Температура грунтовых вод: характеристика и функциональность

Значение температуры грунтовых вод

 

Что означает понятие грунтовые воды? Так называется одна из категорий по классификации подземных вод. Они гравитационные, находятся на первом от поверхности планеты водоносном горизонте, который является постоянно существующим. Их водная поверхность характеризуется как свободная. Их образованию способствует просачивание (или инфильтрация). Сюда относятся воды, которые поступают как из озер, рек, оросительных каналов, водохранилищ, шахтных водоотводных канав, так и за счет обычных атмосферных осадков.

Схема расположения подземных вод.

Температура грунтовых вод и их дебит подвержены колебаниям, которые напрямую зависят от того, какое количество осадков выпало. Эти изменения происходят каждый сезон. Тогда их поверхность либо повышается (во влажное время года, когда выпадают осадки, тает снег), либо понижается (в сухое время года). Если мороз очень сильный, то вода может даже замерзнуть.

Поэтому они считаются более чувствительными к изменениям в атмосфере, чем те же артезианские воды, которые намного глубже. Следует отметить, что для них существует совпадение по областям, где они распространяются, откуда питаются.

Характеристика

По поверхности грунтовые воды можно охарактеризовать как безнапорные и свободные. Когда они вскрываются колодцем или скважиной, глубина определяется по тому уровню, где была встречена вода. Над ней не бывает сплошного покрытия водонепроницаемой породы.

Схема залегания и движения грунтовых вод.

Вода обычно располагается в породах, которые можно назвать рыхлыми или слабосцементированными. Также она может наполняться в трещинах пород, которые являются хорошо сцементированными. И даже располагаться у пород в их порах. Вследствие этого формируется классификация грунтовых вод, и происходит деление их на:

• воду пластового типа;
• воду трещинного типа;
• поровую воду.

Можно отметить, что в различных природных зонах будет разной и глубина, на которой залегают грунтовые воды. В полупустыне вы не найдете их вплоть до глубины 60-100 м, да и то не везде. Тогда как в тундре их уровень будет почти совпадать с поверхностью земли. Особое влияние в этом вопросе можно отнести к степени расчлененности рельефа территории. Глубина будет тем больше, чем она сильнее. Основной особенностью их характеристики является отсутствие напора.

Если говорить о величине стока грунтовых вод, то ее можно приравнять к общему количеству воды, которая в течение долгих лет поступала за счет инфильтрации. Грунтовые воды меняются по своему уровню, расходу и составу, если находятся около водоемов. Это объясняется тем, что они гидравлически связаны между собой разным образом и зависят от того, какой у этих поверхностных вод характер.

Характеристика подземных вод по общей минерализации (детализированная).

Самые большие их резервы можно встретить в долинах рек (аллювиальные отложения), в областях предгорья (особенно конусы выноса), в массивах известняка (трещиноватого и закарстованного), если они залегают неглубоко. Грунтовые воды иногда истекают и на поверхность. В основном как родники. Это происходит в тех точках, где участки рельефа отрицательные, то есть располагаются ниже их уровня. Сюда можно отнести все низинные участки, долины, овраги и прочее.

Все водоемы питаются от этих вод. По грунтовым водам можно ориентироваться как по показателю чистоты данной местности или почвы. Если же около них есть всевозможные химические или радиоактивные захоронения, скотомогильники, даже просто мусорные свалки, это означает непременное их заражение. Они больше остальных видов подземных вод (кроме грунтовых, еще существуют почвенные, межпластовые, артезианские и минеральные воды) подвержены загрязнению.

Минерализация

Если общую совокупность всех минеральных веществ, которые растворены в воде, выразить в количестве граммов абсолютно сухого остатка, что можно получить через выпаривание 1 л воды, это будет означать ее минерализацию.

Относительно степени минерализации вод формируется следующая классификация:

Характеристика состояния загрязненности воды.

1. Гидрокарбонатная кальциевая. Это пресная вода. Содержание соли – до 1 г/л.
2. Сульфатная, бывает хлоридной. Слабо солоноватая -1-3 г/л.
3. Солоноватая – 3-10 г/л.
4. Соленая вода с содержанием 10-15 г/л. Тоже сульфатная и хлоридная.
5. Хлоридно-натриевый тип – это рассол. Содержит больше 50 г/л соли.

Формирование происходит, как уже отмечалось, посредством инфильтрации. Стоит уточнить, что к водам с поверхности и общему количеству атмосферных осадков можно также приплюсовать и восходящие потоки более глубоких горизонтов (это касается бассейнов артезианского происхождения), конденсацию водяного пара.

Поскольку все условия такого формирования достаточно разные, это объясняет и то, что они распределены зонально по географии. И это напрямую соотносится с зонами климата, а еще с покровом грунта и растительности, в которых они находятся. Так будет видна и минерализация грунтовых вод.

Пресная (или слабоминерализованная) вода широко распространена в лесах, степях и лесостепных районах. Тогда как в пустыне, на равнине и в области полупустыни и сухой степи пресную воду практически нигде не найти, только в отдельных местах. А преобладает вода соленая.

Общая схема классификации подземных вод.

При высокой влажности климата будет повышенное питание, с высокой интенсивностью будет развиваться подземный сток, а это приводит к тому, что почва и горные породы выщелачиваются. В этом процессе уйдут и все сульфаты, и хлориды, так как это легко растворимые соли. Если такая водообменная формула происходит в течение долгого времени, то в его результате сформируется пресная грунтовая вода. Малая доля минерализации в ней будет присутствовать. Потому что такие малорастворимые вещества, как гидрокарбонат кальция, останутся.

В случае с теплым и засушливым климатом у грунтовых вод практически не будет развит подземный сток. Это объясняется тем, что местность в основном слабодренированная, а осадки выпадают редко и в небольших количествах. Поэтому расходная часть баланса преимущественно испаряется, и, как следствие, возникает их засоление.

Около водохранилищ, рек и других водоемов практически всегда грунтовые воды достаточно опреснены. Зачастую они соответствуют нормам питьевой воды.

Понятие жесткости и мягкости

Качественная классификация воды по степени жесткости.

В воде присутствуют ионы магния и кальция. Это влияет на ее жесткость. Существует понятие общей жесткости (когда считается вся сумма мг экв. ионов на литр воды), карбонатной жесткости (производится подсчет карбонатных и гидрокарбонатных ионов). Некарбонатная жесткость считается следующим образом. Из общей просто вычитается карбонатная. В пределах общей жесткости существует классификация на 5 типов:

• очень жесткие воды (больше 9 мг экв./л);
• жесткие (6-9 мг экв./л);
• умеренно жесткие (3-6 мг экв./л);
• мягкие (1,5-3 мг экв./л);
• очень мягкие (меньше 1,5 мг экв./л).

Функциональность вод

Схема установки глубокого умягчения воды.

Грунтовые воды очень ценны, потому что это главные источники водоснабжения. Очень широким является спектр их использования, ведь они везде нужны: и населенным пунктам, и промышленным предприятиям, и для народного хозяйства. В целях поиска и добывания грунтовых вод делают колодцы или бурят скважины. Лучше их соорудить, используя гравийную отсыпку и взяв специальные фильтры, изготовленные из сетки галунного плетения.

Однако они весьма разрушительны, негативно влияют на различные строительные материалы, особенно бетон. Поэтому, перед тем как строить что-либо, проводят анализ на агрессивность воды. Классификация ее такова. Наименьшим типом агрессивности является общекислотная. Наибольшее разрушительное влияние оказывает углекислотная. Помимо них, еще различают магнезиальную, выщелачивающую и сульфатную агрессивность.

Очень важно их применение, как и источника энергии для тепловых насосов. Грунтовые воды считаются самыми стабильными в этой сфере, при температуре в 5-10°C.

Вторым по надежности будет грунт, ведь его температура даже зимой редко падает ниже +5°C. В любом случае от того, что используют в качестве получения энергии, и будет зависеть остальная схема получения, прочие характеристики.

Чтобы получить тепло от грунтовых вод, понадобится бурение колодцев (абсорбционных и экстракционных). Предварительно делается скважина для контроля. Она обязана подтвердить, что вода пригодна, хорошего качества, отвечает остальным критериям, которые необходимы для теплового насоса. Температура колеблется не сильно, даже в течение всего года.

http://youtu.be/aYO1XLg-ois

Диапазон 7-12°C позволяет обеспечить то, что ни сезон, ни температурные показатели окружающего воздуха не повлияют на стабильную производительность тепла. Такая система очень проста и не требует больших эксплуатационных и энергетических затрат. Она является подходящей и для санации, и для общего потребления хозяйственно-бытовых вод. Геотермальная энергия – это альтернатива другим способам, которая отличается экологической чистотой добывания.

Во всех случаях предусматривается охрана и защита воды от загрязнения или истощения. Преследуются цели рационального ее использования. Например, существенно влияет на химический состав воды соседство с химическими заводами, теплоэлектростанциями, обогатительными фабриками, оросительными каналами, шахтными водоотводными канавами.

Горные работы зачастую истощают ресурсы источников, нарушают гидрогеологический режим. Коэффициент этого влияния напрямую зависит от того, какие работы проводятся, наземные или подземные. В случае с подземными учитывается, на какой глубине идет разработка и прочие немаловажные факторы. Для достижения положительного эффекта применяется много средств и технологий.