Гидрогеология подземных вод
Гидрогеология подземных вод изучает воду под поверхностью земли, способы ее хранения в водоносных горизонтах, ее движение через пористые и трещиноватые породы согласно закону Дарси, а также методы ее извлечения и загрязнения.
Definition
Гидрогеология подземных вод (гидрогеология) — это изучение наличия, движения и качества воды в насыщенной зоне под поверхностью земли, регулируемое законом Дарси и свойствами геологических материалов по хранению и передаче воды.
Scope
Эта область охватывает свойства водоносных горизонтов и закон фильтрации в пористых средах, который регулирует движение подземных вод, анализ систем потоков подземных вод и их пополнения, гидравлику откачивающих скважин и перенос растворенных загрязняющих веществ. Она рассматривает насыщенную подземную среду как область потока, дополняя гидрологию поверхностных вод и распределение почвенной влаги, рассматриваемое в области гидрологического цикла.
Sub-topics
Core questions
- Что такое водоносный горизонт и как закон Дарси и гидравлическая проводимость описывают поток через него?
- Как организуются системы потоков подземных вод между областями питания и разгрузки?
- Как откачка воды из скважины снижает напор, и что показывают опытные откачки о водоносном горизонте?
- Как растворенные загрязняющие вещества перемещаются и распространяются в подземных водах?
Key concepts
- Водоносные горизонты, водоупоры и пористость
- Гидравлический напор и гидравлическая проводимость
- Закон Дарси
- Питание и разгрузка
- Гидравлика скважин и понижение уровня
- Адвекция и дисперсия загрязняющих веществ
Key theories
- Закон Дарси
- Объемный расход воды через пористую среду пропорционален гидравлическому градиенту и гидравлической проводимости; этот эмпирический закон является конститутивной основой почти всего количественного анализа подземных вод.
- Неустановившаяся гидравлика скважин (решение Тейса)
- Решение Тейса описывает зависящее от времени понижение уровня, вызванное откачкой воды из скважины в напорном водоносном горизонте, что позволяет оценивать водопроводимость и пьезопроводность водоносного горизонта по данным опытных откачек.
- Адвекция-дисперсия растворенных веществ
- Растворенные загрязняющие вещества мигрируют со средней скоростью подземных вод (адвекция), при этом распространяясь за счет механической дисперсии и молекулярной диффузии, что является основой для прогнозирования движения шлейфа и восстановления водоносных горизонтов.
Clinical relevance
Подземные воды обеспечивают значительную долю питьевой воды и воды для орошения во всем мире; эта область лежит в основе разработки и защиты водозаборных сооружений, оценки и восстановления загрязненных водоносных горизонтов, управления истощением водоносных горизонтов и вторжением соленой воды, а также анализа экосистем, зависящих от подземных вод.
History
Количественная гидрогеология подземных вод началась с экспериментов Дарси 1856 года по фильтрации через песок, была расширена Дюпюи, Тимом и другими на скважины и преобразована переходным решением Тейса 1935 года. Текст Фриза и Черри 1979 года синтезировал эту область и помог заложить основы современной гидрогеологии, включая изучение переноса загрязняющих веществ.
Key figures
- R. Allan Freeze
- John A. Cherry
- Charles V. Theis
- Henry Darcy
Related topics
Seminal works
- freeze1979
- fetter2001
- theis1935
Frequently asked questions
- В чем разница между водоносным горизонтом и подземными водами?
- Подземные воды — это сама вода в насыщенной зоне, тогда как водоносный горизонт — это массив горных пород или отложений, достаточно проницаемый для хранения и передачи пригодных для использования объемов этой воды; слабопроницаемые слои, препятствующие потоку, называются водоупорами или водонепроницаемыми слоями.
- Текут ли подземные воды под землей в виде рек?
- Обычно нет. За исключением некоторых карстовых известняковых образований, подземные воды медленно движутся через поры и трещины горных пород и отложений, следуя гидравлическим градиентам, часто всего на несколько метров в год, а не в виде открытых подземных потоков.