Водоносные горизонты. Тип водоносов. Выбор конструкции скважины.

Подземные водоносные горизонты содержат огромную массу воды в 30 раз превышающую запасы пресной воды на поверхности суши. Подземные воды заполняют собой поры (трещины и другие пустоты) в пластах осадочных пород. На представленной схеме видно, как сформированная четвертичными отложениями структура чередуется водоупорными и водопроводящими слоями.

Водоносные горизонты

Верховодка

Верховодка – это первый от поверхности водоносный горизонт, который залегает над водонепроницаемым пластом породы. Вода в этом пласте пропитывает водопроницаемые пески, суглинки или супеси. В природе верховодка в том или ином районе существуют длительное время. Родники в оврагах и долинах – не что иное, как грунтовые воды, вырвавшиеся на свободу из недр земли. Мощность родников не постоянна, что свидетельствует о чувствительности верхнего водоносного горизонта  к изменениям, происходящим в атмосфере. К примеру: с течением времени меняется их температура; в засуху понижается их уровень и, наоборот, повышается в дождливые периоды. На верховодку делают колодцы. При отсутствии более стабильных песков и достаточной мощности верховодки возможно возведение песчаной скважины с дебетом 15-20 м³ в сутки.

Плюсы водоноса:

• Весьма привлекательная стоимость возведения скважины

Минусы водоноса:

• Возможная зависимость скважины от уровня выпадения осадков.
• Высокая подверженность загрязнению с поверхности.

Межпластовые без напорные грунтовые воды

Межпластовые безнапорные воды — сравнительно редкая разновидность грунтовых вод, встречающихся в мощных водоносных пластах. Обычно эти воды не заполняют всего водопроницаемого слоя, уровень их остается свободным и давление над ним равно атмосферному. Не напорные водоносные горизонты как и вся «четвертичка» весьма не предсказуемы  — как правило имеют русловое распространение. Бурение на эти водоносы возможно при их наличии в конкретной географической точке.  При небольшой потребности в воде (0,5 м³ — 1 м³) вполне отвечают санитарным нормам. Глубина скважин зависит от района бурения и составляет в большинстве случаев от 20 до 40 метров.

Плюсы водоноса:

• Не высокая стоимость
• Соответствие санитарным нормам.
• Очень слабая зависимость от уровня выпадения осадков.

Минусы водоноса:

• Относительно малый дебет

Межпластовые напорные воды

Межпластовые напорные воды или как еще их называют «вторые пески» напротив характеризуются стабильностью. Водоотдача со скважин пробуренных на эти водоносы довольно высока. Их наличие так же определяется разведочным бурением. К северу от Москвы могут встречаться пески глубокого залегания. В частности в Дмитровском и Сергиево посадском районах на глубинах от 50 до 80 метров встречаются мощные песчаные водоносы. Производительность скважин возведенных на эти водоносные горизонты значительно выше и может составлять от 1 м³ до 2 м³ в час. К плюсам второго типа водоносов можно отнести более высокий дебет.

Бурение на песчаные водоносы как правило производятся шнековым способом.

Ниже располагаются массивные, сложенные в более ранний период времени осадочные породы — известняки. Скважины пробуренные на известняк отличаются высокой производительностью и большим сроком службы. Вода из артезианских скважин как правило более минерализована, в ней содержится большое количество солей жесткости. В разных районах Подмосковья глубина их залегания сильно колеблется. Начиная с 30 метров к югу от Москвы и заканчивая 180-200 метрами к северу московской области. Для бурения подобной скважины требуется наличие специальной лицензии.

Бурение скважин на известняк производится  – роторным способом или как его еще называют метод бурения с прямой промывкой.
Скважины, пробуренные на известняковый водоносный слой, отличаются высокой производительностью и долгим сроком службы.

Про водоносный горизонт

Водоносный горизонт представляет собой осадочную горную породу, которая состоит из нескольких (иногда и одного) подземных слоев горных пород, которые обладают различной степенью проницаемости. Водоносный горизонт также имеет название аквифер.

Данные слои чаще всего состоят из таких материалов как:
• Гравий.
• Доломит.
• Известняк.
• Мергель.
• Песок.

Горизонт обычно ограничен двумя пластами, которые не пропускают воду.

Добыча воды

Из водоносных слоев добывают воду и для этого используют скважины, которые бурятся в необходимом месте.

Поверхностные горизонты

Водоносные горизонты могут встречаться на различной глубине, но как источник воды чаще используются ближайшие к поверхности горизонты. К тому же они обильнее других пополняются дождевыми водами. Даже в пустынных и засушливых районах можно обнаружить источник грунтовых вод, если там есть горы или известняковые холмы.

Однако чрезмерное употребление этих вод, например, при перенаселении определенного региона, может привести к снижению уровня запаса подземных вод, и, как следствие, к их загрязнению.

Типы водоносных горизонтов

Водоносные горизонты делятся на четыре основных типа:
• Аллювий.
• Вулканические метаморфические породы.
• Ледниковые отложения.
• Пласт осадочных пород.

Геологические материалы, связанные в аквиферами делятся на:
• Сцементированные породы. Они образовываются бальзатом, гранитом, песчаником и т.д.
• Неуплотненные отложения. Они состоят из глины, ила, галечника, песка и т.д.

Аквиферы способны размещать в себе различное количество воды, которые зависит от объема трещин в породе или пористости водоносного горизонта.

Скорость, с которой движется воды внутри горизонта, напрямую зависит от пропускаемой мощности породы или грунта, а также от того насколько сильны соединения внутри пространств грунта и породы.

Проницаемость

Отложения водоносного горизонта бывают крупно- и мелкозернистыми. Именно эта характеристика предопределяет пропускную способность горизонта.

Песок, гравий и другие – это крупнозернистые отложения. Поскольку их высокая пористость позволяет лучше соединять данные поры, такие отложения наиболее водопроницаемы. Связанность внутри их пространства и трещин позволяет воде беспрепятственно протекать.

Мелкозернистые отложения замедляют скорость прохождения воды из-за небольшой пористости.

• <Накопительные емкости
• Подземные воды>

Водоносные горизонты и подземные воды

В среднем за 75 лет жизни современный гражданин развитых стран так или иначе, в качестве питьевой или на хозяйственно-гигиенические цели (стирка, мытьё, туалет и прочее), потребляет от 3,8 до 19 млн литров воды. То есть от 138 до 694 литров в сутки. Жители не слишком цивилизованных районов на собственные нужды расходуют в разы меньше — за 75 лет всего 380 тысяч литров воды, то есть около 13 литров (одно ведро) в день. 

Колодец

Большая часть территории нашей страны не страдает от недостатка воды, но в мире существует немало мест, где живительная влага в принципе — редкость, а дефицит воды, пригодной для питья, существует не только в фантастических фильмах о судном дне. По данным последнего доклада ООН, к 2030 году более половины (67%) населения нашей планеты будут испытывать нехватку питьевой воды.

Как говорится в песенке из знаменитого советского фильма: «Ни побриться, ни попить, ни помыться, ни поплыть, человеку без воды — и ни туды и ни сюды!»

В загородном доме вопрос водоснабжения владельцу часто приходится решать собственными силами, потому что магистральный водопровод есть далеко не везде, да и качество водопроводной воды может не устраивать: например, напор слабый, а вода ржавая. И если горожанин вынужден мириться с тем, что ему поставляют коммунальные службы, используя локальные методы борьбы — устанавливая напорные насосы, расширительные баки и фильтры очистки, то землевладелец может попробовать решить проблему водоснабжения в свою пользу. Один из способов получения воды для бытовых нужд человека — это 

использование подземных вод. 

Колодцы и скважины для добычи подземной воды используются людьми с давних пор. Не утратили они своего значения и по сей день: наличие воды на участке значительно повышает стоимость недвижимости. А возможность иметь свою воду решает вопросы не только комфорта, приближенного к привычным городским условиям, но и позволяет землевладельцу стать автономным, независимым от капризов коммунальных служб.

Вода на участке: откуда она берётся

Наша Земля — планета воды: более 70% её поверхности покрыто Мировым океаном. Подземные воды — часть водных ресурсов планеты. Они составляют примерно 1,5% от всех мировых водных запасов и две трети от объёма всей воды суши. Объём воды, находящейся под землёй, в 50 тысяч раз превосходит количество воды, наполняющее все реки на Земле. 


Вода — это жизнь

Водные ресурсы Земли представляют собой единый комплекс, находящийся в постоянном динамическом равновесии, называющимся круговоротом воды в природе. Их объём составляет 1 351 421 тысяч кубических километров, из которых:

• мировой океан — 1 350 000 тыс км³;
• испарение с поверхности океанов, рек, озёр, земли — 452 тыс км³;
• осадки — 385 тыс км³;
• снег и лёд — 250 тыс км³;
• облака — 111 тыс км³;
• подземные воды — 84 тыс км³;
• транспирация (испарение воды растениями) — 71 тыс км³;
• перенос влаги от океанов вглубь суши — 40 тыс км³;
• поверхностные стоки — 38 тыс км³;
• влага в атмосфере — 13 тыс км³;
• поверхностные источники воды (реки, озёра, болота и пр.) — 2 тыс км³;
• подземные стоки — 2 тыс км³.

Схема круговорота воды в природе

Подземными называют воды, находящиеся ниже уровня поверхности земли, в горных породах верхних областей земной коры в жидком, газообразном или твёрдом состоянии. Жидкую часть подземных вод, находящуюся в свободном состоянии, способную перемещаться под действием сил гравитации, гидрогеологи именуют фреатическими, то есть «наполняющими колодцы». 
Фреатические воды, в зависимости от степени водопроницаемости, влагоёмкости и способности к водоотдаче горных пород, в которых они накапливаются, образуют водоносные горизонты, совокупность которых формирует водоносные комплексы.

Водоносный горизонт

Водоносным горизонтом (в иностранных источниках — аквифером) называют пласты осадочных горных пород, близкие по своему составу и происхождению, и имеющие определённую степень водопроницаемости. Существует четыре основных типа горных пород, составляющих аквиферы:

• аллювиальные отложения — несцементированные отложения постоянных водных потоков (рек, ручьёв), состоящие из песка, гравия, гальки;
• уплотнённые осадочные породы;
• неуплотнённые ледниковые отложения;
• трещеноватые метаморфические горные породы.

В рыхлых, несцементированных породах вода накапливается в порах, в уплотнённых — в трещинах и кавернах, в водорастворимых типа гипса, известняка или доломита — в карстах.

Водоносные горизонты подстилаются водонепроницаемыми или слабо водопроницаемыми пластами — массивами гранита, глины. Водонепроницаемые пласты называются водоупорами. Надо понимать, что полностью водонепроницаемых грунтов нет: вода дырочку найдёт. Говоря о том, что пласт водонепроницаем, имеют в виду его крайне слабую водопроницаемость.

Родник Соколовский ключ в Валдайском районе

В большинстве случаев водоносные горизонты скрыты под поверхностью почвы: для добычи воды аквиферы вскрывают с помощью колодцев или скважин. Но бывает, что они вскрываются естественным путём, обнажаясь на склонах холмов или оврагов. Такое место выхода подземной воды на поверхность называют ключом или родником. 

Откуда берётся вода в водоносном горизонте

Происхождение подземных вод различно в зависимости от глубины их залегания. В нижних слоях земной коры находятся метаморфогенные, магматогенные и седиментогенные подземные воды. Они появились миллионы лет назад, во время формирования земной коры: при извержении вулканов (магматогенные), метаморфизма осадочных горных пород (метаморфогенные) или в результате выдавливания воды последующими наслоениями из иловых осадков древних морей (седиментогенные). Такие подземные источники воды представляют величайший интерес для геологов, гидрогеологов и палеонтологов, но совершенно бесполезны для дачников и владельцев загородных домов, мечтающих о водопроводе на собственном участке. 

С точки зрения строительства колодцев и бурения скважин интересны верхние водоносные горизонты. Именно они и участвуют в круговороте воды в природе. Верхние водоносные горизонты пополняются в основном за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков: дождей и талых вод. В их питании участвуют и воды, фильтрующиеся из наземных источников — рек, озёр, болот. 

Верхние водоносные горизонты пополняются за счёт инфильтрации атмосферных осадков, вод рек, озёр, болот.

Другой источник пополнения — конденсация влаги из воздуха в трещинах и порах горных пород. Такой способ наиболее характерен для пустынных областей с резкими температурными колебаниями между днём и ночью. По водоупорным пластам подземные воды стекают в поверхностные водные источники (озёра, реки) или в моря и океаны. То есть то ведро воды, которое вы достали из колодца или подняли с помощью насоса из скважины, — малая часть 84 000 км³ подземных вод Земли. 
 

Почвенные, грунтовые, межпластовые и артезианские подземные воды

Человек, планирующий копать колодец или бурить скважину, сталкивается с тем, что разновидностей подземных вод много. Они находятся на разной глубине под землёй, обладают различными свойствами. Кто-то категорически утверждает, что бурить нужно только «на известняк», другие считают, что «на песок» тоже подойдёт. Верховодкой во многих случаях презрительно именуют неглубокие грунтовые воды, и применять их для питья категорически не рекомендуют. Как разобраться, какие бывают водоносные слои, на сколько колец стоит копать колодец и на какую глубину бурить скважину?

Итак, рассмотрим классификацию подземных вод. Стоит иметь в виду, что она, как и любая классификация, условна: чёткой границы между водоносными слоями нет. А толщина или влагоёмкость того или иного слоя зависит от геологии участка.

Почвенные воды

Почвенные воды составляют самый верхний уровень подземных вод: они располагаются в корнеобитаемой зоне почвы — в плодородном пласте, где размещаются корни травянистых растений и поверхностная корневая система деревьев. Запасы почвенной влаги пополняются дождевыми и талыми водами и активно испаряются в атмосферу, то есть её объём очень сильно зависит от процессов испарения и транспирации. 

Схема водоносных слоёв

Нижняя часть зоны почвенных вод называется подвешенной (вадозной). Зона подвешенной воды насыщается и вода начинает под действием сил тяготения просачиваться в нижние слои грунта. Эта вода называется гравитационной. Если осадков было много, например, в дождливый осенний сезон или по весне при активном таянии снега, движение гравитационных вод усиливается. Почвенные воды имеют большое значение в жизни растений, но для нужд водоснабжения человека не используются.

Грунтовые воды

Водопроницаемые породы, находящиеся под плодородным слоем почвы, образуют первый постоянно существующий водоносный горизонт. Как правило, первый водоносный горизонт составляют несцементированные отложения. Вода в этом слое заполняет поры между частицами породы: это и есть тот уровень, который на профессиональном сленге бурильщиков называется «на песок». 

Его насыщаемость влагой довольно сильно зависит от количества атмосферных осадков и температурных колебаний — в малодождливые годы уровень грунтовых вод может сильно понижаться. Кроме того, грунтовые воды могут загрязняться. Именно поэтому в санитарных требованиях по устройству туалетов с выгребными ямами запрещено делать негерметичные ёмкости для нечистот: в яме без дна загрязнения попадают непосредственно в первый водоносный горизонт.

Выгребная яма должна быть герметичной

Грунтовые воды, благодаря своему относительно неглубокому залеганию, легко доступны и широко используются для нужд водоснабжения частных домов, посёлков и небольших предприятий. Хотя, как уже говорилось выше, на интернет-ресурсах, где обсуждаются вопросы добычи воды, часто грунтовые воды называют верховодкой, не предназначенной для использования в качестве питьевой воды. 

Добыча грунтовых вод производится с помощью колодцев и небольших скважин. Эти воды безнапорные: уровень в колодце устанавливается на уровне зеркала грунтовых вод.

Межпластовые воды

Ниже грунтовых вод, отделённые от них пластами водонепроницаемых или слабо проницаемых горных пород, составляющих водоупорный слой, располагается следующий слой водопроницаемых пород, образующий второй водоносный горизонт. Он слагается из более плотных пород, в которых вода заливается в трещины, образуя заполненные полости. Питание второго водяного горизонта осуществляется просачиванием (инфильтрацией) грунтовых вод через пласты со слабой проникающей способностью. Также это происходит в местах, где водовмещающие слои межпластовых вод выходят ближе к поверхности, в разрывах водоупорного слоя верхнего водяного горизонта.

Их уровень гораздо меньше подвержен колебаниям от воздействия атмосферных осадков или температур на поверхности земли. Глубокое залегание предохраняет межпластовые воды от загрязнений. Подземные воды, расположенные на большой глубине, под водоупорами, уже могут иметь гидростатическое давление. В этом случае они называются напорными. Межпластовые воды относятся к возобновимым полезным ископаемым, а значит, к государственной собственности (Закон РФ «О недрах»).  

Выброс термальной воды и пара из скважины на Мутновской ГеоТЭС. Камчатка

Кроме хозяйственно-бытовых целей и технического водоснабжения (для промышленности, орошения земель, обводнения пастбищ), подземные воды используются в лечебных целях (минеральные воды), в энергетической отрасли (геотермальные воды) и в промышленности — для извлечения растворённых в них ценных веществ.

Артезианские воды

Артезианские воды — это разновидность межпластовых подземных вод. Их отличие в том, что они полностью заполняют водоносный горизонт и находятся в нём под давлением. Напорные воды обычно залегают в пределах геологических структур, имеющих вогнутое строение — в мульдах, флексурах, образуя артезианские бассейны.

Схема артезианского бассейна

При вскрытии такого водоносного горизонта уровень воды в скважине поднимается выше уровня зеркала грунтовых вод, иногда свободно изливаясь из скважины фонтаном. Артезианские воды, как правило, расположены на большой глубине — от 100 до 1000 метров. В некоторых интернет-источниках артезианскими называют все скважины, имеющие большую глубину, что не совсем правильно. Первоначально артезианскими называли именно фонтанирующие скважины, сейчас термин «артезианские» относят ко всем напорным водам.

Артезианская фонтанирующая скважина

Для водоснабжения обычно используют два верхних водоносных горизонта. Вода, находящаяся на больших глубинах, чаще всего имеет повышенную минерализацию, да и добыча её спряжена с большими финансовыми расходами.

Верховодка

И, наконец, о верховодке. Специалисты и интересующиеся вопросом добычи подземных вод не рекомендуют использовать верховодку в качестве источника питьевой воды. И правильно делают, потому что верховодка не является постоянным водоносным горизонтом. Она появляется сезонно, во время весеннего таяния снега или в период продолжительных осенних дождей. 

Верховодка характерна для глинистых и суглинистых почв. Появление её связано с накоплением воды над слабопроницаемыми для воды грунтами: глинистые почвы набухают от обильной влаги и перестают пропускать воду атмосферных осадков в лежащие ниже слои грунта. 

Яма, наполненная «верховодкой»

На поверхности земли образуются скопления воды в естественных углублениях, вода появляется и ниже — в метре — полутора от поверхности. В песчаных грунтах верховодка более редка и образуется локально, на временных водоупорах — прослойках глины в основном песчаном грунте.

Использовать верхние воды для нужд водоснабжения загородного дома не стоит: они имеют ярко выраженный сезонный характер, количество их недостаточно. А самое главное — такие воды загрязнены. В силу своего неглубокого местоположения они ещё не успели очиститься, проходя через естественный фильтр — толщу земли. Верховодку можно использовать для полива, искусственно углубив природные понижения, где она скапливается по весне, как, например, на фото выше.

Верховодку можно спутать с высоко стоящим уровнем грунтовых вод. Первый водоносный горизонт может начинаться довольно неглубоко от поверхности земли: в северных регионах — от 50 см (в районе тундр). С перемещением на юг глубина расположения водоносного пласта увеличивается: от 3-5 метров в средней полосе до 15-20 в южных районах. В сельской местности, вдалеке от автострад и промзон, очень часто питьевые колодцы имеют небольшую глубину. Так, к примеру, в нашей деревне общественный колодец всего на три кольца.

Общественная водоразборная колонка

Вот и всё о том, какие бывают водоносные горизонты. А информацию, что лучше для дачного участка — колодец или скважина, на какую глубину следует копать или бурить, как определить уровень грунтовых вод, а так же о правовом аспекте добычи подземной воды читайте в других материалах.

водоносный горизонт — это… Что такое водоносный горизонт?

водоносный горизонт

водоно́сный горизо́нт

толща относительно однородных или близких по составу водопроницаемых, насыщенных водой отложений, имеющих пластообразное (ненарушенное) залегание. Различают напорные водоносные горизонты, в которых вода находится под напором (см. Артезианский бассейн), и ненапорные водоносные горизонты, в которых вода обладает свободной поверхностью. Примером ненапорных подземных вод являются грунтовые воды. Движение воды в водоносном горизонте происходит в направлении гидравлического уклона. При выходе водоносного горизонта на поверхность образуются источники, родники, ключи. Водоносные горизонты – осн. хранители ресурсов подземных вод. Особую ценность они представляют для питьевого водоснабжения.

География. Современная иллюстрированная энциклопедия. — М.: Росмэн. Под редакцией проф. А. П. Горкина. 2006.

.

• водомерный пост
• водопад

Смотреть что такое «водоносный горизонт» в других словарях:

• Водоносный горизонт — Водоносный горизонт или аквифер (англ. aquifer) осадочная горная порода, представленная одним или несколькими переслаивающимися подземными слоями горных пород с различной степенью водопроницаемости. Из подземной прослойки водонапорной… …   Википедия

• водоносный горизонт — водоносный пласт водоносный слой — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы водоносный пластводоносный слой EN aquifer …   Справочник технического переводчика

• ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ — (пласт), слой или несколько слоев пористых грунтовых пород, содержащих водную массу. Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии. И.И. Дедю. 1989. ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ относительно… …   Экологический словарь

• водоносный горизонт — Толща горной породы, насыщенная водой, залегающая между двумя водоупорными пластами или лежащая на водоупорном пласте. Syn.: водоносный пласт …   Словарь по географии

• ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ — слой или несколько слоев водопроницаемых горных пород, трещины, поры и другие пустоты которых заполнены подземными водами …   Большой Энциклопедический словарь

• Водоносный горизонт — часть пласта или пласт, насыщенный водой …   Геологические термины

• Водоносный горизонт —         (a. waterbearing horizon, water bearing level; н. wasserfuhrender Horizont, Wasserfuhrer, Wasserwog, Wassersohle; ф. nappe aquifere; и. nivel acuifero) однородные или близкие по фациально литологич. составу и гидрогеол. свойствам пласты… …   Геологическая энциклопедия

• Водоносный горизонт — подземный слой или слои геологических образований, обладающих достаточной пористостью и проницаемостью, которые создают значительные скопления подземных вод или позволяют добывать значительные количества подземных вод… Источник: МОДЕЛЬНЫЙ… …   Официальная терминология

• ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ — Относительно выдержанная и единая в гидравлическом отношении толща (слой, пласт и т. д.) водопроницаемых горных пород, поры, трещины или пустоты которых заполнены подземными водами Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 …   Словарь бизнес-терминов

• водоносный горизонт — vandeningasis horizontas statusas T sritis ekologija ir aplinkotyra apibrėžtis Birios, poringos arba plyšiuotos uolienos, prisotintos požeminio vandens, turinčio vientisą laisvą ar pjezometrinį paviršių, slūgsančios tarp dviejų vandensparų… …   Ekologijos terminų aiškinamasis žodynas

• водоносный горизонт — слой или несколько слоёв водопроницаемых горных пород, трещины, поры и другие пустоты которых заполнены подземными водами. * * * ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ ВОДОНОСНЫЙ ГОРИЗОНТ, слой или несколько слоев водопроницаемых горных пород, трещины, поры и… …   Энциклопедический словарь

Водоносный горизонт — это… Что такое Водоносный горизонт?

Водоносный горизонт или аквифер (англ. aquifer) — осадочная горная порода, представленная одним или несколькими переслаивающимися подземными слоями горных пород с различной степенью водопроницаемости. Из подземной прослойки водонапорной проницаемой горной породы или неконсолидированных материалов (гравий, песок, ил, глина) могут быть извлечены подземные воды с помощью скважины.

Слои частично состоят из рыхлых материалов: гравия, доломита, ила, известняка, мергеля или песка. Трещины или пустоты между слоями заполнены подземными водами. Горизонт ограничен либо двумя водоупорными пластами (обычно глиной), либо водоупорным пластом и зоной аэрации.

Основные характеристики

• Статический уровень или пьезометрический уровень в скважине, пробуренной на определенный водоносный горизонт. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Динамический уровень, появляющийся в том случае, когда из скважины проводится водоотбор, например, погружным насосом. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Забор воды из водоносного горизонта или дебит скважины измеряется в л/с, куб.м/час, куб.м/сут, тыс.куб.м/год.
• Коэффициент водопроводимости измеряется в кв.м/сут;
• Скорость сработки статического уровня измеряется в метрах в год, показывает скорость падения уровня воды при заданом заборе воды;
• Годовая амплитуда колебания уровня воды измеряется в метрах.
• Глубина залегания подошвы слоя водоносного горизонта. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Глубина залегания кровли слоя водоносного горизонта. Измеряется в метрах от поверхности земли.

Добыча воды

Для добычи воды из водоносных слоёв бурят скважины (буровые), которые являются составной частью водозаборных сооружений.

Поверхностные водоносные горизонты

Водоносные горизонты могут находиться на разной глубине. Те из них, что расположены ближе к поверхности, не только чаще других используются в качестве источников воды для потребления и ирригации, но и чаще пополняются дождями. Многие пустынные регионы имеют в своём составе известняковые холмы или горы, которые могут содержать грунтовые воды. Поверхностные водоносные горизонты, в которых добывается вода, имеются в отдельных частях гор Атлас в Северной Африке, на хребтах Ливан и Антиливан в Сирии, Израиле и Ливане, в части Сьерра-Невада и других горах на юго-западе США.

Чрезмерное использование может привести к снижению уровня грунтовых вод. Вдоль побережья некоторых стран, например Ливии и Израиля, рост населения и увеличившееся потребление воды привели к снижению уровня подземных вод и последующему их загрязнению солёной морской водой.

Типы аквиферов

Геологические материалы могут быть классифицированы как сцементирванные породы или неуплотнёные (свободные) отложения. Сцементированные породы могут быть образованы песчаником, сланцеватой глиной, гранитом и базальтом. Неуплотнённые породы содержат зернистые материалы как-то: песок, галечник, ил и глину. Четырьмя главными типами аквифера являются:

• аллювий (песок, галечник и ил, отложенные реками),
• пласт осадочных пород (уплотнённые отложения),
• ледниковые отложения (неуплотнённые отложения, созданные ледниками),
• вулканические метаморфические породы.

Движение подземных вод

Подземные воды в аллювиях находятся в поровом пространстве между частицами, а в уплотнённых породах — в трещинах. Количество воды, которое может вмещать аквифер зависит от его пористости, являющейся поровым пространством между зёрнами отложений или объёмом трещин в породе. Для движения воды в породе необходимо, чтобы поровые пространства были соединены между собой. Подземные воды движутся очень медленно внутри аквифера, и скорость движения зависит от размера пространств внутри грунта или породы, соединённости между собой этих пространств и градиента давления водной поверхности.

Проницаемость

Крупнозернистые отложения как песок и гравий обладают более высокой пористостью, чем мелкозернистые отложения как глина и ил, и лучшей соединённостью пор. Крупнозернистые материалы более проницаемы в виду того, что они обладают большими связанными пространствами или трещинами, позволяющими воде протекать.

В некоторых случаях поровые пространства могут быть заполнены мелкозернистыми отложениями, что уменьшает пористость и затрудняет движение воды, характеризуя аквифер слабопроницаемым. Очень важно уметь определять такие характеристики аквифера, как проницаемость для прогнозирования поведения подземных вод в аквифере.

См. также

Ссылки

Водоносные горизонты — Гидрогеология

Обычно лишь небольшая часть зоны фреатических вод может дать значительные количества воды в скважины. Такие водоносные области называются водоносными горизонтами. Пласт пород, не пропускающих и не содержащих воду, называется водонепроницаемым слоем. В отличие от этих слоев водоносные горизонты пропускают и накапливают воду в поровом пространстве слагающих их пород, а водоупоры хотя и накапливают воду, но не пропускают ее в значительных количествах. Некоторые специалисты используют термин слабоводопроницаемый слой. Это пласт пород, накапливающий и пропускающий количество воды, которое необходимо учитывать при изучении региональной миграции подземных вод, но недостаточное для питания отдельных скважин. Названные термины определены с количественной точки зрения не точно. Так, в пустынном районе производительность водоносного горизонта, может составлять 100 галл/сутки. В речных долинах, сложенных гравийными отложениями, дающими несколько миллионов галлонов воды в сутки при вскрытии их большими скважинами, упомянутый водоносный горизонт можно рассматривать как слабоводопроницаемый слой или даже как водоупор. Но этой причине некоторые гидрогеологи предпочитают определять водоносный горизонт как природную зону ниже поверхности земли, дающую воду в количествах, имеющих существенное экономическое значение. Водоносные горизонты могут быть представлены рыхлыми осадочными породами, трещиноватыми плотными изверженными породами, пористыми песчаниками, кавернозными известняками и др. Хотя при вычислениях очень удобно допустить, что водоносные горизонты однородны по составу, расположены горизонтально и слоисты, гидрогеологи должны всегда учитывать почти бесконечное разнообразие форм и свойств водоносных горизонтов. Ниже описаны различные виды природных водоносных горизонтов. Рис. 2.9. Напорные, безнапорные и подвешенные подземные воды в системе простой слоистости песчаника и глинистого сланца.

Водоносные горизонты и качество воды

Сегодня я расскажу Вам откуда берется вода в скважине и почему она разного качества. А также объясню, что такое «водоносный горизонт».

Итак, немного информации, чтобы не путаться:

Вообще термин «горизонт» часто путает людей, так как всем известно, что его невозможно достигнуть и он всегда будет отдаляться. Как однажды спросил один заказчик: «а как это вы собрались тут до горизонта бурить? Это ж никаких труб не хватит…». Все на самом деле очень просто: наша планета напоминает лук или слоеный пирог, кому как приятнее, так как состоит из множества слоев, сменяющих друг друга.

Пески, суглинки, известняк, слои породы находятся один над другим, и в некоторых из этих слоев есть поры, всевозможные трещины и пустоты, которые наполнены водой. Именно такие слои и называются «водоносными горизонтами».

Водоносные слои находятся не просто так, в толще земли, они расположены между слоями пород, обычно глины, которая эту воду не пропускает. И называется водоупорным слоем.

Водоносных горизонтов много, только на территории Московской области их пять основных. Они все залегают на разной глубине, некоторые даже один над другим. Различаются не только глубиной, но и химическим составом, производительностью, жесткостью и многим другим.

Сегодня я буду много говорить о составе воды, потому необходимо понимать, что такое-жесткость воды содержание железа и прочие показатели. Жесткой называется та вода, в которой повышено содержание солей и примесей. Большинство даже не задумывается, жесткая вода у них или мягка, «вода и вода», и ладно. Хотя на самом деле разница большая. Можно взять две одинаковых ткани и постирать одну жесткой воде, другую в мягкой, и разница на ощупь будет огромная. Из-за того, что в жесткой воде повышено содержание соли, она плохо влияет не только на ткани, но и на технику, кожу и волосы. Например, если вы в чайнике видели белый налет – это и есть жёсткость воды – отложение солей.

Теперь более подробно о горизонтах, которые чаще всего используются.

Первый горизонт, который мы рассмотрим – Окско-Протвинский, чаще всего используется в юго-западной части Подмосковья. Он отделен от поверхности только «четвертичными отложениями», это значит, что они сформированы в нынешнем, Кайнозойском периоде, который начался 2.5 миллиона лет назад и продолжается по сей день. Вода из этого водоносного горизонта отличается жесткостью и повышенным содержанием железа.

Второй горизонт – Касимовский. Один из самых распространенных по Подмосковью. Он отличается тем, что имеет в себе прослойки глин, которые разделяют его на несколько подгоризонтов. Он находится под Клинским, Мытищинским, Сергиево-Посадским, Пушкинским, Щелковским, Орехово-Зуевским, Ногинским, Павлово-Посадским и другими районами. Вода в Касимовском слое содержит железо и фтор в превышенном объеме, но это небольшой недостаток. Куда существеннее то, что местами у Касимовского горизонта нет верхнего водоупорного слоя и в него могут проникать атмосферные осадки, а сними удобрения, отходы, содержимое канализаций.

Третий горизонт – Гжельский, скважины в него бурятся в основном на самом востоке области. Это более старый водоносный слой, упором ему служат глины со времен Юрского периода, которые сохранились со времен динозавров. Правда, как и в случае с Касимовским, у Гжельского водоносного слоя некоторые участки не защищены прослойками, защищающими от атмосферных осадков и того, что они в себе несут.Вода по своему составу гидрокарбонатная, с повышенным содержанием кальция и магния.

Следующий водоносный горизонт — Каширский. Он находится под Коломенским, Воскресенским, Можайским, Чеховским и Серпуховским районами. Несмотря на название под Каширским районом водоносный слой находится только местами.

Каширский горизонт используется, в основном, на востоке области, где слои водоупорной глины толще и защищают водоносный слой сильнее, потому вода в нем чище, и содержит меньше железа. Вода в нем хорошего качества, из превышений нормы можно отметить разве что содержание сульфатов, и то только в некоторых районах.

Последний, пятый водоносный горизонт, про который я Вам расскажу — Подольско-Мячковский. Он эксплуатируется, главным образом в центральной части Московской области в районах Шаховской, Истринский, Рузский, Можайский, Одинцовский, Наро-Фоминский, Подольский, Домодедовский, Воскресенский, Коломенский, Чеховский, Волоколамский и Раменский. Водоупорные глины слабые, местами вообще отсутствуют. Это привело к тому, что в воде очень повышенное содержание железа и фтора. Но с увеличением глубины скважины объем примесей становится ниже, приближаясь к нормативам СанПин.

Сразу скажу, что нормативы СанПин – вещь довольно субъективная, и даже если вода соответствует норме по этим требованиям – это не будет означать, что она чистая, полезная и безопасная. Дело в том, что в нормативах всегда заложены «допустимые примеси» и «допустимый уровень жесткости». Для того, чтобы смягчить воду до комфортного уровня стоит установить себе систему фильтрации. Из-за того, что Подольско-Мячковский горизонт наиболее используемый, нагрузка на него выше, чем на остальные, и разброс по глубине самый большой.

Все эти водоносные горизонты в совокупности называются водоносным комплексом.

Теперь, когда мы разобрали какие есть горизонты и в чем их особенности мы можем подвести итог и выделить причины, которые влияют на качество воды.

Все причины делятся на две группы, внутренние и внешние.

Внешние причины так названы потому, что влияние на состав воды оказывается из внешних источников, к ним относятся:

1. Попадание воды из рек и грунтовых вод. Почему это плохо? В реках вода грязная, а грунтовые воды часто несут с собой химикаты, отходы и удобрения. Не думаю, что кто-то захочет попить такой воды.
2. Попадание воды из вышележащих водоносных слоев, в которых повышено содержание железа. Часто чем выше слой – тем больше в нем примеси и хуже качество воды.
3. Попадание в горизонты загрязненных стоков. Тут даже объяснять ничего не нужно.
4. Подтягивание болотных вод. Если водоносный слой плохо отделен водоупорной породой – вода в него может поступить не только из реки, но и из болота, про её качество и запах сероводорода, думаю, и так все знают.

Ко внутренним причинам относятся:

1. Толщина перекрывающих слоев, которые защищают от попадания в воду загрязнений. Тут как с поросенком, чем жирнее — тем лучше. Более толстый водоупорный слой лучше защитит от попадания разных примесей и загрязнителей.
2. Зона погружения кровли карбона (более старые слои, чем четвертичные). Карбон – это период, который начался 358 миллионов лет назад, за этот период в почве сформировались водоупорные отложения, надежно защищающие водоносный слой. Но не все водоносные горизонты находятся ниже этого уровня.
3. Геологическое строение и особенности восполнения водоносных горизонтов (насколько хорошо отфильтровывается железо через породы при восполнении объема воды в горизонте).

Сейчас, когда в каждом населенном пункте области уже есть свои скважины можно легко получить информацию о том, как глубоко залегает горизонт, какими особенностями и каким составом он обладает. Для Вашего удобства вся эта информация есть у нас на сайте, в разделе «Карта глубин».

Все, что нужно – вбить в поиск свой населенный пункт. Надеюсь, эта информация будет Вам полезной.

Водоносные горизонты и подземные воды

• Школа водных наук ГЛАВНАЯ • Темы подземных вод •

Подземные воды и водоносные горизонты

Яма, вырытая на пляже, иллюстрирует концепцию того, как земля, если она достаточно проницаема, может удерживать воду. Верхняя поверхность этой зоны насыщения называется уровнем грунтовых вод.

Кредит: Говард Перлман, USGS

Подземные воды — один из наших самых ценных ресурсов, даже если вы, вероятно, никогда его не видите и даже не догадываетесь, что он там есть.

Вы когда-нибудь вырыли яму на пляже и наблюдали, как она частично заполняется водой из нижележащего песка? Это отличный способ проиллюстрировать концепцию того, как земля, если она достаточно проницаема, может удерживать воду, но при этом оставаться твердой. Верхняя поверхность этой заполненной водой области или «зона насыщения» называется уровнем грунтовых вод. Насыщенная область под уровнем грунтовых вод называется водоносным горизонтом, а водоносные горизонты — огромными хранилищами воды. В нашем примере с песчаной ямой вы, по сути, вырыли «колодец», который обнажает уровень грунтовых вод с водоносным горизонтом под ним.На пляже уровень грунтовых вод всегда находится на том же уровне, что и у океана , который находится чуть ниже поверхности пляжа.

Как вы, возможно, читали, большая часть пустот в скалах ниже уровня грунтовых вод заполнена водой. Эти породы имеют разные характеристики пористости и проницаемости, что означает, что вода не движется одинаково во всех породах под землей.

Когда водоносная порода легко передает воду в колодцы и источники , она называется водоносным горизонтом. Скважины можно пробурить в водоносные горизонты и откачивать воду. Осадки в конечном итоге добавляют воду ( подпитка ) в пористую породу водоносного горизонта. Однако скорость подпитки не одинакова для всех водоносных горизонтов, и это необходимо учитывать при откачке воды из колодца. Слишком большая закачка слишком большого количества воды втягивает воду в водоносный горизонт и в конечном итоге приводит к тому, что скважина дает все меньше и меньше воды и даже работает всухую . На самом деле, если вы откачиваете воду из одного и того же водоносного горизонта, это может даже привести к высыханию колодца вашего соседа.

Визуализация подземных вод

На схеме ниже вы можете увидеть, как земля под уровнем грунтовых вод (синяя область) пропитана водой. «Ненасыщенная зона» над уровнем грунтовых вод (серая зона) все еще содержит воду (в конце концов, в этой области обитают корни растений), но она не полностью насыщена водой. Вы можете увидеть это на двух рисунках в нижней части диаграммы, которые крупным планом показывают, как вода хранится между частицами подземных горных пород.

Как возникают подземные воды

Кредит: USGS

_{Узнайте основы воды с помощью наших грунтовок для воды!}

Иногда слои пористой породы наклоняются в земле.Как над, так и под пористым слоем может быть ограничивающий слой из менее пористой породы. Это пример замкнутого водоносного горизонта. В этом случае породы, окружающие водоносный горизонт, ограничивают давление в пористой породе и ее воде. Если в этот «герметичный» водоносный горизонт пробурена скважина, внутреннего давления может быть (в зависимости от способности породы переносить воду) достаточно, чтобы протолкнуть воду вверх по скважине и на поверхность без помощи насоса, иногда полностью из колодца.Этот тип колодца называется артезианским. Напор воды из артезианской скважины может быть довольно резким.

Связь между водоносной способностью горных пород и глубиной, на которой они обнаружены, не обязательно существует. Очень плотный гранит, который не будет давать воды в колодец, может быть обнажен на поверхности земли. И наоборот, пористый песчаник может лежать на сотни или тысячи футов ниже поверхности земли и может давать сотни галлонов воды в минуту.Камни, дающие пресной воды , были обнаружены на глубине более 6000 футов, а соленой воды поступили из нефтяных скважин на глубине более 30 000 футов. Однако в среднем пористость и проницаемость горных пород уменьшаются по мере увеличения их глубины под земной поверхностью; поры и трещины в породах на больших глубинах закрываются или сильно уменьшаются в размерах из-за веса вышележащих пород.

На иллюстрации показаны артезианская скважина и текущая артезианская скважина, которые пробурены в замкнутом водоносном горизонте, а также скважина на уровень грунтовых вод, пробуренная в неограниченном водоносном горизонте.Также показаны пьезометрическая поверхность в замкнутом водоносном горизонте и непроницаемый ограничивающий слой между замкнутым и неограниченным водоносным горизонтом.

Кредит: Окружающая среда и изменение климата Канада

Перекачка может повлиять на уровень грунтовых вод

Подземные воды встречаются в насыщенных почвах и породах ниже уровня грунтовых вод. Если водоносный горизонт достаточно неглубокий и достаточно проницаемый, чтобы вода могла проходить через него с достаточно высокой скоростью, тогда люди могут пробурить в нем скважины и забирать воду.Уровень грунтовых вод может естественным образом меняться с течением времени из-за изменений погодных циклов и моделей осадков, моделей, речных и геологических изменений, и даже антропогенных изменений, таких как увеличение непроницаемых поверхностей на ландшафте.

Перекачка скважин может иметь большое влияние на уровень воды под землей , особенно в непосредственной близости от скважины, как показано на этой диаграмме. Если вода забирается из земли быстрее, чем она пополняется, либо за счет инфильтрации с поверхности, либо из ручьев , то уровень грунтовых вод может стать ниже, что приведет к «конусу депрессии» вокруг колодца.В зависимости от геологических и гидрологических условий водоносного горизонта воздействие на уровень грунтовых вод может быть кратковременным или продолжаться десятилетия, а также может падать на небольшую величину или на многие сотни футов. Чрезмерная откачка может настолько понизить уровень грунтовых вод, что колодцы больше не будут поставлять воду — они могут «высохнуть».

Движение воды в водоносных горизонтах

Схема, показывающая конус депрессии вокруг скважины, обычно являющийся результатом перекачки.

Кредит: Тара Гросс, USGS

Движение воды в водоносных горизонтах сильно зависит от проницаемости материала водоносного горизонта.Проницаемый материал содержит взаимосвязанные трещины или пространства, которые достаточно многочисленны и достаточно велики, чтобы вода могла свободно перемещаться. В некоторых проницаемых материалах грунтовые воды могут перемещаться на несколько метров за день; в других местах он перемещается всего на несколько сантиметров за столетие. Подземные воды движутся очень медленно через относительно непроницаемые материалы, такие как глина и сланец. (Источник: Environment Canada)

После попадания в водоносный горизонт вода медленно движется к более низким местам и, в конечном итоге, выходит из водоносного горизонта из источников, просачивается в ручьи или выводится из земли колодцами.Подземные воды в водоносных горизонтах между слоями плохо проницаемой породы, такой как глина или сланец, могут удерживаться под давлением. Если такой замкнутый водоносный горизонт выкачивается из скважины, вода поднимется над верхней частью водоносного горизонта и может даже вытекать из колодца на поверхность земли. Вода, удерживаемая таким образом, называется артезианским давлением, а водоносный горизонт называется артезианским водоносным горизонтом .

Визуализация артезианского давления

Вот небольшой эксперимент, чтобы показать вам, как работает артезианское давление.Наполните пластиковый пакет для сэндвичей водой, вставьте соломинку в отверстие, заклейте отверстие вокруг соломинки лентой, направьте соломинку вверх (но не , направьте соломинку на учителя или родителей! ), а затем сожмите мешочек. Через соломинку выталкивается артезианская вода.

Вы думаете, что знаете о грунтовых водах?
Пройдите наш тест «Подземные воды» верно / неверно , который является частью нашего Центра деятельности .

_{Значок викторины, сделанный mynamepong с сайта www.flaticon.com}

Хотите узнать больше о водоносных горизонтах и ​​грунтовых водах? Следуйте за мной на веб-сайт Принципы водоносных горизонтов Геологической службы США (USGS) США!

Водоносные горизонты — Фонд водного образования

Водоносные горизонты — невидимый, но важный ресурс в Калифорнии. система водоснабжения.

Эти естественные бассейны, которые находятся под поверхностью, находятся менее 40 процентов территории Калифорнии.

Водоносные горизонты бывают двух типов. Некоторые образуются в пространстве между пористыми материалами, такими как песок, гравий, ил или глина, и известны как аллювиальные водоносные горизонты (осадки, отложенные в результате вода) или безнапорных водоносных горизонтов . Однако во многих мест по всей Калифорнии, есть водоносные горизонты под слоем горных пород это не позволяет воде проникать в измеримых количествах.Они известны как замкнутые водоносные горизонты .

Закрытые водоносные горизонты, находящиеся под давлением, известны как артезианские. водоносные горизонты. Это давление может вытолкнуть воду на поверхность, которая при пробуренные называются артезианскими скважинами. Водоносные горизонты также могут быть несколько футов глубиной или несколько тысяч футов и могут быть найдены через Калифорнию, от солоноватого побережья до Центральной долины в интерьер пустыни.

Такое разнообразное географическое положение сопряжено с рядом проблем.В дополнение к этим проблемам Калифорния использует больше грунтовых вод — основного источника воды. для водоносных горизонтов — чем можно заменить естественным или искусственным путем.

Обзор водоносных горизонтов

Водоносные горизонты играют важную роль в качестве источника пресной воды для городских территорий. и сельскохозяйственное орошение. В отличие от поверхностная вода, которая в основном встречается в северной и восточной частях штата, водоносные горизонты широко распространены по всей Калифорнии. Кроме того, они также часто встречаются в местах, где пресная вода больше всего нужна, например, в Центральной долине и Лос-Анджелес.

Подобно подземной губке, водоносные горизонты являются естественным скопление стока и осадков. Под поверхностью это сток затем просачивается в щели между камнями, илом и другой материал.

Как правило, водопроводчики предпочитают использовать водоносные горизонты, расположенные ближе всего к поверхность, потому что ее практичнее и дешевле прокачивать. Аллювиальные водоносные горизонты, ограниченные более рыхлым материалом, также благоприятные источники грунтовых вод, а не более жесткие замкнутые водоносные горизонты.Однако некоторые замкнутые водоносные горизонты, если их пробурить, могут иметь давление, достаточное для вытеснения воды на поверхность без насос.

В целом, водоносные горизонты — как подземный природный резервуар — также помогают удовлетворить растущий спрос Калифорнии на грунтовые воды. Около 40 процент потребностей штата в воде удовлетворяется за счет подземных вод в в нормальные годы и до 60 процентов во время засухи. Зависимость от грунтовых вод варьируется, от всего 5% в районе залива Сан-Франциско до 83 процентов в регионе Центрального побережья.Водные чиновники также рассматривают истощенные водоносные горизонты как хорошие места для хранения воды для использования в будущее, процесс, известный как накопление грунтовых вод.

Поскольку население Калифорнии продолжает расти, появляются новые проблемы противодействовать использованию водоносного горизонта, поскольку государство пытается сбалансировать грунтовые воды устойчивость со спросом на воду.

Проблемы водоносного горизонта

Растущий спрос на воду и связанные с этим методы, как овердрафта , имеют отягощенные водоносные горизонты и связанные экосистемы в последние десятилетия.В 2014 г. Был принят Закон об устойчивом управлении подземными водами, требующий правительствам и водным агентствам прекратить овердрафт и наиболее затронутые бассейны подземных вод на сбалансированные уровни откачки и подзарядить.

Вследствие этого истощенные водоносные горизонты уязвимы как для природных и техногенное загрязнение.

С природой такие элементы, как радон и мышьяк, могут выщелачивать в водоносные горизонты, которые были опущены вниз. Тем временем понижен уровни пресной воды в верхних слоях водоносных горизонтов также могут подвергать воздействию более тяжелую соленую воду, сидящую на дне, деградирующую воду качественный.В то же время вдоль побережья, особенно в высоко сельскохозяйственных долин Пахаро и Салинас Центральной Калифорния, морская вода тоже может вторгаться в истощенные водоносные горизонты.

Точно так же в некоторых случаях соленые грунтовые воды могут поступать из древних морская вода, которая была изолирована в подземных отложениях до прокачка началась. В северной долине Сан-Хоакин около Стоктона есть проблемы с карманами морской воды, которая всасывается насосами в пресноводные водоносные горизонты. В северной части долины Сакраменто некоторые Насосы рискуют выйти на древние отложения моря вода, которая может ухудшить качество грунтовых вод.

Антропогенные загрязнители, которые когда-то считались отфильтрованными почвой, теперь известно, что они также вредят качеству воды. Эти загрязнители включают промышленные растворители и пестициды.

В некоторых случаях проблемы устойчивости водоносного горизонта решаются. решается путем подпитки водоносных горизонтов поверхностными водами (а не ожидая их естественного пополнения) через процесс, называемый конъюнктив используйте .

В других ситуациях надлежащее управление водоносными горизонтами все еще не решено. развития, в частности, поскольку суды установили, что подземные воды можно откачивать и использовать на суше, удаленной от первоначальной источник.

водоносный горизонт | Типы и факты

водоносный горизонт , в гидрологии, пласт породы, который содержит воду и выделяет ее в значительных количествах. Порода содержит заполненные водой поровые пространства, и, когда эти пространства соединены, вода может течь через матрицу породы. Водоносный горизонт также можно назвать водоносным пластом, линзой или зоной. Скважины можно пробурить во многих водоносных горизонтах, и они являются одним из самых важных источников пресной воды на Земле.

Типы

Напорный водоносный горизонт — это водоносный пласт, ограниченный или перекрытый слоем горной породы, который не пропускает воду в заметном количестве или является непроницаемым.Вероятно, существует немного действительно замкнутых водоносных горизонтов, потому что испытания показали, что ограничивающие пласты или слои, хотя они не пропускают воду с легкостью, в течение определенного периода времени вносят большие количества воды из-за медленной утечки для дополнения добычи из основного водоносного горизонта.

Британская викторина

Викторина о твердой Земле

Термин геология, согласно Британнике, относится к областям исследования, связанным с твердой Землей.Насколько хорошо вы разбираетесь в геологии? Проверьте свои знания, пройдя этот тест.

Водоносный горизонт грунтовых вод считается неограниченным, если его верхняя поверхность (уровень грунтовых вод) открыта для атмосферы через проницаемый материал. В отличие от замкнутого водоносного горизонта, уровень грунтовых вод в системе неограниченного водоносного горизонта не имеет перекрывающего непроницаемого слоя горных пород, отделяющего его от атмосферы.

Перезарядка

Вода в водоносных горизонтах пополняется за счет дренажа через почву, что часто является медленным процессом.Этот дренаж называется подпиткой грунтовых вод. Скорость пополнения подземных вод максимальна, когда количество осадков, поступающих в почву, превышает потери эвапотранспирации. Когда уровень грунтовых вод находится глубоко под землей, вода в водоносном горизонте может быть чрезвычайно старой, возможно, в результате прошлого климатического режима. Хорошим примером является вода системы водоносных горизонтов Нубийского песчаника, которая простирается через несколько стран в районе, который сейчас является Сахарой. Вода широко используется для водоснабжения и орошения.Методы радиоизотопного датирования показали, что этой воде много тысяч лет. Точно так же массивный водоносный горизонт Огаллала на Великих равнинах в Соединенных Штатах больше не получает подпитку водой от Скалистых гор, которые сформировали его в эпоху плиоцена (от 5,3 миллиона до 2,6 миллиона лет назад). Использование такой воды, которая не пополняется в текущем климатическом режиме, называется добычей подземных вод.

Получите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту.Подпишитесь сейчас

Во многих водоносных горизонтах уровень грунтовых вод в последнее время резко упал. Обычно это происходит из-за отвода наземных источников воды, а также из-за чрезмерной добычи подземных вод для орошения и других целей. Такое истощение увеличивает затраты на откачку, вызывает пересыхание колодцев и рек и, когда прибрежный водоносный горизонт находится в гидравлическом контакте с морской водой, может вызвать проникновение соленой воды. Были предприняты попытки увеличить подпитку за счет использования сточных вод и накопления избыточных речных стоков.

Редакторы Британской энциклопедии Эта статья была недавно отредактирована и обновлена ​​Мелиссой Петруццелло, младшим редактором.

Узнайте больше в этих связанных статьях Britannica:

Если вы думаете, что водный кризис не может ухудшиться, подождите, пока водоносные горизонты не осушатся

За десять лет бассейн реки Колорадо потерял эквивалент двух озер Мидс, самого большого водохранилища в США, изображенного здесь в сумерках с Лас-Вегас на заднем плане.

ФОТО ПИТЕРА ЭССИКА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

Чтобы узнать больше о глобальных войнах за воду, смотрите Parched.

Водоносные горизонты обеспечивают нас пресной водой, которая восполняет потери поверхностных вод из истощенных засухой озер, рек и водохранилищ. Мы расходуем эти скрытые, в основном невозобновляемые запасы подземных вод неустойчивыми темпами на западе Соединенных Штатов и в нескольких засушливых регионах мира, угрожая нашему будущему.

Мы на высоте, когда видим впереди угрозу или вызов. Если наводнение растет, враг бросается на нас или выезд на шоссе появляется прямо перед пробкой, мы видим надвигающийся кризис и реагируем.

Мы не столь искусны, когда угрозы или находящиеся под угрозой ресурсы невидимы. Некоторым из нас сложно понять, почему невидимые выбросы углерода изменяют химический состав атмосферы и нагревают планету. Поскольку поверхность моря — это все, что мы видим, трудно понять, что мы уже выловили большую часть большой рыбы из океана, уменьшив тем самым основной источник пищи. Ни один из этих кризисов не виден — они по большей части вне поля зрения, вне памяти, поэтому сложно взволноваться и отреагировать.Исчезающие подземные воды — еще один скрытый кризис.

В Центральной долине Калифорнии в этом году резко увеличилось количество буровых скважин, чтобы компенсировать потерю поверхностных вод в результате засухи.

ФОТО ПИТЕРА ЭССИКА, NATIONAL GEOGRAPHIC

Пожалуйста, соблюдайте авторские права. Несанкционированное использование запрещено.

Подземные воды поступают из водоносных горизонтов — губчатого гравия и заполненных песком подземных резервуаров — и мы видим эту воду только тогда, когда она течет из источников и колодцев. В Соединенных Штатах мы полагаемся на это скрытое — и сокращающееся — водоснабжение, чтобы удовлетворить половину наших потребностей, и поскольку засуха сокращает поверхностные воды в озерах, реках и водохранилищах, мы еще больше полагаемся на грунтовые воды из водоносных горизонтов.Некоторые неглубокие водоносные горизонты пополняются за счет поверхностных вод, но более глубокие водоносные горизонты содержат древнюю воду, запертую в земле в результате изменений в геологии тысячи или миллионы лет назад. Эти водоносные горизонты обычно не могут пополняться, и как только эта «ископаемая» вода исчезнет, ​​она исчезнет навсегда, что потенциально меняет, среди прочего, то, как и где мы можем жить и выращивать пищу.

Сильная засуха в Калифорнии, которая длится уже четыре года, истощила снежные покровы, реки и озера, а использование грунтовых вод резко увеличилось, чтобы восполнить дефицит.В новом отчете Стэнфордского университета говорится, что почти 60 процентов потребностей штата в воде теперь удовлетворяется за счет подземных вод, по сравнению с 40 процентами в годы, когда выпадает нормальное количество дождя и снега.

Использование грунтовых вод для восполнения сокращающихся запасов поверхностных вод требует растущей цены, и эта скрытая вода, обнаруженная в водоносных горизонтах Центральной долины Калифорнии, является центром того, что представляет собой новую золотую лихорадку. Бурильщики скважин работают сверхурочно, и, как сообщил здесь на прошлой неделе Брайан Кларк Ховард, фермерам и домовладельцам, испытывающим нехватку воды, теперь приходится ждать в очереди более года для своих новых скважин.

В большинстве лет водоносные горизонты пополняются за счет дождя и водотока, просачивающегося в грунтовый грунт. Но во время засухи уровень грунтовых вод — глубина, на которой вода находится ниже поверхности — падает, поскольку вода выкачивается из земли быстрее, чем может восполниться. Как сообщил Ховард, скважины Центральной долины, которые раньше забивали воду на глубине 500 футов, теперь должны быть пробурены на 1000 футов или более, что обходится более чем в 300 000 долларов за одну скважину. И когда водоносные горизонты истощаются, земля также начинает оседать или опускаться.

В отличие от жителей других западных штатов, калифорнийцы мало знают о своих запасах подземных вод, потому что записи о бурении скважин хранятся в секрете от общественности, а в масштабе штата нет политики, ограничивающей использование подземных вод. Законодатели штата рассматривают меру, которая регулирует и ограничивает использование подземных вод, но даже если она будет принята, планы соблюдения не потребуются до 2020 года, а полные ограничения не вступят в силу до 2040 года. Теперь владельцы недвижимости в Калифорнии могут откачивать столько воды как хотят из-под земли им владеют.

Центральная долина Калифорнии — не единственное место в США, где запасы грунтовых вод сокращаются. Водоносные горизонты в бассейне реки Колорадо и на юге Великих равнин также сильно истощены. Исследования показывают, что около половины истощения подземных вод по всей стране связано с орошением. Сельское хозяйство является основным потребителем воды в США и во всем мире, а на орошаемое земледелие во всем мире уходит более 60 процентов доступной пресной воды.

Бассейн реки Колорадо, который снабжает водой 40 миллионов человек в семи штатах, теряет воду с огромной скоростью, и большая часть потерь приходится на грунтовые воды.Новое спутниковое исследование, проведенное Калифорнийским университетом в Ирвине и НАСА, показывает, что бассейн реки Колорадо потерял 65 кубических километров (15,6 кубических миль) воды с 2004 по 2013 год. Это вдвое больше, чем в озере Мид, крупнейшем водохранилище в США, которые могут удерживать двухлетний сток реки Колорадо. Как написал здесь Джей Фамиглиетти, ученый и соавтор исследования НАСА, грунтовые воды составили 75 процентов воды, потерянной в бассейне.

Дальше на восток водоносный горизонт Огаллала под Высокими равнинами также сокращается из-за слишком высокого спроса.Когда Пыльная чаша настигла Великие равнины в 1930-х годах, Огаллала была обнаружена совсем недавно, и по большей части ее тогда не использовали, чтобы облегчить засуху. Но крупномасштабное центрально-поворотное орошение изменило производство сельскохозяйственных культур на равнинах после Второй мировой войны, позволив водолюбивым культурам, таким как кукуруза и люцерна, кормить скот.

Водоносный горизонт Огаллала поставляет воду для центрального кругового орошения на фермах в западном Канзасе.

ФОТО ДЖОРДЖА ШТЕЙНМЕЦА, НАЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕОГРАФИЧЕСКИЙ КРЕАТИВ

Пожалуйста, соблюдайте авторские права.Несанкционированное использование запрещено.

Но суровая засуха снова угрожает южным равнинам, и вода неустойчиво забирается из южного водоносного горизонта Огаллала. Северный Огаллала, расположенный недалеко от поверхности в Небраске, пополняется за счет поверхностного стока рек, берущих начало в Скалистых горах. Но дальше на юг, в Техасе и Нью-Мексико, вода лежит на сотни футов ниже поверхности и не восстанавливается. Сандра Постел написала здесь в прошлом месяце, что уровень воды в водоносном горизонте Огаллала в Техасском населенном пункте за последнее десятилетие упал на 15 футов, причем более трех четвертей этой потери пришлись на засуху последних пяти лет.Недавнее исследование Университета штата Канзас показало, что если фермеры в Канзасе продолжат орошение с нынешних темпов, 69 процентов водоносного горизонта Огаллала исчезнет через 50 лет.

Это совпадает с общенациональной тенденцией к снижению уровня грунтовых вод. Исследование 40 водоносных горизонтов в Соединенных Штатах, проведенное в 2013 году Геологической службой США, показывает, что скорость истощения подземных вод резко возросла с 2000 года, когда из-под земли перекачивается почти 25 кубических километров (шесть кубических миль) воды в год.Для сравнения: с 1900 по 2008 год средний водозабор составляет около 9,2 кубических километров (1,48 кубических миль) в год.

Недостаточные запасы грунтовых вод также используются для производства энергии. Недавнее исследование CERES, организации, пропагандирующей устойчивые методы ведения бизнеса, показало, что конкуренция за воду путем гидроразрыва пласта — водоемкого процесса бурения на нефть и газ, известного как «гидроразрыв», — уже имеет место в засушливых регионах США. В февральском отчете говорится, что более половины всех скважин ГРП в США.S. бурятся в регионах, переживающих засуху, и что более одной трети скважин находится в регионах, страдающих истощением грунтовых вод.

Спутники позволили нам более точно понять запасы подземных вод и скорость их истощения. Пока эти спутники под названием GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) не были запущены НАСА, мы не могли увидеть или измерить этот развивающийся невидимый кризис. GRACE дала нам улучшенную картину подземных вод во всем мире, показывая, как сокращаются запасы в нескольких регионах, уязвимых к засухе: северная Индия, Северо-Китайская равнина и Ближний Восток среди них.

Поскольку засуха усугубляет истощение подземных вод, запасы воды для людей и сельского хозяйства сокращаются, и этот дефицит может стать причиной социальных волнений. Саудовская Аравия, которая несколько десятилетий назад начала откачивать глубокие подземные водоносные горизонты для выращивания пшеницы в пустыне, с тех пор отказалась от этого плана, чтобы сохранить оставшиеся запасы грунтовых вод, вместо этого полагаясь на импортную пшеницу, чтобы прокормить жителей этой засушливой земли.

Управление запасами грунтовых вод и их сохранение становится неотложной задачей, поскольку засуха истощает наши поверхностные запасы.Поскольку подземные воды являются общим ресурсом, доступным для всех, у кого есть скважина, сотрудничество и сотрудничество с буровым оборудованием будут иметь решающее значение, поскольку мы пытаемся защитить эту сокращающуюся линию защиты от будущего дефицита воды.

Деннис Димик вырос на холмистой ферме в Орегоне под названием Спринг-Хилл, где грунтовые воды из источника обеспечивали водоснабжение его семьи и фермы. Он является исполнительным редактором журнала National Geographic по окружающей среде. Вы можете следить за ним в Twitter, Instagram и flickr.

Дополнительная литература:

— Засуха в Калифорнии вызывает бум бурения подземных вод в Центральной долине
— Истощение подземных вод в бассейне реки Колорадо представляет большой риск для водной безопасности
— Засуха ускоряет истощение подземных вод в Техасе Panhandle
— Заголовки информации о штормах, но засухе Подлый и разрушительный способ изменить правила игры
— Как был потерян Запад
— Стэнфордский университет: понимание подземных вод Калифорнии

Изменить курс

Национальное географическое общество поддерживает проект по восстановлению пресноводных экосистем.Вы можете узнать больше об изменении курса здесь и о том, как, взяв на себя обязательство сократить свой собственный водный след, вы можете восстановить 1000 галлонов воды в реке Колорадо.

Продолжающийся крах водоносных горизонтов мира

По мере того, как экономика Калифорнии стремительно росла в 20-м веке, ее земля развивалась в противоположном направлении. Бурно развивающаяся сельскохозяйственная промышленность в долине Сан-Хоакин в штате в сочетании с суровой засухой привела к чрезмерному извлечению воды из водоносных горизонтов. Водоносные горизонты рассыпались, как огромные пустые бутылки из-под воды — явление, которое геологи называют проседанием.К 1970 году земля погрузилась в долину на целых 28 футов с далеко не идеальными последствиями для людей и инфраструктуры над водоносными горизонтами.

Долина Сан-Хоакин была геологически подготовлена ​​к краху, но ее бедственное положение не уникально. Во всем мире — от Нидерландов до Индонезии и Мехико — геология вступает в сговор с изменением климата, чтобы утопить землю под ногами человечества. Более суровые засухи означают усиление осушения водоносных горизонтов, а повышение уровня моря делает тонущие земли еще более уязвимыми для наводнений.Согласно недавнему исследованию, опубликованному в журнале Science , в следующие два десятилетия проседание может затронуть 1,6 миллиарда человек с потенциальными потерями в триллионы долларов.

«Проседание во многих отношениях игнорировалось, потому что оно медленно движется. Вы не узнаете его, пока не начнете видеть повреждения », — говорит Мишель Снид, специалист по оседанию грунта из Геологической службы США и соавтор статьи. «Сама по себе проседание земли — не проблема. Но если вы на побережье, это большая проблема.Если у вас есть инфраструктура, которая пересекает большие территории, это большая проблема. Если у вас глубокие колодцы, они разрушаются из-за проседания. Это проблема.»

Чтобы проседание стало проблемой, вам нужны две вещи: правильный тип земли и чрезмерно эксплуатируемый водоносный горизонт. Водоносные горизонты удерживают воду между кусочками песка, гравия или глины. Когда количество глины в водоносном горизонте особенно велико, зерна располагаются как тарелки, случайно брошенные в раковину — они в основном имеют случайную ориентацию, и вода заполняет промежутки между зернами.Но если вы начнете добывать воду из водоносного горизонта, эти пространства разрушатся, и зерна станут ближе друг к другу. «Эти тарелки превращаются в стопку тарелок, которые вы кладете в шкаф», — говорит Снид. «Очевидно, что для такой укладки тарелок требуется гораздо меньше места. Итак, это уплотнение системы водоносного горизонта, которое затем приводит к оседанию земли на поверхности ».

Но разве закачка воды обратно в водоносный горизонт не заставит глиняные плиты вернуться в их случайную пространственную ориентацию? К сожалению нет.«Это немного раздвинет эти зерна — вы получите небольшое расширение в системе водоносных горизонтов, представленное поднятием на поверхности земли. Но это крошечная сумма », — говорит Снид. Мы говорим о движении на три четверти дюйма. «Они все еще сложены стопкой, как тарелки в твоем шкафу», — продолжает она.

WIRED Guide to Climate Change

В мире становится теплее, погода ухудшается. Вот все, что вам нужно знать о том, что люди могут сделать, чтобы перестать разрушать планету.

Итак, на данный момент у вас есть двуствольная проблема: земля затонула, и она не будет повторно надуваться, а водоносные горизонты не будут удерживать столько воды, как раньше, потому что они сжались. «И это важный момент», — говорит Снид. «Поскольку во всем мире, в том числе в Калифорнии, системы водоносных горизонтов начинают использоваться в качестве управляемых резервуаров, их уплотнение до настоящего времени уменьшило их способность удерживать воду».

По мере того, как растущее население и более интенсивные засухи, вызванные изменением климата, создают все большую нагрузку на водоснабжение, земельные ресурсы во всем мире оседают.Некоторые части индонезийской столицы Джакарты, например, опускаются на целых 10 дюймов в год, и все это в то время как море вокруг них поднимается. По оценкам моделей, всего за три десятилетия 95 процентов Северной Джакарты могут оказаться под водой. Ситуация настолько ужасная, что Индонезия планирует перенести свою столицу.

Техасские водоносные горизонты | Совет по развитию водоснабжения штата Техас

В Техасе есть многочисленные водоносные горизонты, способные производить грунтовые воды для домашних хозяйств, муниципалитетов, промышленности, ферм и ранчо.Совет по развитию водных ресурсов Техаса (TWDB) признает 9 основных водоносных горизонтов — водоносных горизонтов, которые производят большое количество воды на больших площадях (см. Карту основных водоносных горизонтов) — и 22 второстепенных водоносных горизонта — водоносных горизонтов, которые производят незначительное количество воды на больших площадях или больших количествах воды. на небольших участках (см. карту малых водоносных горизонтов).

Эти водоносные горизонты являются критическим источником воды для Техаса, обеспечивая 62 процента из 13,7 миллионов акро-футов воды, использованной в штате в 2014 году. Около 76 процентов этой воды используется для орошения, при этом ирригаторы забирают большую часть этой воды из только водоносный горизонт Огаллала (72 процента всех подземных вод, используемых для орошения, или 4.6 миллионов акро-футов в год). Около 36 процентов воды, используемой для удовлетворения муниципальных нужд, поступает из подземных вод.

Геологический атлас Техаса иллюстрирует площадь поверхности геологических формаций (и водоносных горизонтов) по всему штату. Протяженность поверхности или выход на поверхность каждого водоносного горизонта — это область, в которой вмещающие образования обнажаются на поверхности суши. Эта область соответствует основной зоне подпитки водоносных горизонтов. Подземные воды, встречающиеся на этой территории, обычно находятся в неограниченном грунтовом состоянии и наиболее подвержены загрязнению.Некоторые водоносные образования опускаются ниже поверхности и перекрываются другими образованиями. Водоносные горизонты с этой характеристикой являются обычными, хотя и не исключительными, к востоку и югу от Межгосударственной автомагистрали 35. Водоносные горизонты, покрытые менее проницаемыми образованиями, такими как глина, находятся под артезианским давлением. Границы нисходящих границ таких водоносных горизонтов, как Эдвардс (BFZ), Тринити и Карризо-Уилкокс, основаны на критериях химического качества.

Описание ресурсов подземных вод штата и разработка карт, изображающих эти водоносные горизонты, выполнялись многими сотрудниками TWDB на протяжении многих лет.Карты и отчеты водоносных горизонтов постоянно пересматриваются, чтобы отразить последнюю доступную информацию.

Водоносные горизонты Техаса | Отчет TWDB 380

Водоносные горизонты и источники — Техасская программа по водным наукам

Водоносный горизонт — это подземный слой проницаемой породы или песка , который собирает, удерживает и проводит воду. Материалы действуют как подземные губки, позволяя воде течь через них очень медленно.Вода в водоносном горизонте называется грунтовой водой. Многие водоносные горизонты похожи на водохранилища, потому что в них хранится вода, полезная для человека и водных экосистем .

Подземные воды могут естественным образом выходить из водоносного горизонта в виде источников. Когда уровень грунтовых вод водоносного горизонта достигает поверхности, подземные воды могут сбрасываться в виде поверхностных вод в реки и озера . Водно-болотные угодья могут образовываться там, где грунтовые воды достигают уровня земли. Если грунтовые воды опустятся ниже поверхности, эти заболоченные земли станут сухими и перестанут быть заболоченными.

Водоносные горизонты различаются по размеру от узких до широких и могут достигать сотни футов в толщину. Они могут охватывать от одного до двух округов или могут занимать тысячи квадратных миль и несколько штатов. Они перезаряжаются или пополняются, когда осадки, выпадающие на землю, просачиваются в землю. Водоносные горизонты дают начало ручьям и рекам Техаса, где источники образуют истоки. Люди также пробуривают скважины в водоносный горизонт, чтобы перекачивать грунтовые воды на поверхность, чтобы использовать их для питья или орошения.

Водоносные горизонты

Большая часть поверхности суши Техаса расположена над водоносными горизонтами, некоторые из которых являются большими, а некоторые — небольшими.В Техасе девять основных водоносных горизонтов (рис. 7.1) и 21 второстепенный водоносный горизонт (рис. 7.2). Главный водоносный горизонт содержит большое количество воды, разбросанной по большой площади. Незначительные водоносные горизонты содержат меньшее количество воды, разбросанной по большим площадям, или большее количество воды, разбросанное по небольшим площадям.

Водоносные горизонты являются важным источником воды для людей, обеспечивая около 60% воды, которую мы используем. Большая часть воды, откачиваемой из водоносных горизонтов, идет в сельское хозяйство для орошения продовольственных культур. Более 80% оросительной воды, используемой в Техасе, поступает из одного водоносного горизонта — Огаллала.Самый большой водоносный горизонт в Соединенных Штатах, Огаллала простирается от Южной Дакоты на юг до Техаса и лежит в основе большей части региона Высоких равнин Техаса. Толщина этого водоносного горизонта составляет в среднем 95 футов, хотя в некоторых местах он может достигать более 800 футов.

Подземные воды в некоторых водоносных горизонтах могут быть древними. Водоносный горизонт Огаллала образовался от 2 до 6 миллионов лет назад. Подземные воды тоже могут быть очень новыми. Вода, которая выпадает в виде дождя и попадает в водоносный горизонт Эдвардс около Сан-Маркоса, может быть обнаружена вытекающей из источников через несколько дней или даже часов.Части водоносного горизонта Эдвардса похожи на гигантскую систему подводных пещер. Подземные воды могут течь, как река, через большие отверстия в подземных известняках и мраморных породах , которые образуют этот водоносный горизонт.

В Техасе есть три типа водоносных горизонтов

Неограниченные водоносные горизонты напрямую связаны с поверхностью и имеют уровни воды, зависящие от относительно постоянной подпитки. Подземные воды выходят на поверхность всякий раз, когда верхний насыщенный слой водоносного горизонта, называемый уровнем грунтовых вод, поднимается до уровня поверхности земли.Возможно, самым известным неограниченным водоносным горизонтом является Огаллала. Во многих местах этот водоносный горизонт находится близко к поверхности, и его подпитка зависит от воды, которая собирается на поверхности в заболоченных местах. 95% подпиточной воды в Техасе поступает из плайя-озер . Озеро Плайя — это естественное водно-болотное угодье (в среднем около 17 акров), образовавшееся, когда дожди заполняют небольшие впадины в прерии. На Высоких равнинах Техаса около 20 000 озер Плайя.

Замкнутые водоносные горизонты представляют собой насыщенные слои проницаемой породы, ограниченные сверху и снизу в основном непроницаемой горной породой , через которую вода не может пройти.Такое размещение водоносного горизонта между непроницаемыми слоями горной породы может «сдавливать» грунтовые воды, оказывая на них давление. Напорный водоносный горизонт, содержащий воду под давлением, называется артезианским водоносным горизонтом . Артезианские потоки питают многие известные источники Техаса, в том числе Сан-Соломон-Спрингс в Западном Техасе. (Рис. 7.3) Артезианское давление может быть настолько большим, что, если в водоносный горизонт пробурена скважина, грунтовые воды могут быть вытолкнуты на поверхность без использования насосов.

Карстовые водоносные горизонты встречаются в известняках и мраморных породах.В течение длительного времени известняк и мрамор растворяются под действием воды. Это может образовывать большие отверстия, каналы и даже большие подземные пещеры, озера и ручьи. Водоносный горизонт Эдвардса, один из самых известных водоносных горизонтов в мире, представляет собой замкнутый карстовый водоносный горизонт, протекающий через известняк в Техасе. Есть много известных мест, где вода из этого водоносного горизонта выходит на поверхность, образуя большие источники. (Рис. 7.4) В некоторых местах входы в пещеры открываются прямо на поверхности и ведут глубоко в водоносный горизонт.Подводные дайверы исследовали некоторые подводные пещеры и текущие реки водоносного горизонта Эдвардс. (Рис. 7.5)

Источники

Источники — это места, где вода из водоносного горизонта выходит на поверхность. Пруд, а часто и ручей образованы родниками. В Техасе насчитывается более 3000 источников. (Рис. 7.6) Источники могут быть прохладной водой или настолько горячей, что вода почти закипает, когда достигает поверхности.

Пружины часто образуются по разломам . Это места, где землетрясение раскололо землю и обнажило водоносные породы водоносного горизонта.Одним из таких разломов в Техасе является разлом Балконс, который проходит примерно от юго-западной части штата около Дель-Рио до северного центрального региона около Вако вдоль межштатной автомагистрали 35. На расстоянии около 300 миль этот разлом обнажил водоносный горизонт Эдвардса, создавая много выступающих родников (рис. 7.4).

Водоносный горизонт и родниковые экосистемы

Большинство водоносных горизонтов не поддерживают водные экосистемы, как мы обычно думаем о них. Под землей нет света, поэтому фотосинтез растениями невозможен.Не может быть растворенного кислорода . Есть некоторые организмы, которые могут жить в таких темных, питательных -бедных анаэробных условиях. Микроорганизмы , в основном бактерии , простейшие и другие одноклеточные живые организмы, обнаруженные в водоносных горизонтах. Некоторые виды бактерий в грунтовых водах полезны для человека. Примером может служить денитрифицирующих бактерий , удаляющих нитраты. Избыток n itrates — это загрязнитель воды , который может просачиваться в водоносный горизонт, особенно в сельскохозяйственных регионах, где удобрения или навоз, содержащие нитраты, вносятся в почвы для увеличения роста продовольственных культур.

Есть один вид водоносного горизонта, который может поддерживать более сложную подземную водную экосистему, хотя жизнь здесь сильно отличается от того, что мы видим в озерах, реках или океане. Пещеры карстовых водоносных горизонтов, подземные озера и реки могут поддерживать целые экосистемы, которые включают беспозвоночных, , рыб и земноводных. Но эти виды не похожи на те, которые мы привыкли видеть над землей. В водоносном горизонте нет солнечного света и, следовательно, нет зеленых растений или водорослей с хлорофиллом , которые забирают солнечную энергию и превращают ее в пищу.Без этих первичных продуцентов эти водные системы не имеют большого количества питательных веществ или пищи. Имеющаяся пища постоянно перерабатывается организмами, лишь изредка добавляются извне. Эти подземные экосистемы обладают очень низкой пропускной способностью . Они могут поддерживать только несколько особей одного вида, и эти особи не вырастают очень большими.

Недостаток солнечного света имеет еще одно последствие. Самая удивительная адаптация беспозвоночных, рыб и земноводных к темным подземным водным экосистемам — это отсутствие глаз.Без света не нужны глаза. (Рис. 7.7) Хищники адаптировали способы найти и поймать добычу в темноте, а жертва адаптировали способы убежать. Сенсорные приспособления, такие как антенны, хеморецепторы и сенсорные рецепторы, обычно сильно развиты у подземных обитателей.

Эти виды также часто имеют очень низкий метаболизм, что позволяет им питаться очень небольшим количеством пищи. Этой адаптации способствует постоянная температура воды водоносного горизонта по сравнению с температурой поверхностных вод, которая может быстро и широко варьироваться.Виды подземных вод живут в очень стабильной и предсказуемой среде. Как и в случае с водными экосистемами над землей, они могут пересекаться с другими экосистемами. Это означает, что виды в водоносном горизонте не могут быть полностью изолированы от жизни на поверхности.

Поверхность суши над карстовыми водоносными горизонтами является неотъемлемой частью ареала обитания животных, населяющих подземные территории. Дыры в известняке и мраморе этих водоносных горизонтов часто выходят на поверхность. Хороший пример — колодец Джейкоба недалеко от Уимберли.Здесь большое отверстие в русле реки Сайпресс-Крик на самом деле представляет собой заполненную водой пещеру, уходящую глубоко в водоносный горизонт. Есть также пещеры, открытые на поверхности, которые ведут к водоносному горизонту.

Поскольку растения не могут расти в темноте, пещера и связанная с ней подводная экосистема зависят от растительных и животных материалов, смываемых в пещеру извне. Пища в пещере также может поступать от таких организмов, как летучие мыши, мыши и сверчки, которые укрываются в пещерах. Они могут стать пищей (добычей) для пещерных обитателей или оставить «пищу» после ухода.Например, фекалии летучих мышей и мышей, сброшенные на пол пещеры, обеспечивают питательными веществами, которые необходимы грибам для роста. Грибы едят несколько видов насекомых, которые могут бродить по пещере и выходить из нее. Эти насекомые быстро размножаются, перемещаются по пещере и становятся добычей хищных беспозвоночных, которые всю свою жизнь живут в пещере. Эти беспозвоночные падают в воду и уносятся глубоко в водоносный горизонт, где их могут съесть такие виды, как техасская слепая саламандра. Саламандру ест беззубая слепая кошка, сом, живущий на глубине более 1000 футов под поверхностью Земли.

Экосистема водоносного горизонта простирается за пределы самого водоносного горизонта, где грунтовые воды проникают в родник. Здесь грунтовые воды смешиваются с поверхностными водами весной, ручьем, реками и озерами. Однако именно в источниках, образованных выходящими водами водоносного горизонта, уникальная подземная экосистема действительно простирается до поверхности. Иногда мы можем увидеть жизнь в подземной экосистеме, когда беспозвоночное, рыбу или саламандру из водоносного горизонта Эдвардса уносит родник.Вы можете увидеть одно из этих странных существ или одного из хищников, которые любят их есть, когда вы путешествуете по Сан-Маркос-Спрингс на лодке со стеклянным дном.

Хотя многие водоносные горизонты не содержат водной флоры и фауны, большинство основных источников Техаса содержат. Некоторые даже содержат виды, которые больше нигде не встречаются. Экосистема водоносного горизонта Эдвардса и его источники содержат более 60 видов растений и животных, которые больше нигде в мире не обитают. Виды саламандр, рыб, амфипод, жуков, пауков и других эволюционировали в изолированных средах обитания в водоносном горизонте и источниках.Многие из них живут в сухих пещерах над уровнем грунтовых вод, а другие живут во многих источниках, питаемых водоносным горизонтом. Бартон-Спрингс, расположенный в Остине, — единственное место, где живут слепые саламандры Бартон-Спрингс и Остин. Фонтанные дротики обитают только в верховьях рек Сан-Маркос и Комал. Техасский дикий рис обитает только в Сан-Маркос-Спрингс и в реке, расположенной непосредственно вниз по течению от источников.

Поскольку источники подвержены воздействию солнечного света, водные растения и водоросли играют определенную роль в обеспечении питательными веществами.Относительно постоянная температура, по крайней мере, возле весенних выходов, позволяет видам адаптироваться к узкоспециализированному образу жизни. Эти виды часто не могут существовать очень далеко от источника, в том числе в ручьях и реках, которые создает источник. В частности, температура воды может ограничивать виды, адаптированные к весенней экосистеме, от блуждания за пределы родника. Прохладная родниковая вода может быстро нагреться под воздействием жаркой погоды Техаса. В результате весенние экосистемы, как правило, невелики, что позволяет выживать только относительно небольшим популяциям какого-либо одного вида.

Как и виды, приспособленные к жизни полностью под землей, виды в весенних экосистемах могут сильно пострадать даже от небольших изменений в их среде обитания. Для видов весной пониженный весенний сток из-за засухи или изъятия грунтовых вод может уменьшить среду обитания и создать значительный стресс. Инвазивные виды могут быстро подавить и вытеснить местные весенние виды. Многие из речных экосистем Техаса пострадали как от сокращения стока, так и от инвазивных видов.

Больше всего изменений в пружинах внесли люди.Многие из крупнейших источников Техаса даже превратили в бассейны, построив плотину через воду, текущую из источника. К ним относятся бассейн Бартон-Спрингс в Остине и самый большой в мире бассейн с подпиткой от источника, расположенный в государственном парке Балмореа в Западном Техасе. В таких местах естественных родниковых экосистем больше не существует.

Используйте подземные воды с умом

Подземные воды в водоносном горизонте — это как деньги в вашем банке. Каждый раз, когда вы кладете деньги в свой банк, количество ваших денег растет.Когда вы снимаете деньги из банка, чтобы что-то купить, ваш банковский счет опускается и остается открытым, пока вы не вложите больше денег. Водоносные горизонты растут, когда природа добавляет воду из-за дождя, снега и других осадков . Вода естественным образом покидает водоносный горизонт по ручьям, источникам и через другие отверстия. Люди значительно увеличивают водозабор, буря скважины в водоносный горизонт и откачивая воду. Подобно тому, как снятие денег с вашего банковского счета истощает ваши деньги для будущего использования, забор грунтовых вод без равных или больших залежей дождя истощает наши грунтовые воды.

Размер водоносного горизонта и то, насколько он заполнен, определяют, сколько воды в нем содержится в любой момент времени. Пористость водоносного горизонта определяет скорость, с которой вода может проходить через водоносный горизонт или в него. Некоторые водоносные горизонты наполняются быстро, поэтому, если в районе водоносного горизонта выпадает достаточно осадков, время, необходимое для подпитки водоносного горизонта, может быть коротким. (Рис. 7.8) Водоносный горизонт Эдвардса может быстро восполняться. В некоторых местах вода в водоносном горизонте Эдвардса может перемещаться на расстояние до восьми миль за один день.Вода может продвинуться так далеко в других водоносных горизонтах за сотни или десятки тысяч лет. Водоносный горизонт Эдвардса также может быть быстро опустошен, если грунтовые воды не будут сохранены.

Другие водоносные горизонты, такие как Огаллала, обладают огромной способностью накапливать воду, но для их восстановления может потребоваться очень много времени. Вода, взятая из водоносных горизонтов, которые медленно восстанавливаются, почти как добыча невозобновляемых ресурсов, таких как уголь или медь. После того, как вода будет извлечена, подпитка займет так много времени, что для всех практических целей водоносный горизонт больше не будет использоваться для людей.Воду из Огаллалы в настоящее время откачивают почти 200 000 ирригационных колодцев, причем самые высокие показатели откачки обычно происходят в самые засушливые годы. В южных частях водоносного горизонта откачка уже опустила уровень грунтовых вод на 200 футов.

Загрязняющие вещества, такие как бензин, нефть, стоки с дорог, удобрения и химикаты могут проникать в грунтовые воды. Источники загрязнения подземных вод включают свалки и свалки с опасными отходами. Водоносные горизонты действуют как естественные фильтры, задерживающие осадок , и другие частицы.Они обеспечивают естественную очистку грунтовых вод, протекающих через них, поэтому вода, выходящая из водоносного горизонта, обычно чище, чем при входе внутрь.