Пресная вода составляет всего 3% воды на Земле. Примерно две трети этого - лед, а остальное - подземные воды.
Мы не можем жить без воды, и легко увидеть, что подземные воды представляют собой критически важный компонент нашего водоснабжения.
Подземные воды не так легко доступны, как поверхностные воды, но они также не так легко загрязнены, как поверхностные воды. Если более 7 миллиардов из нас хотят продолжать жить комфортно здесь, на Земле, мы должны тщательно заботиться о наших подземных водах и научиться их рационально использовать.
Подземные воды и водоносные горизонты
Подземные воды хранятся в открытых пространствах внутри скал и в неконсолидированных отложениях. Скалы и отложения вблизи поверхности находятся под меньшим давлением, чем на значительной глубине, и поэтому имеют тенденцию иметь больше открытого пространства.
По этой причине и из-за того, что бурение глубоких скважин обходится дорого, большая часть подземных вод, к которым получают доступ отдельные пользователи, находится в пределах первых 100 м поверхности.
Некоторые муниципальные, сельскохозяйственные и промышленные пользователи подземных вод получают воду с большей глубины, но более глубокие подземные воды, как правило, имеют более низкое качество, чем мелкие подземные воды, поэтому существует предел того, насколько глубоко мы можем зайти.
Пористость - это процент открытого пространства в неуплотненном осадке или скале.
Первичная пористость представлена промежутками между зернами в осадке или осадочной породе.
Вторичная пористость - это пористость, которая возникла после образования породы. Это может включать в себя трещину пористости - пространство внутри трещин в любом виде породы.
Некоторые вулканические породы имеют особый тип пористости, связанный с везикулами, а некоторые известняки имеют дополнительную пористость, связанную с полостями внутри окаменелостей.
Пористость выражается в процентах, рассчитанных по объему открытого пространства в породе по сравнению с общим объемом породы. Неконсолидированные осадки, как правило, имеют более высокую пористость, чем консолидированные, потому что они не имеют цемента, и большинство из них не были сильно сжаты.
Более мелкозернистые материалы (например, ил и глина) имеют тенденцию иметь большую пористость - некоторые достигают 70% - чем более грубые материалы (например, гравий).
Первичная пористость имеет тенденцию быть выше в хорошо отсортированных отложениях по сравнению с плохо отсортированными отложениями, где имеется ряд более мелких частиц, чтобы заполнить пространства, образованные более крупными частицами.
Ледниковый слой, имеющий широкий диапазон размеров зерен и обычно образующийся при сжатии под ледниковым льдом, имеет относительно низкую пористость.
Уплотнение и цементация в процессе литификации неконсолидированных отложений в осадочные породы снижает первичную пористость.
Осадочные породы обычно имеют пористость в диапазоне от 10% до 30%, некоторые из которых могут быть вторичной (трещинной) пористостью.
Размер зерна, сортировка, уплотнение и степень цементации пород влияют на первичную пористость. Например, плохо отсортированный и хорошо цементированный песчаник и хорошо сжатый аргиллит могут иметь очень низкую пористость.
Магматические или метаморфические породы имеют самую низкую первичную пористость, потому что они обычно образуются на глубине и имеют взаимосвязанные кристаллы.
Большая часть их пористости имеет форму вторичной пористости при переломах. Из консолидированных горных пород вулканические горные породы с трещинами и известняками, которые имеют кавернозные отверстия, образовавшиеся в результате растворения, имеют наибольшую потенциальную пористость.
Пористость является мерой того, сколько воды может храниться в геологических материалах. Почти все породы содержат некоторую пористость и, следовательно, содержат подземные воды.
Подземные воды находятся под вашими ногами и повсюду на планете. Учитывая, что осадочные породы и неконсолидированные отложения покрывают около 75% континентальной коры со средней толщиной в несколько сотен метров, и что они, вероятно, имеют в среднем около 20% пористости, легко увидеть, что огромный объем воды можно хранить в земле.
Пористость
Это описание того, сколько места может быть под водой, и проницаемость, описывает, как эти поры имеют форму и взаимосвязаны.
Это определяет, насколько легко течет вода из одной поры в другую. Большие поры означают, что между текущей водой и стенками пор меньше трения. Меньшие поры означают большее трение вдоль стенок пор, но также больше скручиваний и поворотов для протекания воды.
Проницаемый материал имеет большее количество больших, хорошо соединенных между собой пор, в то время как непроницаемый материал имеет меньше меньших пор, которые плохо связаны. Проницаемость является наиболее важной переменной в подземных водах.
Проницаемость описывает, насколько легко вода может течь через камень или неконсолидированный осадок и как легко будет добывать воду для наших целей.
Гидравлическая проводимость.
Символ, используемый для гидравлической проводимости К . Хотя гидравлическая проводимость может быть выражена в различных единицах измерения, мы будем использовать м/с.
Существует широкий диапазон проницаемости в геологических материалах от 10-12 м/с (0,000000000001 м/с) до приблизительно 1 м/с.
Неконсолидированные материалы обычно более проницаемы, чем соответствующие породы (например, сравните песок с песчаником), а более грубые материалы гораздо более проницаемы, чем более мелкие.
Наименее проницаемыми породами являются неразрывные интрузивные магматические и метаморфические породы, за которыми следуют неразрывные аргиллиты, песчаники и известняки.
Проницаемость песчаника может широко варьироваться в зависимости от степени сортировки и количества присутствующего цемента.
Трещиноватые магматические и метаморфические породы, и особенно трещиноватые вулканические породы, могут быть очень проницаемыми, как и известняк, который растворялся вдоль трещин и пластов залегания, создавая растворимые отверстия.
Водоносный горизонт
Определяются как тело породы или неконсолидированные осадки, которые имеют достаточную проницаемость, чтобы позволить воде течь через него.
Неконсолидированные материалы, такие как гравий, песок и даже ил, создают относительно хорошие водоносные горизонты, как и камни, такие как песчаник.
Другие породы могут быть хорошими водоносными горизонтами, если они хорошо разломаны.
Водоупор
Это тело, которое не допускает передачи значительного количества воды, такого как глина, буровая или плохо разрушенная магматическая или метаморфическая порода.
Это относительные, а не абсолютные термины, которые обычно определяются на основе чьего-либо желания перекачивать грунтовые воды; то, что является водоносным горизонтом для тех, кто не нуждается в большом количестве воды, может быть аквитарием для кого-то, кто нуждается в этом.
Водоносный горизонт, который выставлен на поверхности земли, называют неограниченным водоносным горизонтом.
Водоносный горизонт, где между поверхностью земли и водоносным горизонтом находится материал с более низкой проницаемостью, называется замкнутым водоносным горизонтом, а водный слой, разделяющий поверхность земли и водоносный горизонт, известен как ограничивающий слой.