW больше 0,04 грунт считают набухающим. Одновременно с Е_SW определяют влажность набухания (W_SW), при которой проявляется максимальная величина набухания, и давление набухания (Р_SW), проявляющееся при увеличении объёма грунта. Р_SW может достигать 0,8 МПа. Такая сила набухания легко поднимает и деформирует дорожное покрытие, нарушает целостность земляных насыпей.

Содержание работы

Введение………………………………………………………………стр. 3
Глава 1. Формирование подземных вод……………………. стр. 4
Глава 2. Почвенные и грунтовые воды………………………………стр. 6
2.1. Почвенная вода или верховодка…………………………………стр. 6
2.2. Грунтовые воды…………………………………………………..стр. 6
2.3. Артезианские воды……………………………………………….стр. 7
Глава 3. Виды воды в почве и их использование древесной растительностью………………………………………………………стр. 8
3.1. Физически связанная или пленочная вода……………………стр. 8
3.2.Капиллярная вода………………………………………………..стр.8
3.3. Свободная гравитационная вода………………………………стр. 9
Глава 4. Растения- индикаторы подземных вод…………………..стр. 10
Заключение…………………………………………………………..стр. 11
Список литературы………………………………………………….стр. 12

Файлы: 1 файл

referat_2.doc

Федеральное агентство по образованию

Кафедра лесных культур и мелиораций

Почвенные и грунтовые воды. Виды воды в почве и их использование древесной растительностью.

Выполнила: студентка ЛХФ-39

Проверила: ст. преподаватель

Введение………………………………………………………… ……стр. 3
Глава 1. Формирование подземных вод……………………. стр. 4
Глава 2. Почвенные и грунтовые воды………………………………стр. 6
2.1. Почвенная вода или верховодка…………………………………стр. 6
2.2. Грунтовые воды…………………………………………………..стр. 6
2.3. Артезианские воды……………………………………………….стр. 7
Глава 3. Виды воды в почве и их использование древесной растительностью……………………………………… ………………стр. 8
3.1. Физически связанная или пленочная вода……………………стр. 8
3.2.Капиллярная вода………………………………………………..стр.8
3.3. Свободная гравитационная вода………………………………стр. 9
Глава 4. Растения- индикаторы подземных вод…………………..стр. 10
Заключение…………………………………………………… ……..стр. 11
Список литературы…………………………………………………. стр. 12

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.

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 12 веке н. э. название артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во Франции.

Глава 1. Формирование подземных вод.

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.

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.

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.

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, просочившийся 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.

2. Конденсация водных паров.

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

3. Ювенильные воды

Рассмотрим вкратце каждый из видов, а также методы по удалению данной воды из грунта.

Кристаллизационная или химически связанная вода

Кристаллизационная вода входит в состав кристаллических решеток минералов;
Может быть удалена при прокаливании и сопровождается распадом минерала.

Водяной пар

Водяной пар заполняет пустоты грунта, свободные от воды;
Перемещается из областей с повышенным давлением в области с низким давлением;
Конденсация водяного пара способствует пополнению грунтовых вод.

Гигроскопическая вода

Гигроскопичная вода притягивается частицами грунта из воздуха и конденсируется на их поверхности;
Высушенный грунт во влажном воздухе будет увеличиваться в весе;
Может перемещаться в грунте, переходя в парообразное состояние;
Может быть удалена только высушиванием.

Пленочная вода

Состоит из двух фаз: прочносвязанная вода (адсорбированная) и рыхлосвязанная вода;
Удерживается на поверхности грунтовых частиц силами молекулярного притяжения;
Удерживаются на поверхности грунтовой частицы огромными по удельной величине силами электрического притяжения;
Не подчиняется законам гидростатики и гидродинамики.

Капиллярная вода (требуется гидроизоляция)

Поднимается в грунте по свободным канальцам, образованным взаимосообщающимися порами или удерживается в них в подвешенном состоянии.
Высота поднятия капиллярной воды определяется подъемной силой менисков, величина которой зависит от смачиваемости грунта, размеров пор и свойств воды
Для защиты конструкций здания от капиллярной воды необходимо устройство гидроизоляции

Сила капиллярного натяжения

Усредненная высота капиллярного поднятия в грунтах естественной влажности и нормального уплотнения:

Суглинок – более 1 м (возможно до 7 м);
Супесь – 0,4-0,6 м;
Песок мелкий – 0,3 м;
Песок крупный – 0,05 м.

При размере пор 10 -7 см и менее образование капиллярных менисков невозможно, следовательно грунт становится водоупором.

В верхней части земной коры находятся подземные воды. Их физическое состояние может быть самым разнообразным: жидким, твердым, газообразным. Причем под землей вода переходит из одной фазы в другую. Исследованием и изучением таких превращений и деятельности жидкости занимается специальная наука — гидрогеология.

Разновидности подземных вод

Вода под землей с разной интенсивностью принимает участие в общем круговороте. Специалисты отмечают три зоны: верхнюю или свободного обмена, среднюю или замедленного водообмена, нижнюю, которая трудно поддается превращению. Виды подземных вод:

Свободная — находится в трещинах, полостях почв и горных пород. Их большая концентрация и потоки распространяют гидростатическое давление по закону сообщающихся сосудов.
Капиллярная — вода, которая перемещается по расщелинам и каналам под действием капиллярных сил. Она может быть: стыковой, подвешенной, поднятой. Поднятая вода расположена выше свободной и образует капиллярную зону, что приводит к засолению почв.
Пленочная — обладает очень тонкой пленкой, которой обволакивает минеральные частицы. Вода перемещается в те места, где пленка тоньше.
Гигроскопическая — покрывает частицы минералов более толстой пленкой, а перемещаться жидкость начинает, когда переходит в газообразную форму.
Лед — твердое состояние воды при низких температурах. Представляет собой кристаллические частицы, из которых образуются большие скопления.
Кристаллизационная — жидкость, молекулы которой входят в минералы, а при дегидратации удаляются или переходят в другое состояние.

Кроме того, в состав подземной атмосферы вода может входить в газообразном состоянии и диссоциированном виде, из которого состоит структура минералов.

Систематизация по условиям расположения

Водные ресурсы, которые находятся под землей, составляют запасы общим объемом около 60 млн км³. Специалисты учитывают их как полезное ископаемое. Классификация подземных вод:

почвенные;
верховодка;
грунтовые;
артезианские;
минеральные.

Почвенные и верховодка

Под верхним слоем земной коры располагаются почвенные воды. Они заполняют поры и трещины, а перемещаются под действием силы тяжести. По определению эта жидкость отличается небольшой глубиной залегания, она пропитывает собой природный массив, занимая очень большие площади.

Ее пополнение происходит в результате инфильтрационного просачивания дождевых вод через грунт и песок. Происходит это в течение длительного периода, за который вода насыщается органическими веществами. Некоторый объем жидкости протекает вглубь по участку, который обладает хорошей водопроницаемостью, а часть задерживается ближе к поверхности.

Верховодка представляет собой временную концентрацию гравитационных вод в областях аэрации почв и пород. В этом случае происхождение подземных вод случается после атмосферных осадков, паводков и таяния снегов. Кроме того, она может образовываться в результате внутрипочвенного испарения из искусственных водоемов. Верховодка обладает свойствами:

сезонной неустойчивостью;
ограниченным объемом расширения;
резкими изменениями уровня.

В основном человек не использует ее для водоснабжения. При проведении открытых горных работ следует укрепить откосы для входа и выхода из траншей, соорудить дренажные скважины с применением водоотвода.

Грунтовые и артезианские

К грунтовым относятся воды первого от поверхности земли водоносного горизонта. Они образуются в основном просачиванием через почву после атмосферных осадков, из рек, озер и других водоемов. Ученые заметили, что даже вечная мерзлота за полярным кругом не мешает грунтовым водам подпитывать моря.

Обычно это свободная и безнапорная жидкость, которая всегда остается на уровне вскрытия. Грунтовая вода подпитывается и распространяется в одной области. В течение сезона уровни сильно различаются в зависимости от атмосферных осадков и температуры грунта.

Когда отсутствуют дожди, а почва постоянно находится под солнечными лучами, то вода сильно подогревается, и уровень ее падает. Она имеет важное значение для народного хозяйства в России как источник водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов.

Межпластовые или артезианские залежи расположены между нижними и верхними водоупорными слоями. Основное их отличие — это отсутствие источников подпитки. Жидкость, находящаяся под давлением плотных слоев грунта, достигает поверхности в качестве родников.

Если пробурить пласты, то эта вода из-под земли забьет фонтаном, поэтому ее добыча осуществляется буровой установкой на автомобильном шасси. В буровую скважину вставляется труба, устанавливается фильтр и опускается погружная помпа.

Во время разработки месторождений случаются прорывы, которые мешают при прохождении горных пород и требуют специальной охраны выработок от воды. Подземные месторождения глубокого залегания хорошо подходят для обеспечения населения, промышленных и сельскохозяйственных объектов.

Минеральные месторождения

В этих месторождениях находится тип подземной воды с неизменным химическим составом и биоактивными минеральными или органическими элементами. Жидкость с такими характеристиками обладает лечебными свойствами для внутреннего и наружного использования. Ее разделяют:

по химическому составу;
уровню минерализации;
способу применения.

В состав практически любой жидкости из-под земли входят минеральные соли и другие полезные элементы. Она отличается от пресной тем, что ее состав формируется в течение нескольких лет под воздействием некоторых факторов. Ее структура никогда не изменяется и напрямую зависит от источника.

В промышленных целях минеральную воду добывают с помощью каптажей, которые представляют собой комплекс инженерных сооружений. Очень часто источники сами выходят наружу в виде родников и ключей. Обычно в таких местах строятся бальнеологические лечебницы и курорты.

Методы поиска источников

Подземные залежи существуют практически в любых районах, но только проблема добраться до них заключается в глубине залегания. Поиск месторождений проводится как примитивными подручными материалами, так и с применением современной техники.

Разведка залежей иногда осуществляется способом пробного бурения. Правда, такой способ несет большие финансовые затраты, поэтому он подходит при строительстве крупного водозабора для нескольких домов. Способ бурения делится на несколько методов:

роторный;
ударно-канатный;
шнековый.

Чаще всего применяется шнековое бурение, а выбор способа зависит от сложности породы, финансовых возможностей и других факторов. При залежах источника не глубже 50 м используется шнек, который, вращаясь, выводит грунт наружу. Зачастую трубы для укрепления скважины не нужны, что гораздо ускоряет процесс и экономит средства. При поисках месторождений используются:

ивовая рамка;
лоза;
проволока.

Процедуру необходимо проводить в строго определенное время: утром с 5:00 до 6:00 часов, днем с 14:00 до 15:00, вечером с 20:00 до 21:00. При поиске способ биолокации может выполнить не каждый человек, а только подготовленный и обученный. Но этот метод не всегда приносит хорошие результаты. Наиболее точными считаются специализированные способы обнаружения источников.

Один из них — применение электрического сопротивления. Обычно им пользуются при строительстве крупных водозаборов, а в его основе лежит зондирование почвенного покрова. Электрическое сопротивление жидкости и почвы различаются, поэтому по отличию показателей можно определить, где находится источник.

Правда, железная дорога, находящаяся недалеко, металлический забор или месторождение железной руды могут вызвать неточности в измерениях. Определить нахождение подземных залежей можно визуально и без оборудования. Присутствие некоторых растений на участке укажет на наличие подземных источников. К ним относятся:

наперстянка;
верба;
лапчатка;
болиголова.

Существуют некоторые косвенные признаки: утром густой туман над участком, наличие множества насекомых, густая зеленая трава. Кроме того, часто животные роют ямы в местах расположения источников. Таким образом, для обнаружения месторождения подземной воды можно использовать разные методы.

Читайте также: