ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 30.09.2020
Просмотров: 6084
Скачиваний: 505
сказывается опресняющее влияние атмосферных, поверхностных
и грунтовых вод. Глубоко залегающие воды представляют собой
рассолы (свыше 50 г/л), преимущественно хлоридные. Происхож
дение солей связано с происхождением этих вод (в основном се-
диментационных). В промежуточных горизонтах артезианских вод
происходит смешение слабо- и высокоминерализованных вод, со
провождающееся изменением минерализации. Большой интерес
представляют минеральные воды, обладающие лечебными свойст
вами: углекислые, сероводородные, радоновые, железистые и др.
Так как артезианские воды изолированы от загрязнения с по
верхности, они хорошего качества.
Вода под землей может находиться в трещинах, имеющих
разное происхождение и образующих сложные системы. Литогеы-
ные трещины возникают в процессе образования пород и могут
пересекать всю их толщу. Примером служат трещины в базаль
тах Гавайских островов. Водами из таких трещин снабжается
Гонолулу, их дебит — 90 м
3
/ч. Тектонические трещины: разломы,
сбросы, надвиги и т. д. — могут иметь глубину многие сотни мет
ров и даже километров. Трещины выветривания — результат раз
рушения пород. Они приурочены к верхним слоям и глубже 30—
50 м (в исключительных случаях до 100—200 м), как правило, не
распространяются. Ширина различных трещин достигает обычно
несколько миллиметров, реже сантиметров и очень редко метров.
Трещины бывают открытыми или заполненными рыхлым мате
риалом.
Трещинные воды в завргашости от характера трещин могут
быть ненапорными и напорными. В растворимых породах возни
кают трещины и пустоты, поглощающие атмосферные осадки,
а иногда и поверхностные водотоки. В толще таких пород (изве
стняк, гипс, соль) выделяют зоны нисходящего и горизонтального
движения воды. Уровень подземных вод очень быстро и сильно
изменяется. Такие воды легко загрязняются с поверхности.
По температуре и степени минерализации подземные воды
весьма различны. По температуре выделяют воды холодные и
термальные. Холодные воды могут быть переохлажденными
(температура ниже 0°), холодными (от 0° до —10°), очень холод
ными (от —10° до — 20°). Термальные — теплыми (от +20° до
+ 35°), горячими (от +35° до +50°), перегретыми (вы
ше + 100°). Холодные воды — лишь тонкая пленка в верхней
части земной коры, все остальные — воды термальные. Они
почти всегда более минерализованны и насыщенны газами.
В общем и температура и степень минерализации вод по мере
удаления вниз от поверхности непрерывно увеличиваются. При
этом происходит смена химических типов вод — от обычных прес
ных, гидрокарбоновых через сульфатные и смешанные к хлорпд-
ным, вплоть до концентрированных рассолов (которые с глубиной
также изменяются от натриевых в кальциевые и магниевые)
с промышленной концентрацией многих ценных солей и элемен-
272
)
тов.
Эти термальные рассолы — источник формирования рудных
жил, они участвуют в формировании горючих ископаемых.
Холодные пресные воды проникают глубоко только в горных
странах. Минерализованные воды, благотворно действующие на
человеческий организм, имеющие лечебное значение, называются
минеральными.
Естественные выходы подземных вод на поверхность —
источ
ники (родники)
— весьма разнообразны. Их дебит различается
от долей литра до нескольких кубических метров в секунду. Наи
большее количество воды дают источники, связанные с трещино
ватыми и закарстованными породами (карстовый источник Во-
клюз дает до 120 м
3
/сек). Температура в источниках колеблется
от 0 до + 100° С и выше. В СССР насчитывается более 50 источ
ников (и групп) с температурой выше + 4 0 ° С . В Исландии их
около 7000. Вода одних источников — ультрапресная, других —
рассол. Вода термальных минерализованных источников содер
жит различные соли, кислоты, газы, металлы, радиоактивные и
редкоземельные элементы. Нередко состав их очень сложен.
В одном из горячих источников в Новой Зеландии содержание
серной и соляной кислоты достигает 10% (цинк в этом источнике
растворяется). Многие источники минеральные. Есть источники
с удивительным постоянством режима, с сезонными колебаниями,
перемежающиеся, временами исчезающие. В области многолет
ней мерзлоты источники часто появляются на очень короткий срок.
Безнапорные, спокойно изливающиеся источники — нисходя
щие, напорные (артезианские) — восходящие. Последние более
постоянны. Многие источники дают начало ручьям и рекам.
Совершенно особый, редко встречающийся тип источников — гей
зеры. Это фонтанирующие источники, периодически выбрасываю
щие горячую воду и пар. Они встречаются в областях современ
ной или недавней вулканической деятельности, там, где близко
к поверхности залегает неостывшая магма. Пары и газы, подни
мающиеся из магмы по трещинам, растворяются в подземных
водах и нагревают их. Механизм действия гейзера еще не совсем
ясен. Но полагают, что горячая вода движется по трещинам, хо
дам, заполняет пустоты (камеры), имеющиеся в застывшей лаве.
Здесь она еще подогревается снизу, достигая точки кипения.
В условиях высокого давления при + 100° С вода закипеть не
может, но поднимаясь вверх по каналам и попадая в область бо
лее низкого давления, она вскипает и упругостью пара выбрасы
вается вверх. Место нагревающейся и поднимающейся воды
в
камере занимает менее нагретая вода и т. д. Периодичность гейзе
ров зависит от размеров канала, времени заполнения водой
и
на
гревания. Гейзеры встречаются на Камчатке, в Северной Америке,
Исландии и Новой Зеландии.
Значение подземных вод
в природе велико и разносторонне.
Они пополняют реки и озера, являясь самой устойчивой частью
10 Н. П, Неклюкова
273
стока; благодаря их перемещению происходит перенос растворен
ных веществ — водная миграция элементов, посредством подзем
ных вод растения получают влагу и питательные соли. Подзем
ные воды принимают участие в формировании рельефа: оползни,
суффозия, карст; вызывают при известных условиях заболачива
ние. Это неоценимый по своей важности природный ресурс. Прес
ные подземные воды — самая ценная часть всего мирового запаса
пресных вод. Ими снабжается население Земли. 80% населения
СССР пользуется пресными подземными водами. Особую важность
приобретают подземные воды в сухом климате (пустыни, по
лупустыни), где они используются не только для водоснабжения
населения и в промышленности, но и для обводнения, орошения,
водопоя животных. В пустынях приобретают большое значение
линзы пресной воды, скапливающейся над водой повышенной
минерализации. Линзы эти питаются водой просочившихся ат
мосферных осадков, временных потоков, стекающих с гор; имеет
значение подземная конденсация. Они возникают под такырами,
на глинистой растрескавшейся поверхности которых вода задер
живается и стекает в трещины, под сухими логами, где фикси
руется временно скопившаяся вода, под незаросшими барханны
ми песками, легко пропускающими воду, а также накапливаю
щими некоторое количество ее путем конденсации (до 17 мм
в год). Почти под всеми пустынями находятся артезианские бас
сейны, вода которых может преобразить природу.
Из термальных вод уже извлекают ежегодно многие тонны
химического сырья, глауберовой соли, борной кислоты, буры,
хлористого и сернокислого натрия и т. д. В Японии начали полу
чать редкие металлы: цезий, актиний, торий, радий, литий. Воз
можности использования в этом отношении термальных вод ко
лоссально, а фактическое использование еще незначительно.
Во всех странах мира кроме Чили, йод в промышленных количе
ствах получают только из подземных вод. Для этого достаточно
содержание его 20—25 мг/л. Практическое значение может иметь
уже теперь извлечение из подземных вод бора, 'калия, магния,
вольфрама, германия, мышьяка, рубидия, стронция. Чрезвычайно
перспективно использование теплых подземных вод. Термальные
воды используются в Исландии, Италии, СССР, Болгарии, Япо
нии, Новой Зеландии. Они расходуются на обогревание теплиц,
отопление жилых домов, бань, прачечных и т. д. На тепловой
энергии подземных вод работают геотермальные электростанции
в Италии', Новой Зеландии, Калифорнии, Японии, Исландии,
Мексике, Конго. В Советском Союзе работает Паужетская элек
тростанция, созданы проекты геотермических станций на Кам
чатке, на острове Кунашир, в Казахстане, Азербайджане, Даге
стане.
1
В Италии, в г. Лордерелло, в 1904 г. была сооружена первая геотерми
ческая электростанция,
274
Термальные воды наиболее целесообразно использовать комп
лексно: бальнеология, химическое сырье, электроэнергия, водо
снабжение, парниковое хозяйство. Для такого полного цикла тре
буется вода в достаточном количестве с температурой не ниже
150°, целебная, минерализованная. При других качествах воды
цикл может быть неполным.
Запасы подземных вод очень велики и возобновимы, но край
не медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании.
Уже теперь во многих местах возник перерасход пресной под
земной воды. В Париже, где артезианская вода шла самотеком,
ее теперь качают глубинными насосами. Перестали давать воду
многие артезианские скважины в Сахаре, в результате чего пере
стали существовать некоторые оазисы. За 100 лет уровень воды
в скважинах Англии упал на 120 м и начался приток соленых
вод. Заметно снизился напор в скважинах Московского артезиан
ского бассейна. Токио и Мехико заметно опускаются из-за изъ
ятия подземных вод. Необходимы строгие расчеты забора подзем
ных вод, с учетом скорости восполнения и экономное, рациональ
ное использование их. Не менее важна охрана подземных вод от
загрязнения, и не только легко загрязняемых грунтовых. В под
земные воды проникают сточные воды с бытовыми и технически
ми отходами, химическими удобрениями, ядами, применяемыми
в сельском хозяйстве. Серьезные нарушения состояния межпла-
стовых вод вызывают буровые скважины, особенно в нефтяных
районах. Наряду с охраной подземных вод встает серьезная про
блема их воспроизводства.
Подземные воды в многолетнемерзлых горных породах.
На
значительной части суши — 25 % ее площади (в СССР на 47 % ) ,
где средние годовые температуры отрицательные, на некоторой
глубине от поверхности породы имеют многие годы отрицатель
ную температуру. Слои пород с отрицательной температурой
называются многолетнемерзлыми слоями, многолетней, «вечной»
мерзлотой. Многолетняя мерзлота может быть сухой, не содержа
щей воды, но значительно чаще она содержит замерзшую воду,
а иногда в ней присутствует и жидкая вода.
Возникновение многолетней мерзлоты возможно в условиях
низких температур, при малой мощности снежного покрова, неспо
собного предохранить породы от промерзания. Такие условия су
ществовали в ледниковую эпоху в областях, не покрытых льдом,
существуют в настоящее время там, где зима суровая и мало
снежная, а лето такое короткое, что промерзший зимой слой не
успевает оттаять (например, в Якутии). Многолетняя мерзлота
могла сохраниться как реликт последней эпохи оледенения, но
она может возникать и в современных условиях, например, на
вновь образующихся островах в дельтах рек, впадающих в Се
верный Ледовитый океан.
1 0
,
275
Распространение многолетней мерзлоты в северном полуша
рии показано на стр. 97. На карте видно, что почти половина
территории СССР имеет многолетнемерзлые породы. Многолетняя
мерзлота отмечена на арктических и антарктических островах.
Вопрос о наличии многолетней мерзлоты на суше, покрытой
материковыми льдами (Гренландия, Антарктида), пока недоста
точно выяснен. Граница многолетней мерзлоты подвижна. В на
стоящее время отмечается некоторое отступление ее к северу.
На территории, расположенной внутри границы распространения
многолетней мерзлоты, выделяются области сплошной мерзлоты,
спорадической (островной) и прерывистой.
Температура многолетней мерзлоты на глубине 15—20 м из
меняется в пределах от —0,1° до — 1,2° в зависимости от комп
лекса условий (рельефа, растительности, высоты снежного покро
ва и др.).
Под полосами стока (реки или грунтовые потоки) темпера
тура повышается, и часто многолетней мерзлоты там вообще нет
или она залегает глубже, чем на соседних участках.
Мощность многолетней мерзлоты различна: от нескольких
метров до 600—800 м, но в общем по направлению от средних
к высоким широтам она увеличивается. Наибольшая мощность
(800 м) отмечена на побережье Хатангского залива. Нижняя гра
ница слоя многолетнемерзлых пород зависит от поступления тепла
снизу, из глубинных слоев Земли. Выше многолетнемерзлого слоя
располагается слой сезонной мерзлоты, оттаивающий в теплое время
года. Его мощность зависит от климатических условий и дости
гает нескольких метров. При глубоком залегании многолетней
мерзлоты от слоя сезонной мерзлоты ее отделяет слой, вообще
не замерзающий.
Подземпые воды в условиях многолетней мерзлоты отлича
ются большим своеобразием. Образующийся при замерзании
воды в порах породы лед цементирует породу, делая ее водоне
проницаемой. Местами встречаются скопления подземного льда
(«каменный лед»): линзы, пласты, жилы, погребенные подслоем
горной породы или вклинивающиеся в породу. В многолетней
мерзлоте выделяют надмерзлотные, межмерзлотные и подмерз-
лотные подземные воды.
Надмерзлотные воды — воды слоя сезонной мерзлоты. Они пи
таются атмосферными осадками, водой тающих летом почвен
ных льдов, необильны и обычно слабоминерализованы. При за
мерзании надмерзлотные воды, расширяясь, оказывают давление
на находящуюся под ними еще не замерзшую воду. Эта вода скап
ливается в местах с меньшим давлением, а затем, замерзая, под
нимает верхний, уже замерзший слой и образует бугры, гидро
лакколиты. В тех случаях, когда она, прорываясь, изливается
на поверхность, возникают наледи. В теплое время года надмер
злотные воды выходят на поверхность многочисленными источ
никами.
270
Межмерзлотные воды
находятся в самой толще
мерзлоты и не замерзши
ми могут быть только в
том случае, если переме
щаются. Чаще их можно
наблюдать на участках
таликов. Межмерзлотные
воды осуществляют связь
вод надмерзлотных с под-
мерзлотными; при этом
движение их может быть
нисходящим и восходя
щим. В первом случае
они питаются надмерзлот-
ными водами, и их каче
ства (температура, соле
ность) обнаруживают за
висимость от внешних
условий, во втором — пи
таются надмерзлотными
водами и имеют общие с
ними свойства.
Подмерзлотные воды
никогда не замерзают и
часто имеют напор. Сте
пень их минерализации
различна, температура с
глубиной повышается. От
многолетней мерзлоты, подмерзлотные воды отличаются усло
виями питания и разгрузки. Питаются эти воды через талики,
а выходя на поверхность, образуют восходящие источники. Все
3 типа вод взаимодействуют под долинами крупных рек и в кот
ловинах озер, т. е. там, где многолетняя мерзлота отсутствует.
Многолетняя мерзлота оказывает влияние на все компоненты
природного комплекса. В ее условиях возникает особый рельеф,
на нее реагируют поверхностные воды, имеет особенности процесс
почвообразования, своеобразен растительный покров и т. д.
РЕКИ
Река
— естественный водный поток, длительное время про
текающий в сформированном им углублении — русле. Начало
реки, ее
исток
в большинстве случаев можно определить только
условно. Реки начинаются от слияния ручьев, питающих их,
источников и атмосферных осадков, вытекают из болот, озер, лед
ников и т. д. Конец реки — ее
устье,
как правило,— место впа
дения в море, озеро, другую, более крупную реку. Но в сухом
277
Рис. 97. Распространение многолетней
мерзлоты
подземных вод областей, не имеющих
климате, где речная вода в большом количестве расходуется на
испарение, фильтрацию, орошение, обводнение, реки нередко ис
сякают, теряются в песках. Такие устья называют слепыми. Все
течение реки можно разделить условно на 3 части: верхнее, сред
нее и нижнее. Обычно количество воды от верхнего течения
к нижнему увеличивается, уклон дна русла уменьшается, меньше
становится размывающая способность потока.
Все реки, протекающие по той или иной территории, обра
зуют
речную сеть,
входящую вместе с озерами, болотами и лед
никами в
гидрографическую сеть.
Речная сеть состоит из
речных систем.
Речная система включает главную реку (название которой
она обычно носит) и притоки. Во многих речных системах главная
река отчетливо выделяется только в нижнем течении, в среднем
и особенно в верхнем — определить ее очень трудно. В качестве
признаков главной реки можно принять длину, водность, осевое
положение в речной системе, относительный возраст речной до
лины (долина более старая, чем у притоков). Главные реки боль
шинства крупных речных систем не отвечают одновременно всем
этим признакам (например Миссури длиннее и полноводнее Мис
сисипи; Кама приносит в Волгу не меньше воды, чем Волга не
сет в устья Камы; Иртыш длиннее Оби, и его положение больше
соответствует положению главной реки '.
Притоки главной реки называются притоками первого по
рядка, их притоки — притоками второго порядка и т. д.
Речная система характеризуется протяженностью составляю
щих ее рек, их извилистостью и густотой речной сети.
Протяжен
ность рек
— суммарная длина всех рек системы, измеряемая по
карте крупного масштаба. Степень извилистости реки определя
ется
коэффициентом извилистости
— отношением длины реки
к длине прямой линии, соединяющей исток и устье (рис. 98).
Густота речной сети
— отношение суммарной протяженности всех
рек рассматриваемой речной сети к занимаемой ею площади. На
карте даже не крупномасштабной, видно, что густота речной сети
в различных природных условиях неодинакова. В горах густота
речной сети больше, чем на равнинах, например на северных
склонах Кавказского хребта она составляет 1,49 км/км
2
, а на рав
нинах Предкавказья 0,05 км/км
2
.
Поверхность, с которой вода стекает в одну и ту же реч
ную систему, называется
бассейном
этой речной системы или ее
водосбором.
Бассейн речной системы складывается из бассейнов
притоков первого порядка, которые в свою очередь состоят из бас
сейнов притоков второго порядка и т. д. Бассейны рек входят
в бассейны морей и океанов. Все воды суши делятся между
глав
ными
бассейнами: 1) Атлантического и Северного Ледовитого
1
Главный рекой речной системы исторически становилась та, которую
раньше и лучше других рек этой системы знали люди.
278
Л
Рис. 98. Извилистость рек
океанов (площадь 67 359 тыс. км
2
), 2) Тихого и Индийского
океанов (площадь 49419 тыс. км
2
), 3) областью внутреннего
стока (площадь 32 035 тыс. км
2
).
Бассейны разделены
водоразделами.
В горных странах они
могут представлять собой линии, в общем совпадающие с греб
нями хребтов. На равнинах, особенно плоских и заболоченных,
водоразделы четко не выражены. В некоторых местах провести
водоразделы вообще невозможно, так как масса воды одной реки
делится на 2 части, направляющиеся в разные системы. Такое
явление называется
бифуркацией
реки. Пример бифуркации—де
ление верхнего течения Ориноко на две реки. Одна из них, за ко
торой сохраняется название Ориноко, течет в Атлантический
океан, другая — Касикьяре (Кашишивари) впадает в приток
Амазонки Риу-Негру'.
Водоразделы разграничивают бассейны рек, морей, океанов.
Главные бассейны — Атлантического и Северного Ледовитого
океана (Атлантико-Арктический), с одной стороны, и Тихого и
Индийского — с другой, разграничены
главным
(Мировым)
водо
разделом
Земли.
Положение водоразделов не остается постоянным. Их переме
щения связаны с медленным врезанием верховий рек в резуль-
1
Хороший пример явления бифуркации — р. Большая Уса, часть вод
которой (75%) попадает в Обь, а часть (25%) — в Печору,
279
тате развития речных систем и с перестройкой речной сети, вы
зываемой, например, тектоническими движениями земной коры.
Понятие «река» включает и поток и русло. У большинства
рек русло врезано в поверхность. Но есть немало рек, русла ко
торых возвышаются над пересекаемой ими поверхностью. Эти
реки проложили свои русла в отложенных ими же наносах. При
мером могут быть реки Хуанхэ, Миссисипи и По (в нижнем
течении). Такие русла легко перемещаются, нередко происходят
прорывы их бокового вала, грозящие наводнениями.
Поперечное сечение русла, заполненного водой, называют
водным сечением
реки. Если водное сечение представляет собой
сечение движущегося потока, оно совпадает с так называемым
живым сечением.
Если же в водном сечении есть неподвижные
участки (со скоростью движения, не улавливаемой приборами),
их называют
мертвым пространством.
В этом случае живое сече
ние будет меньше водного на величину, равную площади мерт
вого пространства. Поперечное сечение русла характеризуется
площадью, гидравлическим радиусом, шириной, средней и макси
мальной глубинами.
Площадь поперечного сечения
(F)
определяется в результате
промеров глубины по всему поперечному сечению через опреде
ленные интервалы; принимаемые в зависимости от ширины реки.
По Б. А. Аполлову, площадь живого сечения связана с шириной
(В)
и наибольшей глубиной
(И)
и выражается уравнением:
Гидравлический радиус (R)
— отношение площади попереч
ного сечения к смоченному периметру (Р), т. е. к длине линии
соприкосновения потока с его ложем:
д
F
Гидравлический радиус характеризует форму русла в попе
речном разрезе, так как зависит от соотношения его ширины и
глубины. У мелких и широких рек смоченный периметр почти
равен ширине, в этом случае гидравлический радиус почти равен
средней глубине.
Средняя глубина
( Я
с р
) поперечного сечения реки определя
ется делением его площади на ширину
(Б):
Ширину и максимальную глубину получают путем непосредст
венных их измерений.
Все элементы поперечного сечения реки изменяются с изме
нением ее уровня, подверженного постоянным колебаниям в за
висимости от прихода и расхода воды.
280
м
80
«
7 0
а
0 60
50
1 40
со
§ , 3 0
20
4
? 10
О
и
Л
СО
€ > € > € > € > € > € > ©
700 600 600 400 3 00 2 00 100
О
К и л о м е т р ы от устья
Рис. 99. Продольный профиль реки
Продольный профиль речного русла
характеризуется падением и
уклоном. Падение (А/г) разность высот двух точек
{h\
—/гг).
Отношение падения к длине участка
(I)
называется
уклоном:
.
Mi
1==
т-
Падение выражается в метрах, уклон — величина безмерная, по
казывается десятичной дробью, или тысячными долями (в про
милле — %о).
Реки равнин имеют небольшие уклоны; уклоны горных рек
значительны. Чем больше уклон, тем быстрее течение реки.
Т а б л и ц а 27
Реки
Обь
Нева
Волга
Днепр
Уклон (в °/м)
0,04
. 0.06
0,07
0.09
Реки
Амур
Енисей
Кубань
Терек
Уклон (в °/
00
)
0.11
0.37
1,46
4,77
Продольный профиль дна русла и продольный профиль вод
ной поверхности отличаются: первый представляет собой всегда
волнистую линию, второй — плавную линию (рис. 99).
Скорость движения речного потока. Для водного потока харак
терно турбулентное движение. Скорость его в каждой точке не
прерывно изменяется и по величине и по направлению. Это обе
спечивает постоянное перемешивание воды и способствует
281