Если вы выйдете в свой сад или в лес или парк и начнете копать, вы обнаружите, что почва влажная (если вы не в пустыне), но она не насыщена водой.
Это означает, что часть порового пространства в почве занята водой, а часть порового пространства занята воздухом (если вы не находитесь в болоте).
Это известно как ненасыщенная зона. Если бы вы могли копать достаточно далеко, вы бы достигли точки, где все поровые пространства на 100% заполнены водой (насыщены), а дно вашей ямы наполнилось бы водой.
Уровень воды в скважине представляет собой уровень грунтовых вод, который является поверхностью зоны насыщения.
В большинстве районов Британской Колумбии уровень грунтовых вод находится на несколько метров ниже поверхности.
Вода, падающая на поверхность земли в виде осадков (дождь, снег, град, туман и т.д.) может стекать по склону холма, непосредственно в поток в виде стока, или она может проникнуть в почву, где она хранится в ненасыщенной зоне.
Вода в ненасыщенной зоне может использоваться растениями (транспирация), испаряться из почвы (испарение) или продолжаться после корневой зоны и течь вниз к уровню воды, где она пополняет грунтовые воды.
Если взять поперечное сечение типичного склона холма с неограниченным водоносным горизонтом, то в районах с рельефом уровень грунтовых вод, как правило, следует за поверхностью суши, но в долинах он приближается к поверхности и пересекает поверхность, где есть ручьи или озера.
Уровень грунтовых вод можно определить по глубине воды в скважине, которая не закачивается, хотя, это применимо только в том случае, если скважина находится в неограниченном водоносном горизонте.
В этом случае большая часть склона образует зону подпитки , где вода из осадков стекает вниз через ненасыщенную зону, достигая уровня воды.
Область в ручье или озере, к которой стекают грунтовые воды, является областью сброса.
Что заставляет воду течь из зон перезарядки в зоны разгрузки? Напомним, что вода течет в порах, где есть трение, что означает, что для перемещения воды требуется работа.
Существует также некоторое трение между самими молекулами воды, которое определяется вязкостью.
Вода имеет низкую вязкость, но трение все еще является фактором.
Все текущие жидкости всегда теряют энергию из-за трения с окружающей средой. Вода будет течь из областей с высокой энергией в области с низкой энергией.
Зоны перезарядки находятся на более высоких отметках, где вода обладает большой гравитационной энергией.
Это была энергия солнца, которая испарила воду в атмосферу и подняла ее в зону перезарядки. Вода теряет эту гравитационную энергию, когда она течет из зоны перезарядки в зону разряда.
Ситуация становится намного сложнее в случае замкнутых водоносных горизонтов, но они являются важными источниками воды, поэтому нам необходимо понять, как они работают.
Всегда есть уровень грунтовых вод, и это применимо, даже если геологические материалы на поверхности имеют очень низкую проницаемость.
Там, где есть ограниченный водоносный горизонт, то есть тот, который отделен от поверхности ограничивающим слоем, этот водоносный горизонт будет иметь свой собственный «водный слой», который фактически называется потенциометрической поверхностью, так как это мера общей потенциальной энергии воды.
Если мы пробурим скважину в неограниченном водоносном горизонте, вода поднимется до уровня грунтовых вод.
Но если мы пробурим скважину через неограниченный водоносный горизонт и ограничивающий слой и в ограниченный водоносный горизонт, вода поднимется над верхом ограниченного водоносного горизонта до уровня его потенциометрической поверхности.
Это называется артезианский колодец, потому что вода поднимается над верхней частью водоносного горизонта.
В некоторых ситуациях потенциометрическая поверхность может находиться над уровнем земли.
В этом случае вода в скважине, пробуренной в ограниченном водоносном горизонте, поднялась бы над уровнем земли и вытекла бы, если бы она не была закрыта. Это известно как проточная артезианская скважина.
В ситуациях, когда существует ограниченный протяженность аквитара, возможно существование персикового водоносного горизонта.
Хотя в определенные периоды года водоносные горизонты могут быть хорошими источниками воды, они имеют тенденцию быть относительно тонкими и небольшими и поэтому могут быть легко истощены при чрезмерной перекачке.
В 1856 году французский инженер Анри Дарси провел несколько экспериментов, из которых он получил метод оценки скорости потока подземных вод на основе гидравлического градиента и проницаемости водоносного горизонта, выраженной с помощью K , гидравлической проводимости.
Уравнение Дарси, которое с тех пор широко используется гидрогеологами, выглядит следующим образом:
V = K * я
(где V - скорость потока грунтовых вод, K - гидравлическая проводимость, а i - гидравлический градиент).
Если предположить, что проницаемость равна 0,00001 м/с, мы получим:
V = 0,00001 * 0,08 = 0,0000008 м/с.
Это эквивалентно 0,000048 м/мин, 0,0029 м/час или 0,069 м/день.
Это означает, что для прохождения воды на 100 м от окрестностей скважины до ручья потребуется 1450 дней (почти четыре года).
Подземные воды движутся медленно, и это достаточное количество времени для того, чтобы вода преодолела это расстояние.
На самом деле это, вероятно, займет больше времени, потому что они не движутся по прямой линии.