Гідрогеологічні напрямки "Прикладної гідрогеології"

Размещено на http://www.allbest.ru/

ГІДРОГЕОЛОГІЧНІ НАПРЯМКИ «ПРИКЛАДНОЇ ГІДРОГЕОЛОГІЇ»

кандидат геолого-мінералогічних наук, доцент кафедри геології та розвідки нафтових і газових родовищ, Івано-Франківський національний технічний університет нафти і газу

Annotation

Dubei N.V.

HYDROGEOLOGICAL DIRECTIONS OF "APPLIED HYDROGEOLOGY”

The article describes various hydrogeological directions, which are designed to solve a number of practical problems in different sectors of the economy. They can be combined into a single cycle of Applied Hydrogeology. The role and significance of theoretical and practical bases of hydrogeochemistry, groundwater filtration, hydrogeological modeling, methods of pilot-filtration tests and processing of their results, hydrogeology of mineral deposits, medical, reclamation, regional and ecological hydrogeology are revealed.

Анотація

В статті описані різноманітні гідрогеологічні напрямки, які покликані вирішувати ряд практичних завдань в різних галузях народного господарства. Їх можна об'єднати в єдиний цикл «Прикладна гідрогеологія». Розкриті роль і значення теоретичних і практичних основ гідрогеохімії, фільтрації підземних вод, гідрогеологічного моделювання, методики проведення дослідно-фільтраційних випробувань і обробки їх результатів, гідрогеології родовищ корисних копалин, медичної, меліоративної, регіональної та екологічної гідрогеології.

Ключові слова: прикладна гідрогеологія, підземні води, гідрогеохімія, гідрогеологічне моделювання, фільтрація, дослідження.

Постановка проблеми. З кожним роком значення підземних вод і гідрогеологічних досліджень зростає. Прісні підземні води широко використовуються з метою водопостачання більшості населених пунктів, промисловості і сільського господарства; мінеральні води - з лікувальними цілями; високомінералізовані води глибоких горизонтів - для видобування рідкісних і розсіяних елементів (бору, йоду, літію, радію та ін.). Термальні підземні води використовуються для бальнеологічних цілей та з метою теплофікації житлових будинків, промислових підприємств і сільськогосподарських об'єктів, перегріті води - для вироблення електроенергії.

Гідрогеологічні дослідження виконуються при будівництві заводів, міст, гідротехнічних споруд, рудників, залізниць. Особливого значення вони набули у зв'язку з питаннями охорони та раціонального і комплексного використання водних, земельних, мінерально-сировинних та інших природних ресурсів.

На сучасному етапі у зв'язку із широким використанням підземних вод у різних галузях народного господарства та необхідністю врахування їх позитивного та негативного впливу сформувався цілий ряд гідрогеологічних напрямів зі своїми конкретними практичними завданнями та методичними прийомами їх вирішення, які можна об'єднати в одну окрему науку «Прикладна гідрогеологія». Для вирішення практичних питань серед наук про підземні води вагоме значення мають: гідрогеохімія, динаміка підземних вод, методика гідрогеологічних досліджень, моделювання фільтраційних процесів та багато інших.

Метою даної роботи є розширення компетенцій щодо сучасних методів вивчення прикладних аспектів гідрогеології з ціллю практичного їх застосування в різних галузях народного господарства, зокрема в будівництві.

Аналіз досліджень та публікацій. Гідрогеологія як наука виникла порівняно недавно. Питання водопостачання, зрошування, використання мінеральних та промислових вод здійснювалося на основі досвіду, інтуїтивно. Велика заслуга у вивченні природних вод земної кори належить академіку В.І. Вернадському, який звернув увагу на значення переходу води з одного фізичного стану в інший і обгрунтував вплив цих переходів на хімічний склад підземних вод. В. І. Вернадський - один з основоположників гідрогеохімії - науки про хімічний склад підземних вод і гідрогеохімічні процеси, які відбуваються в надрах Землі.

Провідну роль в організації й проведенні гідрогеологічних досліджень зіграли О.К. Ланге, В. С. Ільїн, Ф. П. Саваренський, О. М. Мазарович, Б.Л. Лічков, О. С. Федоровський, Г. М. Каменський, Ф. А. Руденко.

Початок вивченню законів руху підземних вод був покладений працями французького гідравліка Г. Дарсі у 1856 році, який встановив основний лінійний закон фільтрації. Розвитку теорії фільтрації і динаміки підземних вод присвячені роботи В.І.Аравіна, Ф. М. Бочерева, М. К. Гіринського, В. Д. Бабушкіна, В. Н. Щелкачева, В. М. Шестакова та ін. Питання меліоративної гідрогеології розвинуті в роботах Д. М. Каца, І. Є Цирогова, М. М. Крилова.

У зв'язку з широким використанням підземних вод на території України для питного, господарського, бальнеологічного, промислового та інших видів водопостачання в сучасних умовах дуже актуальною стає проблема оцінки їхніх експлуатаційних запасів і, як показує досвід останніх років, вона має включати не тільки гідрогеологічні дослідження і техніко-економічні зіставлення, але й екологічне обґрунтування можливості й доцільності залучення підземних вод у сферу господарської діяльності людини. Екологічне обґрунтування використання підземних вод включає оцінку негативного і позитивного впливу експлуатації їх на компоненти навколишнього середовища.

Сучасні уявлення про підземну гідросферу, концепції новітніх методів вирішення гідрогеологічних питань розроблені і викладені у наукових працях М.В. Седенко, Ж.С. Камзіста, О. Л. Шевченко, В. М. Шестопалова, Н. М. Фролова, Я. М. Семчука, В. В. Колодія, Н.В. Дубей, И.Е. Жернова, О.Є. Кошлякова, Г.І. Рудько [1-5].

Викладення основного матеріалу. Гідрогеологія - це наука про підземні води. Вона вивчає процеси формування, умови залягання, руху, фізичні та хімічні властивості підземних вод. Гідрогеологія є однією із основних галузей геології і відноситься до циклу природничо-історичних наук.

Гідрогеологія вирішує дуже обширне коло різних питань, тому поділяється на ряд розділів. Ядром її і теоретичною основою є загальна гідрогеологія.

На сучасному етапі у зв'язку із широким використанням підземних вод у різних галузях народного господарства сформувався цілий ряд гідрогеологічних напрямів зі своїми конкретними практичними завданнями та методичними прийомами їх вирішення, які можна об'єднати в один цикл «Прикладна гідрогеологія». Для вирішення практичних питань серед наук про підземні води вагоме значення мають: гідрогеохімія, динаміка підземних вод, методика гідрогеологічних досліджень, гідрогеологія родовищ корисних копалин, регіональна гідрогеологія, меліоративна гідрогеологія, радіогідрогеологія, моделювання фільтраційних процесів, оцінка запасів підземних вод, медична гідрогеологія, екологічна гідрогеологія.

«Гідрогеохімія» вивчає речовинний склад підземних вод, процеси їх формування, історію і міграцію хімічних елементів у підземній гідросфері.

- дає об'єктивну оцінку хімічного складу та якості підземних вод з погляду їх цільового використання - для водопостачання населених пунктів, сільського господарства, промисловості;

- вивчає мінеральні лікувальні води;

- геохімічні аспекти видобутку цінних компонентів з підземних вод розглядаються в геохімії промислових підземних вод;

- вивчає підземні води як критерій пошуку родовищ різних корисних копалин - кольорових і рідкісних металів, нафти, газу тощо, а також їх формування та руйнування; напрям у гідрогеохімії, що стосується гідрогеохімічних методів пошуків корисних копалин, одержав назву рудопошукової та нафтогазопошукової гідрогеохімії.

- є фактором, що визначає інженерно- геологічні властивості гірських порід і середовище перебування інженерних споруд.

- відіграє важливу роль у розв'язанні проблем екології при оцінці ступеня забруднення геологічного середовища та його охорони [4].

Наука «Динаміка підземних вод» вивчає основні математичні моделі руху води по порах та тріщинах гірських порід, закони фільтрації, класифікацію та структуру потоків підземних вод, базові рівняння геофільтрації та методи їх розв'язання, основні аналітичні розрахунки природних та штучних потоків підземних вод, основи визначення гідрогеологічних параметрів за даними дослідно-фільтраційних досліджень, міграцію у підземних водах та перенесення вологи в зоні аерації [2].

«Дослідно-фільтраційні роботи» як важливий розділ «Динаміки підземних вод» заслуговує на окреме виділення. Його вивчення дозволяє ознайомитись з видами й цільовим призначенням випробувань (передусім відкачувань); опанувати методику проведення дослідно-фільтраційних робіт і обробку їх результатів; на базі даних натурних польових досліджень (випробування водоносних горизонтів та комплексів) виконувати розрахунки основних геофільтраційних параметрів, використовуючи базові теоретичні рівняння геофільтрації та методику їх обробки із застосуванням сучасних комп'ютерних технологій.

«Оцінка запасів і ресурсів підземних вод» дає можливість засвоїти необхідні знання з концептуальних положень, принципів, методичних підходів вивчення виконання оцінки запасів підземних вод; оцінювати динамічні ресурси підземних вод різними методами; оцінювати експлуатаційні запаси підземних вод різними методами; оцінювати вплив видобутку підземних вод на оточуюче навколишнє середовище; проводити комплекс робіт з мінімізації антропогенного впливу на підземні води.

«Медична гідрогеологія» дає знання щодо впливу хімічних, фізичних та біологічних чинників формування складу підземних вод на здоров'я людини і тварин та практичні навички з оцінки ризиків хімічного забруднення води на здоров'я населення.

Напрямок «Мінеральні води» надає базові знання щодо закономірностей та особливостей формування різноманітних видів мінеральних, термальних і промислових вод на Україні; ознайомлює із методами пошуку, консервації, оцінки їх якісного складу, ресурсів, експлуатаційних запасів, поширення в геосфері, ступеню захищеності, виснаження, економічної доцільності видобутку та використання, виходячи із сучасних вимог ПКУ та інструктивно-законодавчої бази.

«Регіональна гідрогеологія» ознайомлює із закономірностями накопичення природних ресурсів підземних вод в типових гідрогеологічних структурах та в регіональних структурах України, із принципами районування, історією розвитку гідрогеологічних структур; особливостями зональності, водообміну, формування якісного складу підземних вод.

«Гідрогеологія родовищ корисних копалин» вивчає гідрогеологічні критерії пошуку, умови формування, руйнування та збереження родовищ рудних, нерудних корисних копалин, нафти і газу.

«Меліоративна гідрогеологія» - прикладна галузь гідрогеології, що вивчає гідрогеологічні умови стосовно до водних меліорацій, а саме: питання доцільності поповнення нестатку або видалення надміру вологи в грунтах, промивання засолених земель, обводнювання пасовищ. До її завдань входить також складання прогнозів зміни умов формування і режиму підземних (ґрунтових) вод; передбачення заходів по регулюванню водно - сольового балансу грунтів і фізико-хімічних процесів у них.

«Екологічна гідрогеологія» розглядає вплив природних та техногенно змінених гідрогеологічних умов на біосферу та перш за все на людину, гідрогеологічні аспекти зміни властивостей геологічного середовища під впливом людської діяльності, принципи прогнозування та профілактичні заходи впливу на підземні води, принципи охорони та раціонального використання підземної гідросфери, стратегію геологічного вивчення та використання питних підземних вод для водопостачання населення тощо.

Моделювання в гідрогеології досить широко використовується при розв'язку конкретних задач інженерного та пошуково-розвідувального змісту. Крім того, моделювання використовують при вирішенні загальнотеоретичних та регіональних задач. Методологія та методика гідрогеологічного моделювання найбільш повно розроблені стосовно процесів фільтрації, але застосовуються також для розв'язку задач міграції підземних вод та вологопереносу. Гідрогеологічне моделювання це відтворення на спеціальних моделях гідрогеологічних об'єктів з метою їх вивчення. Таке вивчення можна здійснити за допомогою моделей, які створюються в лабораторних умовах, а також моделей, які вибрані у природних умовах (так звані моделі-аналоги). При моделюванні процесів фільтрації головним чином застосовуються математичні моделі. Застосування математичних моделей в гідрогеології веде до широкого використання обчислювальної математики, теорії інформації, теорії управління і таке ін. Реалізація математичних моделей потребує від гідрогеолога комплексних знань, в тому числі і уміння працювати на ЕОМ. Таким чином, гідрогеологічне моделювання має тісний зв'язок з різними науковими та технічними дисциплінами і являє собою перспективний метод досліджень в гідрогеології.

1) оцінка ресурсів і експлуатаційних запасів підземних вод;

2) прогноз гідрогеологічних умов на зрошувальних територіях;

3) оцінка припливів до кар'єрів і шахт;

4) вивчення гідрогеологічних процесів в зоні аерації;

5) вивчення процесів забруднення підземних

6) оптимізація умов експлуатації водозаборів та дренажних споруд;

7) визначення параметрів фільтрації та міграції підземних вод;

8) побудова постійно діючих гідрогеологічних моделей крупних регіонів з метою управління водними ресурсами.

Головною метою гідрогеологічного моделювання є розробка прогнозу поведінки гідрогеологічної системи у майбутньому. Прогнозування може виконуватися або у реальному часі (власне прогнозування), або без конкретної прив'язки до часу (передбачення).

Прикладна гідрогеологія тісно пов'язана з багатьма науками геологічного та негеологічного циклів і широко використовує їх методи досліджень. З геологічних наук це: загальна геологія, історична геологія, структурна геологія, геотектоніка, мінералогія, петрографія, геохімія, інженерна геологія, гідрологія, метеорологія, геофізика, гірнича справа. З негеологічних наук це: математика. фізика, хімія, гідравліка, гідродинаміка, гідротехніка. гідрогеохімія фільтрація вода підземний

Висновок. В статті описані різноманітні гідрогеологічні напрямки, які покликані вирішувати ряд практичних завдань в різних галузях народного господарства і які можна об'єднати в єдиний цикл «Прикладна гідрогеологія».

Розкриті роль і значення теоретичних і практичних основ гідрогеохімії, фільтрації підземних вод, гідрогеологічного моделювання, графо-аналітичних і розрахункових методів визначення гідрогеологічних параметрів, методики проведення дослідно-фільтраційних випробувань і обробки їх результатів, медичної, меліоративної гідрогеології та ін. Застосування сучасних методів вивчення підземних вод є надзвичайно важливим для водопостачання населення та вирішення практичних задач в різних галузях промисловості і сільського господарства.

Література

1. Дубей Н.В. Гідрогеологія та інженерна геологія: Навчальний посібник. - Івано-Франківськ: ІФНТУНГ, 2010. -262с.

2 Жернов И.Е. Динамика подземных вод.- Киев: Вища школа. Головное изд-во, 1982. - 324 с.

3. Кошляков О.Є. Гідрогеологічне моделювання: Підручник - К.: ВПЦ «Київський університет», 2003. - 79с.

4. Рудько Г.І. Гідрогеохімія: Підручник. - К.: Видавничо-поліграфічний центр «Київський університет», 2007. - 255с.

5. Седенко М. В. Гидрогеология и инженерная геология. - М.: изд-во «Недра», 1971.- 272с.

Размещено на Allbest.ru