Гидрогеология и мелиоративные изыскания часть 1

Земля и земная кора

 

Для проектирования оросительных, осушительных и увлажнительно-осушительных систем с комплексом ГТС, необходимы знания геологического строения, гидрогеологических условий территории. Эти условия определяют принципиальную схему и методы орошения и осушения земель и в определенной мере конструкцию ГТС. Помимо этого, подземные воды являются ценнейшим источником водоснабжения, орошения и обводнения. Поэтому от полноты изучения и учета геологического строения, гидрогеологических условий при проектировании, строительстве и эксплуатации ГМС зависит успех мелиорации.

Рассмотрим содержание геологии, гидрогеологии, инженерной геологии и их отраслей.

Геология – наука о строении и развитии Земли, о геологических процессах, в результате которых формируется земная кора, о развитии жизни на Земле (– наука о земле).

Земная кора является источником минерального сырья, вместилищем подземных вод и средой для различных сооружений.

Поэтому начало накопления знаний о строении земной коры восходит к истокам истории человечества. На самой ранней стадии развития человек использовал каменные материалы, различные руды, соль, подземную воду и т.д.

В настоящее время геология располагает достоверными знаниями о строении земной коры на глубину до 10 км, пройденную буровыми скважинами.

Для развития геологии большое значение имели труды М.В. Ломоносова – одного из основоположников материалистических представлений о строении и развитии Земли.

Геология имеет ряд отраслей, сформировавшиеся в различные самостоятельные дисциплины.

I Гидрогеология – наука о подземных водах, изучающая их происхождение, условия залегания и распространения, законы движения, взаимодействия с водовмещающими породами, формирование химсостава и др.

Основная область исследований гидрологии – водный режим и водный баланс (гидрологический цикл), изучение круговорота воды в природе, пространственно-временны́х колебаний и изменений его элементов под влиянием природных и антропогенных факторов. В практическом приложении гидрология тесно связана с водным хозяйством и проблемами рационального использования и охраны поверхностных и подземных вод от загрязнения и истощения, с разработкой методов гидрологических расчётов и прогнозов. В последние годы всё большее развитие получает экологическое направление в гидрологии.

Накопление знаний о подземных водах, начавшееся с древнейших времен, ускорилось с появлением городов и поливного земледелия. В частности, свою лепту внесло сооружение копаных колодцев, строившихся в 2-3 тыс. до н. э. в Египте, Средней Азии, Китае и Индии и достигавших глубин в несколько десятков метров. Примерно в этот же период появилось лечение минеральными водами.

Первые представления о свойствах и происхождении природных вод, условиях их накопления и круговороте воды на Земле были описаны в работах древнегреческих ученых Фалеса и Аристотеля, а также древнеримских Тита Лукреция Кара и Витрувия. Изучению подземных вод способствовало расширение работ, связанных с водоснабжением в Египте, Израиле, Греции и Римской империи. Возникло понятия о ненапорных, напорных и самоизливающихся водах. Последние получили в XII веке н. э. название артезианских — от названия провинции Артуа (древнее название — Артезия) во Франции.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М. В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины XIX века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии, после чего обособилось в отдельную дисциплину.

Для развития гидрогеологии большое значение имели труды Н.Ф. Погребова, Ф.П. Саваренского, О.К. Ланге, А.Н.Симихатова, Г.Н. Каменского, А.М. Овчинникова и др. самостоятельными разделами гидрогеологии являются:

1. Общая гидрогеология – изучает происхождение подземных вод, условие их залегания, движения, физические свойства и химсостав;

2. Региональная гидрогеология – изучает закономерности распространения подземных вод в различных физикогеографических условиях;

3. Учение о режиме и балансе поземных вод – рассматривает закономерности изменений во времени уровня, температеры, химсоставва воды, приходных и расходных элементов баланса подземных вод под воздействием природных хозяйственных факторов.

4. Динамика подземных вод – изучает закономерности движения подземных вод в естественных условиях и под воздействием различных инженерных сооружений.

5. Учение о местонахождении подземных вод – рассматривает условия формирования месторождения пресных, минеральных подземных вод в связи с использованием их для различных целей.

6. Гидрогеохимия – изучает состав и взаимодействие самой воды и растворенных в ней веществ с горными породами, миграцию и историю химических элементов в подземных водах, а также формирование химсостава подземных вод.

7. Методика гидрогеологических исследований – рассматривает методы изучения гидрогеологических условий для решения различных народнохозяйственных задач и в связи с требованиями охраны геологической среды.

8. Мелиоративная гидрогеология – занимается гидрогеологическим обоснованием сельскохозяйственных гидротехнических мелиораций. В ее задачи входит изучение и оценка гидролого-мелиоративных условий, объектов мелиорации, прогноз изменения этих условий, объектов мелиорации, прогноз изменения этих условий под влиянием орошения и осушения этих земель.

В зависимости от направленности гидрологических исследований иногда выделяют более частные разделы, такие, как гидрология почв, гидрология леса, с.-х. гидрология и др. В результате тесного взаимодействия гидрологии с геофизикой и геохимией появились новые науки – гидрофизика и гидрохимия.

Инженерная геология - изучает земную кору как среду жизни и деятельности человека. В инженерной геологии выделяют 3 дисциплины:

1) Грунтоведение

2) Инженерная геодинамика

3) Региональная инженерная геология.

Грунтоведение - изучает горные породы, используемые в качестве оснований, строительных материалов и среды для инженерных сооружений.

Инженерная геодинамика – исследует природные геологические явления, возникающие под влиянием инженерной деятельности человека.

Региональная – инженерная геология выявляет закономерности пространственно-временной изменчивости инженерно-геологических условий в зависимости от истории развития земной коры и современных физико-географических условий.