МОДУЛЬ ВСТУП. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІВОДИ. ГІДРОЛОГІЯ РІЧОК Блок ГІДРОЛОГІЯ ЯК НАУКА. ЇЇ МІСЦЕ У ВИВЧЕННІ ГЕОГРАФІЧНОЇ ОБОЛОНКИ

Скачати 1.44 Mb.

Назва	МОДУЛЬ ВСТУП. ФІЗИКО-ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІВОДИ. ГІДРОЛОГІЯ РІЧОК Блок ГІДРОЛОГІЯ ЯК НАУКА. ЇЇ МІСЦЕ У ВИВЧЕННІ ГЕОГРАФІЧНОЇ ОБОЛОНКИ
Сторінка	8/12
Дата	21.04.2013
Розмір	1.44 Mb.
Тип	Документи

bibl.com.ua > Географія > Документи

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Фізичні властивості порід

До основних фізичних властивостей ґрунту відносяться його щільність, гранулометричний склад і пористість.

Щільність гірської породи – це відношення її маси до його об’єму:

p_гр = m_гр/ V_гр

Розрізняють щільність сухої породи і щільність породи за природної вологості. Пористість – відношення об’єму пустот до об’єму всієї породи:

n = Un / U,

де n – пористість;

Un – об’єм пор;

U – об’єм породи.

У скельних масивних породах ці пустоти виражені тріщинами; у розчинних породах (вапняках, доломітах, соленосних відкладах) пустоти являють собою каверни і канали; у пухких осадових породах пористість обумовлена нещільним притяганням часток, які складають ці породи.

Коефіцієнт пористості – відношення об’єму пустот до об’єму її скелета (твердих мінеральних часток, які входять до складу порід):

е = Ụn / Uс,

де е - коефіцієнт пористості; Un – об’єм пор; Uс – об’єм скелета породи.

Пористість вивержених порід коливається від 0,05 до 6-7 %, у вапняків і доломітів – від 0,2 до 34 %, у пісковиків – від 3,5 до 28 %, у торфу - 76 - 89 %.

Пористість пухких осадових порід збільшується зі зменшенням часток, які їх складають. Так, у пісків залежно від їхньої зернистості пористість досягає 48%, а у суглинків і глин нерідко становить 50-60%, оскільки вони складені з глинкуватих часток.

Гранулометричний склад порід - це характеристика осадових утворень за розміром часток, із яких складені ці утворення. Розміри таких часток можуть бути найрізноманітнішими – від глинистих і пилуватих (діаметром 0,05 - 0,005 мм і менше) до гальок і валунів (від 10 до 100 мм діаметром).
9.3.Види води в порах ґрунту
В залежності від фізичного стану, рухомості й характеру зв’язка з ґрунтом підземні води поділяють на кілька видів:

1. Фізично зв’язана вода утримується на поверхні мінералів та частинках ґрунту молекулярними силами і виділяється з ґрунту при температурі не менше 90-120˚ С. Цей вид води поділяють на гігроскопічну і плівкову.

Гігроскопічна (або міцно зв’язана) вода утворюється внаслідок адсорбції частками ґрунту молекул води. На поверхні часток гігроскопічна вода утримується молекулярними й електричними силами. Лише при нагріванні до 105-110˚С вона відокремлюється від породи. Здатність породи утримувати гігроскопічну воду називають гігроскопічністю. Розрізняють неповну гігроскопічність, коли водяна пара вкриває породу несуцільним шаром, і максимальну гігроскопічність, коли частка породи обволікається суцільним одномолекулярним шаром (рис. 17).

Плівкова вода утримується на поверхні часток гірської породи завдяки електромолекулярним силам і обволікає частки ґрунту суцільним шаром у кілька рядів молекул. Це рихлозв’язана вода, яка перебуває лише в рідкому стані і здатна переміщуватись у породі з однієї частки на іншу в напрямку від більш вологих ділянок до сухіших.

Капілярна вода утворюється в порах ґрунту після насичення

їх плівковою водою, заповнює частково або повністю капілярні породи і переміщається в породах під дією капілярних сил. Капілярна вода має різновиди.

Капілярно-підвішена вода – вода, яка формується у верхній час-

тині ґрунтового шару за рахунок атмосферних опадів і не зв’язана з ґрунтовими водами, що залягають нижче.

Капілярно-піднята вода – вода, яка розміщується над горизонтом ґрунтових вод і формується завдяки підняттю вологи від їхнього рівня.

Капілярно-роз’єднана вода – вода, яка розміщується в останній товщі породи.

Швидкість і величина капілярного підняття вологи залежить від гранулометричного складу породи . Максимальні значення швидкості характерні для крупнозернистих пісків, мінімальні – для суглинкових і глинистих поряд.

3. Гравітаційна вода (або вільна вода) – вода в рідкому стані, яка заповнює всі пустоти та тріщини земної кори, і переміщується під дією сили ваги і градієнтів гідростатичного тиску. Ця вода бере участь у кругообігу води в природі.

4. Вода у твердому стані (лід) – це гравітаційна вода, що замерзла при температурі 0⁰С і нижче; перебуває у гірських породах у вигляді кристалів, прошарків чи лінз льоду. При замерзанні гірської породи не вся вода переходить у твердий стан. Гігроскопічна, плівкова та частково капілярна вода залишається у рідкому стані, тому що температура замерзання цих різновидів води значно нижча за 0⁰ С. Так, гігроскопічна вода замерзає лише при температурі - 78⁰ С.

5. Пароподібна вода – це вода в пароподібному стані, водяна пара, яка разом із повітрям заповнює не зайняті водою пустоти, куди надходить із наземного повітря або за рахунок процесів підземного випаровування інших видів води. Така вода завжди перебуває в русі і рухається від місць із більшою пружністю водяної пари до місць із меншою пружністю. Пароподібна вода за відповідних температурних умов частково конденсується в краплиннорідку воду і поповнює гравітаційну воду. Ця вода бере активну участь у кругообігу води в природі.

6.Хімічно зв’язана вода входить до складу деяких мінералів, наприклад гіпсу, мірабіліту, мідного купоросу. Вода з таких мінералів може бути вилучена лише при нагріванні до 300 – 400⁰ С.
9.4.Водні властивості ґрунтів
Водні властивості ґрунтів визначаються їх фізичними властивостями і вмістом в них води. До основних водних властивостей ґрунтів відносяться вологість, вологоємність, водовіддача, водопроникність, капілярність.

Природна вологість - це вміст води в породі за природних умов і виражається відношенням маси води в породі до маси породи після її висушування при температурі 105 – 110⁰ С:

W = (m_в / m_с) 100 % = (m_n - m_с) / m_с 100 %,

де W – вологість, m_в – маса води в породі, m_с – маса сухої породи, m_n – маса проби породи до висушення.

Вологість породи, яка визначається відношенням маси води в породі, до маси сухої породи називається ваговою вологістю. Розрізняють ще:

Об’ємну вологість – це відношення об’єму води, що міститься в породі, до об’єму всієї породи;

Відносну вологість – відношення об’ємної вологості до пористості породи показує ту частину пор, яка зайнята водою. В абсолютно сухій породі відносна вологість дорівнює нулю, а при цілковитому заповненні пор водою - одиниці.

Вологоємність – здатність порід уміщати й утримувати в собі певну кількість води. Розрізняють породи досить вологоємні (торф, глини, суглинки), слабко вологоємні (крейда, пухкі пісковики), невологоємкі (скельні породи, галечник). Розрізняють вологоємність повну, капілярну, найменшу (або польову) та максимальну молекулярну.

Дефіцит вологи, або недостача насичення – це кількість води, яка може додатково вміститись у породі в природних умовах вологості і визначається за різницею між повною вологоємністю і природною вологістю.

Водовіддача – це здатність водонасиченої породи віддавати воду шляхом вільного стікання. Величина водовіддачі визначається відношенням об’єму води, що вільно стекла, до об’єму всієї породи. Величина водовіддачі залежить від гранулометричного складу або розміру та стану тріщин і пустот.

Водопроникністю ґрунтів називають їх здатність пропускати через себе воду під дією сили ваги або градієнтів гідростатичного тиску. Водопроникність залежить від розміру і форми часток ґрунту, від розміру і кількості пор і тріщин у ґрунті, його гранулометричного складу. Кількісно водопроникність визначається величиною коефіцієнта фільтрації, який відображає швидкість фільтрації води при напірному градієнті, рівному одиниці і виражається в м/добу, см/с, м/с (табл. 9.2). Розуміння суті цього коефіцієнта базується на законі Дарсі, за яким кількість води (Q), що просочується крізь породу за одиницю часу, прямо пропорційна коефіцієнту фільтрації (к), падінню напору (h), площі поперечного перетину породи (F) та обернено пропорційна довжині шляху фільтрації (L):

Q = _.

Падіння напору (h) – це різниця рівнів (h = Н₁ – Н₂) у двох точках підземного потоку.

За фільтраційними властивостями, всі гірські породи поділяють на три групи: водопроникні (галька, гравій, добре відсортований чистий пісок, закарстовані та тріщині породи); напівпроникні (глинисті піски, торф, скельні, напівскельні та закарстовані породи, пустоти і тріщини яких заповнені дрібнозернистими і глинистими відкладами); водонепроникні, або водотривкі (глини та масивно-кристалічні породи).

Капілярністю ґрунту називають його здатність утримувати і пропускати капілярну воду. Висота капілярного підняття залежить від розміру капілярних пор, гранулометричного складу породи, температури води та інших характеристик. Висота капілярного підняття може змінюватися від нуля (гравій, галька) до 12 м (деякі види глини).
9.4.Класифікація підземних вод
1. За характером знаходження в гірських породах підземні води поділяються на: порові, що заповнюють піски, гравій та інші сипкі породи; пластові, що залягають в шарах осадових гірських порід; тріщині, або жильні – у скельних породах; карстові – в розчинних гірських породах (вапняках, гіпсах, доломітах).

2. За гідравлічними умовами підземні води поділяють на напірні (артезіанські та глибинні) і безнапірні (ґрунтові).

3. За температурою підземні води поділяють на винятково холодні (нижче 0° С), дуже холодні (4-20° С), теплі (20-37° С), гарячі (37-42° С), дуже гарячі (42-100° С), винятково гарячі (понад 100° С). До термальних вод відносять води з температурою більше 20° С. Такі води зустрічаються, наприклад, на Кавказі і на Камчатці.

4. За мінералізацією підземні води поділяють на прісні (до 1 %о), солонуваті (1-25 %о), солоні (25-50 %о) і розсоли ( більше 50 %о). Склад прісних підземних вод часто близький до складу пов’язаних із ними поверхневих вод (переважають іони НСО₃^-, Са²⁺; НСО₃^-,SO₄^2-, Са²⁺; рідко SO₄^2-, НСО₃^-, Са²⁺). Солонуваті підземні води частіше можна віднести до гідрокарбонатного або сульфатного класу, переважають катіони Са²⁺,Na⁺, Mg²⁺. Солоні підземні води і розсоли можуть бути пов’язані із сучасними або стародавніми морськими басейнами, а також утворюватись під час вилуговування легкорозчинних солей NaCl, KCl, CaCl₂ та ін. Переважають іони Cl^-, Na^+, Ca²⁺.

Підземні води, що чинять бальнеологічний вплив на організм людини, називають мінеральними. Вони поділяються на вуглекислі (боржомі, нарзан), сульфідні, або сірководневі (води Мацести), залізисті і миш’яковисті (мінеральні води Кавказу, Закарпаття та ін.), радонові води (Цхалтубо, П’ятигорська) та ін.

5. За характером залягання підземні води на Землі можна поділити на дві великі групи: підземні води суші і підземні води під океанами і морями. Останні вивченні не достатньо.

Підземні води суші можна поділити на підземні води зони аерації та зони насичення. Зона аерації охоплює верхні, не насичені водою шари ґрунтів, включаючи ґрунт від денної поверхні до рівня ґрунтових вод. Через цю зону здійснюється зв’язок підземних вод з атмосферою. Зона насичення характеризується тим, що пори і пустоти в її межах повністю заповнені рідкою водою. Зверху ця зона обмежена зоною аерації або зоною багаторічномерзлих ґрунтів, знизу – глибиною критичних температур, при яких існування рідкої води неможливе. У зоні насичення на континентах знаходяться підземні води трьох типів – безнапірні ґрунтові, напірні артезіанські і глибинні.

Під океанами і морями зона аерації відсутня, а в зоні насичення присутні напірні води, що або гідравлічно зв’язані з підземними водами континентів, або не зв’язані з ними.
9.6. Рух підземних вод
Відповідно до характеру пористості порід у природі існує два види руху гравітаційних підземних вод – ламінарний та турбулентний.

Ламінарний рух – окремі струмені води переміщуються паралельно, із незначними швидкостями, утворюючи суцільний потік, і спостерігаються в породах із малими порами (тріщинами). Ламінарний рух підлягає закону Дарсі, згідно якого швидкість фільтрації води прямо пропорційна коефіцієнту фільтрації (К) і напірному градієнту (і):V = Кі.

Турбулентний рух – характеризується великими швидкостями, завихреннями, порушеннями суцільного потоку і спостерігається в тріщинуватих породах із широкими тріщинами. У природі він узгоджується із закономірністю Шезі-Краснопольського, за якою швидкість руху виражається формулою:

V = С

Rі,

де V – швидкість руху підземних вод, м/добу; С – емпіричний коефіцієнт; R – гідравлічний радіус, м; і – градієнт.

Турбулентний рух у природі спостерігається дуже рідко – лише у великих тріщинах, при надходженні води в гірничі виробки чи водозабірні споруди.
9.7. Умови залягання підземних вод

У верхній частині земної кори виділяють дві зони: зону аерації і зону насичення.

І. Зона аерації – це крайня верхня частина земної кори; вона характеризується наявністю атмосферного повітря і водяної пари в пустотах гірських порід і частковим заповненням пустот гравітаційною водою. В цій зоні відбувається: інфільтрація дощових і талих вод, формування ґрунтової води і верховодка, фільтрація гравітаційної води і десукція вологи рослинністю з послідуючою її транспірацією.

Верховодка – це тимчасове, сезонне накопичення підземних вод, які залягають поблизу земної поверхні (у зоні аерації). Основні риси верховодки – невтримність у вертикальному розрізі і по площі, непостійність у часі та незначна потужність обводнених порід. Верховодка накопичується переважно на поверхні глин, суглинків та інших слабопроникних порід і зазнає різного роду змін, спричинених гідрометеорологічними умовами. До верховодки О.М.Овчинніков відносить капілярні води зони аерації, води піщаних масивів і дюн, такирів, бугристих пісків та, із певною умовністю, болотні води.

Води ґрунтового шару – це тимчасове накопичення вільної (гравітаційної) і капілярної води в товщі ґрунту. Ці води мають зв'язок з атмосферою і живлять рослини.

ІІ. Зона насичення – пори, тріщини та інші пустоти гірських порід цілком заповнені гравітаційною водою.

Ґрунтові води – це підземні води першого від поверхні постійного водоносного горизонту, що залягає на першому водотривкому пласті; залягають, як правило, у пухких відкладах четвертинного періоду, проте можуть залягати і між водотривкими горизонтами порід різного віку, а також у дочетвертинних скельних утвореннях аж до кристалічних порід докембрійського періоду включно.

Ґрунтові води, які знаходяться в тріщинних скельних породах, називають тріщинно - ґрунтовими, а в порожнинах закарстованих порід – карстовими.

Поверхня ґрунтових вод називається дзеркалом ґрунтових вод.

Водотривкий горизонт – це водонепроникні породи, які підстеляють ґрунтові води.

1 ... 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Схожі:

16-17 ЛЮТОГО 2013 РОКУ Географія та ландшафтознавство, геологія, геохімія, мінералогія, кліматологія, метеорологія, гідрологія	Конспект уроку Тема: ГЕОГРАФІЧНА ОБОЛОНКА ЗЕМЛІ ТА ПРИРОДНІ КОМПЛЕКСИ Навчальна cформувати в учнів поняття «географічна оболонка, природні комплекси», а також сформувати уявлення учням про географічну...
Горлов О. К. Фізико-хімічні основи технологічних процесів. Зварювання:... Горлов О. К. Фізико-хімічні основи технологічних процесів. Зварювання: навч посібник / О. К. Горлов, Є. П. Рогачов, С. М. Лашко....	44-45. Особливості розвитку географічної оболонки в археї (4000-2500 млн р.) Наявність гірських порід цього часу дозволяє більш впевнено говорити про палеогеографію ранніх етапів Земний історії. Це так звані...
Змістовий модуль Педіатрія як наука про здорову і хвору дитину Передмова	РОБОЧА НАВЧАЛЬНА ПРОГРАМА З дисципліни: Принципи і методи аналізу художнього твору Спеціальність Враховується знання студентів, набуті при вивченні курсів "Вступ до літературознавства", "Вступ до мовознавства" та ін. Безсумнівний...
Тема уроку: Живлення і режим річок. Робота річок ...	5 Модуль Завдання та рекомендації з вивчення модуля Вступ
ПЕРЕЛІК ПИТАНЬ ДЛЯ ПІДГОТОВКИ ДО ІСПИТУ Біогеографія як наука про поширення живих організмів і їхніх співтовариств. Положення біогеографії в системі географічної науки,...	195. Що таке хроматографія? Розглянути фізико хімічні принципи хроматографічного поділу Що називають електрокінетичним потенціалом?Які фактори впливають на с(сигма)-потенціал? Як змінюється с-потенціал негативно заряджених...

Додайте кнопку на своєму сайті:
Портал навчання