Cours 3. FONDAMENTAUX DE L'HYDROGEOLOGIE

1. Le concept d'eau souterraine

2. Classification des eaux souterraines

3. Dynamique des eaux souterraines

4. Apport d'eau souterraine vers les installations de prise d'eau

5. Combattre les eaux souterraines

LE CONCEPT D'EAU SOUTERRAINE

L'EAU est un miracle de la nature, la plus nécessaire des substances existantes sur Terre. Notre bien-être, le fait même de l'existence de la vie sur Terre dépend de l'eau. Le corps humain est principalement constitué d'eau en poids. Chez un nouveau-né - 75%, chez un adulte - 60% du poids corporel.

L'eau sur le globe entretient une relation très complexe avec le vivant. Il n'est pas seulement nécessaire pour maintenir la vie, il est aussi un produit du vivant. L'eau est omniprésente, omniprésente et multiple.

Un scientifique remarquable, créateur de la géochimie V.I. VERNADSKY a écrit: "L'eau est à part dans l'histoire de notre planète, il n'y a pas de corps naturel qui puisse lui être comparé en termes d'influence sur le cours des principaux processus géologiques les plus grandioses ..."

Les eaux situées dans la partie supérieure de la CROÛTE TERRESTRE et situées sous la surface de la terre sont appelées SOUTERRAINES. L'étude des eaux souterraines est réalisée par la section de géologie - HYDROGEOLOGIE.

L'hydrogéologie est la science de l'eau souterraine, son origine, ses propriétés, ses formes d'occurrence, sa nature et ses lois de mouvement, son régime et ses réserves. Il étudie les modes d'utilisation des eaux souterraines, les modalités de leur régulation.

L'EAU SOUTERRAINE forme l'HYDROSPHERE souterraine, en termes de masse d'eau qu'elle contient, elle est à la mesure de l'Océan Mondial.

L'importance pratique des eaux souterraines dans la vie humaine est énorme. Les eaux souterraines sont l'une des principales sources d'approvisionnement en eau existantes et prometteuses, car elles présentent un certain nombre d'avantages :

1. Elle a une qualité supérieure plus blanche que les eaux de surface (bœufs de rivières, lacs, réservoirs).

2. Ne nécessite pas de nettoyage coûteux.

3. Mieux protégé de la contamination de surface.

4. Répandu.

Les eaux souterraines sont largement utilisées pour l'approvisionnement en eau. Aux États-Unis, elles représentent environ 20% de toute l'eau consommée, en Allemagne - 75%, en Belgique - 90%. En Russie, les eaux souterraines sont également utilisées pour l'approvisionnement central en eau. Ainsi, environ 1 000 puits artésiens ont été forés à Moscou et dans la région de Moscou.

Mais, lors de l'exploitation des eaux souterraines, il faut garder à l'esprit que si le débit d'eau des réservoirs souterrains est plus rapide que ses réserves ne se reconstituent en raison de l'humidité s'infiltrant dans le sol depuis l'atmosphère, alors le niveau des eaux souterraines diminue, ce qui provoque souvent conséquences néfastes.

En plusieurs décennies, le niveau des eaux souterraines à Moscou a baissé de plus de 40 m, Saint-Pétersbourg - de 50 m, Kyiv - de 65 m, Londres - de plus de 100 m, à Paris - de 120 m, à Tokyo - de 150 m m.

De plus, si l'eau est prélevée dans des couches de roches relativement meubles, cela peut entraîner un affaissement de la masse rocheuse. Ainsi, Mexico depuis 40 ans a chuté de 7 mètres.

Il faut aussi savoir que les eaux souterraines ont des facteurs négatifs, qui sont surtout liés à la construction.

La nappe phréatique :

Compliquer la production d'ouvrages dans des conditions d'afflux d'eau souterraine ;

Détériorer la capacité portante des roches comme fondation des structures;

Ils entraînent une augmentation du coût de la construction liée à la mise en place de l'étanchéité et du drainage.

Les eaux souterraines sont inextricablement liées et interagissent avec les roches dans lesquelles elles se forment, s'accumulent et se déplacent.

Dans les roches, les eaux souterraines peuvent être sous forme de LIÉ CHIMIQUEMENT, DE VAPEUR, LIÉE PHYSIQUEMENT, LIBRE et SOLIDE.

EAU LIÉE CHIMIQUEMENT- ce n'est presque pas de "l'eau", elle fait partie du réseau cristallin des minéraux et participe à la structure du réseau cristallin. Dans SODA, c'est jusqu'à 64%, dans le minéral MIRABILIT - 55%. Il n'est pas possible d'isoler cette eau sans détruire le réseau cristallin, à l'exception du minéral ZEOLITE - "WEEPING STONE" - l'eau cristallisée peut en être extraite par chauffage.

VAPEUR D'EAU- c'est la vapeur d'eau qui, avec l'air, remplit tous les pores et fissures des roches non remplies d'eau dans l'espace entre la surface de la terre et un niveau constant d'eau souterraine. Dans certaines couches de la croûte terrestre, la vapeur peut pénétrer à travers les fissures et les vides de l'atmosphère ou des entrailles profondes de la terre à partir de solutions aqueuses chaudes. Dans certaines conditions, les vapeurs peuvent se condenser et devenir liquides. Seule une petite partie de l'eau vaporeuse de la Terre est concentrée dans les couches supérieures de la croûte terrestre. Dans les entrailles profondes de la vapeur il y a beaucoup plus, là c'est chaud.

EAU LIÉE PHYSIQUEMENT- c'est de l'eau formée à la surface des particules de roche par CONDENTATION et ADSORPTION d'eau vaporeuse. Attribuez ici l'eau HYGROSCOPIQUE et FILM.

L'eau HYGROSCOPIQUE est une eau solidement maintenue à la surface des particules par des forces MOLÉCULAIRES et ÉLECTRIQUES. Il ne peut être supprimé qu'à une température de 105-100 0 C. En fonction de la quantité d'eau hygroscopique retenue sur les particules de roche, l'hygroscopicité est distinguée INCOMPLETE (1) et MAXIMALE (2).

La présence d'eau hygroscopique dans la roche n'est pas visible à l'œil nu. Dans le même temps, l'hygroscopicité MAXIMALE des roches à grains fins et argileuses peut atteindre 18%, dans les roches à grains plus grossiers, elle tombe à 1% de la masse de matière sèche.

L'eau FILM se forme sur les particules de roche à une teneur en humidité supérieure à l'hygroscopicité maximale (3.4).

La surface des particules est en quelque sorte enveloppée d'un film d'eau de plusieurs couches moléculaires épaisses recouvrant l'eau hygroscopique.

La présence d'un film d'eau dans les roches est perceptible à l'œil, car les roches acquièrent une couleur plus foncée dans ce cas. L'eau du film est capable de se déplacer sous forme liquide de films plus épais à des films plus minces.

La teneur maximale en eau du film est de :

Pour les roches sablonneuses - jusqu'à 7%;

Pour les roches argileuses - jusqu'à 45%.

L'eau GRATUITE est la majeure partie des eaux souterraines. Il peut se déplacer soit vers le bas de la pente - c'est l'eau GRAVITÉ, soit vers le haut - l'eau CAPILLAIRE.

L'eau libre n'est pas soumise à l'action des forces d'attraction à la surface des particules de roche. L'eau gravitationnelle obéit à l'action de la gravité et est capable de transmettre la pression HYDROSTATIQUE. L'eau gravitationnelle se déplace à travers l'espace poreux et les fissures dans les roches. Dans les ZONES DE SATURATION, l'eau gravitationnelle forme des HORIZONS D'EAU.

L'eau CIPALLAR remplit les pores capillaires et les fines fissures des roches et est maintenue par les forces de tension superficielle. Il monte de bas en haut, c'est-à-dire dans le sens opposé à la force de gravité.

L'eau SOLIDE - eau sous forme de cristaux, d'intercouches et de lentilles de glace - est répandue dans la zone de pergélisol.

La présence de l'un ou de l'autre prédétermine largement.

Peu de gens connaissent la réponse à la question, qu'est-ce que l'hydrogéologie ? Seuls quelques-uns, malheureusement, sont généralement conscients qu'un tel mot, un tel concept existe. Mais, bien sûr, vous devez savoir que l'hydrogéologie n'est pas seulement la science de la nature ou quelque chose d'autre généralisé, mais la science des eaux souterraines ("hydro" - eau, "geo" - terre, "logos" - le mot).

Définition et informations générales

L'hydrogéologie est une science qui étudie les eaux souterraines : leur mouvement, leur origine, leur composition (chimique), leurs conditions d'occurrence, les schémas d'interaction avec l'atmosphère, les eaux de surface et les roches (montagnes). Cette science comprend plusieurs sections, dont la dynamique des eaux souterraines, l'hydrogéochimie, l'étude des eaux minérales, thermales et industrielles. L'hydrogéologie est interconnectée avec la géologie (en particulier avec la géologie de l'ingénieur), la géographie, l'hydrologie et d'autres sciences qui étudient la Terre.

Pour effectuer les calculs nécessaires, des méthodes de recherche non seulement mathématiques, mais également chimiques, physiques et géologiques sont utilisées. Sans hydrogéologie, il est problématique de prévoir les apports d'eau, d'éliminer les conséquences environnementales d'un ouvrage hydraulique (par exemple réservoirs, barrages, centrales hydroélectriques, écluses maritimes, etc.), de concevoir l'utilisation des gisements d'eau à des fins et qualités diverses ( potable, technique, minérale, industrielle, thermique) .

Qu'est-ce que l'eau souterraine ?

L'eau souterraine est comprise comme étant sous la surface de la terre, la partie supérieure de la croûte terrestre, dans les roches, l'eau (à la fois liquide, gazeuse et solide). Ils font partie des types de minéraux. Les eaux souterraines sont divisées en sols, eaux souterraines, interstrataires, artésiennes, minérales. Lors de la familiarisation avec le concept d '«hydrogéologie», les eaux souterraines font l'objet d'études et il est donc nécessaire idées générales sur ce qu'est l'eau souterraine.

Excursion dans l'histoire

Il existe des sources à partir desquelles on peut conclure que l'humanité connaît les eaux souterraines depuis l'Antiquité. On sait avec certitude qu'au II-III millénaire avant notre ère en Chine, en Égypte et dans un certain nombre d'autres pays (civilisations), il y avait des puits dont la profondeur était supérieure à une douzaine de mètres. Déjà au 1er millénaire avant notre ère, Aristote, Thalès, Lucrèce, Vitruve (anciens scientifiques grecs et romains) décrivaient les propriétés, l'origine et la circulation de l'eau dans la nature, y compris souterraine. En 312 avant JC, un tunnel a été construit sous terre dans la ville d'Affliano, dans lequel l'eau coulait par gravité.

Le philosophe arabe Al-Biruni du 1er millénaire de notre ère a pour la première fois avancé des conjectures selon lesquelles il devrait y avoir des réservoirs souterrains (réservoirs) d'eau au-dessus des sources pour qu'elle puisse jaillir. Un chercheur de Perse (aujourd'hui l'Iran) Karadi a donné une idée formelle du cycle de l'eau dans la nature, sa recherche, y compris le forage comme méthode de recherche. Ceux-ci et bien d'autres faits historiques indiquent que l'hydrogéologie est une science dont les informations sont apparues dans l'Antiquité. Les informations des recherches anciennes ont été largement confirmées par les scientifiques modernes.

Hydrogéologie de l'URSS

Seulement après Révolution d'Octobre En 1917, une science telle que l'hydrogéologie a commencé à se développer intensivement dans notre pays. Depuis 1922, la Russie est devenue l'Union des républiques socialistes soviétiques. C'est à cette époque qu'a lieu la formation des premiers centres hydrogéologiques. En une cinquantaine d'années, une hydrogéologie générale s'est constituée, regroupant de nombreuses connaissances. Il est devenu un vaste champ informatif et significatif de connaissances géologiques. Un tel développement intensif a été aidé de plusieurs façons et a déterminé le taux de croissance par une période fructueuse pour la géologie et l'hydrogéologie de la Russie pré-révolutionnaire.

Lomonossov, Krasheninnikov, Zuev, Lepekhin, Falk et bien d'autres ont apporté leur contribution inestimable à la science (et pas seulement en ce qui concerne l'hydrogéologie). À Russie soviétique Les successeurs de l'expérience pré-soviétique étaient des scientifiques aussi remarquables que Lvov, Lebedev, Khimenkov, Vasilevsky, Butov, Obruchev et de nombreux autres serviteurs de la science, qui ont organisé des recherches hydrogéologiques en URSS, compilé des catalogues de forages. Progressivement, l'hydrogéologie a émergé des autres sciences géologiques. C'est durant cette période que les bases de l'hydrogéologie se sont formées en URSS, en Russie.

Directions de l'hydrogéologie

Du fait que l'hydrogéologie couvre une grande quantité de connaissances, de méthodes d'étude, de questions d'étude ciblées, ainsi que de problèmes indirects dans un domaine tel que les eaux souterraines, il existe plusieurs directions de cette science:

• Régional. Cette direction est consacrée à l'étude de nouveaux bassins hydrographiques régionaux (différents pays du monde et géostructures) situés sous terre.
• Génétique. Les eaux salées, thermales, les saumures (des horizons moins profonds aux horizons plus profonds) ont été étudiées dans l'analyse scientifique de cette direction.
• Hydrodynamique. La direction qui s'occupe de la partie calcul relative au mouvement de l'eau et aux lois de ce mouvement, la compilation de modèles utilisant la modélisation mathématique.
• Hydrogéochimique. La considération de la composition de l'eau, les conditions de sa formation, la formulation et la solution de divers types de problèmes, y compris ceux dans le domaine de la prospection des minéraux, font l'objet d'études.
• Paléohydrogéologique. Les fondements historiques de la formation de la science, son rôle sont à l'étude.
• Écologique. Engagé dans la protection des eaux souterraines.

Eaux de la croûte terrestre: répartition, zones

Les eaux souterraines ont une distribution spéciale dans la croûte terrestre - elles forment, pour ainsi dire, deux étages. Le premier étage, le plus bas, est formé de roches denses (magmatiques et métamorphiques), de sorte qu'il contient une quantité d'eau assez limitée. Le deuxième étage, contenant la majeure partie des eaux souterraines, est constitué de roches sédimentaires. En raison du grand volume d'eau au dernier étage, il est divisé en plusieurs zones :

Groupes de sols par perméabilité à l'eau

La perméabilité d'un sol est sa capacité à laisser passer l'eau à travers lui. Selon cet indicateur, les sols sont :

1. Perméable - sols à travers lesquels l'eau passe assez facilement, filtrant en même temps. Le sable, le gravier sont de telles roches.
2. Imperméable - sols qui ont une capacité minimale à absorber l'eau. Les argiles appartiennent à un tel groupe - après avoir été saturées d'eau, elles cessent de laisser passer l'eau. Le marbre, le granit sont les plus exemples célèbres roches imperméables.
3. Semi-perméable - sols qui laissent passer l'eau dans une mesure limitée: sables argileux, grès meubles.

Bassins hydrogéologiques

Les bassins d'eau souterraine sont appelés hydrogéologiques. Cela signifie qu'un système d'eaux a été identifié dans l'hydrosphère souterraine, qui se caractérise par la communauté non seulement des conditions d'occurrence, mais aussi des limites géologiques et structurelles. Les bassins hydrogéologiques peuvent être divisés en plusieurs groupes.

• Artésien - un groupe de bassins, qui sont un élément négatif dans une série de bassins hydrogéologiques, représentant une accumulation d'eau (bien sûr, souterraine) et contenant de l'eau de formation de pression.
• Eaux souterraines - bassins, qui constituent un système complet d'écoulements d'eaux souterraines, qui se distingue par la position des limites hydrodynamiques.
• Eaux de fissure - bassins qui constituent un massif hydrogéologique de la distribution des eaux karstiques, des fissures et des veines de fissure.
• Ruissellement souterrain - comme dans le cas des bassins d'eau souterraine, il s'agit d'un système d'écoulements d'eau (naturellement souterrain) avec une direction commune.

Systèmes hydrogéologiques

Il existe un système hydrogéologique. Ce système est une association de corps appelés « corps géologiques », dans lesquels les eaux sont non seulement interconnectées, mais ont aussi lois générales mouvement. Nous parlons, bien sûr, des eaux souterraines. Les connexions et les interactions entre les composants du système peuvent être de trois types :

1. Lignes droites - interaction à travers une frontière commune.
2. Indirect - à travers d'autres éléments d'un système ou d'un système voisin de celui à l'étude.
3. Indirect - via un autre système, des éléments de l'extérieur pénètrent dans le système analysé.

Les systèmes eux-mêmes peuvent être divisés en systèmes naturels et technogéniques naturels. Naturel et technogénique comprennent ouvrages d'art.

L'hydrogéologie aujourd'hui

L'état actuel des eaux souterraines, leurs modifications dues aux activités humaines dans le domaine de l'activité économique sont étudiées par l'ingénierie hydrogéologique. Bien sûr, ce n'est pas une science à part entière, mais une branche de l'hydrogéologie dans son ensemble.

L'hydrogéologie et la géologie de l'ingénieur concernent l'étude de l'impact des activités d'ingénierie sur les eaux souterraines, leur Propriétés chimiques, interaction avec les roches, processus dans les strates rocheuses. À ce jour, le problème le plus pressant résolu par les experts est utilisation rationnelle eaux souterraines.

Il faut non seulement faire face à la consommation d'eau, mais aussi veiller à ce que l'épuisement et la pollution ne se produisent pas à un coût minimum. Dans le même temps, la question liée à la nécessité de gérer les eaux souterraines dans le cadre de l'activité économique reste d'actualité.

Les eaux souterraines sont situées dans la partie supérieure de la croûte terrestre (lithosphère). La science des eaux souterraines s'appelle l'hydrogéologie. Il étudie la distribution, l'origine, les propriétés physiques et chimiques, les lois de circulation des eaux souterraines. Les précipitations qui tombent sur le sol sont divisées en trois parties : 1) l'évaporation, 2) le ruissellement et 3) l'infiltration (infiltration) dans le sol.

La formation des eaux souterraines est possible de quatre manières :

1) en raison de l'infiltration de sédiments dans la lithosphère, la majeure partie des eaux souterraines se forme (y compris eau minérale KMV),

2) en raison de la condensation des vapeurs dans les pores du sol (rosée souterraine la nuit dans les déserts),

3) eau sédimentaire simultanément au dépôt de sédiments marins (par exemple, le reste de l'eau de mer dans les strates argileuses du Sarmate et du Maikop de Stavropol),

4) soi-disant. eaux juvéniles libérées par le magma.

Classification des eaux souterraines selon les conditions d'occurrence. Dans la section géologique, selon les conditions d'occurrence, on peut distinguer les eaux souterraines suivantes :

1) l'eau du sol dans la couche de sol,

2) l'eau perchée se forme au-dessus de l'aquiclude local au printemps ou à cause d'une fuite d'eau technogène,

3) les eaux souterraines au premier aquiclude de la surface, sans pression, peuvent être contaminées,

4) eaux interstrates (sans pression et artésiennes sous pression).

Types d'eaux souterraines. Selon l'état du sol, on distingue les types d'eau suivants:

1) Eau vaporeuse - vapeur d'eau dans les pores du sol avec une humidité relative W = 100%, le mouvement se produit dans le sens de la baisse de la température. De cette façon, en été, dans les sous-sols, il peut y avoir une accumulation d'humidité.

2) Eau fortement liée (adsorbée, hygroscopique). Il s'agit d'une couche de jusqu'à 10-15 molécules H2O de 0,1 micron d'épaisseur, recouvrant les particules de sol (argile), ne dissout pas les sels, n'est pas conductrice d'électricité, ne gèle pas à 0°C et à des températures négatives d'environ moins 100°C , a une viscosité élevée, est éliminé à T≥105°. La teneur en eau fortement liée dépend principalement de la quantité de particules d'argile: dans les sables - 1-2%, dans les limons - 5-10%, dans les argiles - 10-25%, dans les argiles montmorillonites hautement dispersées - jusqu'à 30%.

3) L'eau faiblement liée (film) est maintenue par des forces électriques jusqu'à Р = 70000g, a une densité = 1,0, un point de congélation moins 1-3-5оС, dissout faiblement les sels, s'écoule des films épais aux films minces.

4) Eau libre - capillaire et gravitationnelle. L'eau capillaire est retenue dans les pores par les forces capillaires, se déplace en raison de la différence de pression capillaire, dissout les sels, gèle à des températures inférieures à 0ºС. La hauteur de remontée capillaire dans les argiles atteint 3-4 m, dans les sables - plusieurs dm.

L'eau gravitationnelle se déplace sous l'influence de la gravité (différence de pression).

5) L'eau à l'état solide (glace), d'abord l'eau libre gèle, puis successivement tous les autres types d'eau.

6) L'eau de cristallisation participe à la construction du réseau cristallin des minéraux (gypse CaSO4∙2H2O). L'eau liée chimiquement est un constituant des minéraux (limonite Fe2O3 nH2O, opale SiO2∙H2O, hydroxyde CaO H2O). Ces formes d'humidité sont éliminées à T>100°C.

Composition chimique. Les eaux souterraines contiennent des sels dissous et des gaz. Les principaux sels sont les chlorures et les sulfates de Na, K, Ca, Mg. Les gaz dissous dans l'eau sont O2, H2, CO2. Ce sont ces ions qui prédéterminent de nombreuses propriétés de l'eau : dureté, alcalinité, salinité, agressivité. Par la taille du résidu sec, les eaux se distinguent: 1) douce -<1 г/л, 2) соленые – 1-30 г/л, 3) рассолы - >30g/l.

Ainsi, la science de eaux souterraines parut en 1674 après la publication par le savant P. Perrault de son ouvrage "L'origine des sources", et son nom officiel elle reçut après la publication en 1802 par J. Lemarck du livre "Hydrogéologie, ou Étude de l'influence de l'eau à la surface du globe".

Selon les scientifiques, le volume Eaux souterraines est de 60 000 000 km3, soit 3,83% du volume total de l'hydrosphère. (source Bilan hydrique mondial…, 1974 ; Gavrilenko, Derpgolts, 1971 ; etc.)

L'eau souterraine est...

Pour une compréhension plus précise - ce qu'est l'eau souterraine en tant que telle, nous donnerons plusieurs définitions tirées de dictionnaires et d'encyclopédies faisant autorité.

Encyclopédie de la montagne

Eaux souterraines ... - eau située dans les masses rocheuses de la partie supérieure de la croûte terrestre à l'état liquide, solide et vapeur. Broche. font partie des ressources en eau. Dans les zones d'existence de P. in. la température varie de -93 à 1200°C, la pression - de quelques à 3000 MPa ...

A. A. Konoplyantsev.

Encyclopédie de la montagne. M. : Encyclopédie soviétique. Edité par E. A. Kozlovsky. 1984 - 1991

Dictionnaire écologique

Eaux souterraines - eau, y compris l'eau minérale, située dans les masses d'eau souterraines (Code de l'eau de la Fédération de Russie)

Edouard. Termes et définitions de la protection environnement, la gestion environnementale et la sécurité environnementale. Dictionnaire. 2010

Dictionnaire de géographie

Eau située sous la surface de la terre dans l'épaisseur des roches et dans le sol dans n'importe quel état physique.

Dictionnaire de géographie. 2015

Origine des eaux souterraines

Origine Eaux souterraines a longtemps excité l'imagination des meilleurs esprits de l'humanité. Les suppositions et hypothèses les plus audacieuses ont été exprimées, et pour des raisons de justice, il convient de noter que beaucoup d'entre elles se sont avérées vraies. Il existe une hypothèse raisonnable selon laquelle les eaux souterraines ont été utilisées dans les régions arides du Moyen-Orient, d'Asie centrale et de Chine dès 3000-2000 av. La première des hypothèses qui nous sont parvenues sur l'origine des nappes phréatiques remonte au VIIe siècle av. e. Il appartient à l'ancien philosophe grec Thales. Plus tard, Platon a exprimé son accord avec cette hypothèse. Les anciens philosophes grecs supposaient que les eaux souterraines provenaient de l'air refroidi dans des grottes souterraines.

L'eau souterraine existent dans différents états agrégés. Ils s'accumulent dans les couches de la croûte terrestre et s'y déplacent. différentes façonsà travers les vides, les pores et les fissures. Aux endroits où des roches imperméables sont présentes, elles s'accumulent, formant des réservoirs souterrains interconnectés - des systèmes aquifères souterrains qui encerclent le globe entier.

Les eaux souterraines ont une grande variété d'utilisations dans les activités humaines. Premièrement, c'est une source d'eau douce, et deuxièmement, les eaux souterraines sont une source de nombreux minéraux importants pour l'homme, les eaux minérales curatives sont bien connues de tous. Les eaux chaudes ou géothermiques, que nous avons examinées en détail dans l'article, ou les eaux chaudes de la Terre, ne sont pas seulement des sources de minéraux utiles, mais donnent également aux gens une énergie géothermique abordable et gratuite.

Types d'eaux souterraines

O. Meinzer (1935) a classé les eaux dans les rochers de cette façon :

• Eau à l'état libre, capable de formes de mouvement indépendantes, diverses, selon le type spécifique d'eau:
  * vapeur (vapeur);
  * eaux gravitaires (goutte-à-goutte infiltré, cours d'eau souterrains);
  * à l'état supercritique - eau souterraine avec une température et une pression supérieures au critique.
• Eau à l'état lié, incapable de formes de mouvement indépendantes, sans transition vers un état libre (vers d'autres types d'eau):
  * eau liée chimiquement à la structure cristalline des minéraux ;
  * l'eau, physico-chimiquement et physiquement associée à la surface des particules minérales (squelette) des roches ;
  * eau à l'état de transition lié à libre, y compris capillaire ;
  * eau immobilisée (vacuole);
  * eau solide .

Selon l'intensité de l'échange d'eau, les eaux souterraines peuvent être réparties dans les catégories suivantes :

• Zone d'échange actif d'eau - 300/500 mètres de la surface de la terre, le temps de renouvellement de l'eau de plusieurs années à plusieurs dizaines d'années ;
• Zone d'échange lent d'eau - à 500/2000 mètres de la surface de la terre, le temps de renouvellement de l'eau est de dizaines et de centaines d'années;
• La zone d'échange d'eau passive est à plus de 2000 mètres de la surface, le temps de renouvellement de l'eau s'étale sur des millions d'années.

Classification des eaux souterraines selon le degré de minéralisation :

• Zone d'échange d'eau actif - à 300/500 mètres de la surface de la terre, l'eau douce avec une teneur en sel allant jusqu'à 1 gramme / litre prévaut;
• Zone d'échange d'eau lent - 500/2000 mètres de la surface de la terre, eaux saumâtres avec une teneur en sel de 1 à 35 g/l ;
• La zone d'échange d'eau passive est à plus de 2000 mètres de la surface, les eaux salines sont proches de eau de mer plus de 35 g/l.

Classement des sous-titres. l'eau, selon le type de vides qu'ils remplissent :

• Sous-titre des pores eau - dans les sables, cailloux ...;
• Sous-fissure. eau - dans les granits, grès et autres roches;
• Sous-sol karstique eau - eau présente dans les roches solubles (gypse, calcaire, dolomite...).

Classification des eaux souterraines par température (Shcherbakov, 1979)

Un facteur important est la température des eaux souterraines. Cette question a été abordée dans l'article "Sources thermales ou eaux chaudes de la Terre". Noter fait intéressant- à de grandes profondeurs, l'eau atteint l'état dit de "plasma d'eau". Cet état se caractérise par le fait que, d'une part, l'eau cesse d'être "de l'eau", et d'autre part, elle ne devient pas de la vapeur d'eau. Cela arrive quand hautes températures, la vitesse de déplacement des molécules est comparable à la vitesse de déplacement des molécules de vapeur d'eau, et la densité reste la même que celle de l'eau à l'état liquide. Un tel mélange vapeur-eau est souvent éjecté à la surface sous la forme de ce que l'on appelle des geysers.

Eaux souterraines surfondues

• Degré de chauffage : exceptionnellement froid.
• Échelle de température : en dessous de 0 °С.
• passage à l'état solide.

Eaux souterraines froides - type n ° 1

• Degré de chauffage : très froid.
• Échelle de température : en dessous de 0-4 °С.
• Critères physiques et biochimiques pour les températures limites : 3,98°C est la température de la densité maximale de l'eau.

Eaux souterraines froides - type n ° 2

• Degré de chauffage : modérément froid.
• Échelle de température : en dessous de 4-20 °C.
• Critères physiques et biochimiques pour les températures limites : l'unité de viscosité (centipoise) est déterminée à une température de 20°C.

Eaux thermales souterraines - type n ° 1

• Degré de chauffage : chaleureuse.
• Échelle de température : en dessous de 20-37 °C.
• Critères physiques et biochimiques pour les températures limites : Température corps humain- environ 37°С.

Eaux thermales souterraines - type n ° 2

• Degré de chauffage : chaud.
• Échelle de température : en dessous de 37-50 °C.
• Critères physiques et biochimiques pour les températures limites : température optimale pour la croissance bactérienne.

Eaux thermales souterraines - type n ° 3

• Degré de chauffage : très chaud.
• Échelle de température : en dessous de 50-100 °C.
• Critères physiques et biochimiques pour les températures limites : passage à l'état de vapeur.

Eau souterraine surchauffée - type n° 1

• Degré de chauffage : modérément surchauffé.
• Échelle de température : en dessous de 100-200 °C.
• Critères physiques et biochimiques pour les températures limites : thermométamorphisme (hydrolyse des carbonates avec dégagement de CO2, génération d'H2S abiogénique, etc.).

Eau souterraine surchauffée - type #2

• Degré de chauffage : très surchauffé.
• Échelle de température : en dessous de 200-372 °C.
• Critères physiques et biochimiques pour les températures limites : processus de coalification de la matière organique et de formation d'hydrocarbures.

Eau gratuite:

• eau souterraine et eau perchée - ce sont les premiers aquifères de la surface de la terre ou, en d'autres termes, les aquifères qui reposent sur la première couche résistante à l'eau (contrairement à l'eau perchée, les eaux souterraines sont généralement associées à la présence d'une couche régionalement répandue de faible -roches de perméabilité, ces eaux alimentent les puits) ;
• Eaux interstrates, systèmes aquifères - réservoirs souterrains, souvent interconnectés, dans lesquels la couche imperméable est située à la fois au-dessus et au-dessous;
• Eaux souterraines fissurées et fissurées-karstiques.

Eaux sous pression ou eaux artésiennes

Les eaux sous pression ou eaux artésiennes sont des bassins d'eau artésiens dans lesquels l'eau est sous pression / pression hydraulique entre deux roches imperméables.

Eaux juvéniles

Nous voulons également nous concentrer sur les soi-disant eaux juvéniles. Nous entendons par là les eaux dont l'origine est due aux processus de synthèse d'hydrogène et d'oxygène dans les magmas en fusion. De plus, ces eaux, en s'élevant, se mélangent avec d'autres types d'eaux souterraines. L'hypothèse des eaux juvéniles a été formulée pour la première fois en 1902 par le géologue autrichien E. Suess.

Il est à noter que dans les zones de pergélisol, la nappe phréatique supérieure est gelée et à l'état solide.

L'une des formes d'eaux souterraines est ce qu'on appelle «l'eau physiquement liée». Elle a reçu une telle formulation car, interagissant avec les particules de roche, elle est attirée par elles. Plus les particules sont petites, plus elles peuvent attirer d'eau.

Il existe de nombreuses eaux souterraines et ordinaires qui s'y trouvent en raison de la gravité, à la suite de quoi elles sont appelées "eaux gravitationnelles". Parmi eux, deux types peuvent être distingués - l'eau sous pression et l'eau sans pression.

Propriétés physiques des eaux souterraines

Il existe de telles propriétés physiques des eaux souterraines:

• Turbidité et transparence ;
• chromaticité ;
• Odeur et goût;
• Température;
• Viscosité;
• Radioactivité.

Le sujet des eaux souterraines est très vaste et il est évident qu'il est tout simplement impossible de l'exposer dans le cadre d'un seul article. Nous avons essayé de mettre en évidence les moments les plus importants, de notre point de vue. Nous serons heureux si ce matériel vous pousse à une étude plus détaillée d'un sujet aussi intéressant.

Hydrogéologie(de l'autre grec ὕδωρ "eau" + géologie) - une science qui étudie l'origine, les conditions d'occurrence, la composition et les schémas de mouvement des eaux souterraines. L'interaction des eaux souterraines avec les roches, les eaux de surface et l'atmosphère est également étudiée.

La portée de cette science comprend des questions telles que la dynamique des eaux souterraines, l'hydrogéochimie, la recherche et l'exploration des eaux souterraines, ainsi que la remise en état et l'hydrogéologie régionale. L'hydrogéologie est étroitement liée à l'hydrologie et à la géologie, y compris la géologie technique, la météorologie, la géochimie, la géophysique et d'autres sciences de la Terre. Il s'appuie sur les données des mathématiques, de la physique, de la chimie et fait largement appel à leurs méthodes de recherche.

Les données hydrogéologiques sont notamment utilisées pour répondre aux problématiques d'approvisionnement en eau, de bonification des terres et d'exploitation des gisements.

L'eau souterraine.

Sous terre se trouvent toutes les eaux de la croûte terrestre, situées sous la surface de la Terre dans des roches à l'état gazeux, liquide et solide. Les eaux souterraines font partie de l'hydrosphère - coquille d'eau le globe. Les réserves d'eau douce dans les entrailles de la Terre représentent jusqu'à 1/3 des eaux des océans. Environ 3 367 gisements d'eau souterraine sont connus en Russie, dont moins de 50 % sont exploités. Parfois, les eaux souterraines provoquent des glissements de terrain, l'engorgement des territoires, le tassement des sols, elles rendent difficile la conduite des opérations minières dans les mines, pour réduire l'afflux d'eau souterraine, les dépôts sont drainés et des systèmes de drainage sont construits.

Histoire de l'hydrogéologie

L'accumulation des connaissances sur les eaux souterraines, qui a commencé dans l'Antiquité, s'est accélérée avec l'avènement des villes et de l'agriculture irriguée. En particulier, la construction de puits creusés, construits en 2-3 mille avant JC, a apporté sa contribution. e. en Égypte, en Asie centrale, en Chine et en Inde et atteignant des profondeurs de plusieurs dizaines de mètres. À peu près à la même période, le traitement de l'eau minérale est apparu.

Les premières idées sur les propriétés et l'origine des eaux naturelles, les conditions de leur accumulation et le cycle de l'eau sur Terre ont été décrites dans les travaux des anciens scientifiques grecs Thales et Aristote, ainsi que des anciens romains Titus Lucretius Kara et Vitruve. L'étude des eaux souterraines a été facilitée par l'expansion des travaux liés à l'approvisionnement en eau en Égypte, en Israël, en Grèce et dans l'Empire romain. Les concepts d'eaux sans pression, sous pression et à écoulement automatique sont apparus. Ce dernier a reçu au 12ème siècle après JC. e. le nom artésien - du nom de la province d'Artois (ancien nom - Artesia) en France.

En Russie, les premières idées scientifiques sur les eaux souterraines en tant que solutions naturelles, leur formation par infiltration des précipitations atmosphériques et l'activité géologique des eaux souterraines ont été exprimées par M.V. Lomonosov dans son essai «Sur les couches de la terre» (1763). Jusqu'au milieu du XIXe siècle, la doctrine des eaux souterraines s'est développée comme composant la géologie, après quoi elle est devenue une discipline distincte.

Répartition des eaux souterraines dans la croûte terrestre

Les eaux souterraines de la croûte terrestre sont réparties sur deux étages. L'étage inférieur, composé de roches ignées et métamorphiques denses, contient une quantité limitée d'eau. La majeure partie de l'eau se trouve dans couche supérieure roches sédimentaires. Trois zones y sont distinguées - la zone supérieure d'échange d'eau libre, la zone médiane d'échange d'eau et la zone inférieure d'échange d'eau lent.

Les eaux de la zone supérieure sont généralement douces et servent à l'alimentation en eau potable, domestique et technique. Dans la zone médiane, il y a des eaux minérales de diverses compositions. La zone inférieure contient des saumures fortement minéralisées. Le brome, l'iode et d'autres substances en sont extraits.

La surface de la nappe phréatique est appelée « nappe phréatique ». La distance entre la nappe phréatique et la couche imperméable est appelée « épaisseur de la couche imperméable ».

Formation des eaux souterraines

Les eaux souterraines se forment de diverses manières. L'un des principaux modes de formation des eaux souterraines est le suintement ou l'infiltration des précipitations et des eaux de surface. L'eau qui s'infiltre atteint la couche résistante à l'eau et s'y accumule, saturant les roches de nature poreuse et poreuse fracturée. C'est ainsi que surgissent les aquifères, ou horizons souterrains. De plus, les eaux souterraines sont formées par la condensation de la vapeur d'eau. Les eaux souterraines d'origine juvénile sont également distinguées.

Les deux principaux modes de formation des eaux souterraines - par infiltration et par condensation de la vapeur d'eau atmosphérique dans les roches - sont les principaux modes d'accumulation des eaux souterraines. Les eaux d'infiltration et de condensation sont appelées eaux de vandose (lat. vadare - aller, bouger). Ces eaux sont formées à partir de l'humidité atmosphérique et participent au cycle général de l'eau dans la nature.

Infiltration

Les eaux souterraines se forment à partir des précipitations atmosphériques qui tombent à la surface de la terre et s'infiltrent dans le sol jusqu'à une certaine profondeur, ainsi qu'à partir des eaux des marécages, des rivières, des lacs et des réservoirs, qui s'infiltrent également dans le sol. La quantité d'humidité pénétrant ainsi dans le sol représente 15 à 20% de la quantité totale de précipitations.

La pénétration de l'eau dans le sol dépend de propriétés physiques ces sols. En ce qui concerne la perméabilité à l'eau, les sols sont divisés en trois groupes principaux - perméables, semi-perméables et imperméables ou imperméables. Les roches perméables comprennent les roches clastiques grossières, le gravier, le gravier, les sables et les roches fracturées. Les roches imperméables comprennent les roches ignées et métamorphiques denses telles que le granit et le marbre, ainsi que les argiles. Les roches semi-perméables comprennent les sables argileux, le loess, les grès meubles et les marnes meubles.

La quantité d'eau qui s'infiltre dans le sol dépend non seulement de ses propriétés physiques, mais aussi de la quantité de précipitations, de la pente du terrain et de la couverture végétale. Dans le même temps, une bruine prolongée crée De meilleures conditions pour les infiltrations que les averses torrentielles.

Les fortes pentes du terrain augmentent le ruissellement de surface et réduisent l'infiltration des précipitations dans le sol, tandis que les pentes douces, au contraire, augmentent l'infiltration. La couverture végétale augmente l'évaporation de l'humidité précipitée, mais en même temps retarde le ruissellement de surface, qui contribue à l'infiltration de l'humidité dans le sol.

Pour de nombreuses régions du globe, l'infiltration est la principale méthode de formation des eaux souterraines.

Les eaux souterraines peuvent également être générées par des structures hydrauliques artificielles, telles que des canaux d'irrigation.

Condensation de la vapeur d'eau

La deuxième voie de formation des eaux souterraines est la condensation de la vapeur d'eau dans les roches.

Eaux juvéniles

Les eaux juvéniles sont une autre voie de formation des eaux souterraines. Ces eaux sont libérées lors de la différenciation de la chambre magmatique et sont "primaires". À conditions naturelles il n'y a pas d'eaux juvéniles pures : des eaux souterraines qui se sont formées différentes façons sont mélangés les uns aux autres.

Classification des eaux souterraines

Il existe trois types d'eau souterraine : l'eau perchée, l'eau souterraine et la pression (artésienne). Selon le degré de minéralisation, on distingue les eaux souterraines douces, salines, saumâtres et saumâtres, selon la température elles sont divisées en surfondues, froides et thermiques, et selon la qualité des eaux souterraines, elles sont divisées en technique et potable.

Verkhovodka

Verkhovodka - eau souterraine qui se produit près de la surface de la terre et se caractérise par une variabilité de la distribution et du débit. Verkhovodka est confinée à la première couche résistante à l'eau de la surface de la terre et occupe des territoires limités. Verkhovodka existe dans une période d'humidité suffisante et disparaît dans les périodes sèches. Dans les cas où la couche résistante à l'eau se trouve près de la surface ou vient à la surface, l'engorgement se développe. Les eaux du sol, ou les eaux de la couche de sol, représentées par de l'eau presque liée, où l'eau liquide en gouttes n'est présente que pendant les périodes d'humidité excessive, sont également souvent appelées eau perchée.

Les eaux de la perche sont généralement douces, légèrement minéralisées, mais souvent polluées. matière organique et contiennent de grandes quantités de fer et d'acide silicique. En règle générale, l'eau perchée ne peut pas constituer une bonne source d'approvisionnement en eau. Cependant, si nécessaire, des mesures sont prises pour préserver artificiellement ce type d'eau : on aménage des mares, des dérivations de rivières qui alimentent en permanence des puits exploités, des plantations de végétation, ou retardent la fonte des neiges.

eau souterraine

L'eau souterraine est l'eau qui se trouve sur le premier horizon résistant à l'eau sous le perchoir. Ils se caractérisent par un débit plus ou moins constant. Les eaux souterraines peuvent s'accumuler à la fois dans les roches poreuses meubles et dans les réservoirs solides fracturés. Le niveau des eaux souterraines est soumis à des fluctuations constantes, il est influencé par la quantité et la qualité des précipitations, le climat, la topographie, la couverture végétale et les activités humaines. Les eaux souterraines sont l'une des sources d'approvisionnement en eau, les sorties d'eau souterraine à la surface sont appelées sources ou sources.

eaux artésiennes

Eaux sous pression (artésiennes) - eaux qui se trouvent dans l'aquifère enfermées entre des couches imperméables et expérience pression hydrostatique, en raison de la différence de niveaux au point d'approvisionnement et de la sortie d'eau à la surface. Ils se caractérisent par un débit constant. La zone d'alimentation à proximité des eaux artésiennes, dont les bassins atteignent parfois des milliers de kilomètres, se situe généralement au-dessus de la zone de ruissellement des eaux et au-dessus de la sortie des eaux sous pression à la surface de la Terre. Les zones d'alimentation des bassins artésiens sont parfois très éloignées des lieux d'extraction de l'eau - en particulier, dans certaines oasis du Sahara, elles reçoivent de l'eau tombée sous forme de précipitations sur l'Europe.

Eaux artésiennes (de Artesium, nom latin province française Artois, où ces eaux sont utilisées depuis longtemps) - nappes sous pression enfermées dans des aquifères de roches entre couches résistantes à l'eau. Généralement trouvé dans certains structures géologiques(dépressions, auges, flexures, etc.), formant des bassins artésiens. Lorsqu'ils sont ouverts, ils s'élèvent au-dessus du toit de l'aquifère, jaillissant parfois.