Download - glava 6 phg

ГЛАВА 6 ХИДРОГЕОЛОГИЈА НА СЛОБОДНИТЕ ПОДЗЕМНИ ВОДИ

6 ХИДРОГЕОЛОГИЈА НА СЛОБОДНИТЕПОДЗЕМНИ ВОДИ

Иако хидрогеологијата начелно ги проучува сите хидрогеолошки појави, сепак тежиштето се става на проучувањето на слободните подземни води и хидрогеолошките појави кои се во непосредна врска со нив. За натамошните ислагања како основа е земена сликата 3.3, но за да се добие увид во систематиката на подземните води кои најчесто се користат денес во светот, во кратки црти се даваат некои други постојни класификации.

6.1. КЛАСИФИКАЦИЈА НА ПОДЗЕМНИТЕ ВОДИ

Подземните води можеме да ги поделиме според многу различни критериуми и тоа:

начинот на нивниот постанок, температурата, општата минерализација, хемискиот состав, видот на појавувањето, и др.

Систематиката на подземните води би требало да биде заснована на такви критериуми, кои би ги опфатиле по можност сите, или пак најголем дел од својствата на подземните води. Проблемот околу ова прашање е доста сложен. Постои голем број фактори кои имаат влијание врз својствата на подземните води. Во овој контекст, како услов за класификација се зема го задоволува хидрогеолошкиот критериум под што ја подразбираме севкупната форма на геолошките услови во кои се јавуваат подземните води. Тука се земаат предвид:

условите на нивното залегање во земјината кора, длабината на појавувањето, односот со Земјината површина, односот со процесот на кружењето, местоположбата на водоносните и водонепропусните слоеви, карактер на порозноста во која се јавува водата, нејзината генеза, карактерот на нивното искористување и др.).

72

ПРИМЕНЕТА ХИДРОГЕОЛОГИЈА

Наведениот принцип на хидрогеолошката класификација на подземните води, денес е општо признат и прифатен. Меѓутоа, се уште не постои единствена класификација и терминологија, така што има случаи кога видовите на водите кои се опишани со истите хидрогеолошки услови, во разни земји и преку разни автори, различито се именуваат. Се разбира, сето ова предизвикува потешкотии при користењето на резултатите и воопшто на хидрогеолошката литература.За да се согледаат принципите на класификација, подолу се дадени неколку примери.

Табела 6.1.Класификација на подземните води во САД по C. Tolman (1937)

СФЕРАНАСПОЕНИПОРИ(ПОРНИАГРЕГАТИ)

СФЕРА НААЕРАЦИЈА

ЛЕБДЕЧЌА(ВИСЕЧКА)ВОДА

Мембранска водаИнфилтрациона водаТаложна водаКапиларна вода

СФЕРА НАСАТУРАЦИЈА

ПОЧВЕНА ВОДА(ФРЕАТСКА)*

Слободна вода (ограничена од горната страна со слободно ниво, од долната страна со водонепропусни наслаги)Затворена вода (меѓу двеводонепропусни средини)Сврзана вода (во субкапиларните води)Седиментациона вода

СФЕРА НАИЗОЛИРАНИПОРИ

Длабинска вода (јувенилна, магматска)

(*) фреатски води или бунарски (од грчкиот збор "тo' " - што означува бунар, водозават.

Табела 6.2 Поделба на подземните води во Франција по P. Fourmarier (1958), E. Imbeaux (1930)Сфера на аерација Мембранска вода

Капиларна водаИнфилтрациона (амбулантна вода)

Сфера на сатурација Слободна вода (фреатска)Затворена вода (артеска) Длабинска вода

Во германската хидрогеологија сета слободна вода која се наоѓа под површината на Земјата во порите на карпите и која подлеже на гравитацијата, се нарекува почвена вода (K. Keilhack 1917, R. Pfalz, 1931) таа се дели на:

- лебдечки (висечки) води - во сферата на аерација,- слоевити (пластови) води,- карстни води,

73


- пукнатински води,- длабински води.

Некои автори пак (P. Prinz, R. Kampe 1923 - 1924), во почвените води ги сврстуваат, само оние слободни води кои се наоѓаат во меѓузрнестата порозност.

ТАБЕЛА 6.3 ПОДЕЛБА НА ПОДЗЕМНИТЕ ВОДИ ВО ПОРАНЕШЕН СССР (СПОРЕД А.М.ОВЧИНИКОВ)

Osn-ovni

tipo-vi

VИДОВИ DETALNI VИДОВИводи во порозни карпи (порни води)

води во испукани карпи (пукнати- нски води)

води во области со вечен мраз

Води во области со млад вулканизам

Приповр-

шин-ски

води

- земјишни води- блатни води- лебдечки води- води во дините и барханите на пусти- нските области- води во надморс ките дини (возвишенија од песок)

-води во зоната на распаѓање-води во горниот кат (зона) на карстификацијата-води во лавите (вулкански сливо- ви) и вулканските бречи

води во активната сфера

Јувенилни води на врелите извориПериодични водиФумароли

Почвени

води

- алувијални води- делувијални и полувијални води-води на постарите алувиони-води на флувиогла- цијалните наслаги- води на предквар- тарни наслаги

- води на изливните карпи-води на седиментните карпи -карсни води

надсмрзнати

меѓусмрзнати

Топли води збогатени со гасови

Води на мали гејзери и фумарали

Артес-ки

води

- води на артеските басени-води на артесните моноклинали

- води на артеските басени-води на артеските моноклинали

подсмрзнати

Термоми-нерални водиАртески води на сложени структури со учество на ретки елементи

Очигледно е, да во сите наведени и други класификации значајно место завземаат слободните подземни води, кои од хидрогеолошка гледна точка всушност можат да се сврстат во два главни вида:

- инфилтрациони (скитачки-амбулатни) слободни подземни води,- акумулирани (издански) слободни подземни води

74


Амбулатните подземни води се појави на слободните подземни води во вид на поединечни покрупни капки, низови, водени млазеви и сл., кои се движат во суперкапиларните порни агрегати. Таквите појави на слободните подземни води немаат постојано место, постојана насока на брзина на движењето, ниту постојано количество на вода. Тие времено се формираат, непрекидно преместувајќи се надолу и странично. Можат да бидат "всмукани" од капиларните пори и трансформирани во појави на физички сврзани подземни води.

Добар дел може повторно на поволни места, да избие на земјината површина во вид на доста слаби извори кои се со повремен карактер. Најголем дел од нив при поволни геолошки услови достигнува до зоната на акумулирање (изданот).

Овие повремени и привремени појави на слободните подземни води, кои најчесто потекнуваат од инфилтрираните површински и атмосферски води, со право го носат името подвижни или амбулантни подземни води (од латинскиот збор ambulans = подвижен, скитачки).

Акумулираните маси на слободните подземни води, обично настануваат од амбулатните води, заземаат постојани места во карпестите маси кои се погодни за нивното формирање. Водите на ваквите подземни акумулации имаат постојана генерална насока на движењето и постојана просечна брзина. Тоа се главно трајни појави на поголеми количества на слободните подземни води, иако со тек на време некои карактеристики им се променливи.Формите и просторните положби на таквите акумулации на слободните подземни води, во различни конкретни случаеви се мошне различни, но секоја акумулација на слободните подземни води има една општа одлика. Имено, таа претставува една единствена маса на слободните подземни води, т.е. една целина како од хидролошка, така и од хидрогеолошка гледна точка.Таква хидрогеолошка појава вообичаено е кај нас да се нарекува со терминот издан, а акумулираните слободни подземни води се викаат издански води. Во англиската термонинологија се користи терминот aquifer или aquifer zone.

6.2.ИЗДАНИ

Како најголеми концентрации на слободните подземни води, изданите се најважни појави и имаат најголемо практично значење. Од нив се хранат постојаните извори, на нив се наидува при копањето на бунари, дупчењето, при подземните работи, од нив потекнуваат минералните води и др.По дефиниција под овој поим се подразбира "секоја геолошка значајна акумулација на слободните води, без оглед на нивното потекло и геолошките услови во кои тие се наоѓаат во конкретните случаеви".

75


За нивното формирање потребен е било каков геолошки услов кој го забавува движењето на амбулантните слободни подземни води во некои делови на карпестите маси, или пак го спречува нивното понатамошно гравитационо движење, што е предуслов за нивно акумулирање.Геолошките услови за забавување и акумулирање на подземните води во литосферата можат да бидат мошне разновидни, но нивните хидрогеолошки последици, т.е. акумулирањето на слободните подземни води, постанокот и одржувањето на изданите се манифестира воглавно на два начина:

- Како локално забавување на токот на слободните подземни води вдолж нивното латерално движење (во хидрологијата на површинските води, слична појава се нарекува ретенција - од латинскиот збор retentio - задржување).

- Како наполна невозможност за истечување на слободните подземни води од карпестите маси во кои некогаш пристигнале по пат на гравитација, а кои имаат таква форма или таква положба во рељефот на теренот, да нивните порни агрегати функционираат како наполно затворени хидрогеолошки резервоари.

Всушност ова се се двете главни причини за формирање на изданите, без оглед на сета возможна разновидност на геолошките услови во кои тие настануваат.

6.3. ХИДРОГЕОЛОШКА ФУНКЦИЈА НА КАРПЕСТИТЕ МАСИ ВО СКЛОПОТ НА ТЕРЕНОТ

Од хидрогеолошка гледна точка, најважни водно-физички својства на карпестите маси се нивната порозност и водопропусност. Од нив зависи нивната хидрогеолошка функција. По својата хидрогеолошка функција во склопот на теренот, сите видови на карпести маси можат да се поделат на:

хидрогеолошки колектори, хидрогеолошки изолатори, хидрогеолошки комплекси.

Хидрогеолошката функција зависи од структурата на порните агрегати на карпите. Една иста карпа во еден случај може да има функција на хидрогеолошки изолатор (кога е цврста и компактна, без порни агрегати), а во друг случај да биде хидрогеолошки, колектор (кога е испукана, здробена, со меѓусебно поврзани суперкапиларни пори). Покрај тоа за оформување на изданот имаат влијание формата на појавувањето, просторната положба и меѓусебните односи на карпестите маси со колекторски и хидроизолаторски својства.

76


Во склопот на теренот, хидрогеолошките колектори се нарекуваат било кои суперкапиларно порозни карпести маси кои овозможуваат да се, во агрегатите на нивните пори, акумулираат слободните подземни води. Исто така, таквите карпести маси даваат возмножност при исти хидраулички притисоци, изданските води значително полесно се движат низ нивните пори, одошто низ порите агрегати на околните карпести маси.Хидрогеолошки изолатори се било кои непорозни или финопорозни карпести маси во склопот на теренот, кои не ги пропуштаат или многу потешко ги пропуштаат слободните подземни води низ агрегатите на своите пори, одошто порите на околните карпести маси, при исти или слични хидраулички притисоци.Всушност, хидрогеолошките изолатори многу почесто се само релативни изолатори, пошто најголем дел карпестите маси поседува извесна порозност и може да пропушта помало или поголемо количество на слободни води.Хидрогеолошките комплекси се множество (пакет) на карпести маси со колекторски и изолаторски својства, кои често се сменуваат (наслаги на флишните седименти). Во хидрогеолошките комплекси не мораат сите членови со колекторски својства да бидат заситени со изданска вода, ниту пак секогаш наполно изолирани едни од другите.

Во зависност од просторната положба на хидрогеолошкиот колектор, како и од формата и положбата на хидрогеолошките изолатори кон хидрогеолошките колектори, колекторите по хидрогеолошката функција на карпестите маси, можат да се издвојат две зони (сл. 6.1) и тоа:

зона со својство на хидрогеолошки спроводник, зона со својство на хидрогеолошки резервоар.

Слика 6.1. Пресек на терен со различити хидрогеолошки функции на карпестите маси: 1-хидрогеолошки изо-латори; 2- хидрогео-лошки колектор (резервоарска зона);

3 - хидрогеолошки колектор - спроводничка зона; 4 - преливен извор НИ. - ниво на изданот

Спроводничката зона е првата, хипсометриски повисоката зона на хидрогеолошкиот колектор низ која амбулантните и изданските води само протечуваат или од неа можат наполно да се отцедат (истечат) по

77


природен пат (ако во тој дел од колекторот би се прекинал додатокот на нови количества на води).Резервоарската зона е подлабокиот дел од хидрогеолошкиот колектор, кој во себе содржи акумулирани издански води и кои не можат по природен пат и гравитациски да се оцедат (истечат) од него, туку остануваат овде и после престанокот на доток на вода.Според просторната положба и другите услови во склопот на теренот, некои колектори во целост можат да имаат функција на спроводник (слика 6.2)

Слика 6.2 Хидрогеолошки колектор (спроводник): 1-хидрогеолошки изолатор; 2- хидрогеолошки колектор - спроводник; 3 - оцеден извор; Н.И. ниво на изданот.

Со изградба на подземни брани, инекциони завеси или други бариери спротив течењето на слободните подземни води, спроводничките зони на хидрогеолошките колектори можат да се претварат во резервоарски зони на хидрогеолошките колектори. Исто така, со изработка на дренажни објекти, резервоарските зони можат да се претвараат во спроводнички зони на хидрогеолошките колектори.

Слика 6.3. Хидрогеолошки колектор - спроводник претворен во резервоар со изградба на подземна брана. 1 - подземна брана во колекторот; 2 - колектор, х.г.и.хидрогеолошки изолатор

Во зависност од тоа каде се наоѓаат во однос на мезорељефните и микрорељефните форми на теренот, хидрогеолошките колектори можат да бидат:

78


- Високи хидрогеолошки колектори (кога колекторите се наоѓаат над дното на депресиите кон кои гравитираат нивните лутајуќи или издански води),- Ниски хидрогеолошки колектори (кога колекторите се наоѓаат под дното на околните депресии, па се во нив инфилтрираат површинските води (сл. 6.4)

Слика 6.4 Висок (десно) и низок (лево) хидрогеолошки колектор, со висока и ниска издан во нив

Според положбата пак на хидрогеолошките изолатори во однос на хидрогеолошките колектори и водата во нив хидрогеолошките изолатори се делат на:

- Подински хидрогеолошки изолатори, под што се подразбираат водонепропусни или слабо водопропусни карпести маси со колекторски својства. Во случај на оформена издан подинските изолатори чинат не само геолошки, туку и хидрогеолошка подина на хидрогеолошките колектори.- Повлатни хидрогеолошки изолатори - кои се наоѓаат над карпестите маси со колекторски својства, со што им ја сочинуваат геолошката повлата. Ако во нив се наоѓаат и издани, овие изолатори ја сочинуваат и хидрогеолошката повлата.- Хидрогеолошки бариери - се карпести маси со изолаторски својства кои се наоѓаат во насоката на гравитационото движење на изданските води, така да чинат препрека на ова движење. Ваквата пречка изданските води ја совладуваат било со преливање преку бариерата (подинска хидрогеолошка бариера), било со бочно заобиколување на истата, или пак, со течење под нејзе - ако е тоа можно ("висечки бариери).

79


Слика 6.5 Подински хидрогеолошки изолатори (темна боја), над кој се наоѓа релативен колектор (ситнозрни песоци)

Слика 6.6. Повлатен (кровински) хидрогеолошки изолатор

а бСлика 6.7. Подински хидрогеолошки бариери: а - палеорељеф на подинскиот изолатор б - расед во подинскиот изолатор

а бСлика 6.8. Повлатен (кровински) или "висечки" хидрогеолошки бариери: а - со нееднаква седиментација, б - формирана со тектоника

80


6.4 ИЗДАНСКА И НАДИЗДАНСКА ЗОНА

При истражното копање или дупчење, обично на некоја длабина од површината на теренот, се наидува на слободна подземна вода, односно изидан, која низ порите на карпестите маси навлегува во истражните работи.Ова јасно укажува, дека во рамките на хидрогеолошките колектори, во кои има оформено издан, скоро по правило можат да се издвојат две зони (сл. 18).

- изданска зона (сфера на сатурација),- надизданска зона (сфера на аерација).

Изданската зона се наоѓа непосредно над подинскиот хидрогеолошки изолатор. Сите суперкапиларни меѓусебно поврзани пори во оваа зона се наполно заполнети со вода, без оглед на тоа од каков структурен тип е изданот (збиен или разбиен).Дебелината на изданската зона може да биде многу различна, од неколку десетина сантиметри па до неколку стотини метри, и истата обично варира во текот на времето.Слободната површина на изданот, која на хидрогеолошките профили се прикажува како граница помеѓу изданската и надизданската зона, јасно се издвојува само во хидрогеолошките колектори со груба порозност, во кои нема позначителна хигроскопност. Во останатите колектори со мешовити порни агрегати (со груба и фина порозност), границата на изданската и надизданската зона е нерамна и неправилна.Границата на изданската и надизданската зона (нивото на изданот или како често се нарекува нивото на подземната вода) не е постојана, туку постојано се менува во зависност од количеството на изданските води во колекторите, промената на барометарскиот притисок и др. Овие осцилации можат да бидат дневни годишни и вековни. Во најголем дел на нашите терени изданите имаат два изразита годишна минимума: летен и зимски, и два максимума: пролетен и есенски. Најнизок ниво на изданот обично се јавува под крај на летото и почетокот на есента, а највисок во текот на пролетта - после топењето на снеговите.

81


Слика 6.9 Шематски хидрогеолошки пресек на теренот: 1 - надизданска зона: 1 - рудински појас, б - преоден појас со "лебдечка или висечка" издан (н.и.) , с - капиларни појас, 2 - изданска зона и издан во нејзе (по Б. Степанови}).

Промената на нивото на изданот најповеќе зависи од количеството и брзината на прихранувањето и празнењето на изданот. Самата зона на осцилациите на нивото на изданот може да варира од неколку "mm" па до неколку десетина "m" (во карсни терени).Надизданската зона го опфаќа делот помеѓу изданската зона и површината на теренот. Во порните агрегати на оваа зона се наоѓа претежно или само воздух, а повремено се јавуваат лутајуќи води, додека како стална појава се: капиларните, опнените и хигроскопните води. Во надизданската зона, често пати можат да се издвојат два до три појаса: капиларни, преоден и рудински појас (слика 6.9).

- Капиларниот појас се оформува непосредно над изданската зона во капиларните порни агрегатри, со невоедначена висина, а под дејство на капиларните сили (атхезијата и површинскиот

82


напон). Дебелината на капиларниот појас зависи од големината на порите и нивната меѓусебна поврзаност (се јавува поголем појас при помали пори). Најчесто дебелината на капиларниот појас изнесува неколку "cm" до неколку "dm" па и неколку "m". Со издигањето на нивото на изданот, обавезно се издига и капиларниот појас, и обратно, со снижувањето на нивото на изданот, се снижува и висината на капиларниот појас но значително побавно.- Преодниот појас по правило е и со најголема дебелина во надизданската зона. Се наоѓа помеѓу капиларниот и рудинскиот појас. Порните агрегати во преодниот појас главно се заполнети со воздух, дел со хигроскопна, мембранска и капиларна вода, кои не се во врска со водите од капиларниот и рудинскиот појас. Низ преодниот појас повремено циркулираат и амбулантни води од рудинскиот појас кон изданот. Дебелината на преодниот појас понекогаш може да изнесува и повеќе десетина метри. Во него местимично се наоѓаат и помали леќасти маси (или некоја слична форма) кои имаат функција на хидрогеолошки изолатор (глини најчесто). При поволна форма и положба на таквите маси, над нив можат да се формираат помали привремени или пак стални акумулации на слободните подземни води, кои се нарекуваат лебдечки издани ("лажни или висечки издани"). Таквите издани воглавно се со мало количество на вода, брзо и лесно се црпаат, поради што немаат некој поголем практичен значај за водоснабдување.- Рудинскиот појас се наоѓа непосредно под површината на теренот - во површинскиот дел на хидрогеолошките колектори. Најголемото количество на вода во рудинскиот појас (хумузирано земјаста маса под површината на теренот), се капиларните води, потоа водите во вид на водени капни, водени опни и хигроскопните води.

Водите на рудинскиот појас потекнуваат од инфилтрираните води, или од кондензацијата на водената пареа. Дебелината на овој појас изнесува од неколку "dm" до неколку метри. Водите од овој појас имаат голем значај во земјоделието, со оглед дека се главни снабдувачи со вода на растителниот свет.Во терени со многу плитка издан (обично поплитко од 1 м), во кои случај капиларниот и рудинскиот појас се споени, преодниот појас изостанува. Поради наполната заситеност на порните агрегати со вода, може да дојде до оформување на мочуришта на вакви терени.

6.5.ФОРМИ, СТРУКТУРИ И ГРАНИЦИ НА ИЗДАНИТЕ

83


Формите на водените маси кои ги сочинуваат изданите можат да бидат многу разновидни, со оглед дека тие целосно зависат од формата на порните агрегати во кои се акумулирани изданските води.Формите на изданите значително се посложени од формите на водените маси на површинските акумулации. Покрај тоа, водената маса која ја сочинува изданот ретко кога е така компактна како водената маса на површинските акумулации.Со оглед дека во карпестите маси преовладуваат меѓузрнестата и пукнатинската порозност и најголем број на издани ги имаат структурите на овие типови на порозноста.Ако изданот се сфати како геолошко тело тогаш лесно може да се заклучи дека и структурата на нејзината водена маса може да биде разноврсна. Според структурата, изданите најчесто се класифицираат на:

збиени, разбиени сложени издани.

Збиените издани најчесто се формираат во колектори со суперкапиларни меѓузрнести пори (сл. 6.10) потоа во сунгерасто порозни колектори и многу густи- мрежасто споени пукнатини.

Слика 6.10.Збиена издан во хидрогеолошки колектор со меѓузрнеста порозност (1 -хидрогеолошки изолатор)

Кај збиените издани, сите отворени и меѓусебно споени пори на колекторот се заполнети со вода, почнувајќи од подинскиот изолатор па се до нивото на изданот.Границите на збиените издани се главно доста јасни, а доволно компактните водени маси даваат возможност да со копање на бунари, дупчење на дупнатини или други водозахватни објекти. Затоа микро локацијата на водозафатните објекти во терени со збиени издани нема поголем значај.

84


Разбиените издани се формираат во карпестите маси со меѓусебно поврзани поретки пукнатински пори, како и во кавернозните колектори. Разбиените издани, и ако имаат единствена водена маса, тие се разгранети на многу делови. Водената маса на разбиените издани ја соичнуваат сплетови на водени "жили", "жици", леќи, пластови, водени "слоеви" и др. кои се соединети само вдолж взаемните пресеци или состави, додека помеѓу нив се наоѓаат монолитни непорозни или слабо порозни делови на карпестите маси, во кои и нема физички слободни води.Слично на збиените издани, и разбиените издани се заполнети со вода почнувајќи од подинскиот изолатор до извесно, во најголем дел на случаеви, заедничко ниво (сл. 6.11).Геолошките граници на разбиените издани често пати се нејасни, пошто нив ги сочинува мрежа на воглавно неправилни пукнатини, карсни канали, каверни и др. Затоа овие издани на хидрогеолошките карпи се исцрпуваат со прогнозни и доста воопштени контури.

Слика 6.11. Разбиена издан во хидрогеолошки колектор со пукнатинска порозност. 1 - изданска зона, 2 - надизданска зона, х.г.и. - хидрогеолошки изолатор, н.п.в ниво на разбиената издан.

Поради големата изделеност на водената маса и неправилното распростирање на "водените жили, жици и другите огранци, со изведувањето на истражни и каптажни обекти на било кое место во зоната на распростирањето на разбиената издан, не мора секогаш и да се наиде на изданска вода, без оглед на тоа што овие обекти навлегле во карпестата маса подлабоко од нивото на изданот, и што во нивната близина се наоѓаат дупнатини и бунари со вода. Услов да се наиде на вода е да се пресече некој од водените огранци во изданската зона.

85


Сложените издани се главно издани кои ги заполнуваат наполно или делумно агрегатите на суперкапиларните пори на два или повеќе хидрогеолошки колектори со разни видови на пори (меѓузрнски, пукнатински и др.).

Слика 6.12 Сложена издан: 1- хидрогеолошки колектор во надизданска зона со меѓузрнска порозност; 2 и 3- структурно сложена издан (збиена и разбиена); НПВ. ниво на сложената издан.

Сложените издани исто така претставуваат единствена водена маса, без граница помеѓу нивните делови кои се акумулирани во меѓузрнестите порни агрегати (збиен тип на издан), и останатите делови кои ги заполнуваат пукнатинските пори, каверни, карсни канали и други слични пори (разбиен тип на издан).Геолошките граници на сложените издани се главно јасни во оние делови кои имаат одлики на збиени издани, додека во останатите делови кои имаат ослики на разбиени издани, воглавно се нејасни.

Границите на изданите можат да бидат геолошки и хидролошки. Геолошките граници ги сочинуваат хидрогеолошките изолатори, и тие се практично непроменливи.Хидролошките граници на изданите се нивните слободни површини (или нивото). Тие можат да бидат многу променливи поради нееднаквото прихранување и празнење на изданот, а многу почесто нејасни и постапни, нарочно на делови каде изданските води преоѓаат во капиларни.Хидролошката граница (или слободната површина на изданот), на хидрогеолошките карпи се прикажува воглавно со криви линии наречени хидроизохипси, кои ги поврзуваат точките со исти апсолутни висини по слободната површина на изданот (слика 6.13).

86


Слика 6.13 Приказ на хидроизохипси (испрекинати линии) со насока на движење на подземната вода кон бунар

Формата на површината на изданот и нејзината длабина под површината на теренот, се прикажуваат исто така со криви линии, кои ги поврзуваат точките со иста длабина од површината на теренот, и се наоѓаат на слободната површина на изданот. Таквите линии се нарекуваат хидроизобати.Слободната површина или нивото на изданот (н.и.) е хоризонтална само кај изданите кои мируваат, односно чија вода не се движи. Кај останатите издани, чии води се двожат, слободната површина секогаш е со извесен нагиб во смерот на токот на изданските води. Ако се разгледува пошироко, слободната површина како по правило приближно го прати рељефот на теренот. Нагибот на слободната површина на изданот (наречен често пати хидрауличен градиент) многу зависи од водопропусните одлики на карпестите маси, односно од брзината на движењето на изданските води низ нивните порни агрегати. Во карпести маси со поголема водопропусност, движењето на изданските води е побрзо, поради што, хидрауличниот градиент во многу водопорпусните карпести маси е помал. Во послабо водопропусните карпести маси, обично дебелината на изданот и хидрауличкиот градиент е поголем, додека водопропусноста на карпестите маси е помала.

ХИДРАУЛИЧЕН МЕХАНИЗАМ НА ИЗДАНИТЕ

Движењето, рамнотежата и другите хидраулички појави на изданските води во хидрогеолошките колектори осетно се разликуваат од сличните појави кај површинските води (реки, езера и др.) како и од појавите сврзани за движењето на водата во цевките и другите садови.Сложениот механизам, кои согласно на општите закони на хидрауликата, ги регулира рамнотежата и движењето на сета водаена маса на изданот во природните услови се нарекува хидраулички механизам на изданот.

87


Основните фактори на хидрауличкиот механизам на изданот се: непроменливи - предодредени со геолошката градба на теренот, или променливи кои се условени со взаемните влијанија на различните фактори.

Во основни - непроменливи фактори спаѓаат:

геолошка форма на хидрогеолошкиот колектор, вид и степен на порозноста, меѓусебната положба на карпестите маси со функција на хидрогеолошките колектори и хидрогеолошките изолатори нивната положба во рељефот и склопот на теренот.

Во основни - променливи фактори на хидрауличкиот механизам на изданот ги сметаме хидролошките и атмосферските фактори. Како побитни хидролошки фактори се:

променливоста на количеството на изданските води према вкупниот волумен на порните агрегати, потекло на изданските води и нивната поврзаност со општиот хидролошки циклус.

Од атмосферските фактори најважна е променливоста на барометарскиот притисок.Покрај наведените фактори, функционирањето на хидрауличкиот механизам на изданите зависи уште и од: вискозноста (течливоста) и нестисливоста на водените маси на изданот и др.Хидрауличкиот механизам на изданите е основен критериум за подетално разликување и издвојување на изданите (покрај структурните видови). По овој критериум изданите е делат на:

- затворени и- отворени издани.

Затворените издани имаат константен хидраулички механизам, пошто нивните водени маси се непокретни и непроменливи. Тие од сите страни се опколени со хидрогеолошки изолатори, по подолго време се исклучени од општиот хидролошки циклус. Во споредба со отворените издани, затворените издани се значитeлно помалку застапени во Земјината кора, па од тука и произлегува нивното споредно практично значење. До нив може да се дојде со техничка интервенција, ерозија, или со некој друг природен процес.

88


Слика 6.14 Затворена издани

Отворените издани се наоѓаат во порните агрегати на хидрогеолошките колектори кои се протегаат до самата површина на теренот, па нивните води стално и времено учествуваат во општиот хидролошки циклус со својата целокупна водена маса или само со поедини нејзини делови (сл. 6.15).

Слика 6.15. Отворена издан

Отворените издани се одликуваат со променлив хидраулички механизам, со оглед дека нивната горна површина е секогаш цеслосно или делумно слободна, па тие имаат возможност значително да осцилираат.Од практична гледна точка, отворените издани имаат далеку поголем значење од затворените издани, без оглед на тоа дали се тие збиени или разбиени. Поради тоа, во динамиката на изданските води само тие и се изучуваат. Во овој случај разликуваме т.е. хидростатичка рамнотежа на водените маси - кога водените маси се во состојба на мирување и со хоризонтална слободна површина на изданот, и хидродинамичка рамнотежа - кога од изданот водите се движат кон изворот или бунарот од кои рамномерно се црпи водата, и за која е карактеристична нерамна, наклонета површина на изданот, секогаш во насока на движењето на водите.СЛОБОДНИ И АРТЕСКИ ИЗДАНИ

Според хидрауличките одлики и просторната положба отворените издани понатаму се делат на:

89


- слободни издани- артески издан

Слободните издани се издани на кои геолошката граница им ја сочинуваат само подинските хидрогеолошки изолатори, па нивото може да им се подига се до површината на теренот, односно до преливот на нивните води. Во такви геолошки средини нема повлатни хидрогеолошки изолатори кои би го спречувало слободното издигање на нивото на изданот (слика 6.15). Поради тоа, таквите издани се нарекуваат издани со слободна површина, или пократко слободни издани.Секоја состојба на водените маси на слободните издани има соодветна хидрауличка (хидростатична и хидродинамична) рамнотежа.

Ваквите издани можат да се формираат на многу различни длабини во Земјината кора, со исти хидраулички својства - почнувајќи под самата површина на теренот, па до длабина од неколку стотина метри. Познати се случаеви со дебелина на надизданската зона до 300 и повеќе метри.Меѓу слободните издани најповеќе меѓусебни сличности имаат оние кои се наоѓаат плитко под површината на теренот. Тие се наречени фреатски издани, од кои и најчесто се користи водата за водоснабдување преку различни водозафатни уреди.Во некој геолошки услови, во ист терен, можат да се формираат две или повеќе слободни издани една под другата (суперпонирани издани), што е случај за терени во кои се сменуваат наслаги на карпести маси со колекторски и хидроизолаторски својства.Суперпонираните издани се јавуваат во случај кога колекторите избиваат на површината на теренот, со што секоја издан има своја собирна површина. При ова, првата издан под површината на теренот има обично по поголемо количество на вода од изданите под нејзе, во најголем дел поради тоа што таа има поголема собирна површина.Наслагите во кои се формираат суперпонираните ("етажни") издани, можат да бидат хоризонтални или под нагиб (во кои случај често пати се формираат издани со артески појави - кога нивото на изданот го досега, или го притиска повлатниот хидроизолатор).

Артески издани се оние отворени издани кои на поголемиот дел на своето протегање се ограничени со подински и повлатен изолатор. Во таквите делови тие немаат слободна површина (слободен ниво), односно нивото на изданот е сопрено или "сопнато" (слика 6.16).

90


Слика 6.16 Пресек на терен со артеска издан: ppn- статичко (пиезометарско) ниво на изданот; p.d - динамичко ниво; iz - извор; ХГИ-хидрогеолошки изолатор; ХГК-хидрогеолошки колектор

За формирање на артеска издан потребни е постоење на хидрогеолошкиот колектор кој е сместен помеѓу подински и повлатен хидроизолатор. Ваквата серија во целост или делумно да е под наклон, хидрогеолошкиот колектор, со својот повисок дел да избива на површината на теренот, од каде и се врши прихранувањето на артеската издан со вода. За формирање пак на артески извор или бунар потребно е на теренот да постои и некоја депресија која е пониска од слободното ниво на изданот, односно пониска од слободната површина на изданот (слика 6.16).Во артеските издани водените маси се под помали или поголеми хидраулични притисоци, кои делуваат и на површината на повлатниот изолатор. Големината на тие притисоци е еднаква на тежината на водениот столб од слободната површина до соодветното ниво на артескиот дел од изданот. Вертикалната компонента на хидрауличкиот притисок во артеските делови на изданот која е усмерено вертикално нагоре кон површината на теренот, го нарекуваме артески притисок, додека замислената површина, т.е. границата до каде се чувстува влијанието на артескиот притисок ја нарекуваме пиезометриско ниво (слика 6.16).Во склопот на теренот, артеските издани можат да имаат синклинален, моноклинален или само кос изглед (под нагиб). Во сите овие случаеви можат да се разликуваат три делови на изданот: дел со артески појави, дел со субартески појави, и дел без артески појави (слободен ниво - површина на изданот).Кај артеските делови од изданот, во кои водата не се движи, пиезометарското ниво е хоризонтално и хипосометриски е еднакво со слободниот дел на таа издан (статички ниво). Кај издан со ток (при постоење на истечување преку артески извор или бунар), пиезометарското ниво е под нагиб од слободната површина на изданот кон истекнувањето на изданските води, во кои случај, таквото ниво го нарекуваме динамичко пиезометарско ниво.Горната граница на артескиот притисок ќе ја достигне површината на теренот (водата од изданот спонтано - сама ќе истечува од бунарот или дупнатината на

91


површината на теренот) само тогаш кога рељефот на теренот е понизок од слободната површина на артеската издан (слика 6.17 ).

Слика 6.17, Избивање на артеска вода во фаза на дупчење на истражна дупнатина во П.К. Суводол-Битола

Слика 6.18 Избивање на артеска вода од бунар за водоснабдување

на село Егри-Битолоско (фото В.Ангелов)

92


Ако пак површината на теренот на местото на бунарот или дупнатината е повисока од слободната површина на изданот, тогаш горната граница на артескиот притисок не ја достига површината на теренот. Во тој случај не доаѓа до излевање на водата на површината на теренот, а таквите делови на изданот ги нарекуваме субартески делови на изданот. Во водособирните објекти кога имаме вакво ниво се нарекуваат субартески бунари или дупнатини, каде водата се качува до извесна висина еднаква на статичката, односно динамичкото ниво.За формирање на артески или субартески делови на изданот, геолошки се најповолни синклинално набрани комплекси на карпести маси со хидроколекторски и хидроизолаторски својства, потоа поволни тектонски басени, леќасто нурнати хидроколектори во водонепропусни карпести маси, флексурно повиткани наслаги на хидрогеолошки колектори и сл. Покрај тоа, артески и субартески делови на изданот можат да се формираат и во пукнатините на цврсто сврзаните карпи од било кој петрографски вид, ако тие барем на еден дел се препокриени со хидрогеолошки изолатори.Честа е појава во теренот на повеќе суперпонирани артески издани, кои можат да бидат меѓусебно изолирани или поврзани. Во подлабоките дупнатини на вакви терени обично се наидува на повеќе артески "хоризонти".Најчесто длабина до артеските издани е од 50-300 м', но познати се и појави на само неколку метри, па се до преку 2 км.Во нашата земја појавите на артеските и субартеските води се доста чести. Најповеќе ги има во терциерните и квартарните наслаги скоро сите котлини во Македонија - Скопска, Полошка, Струмичка. Т. Велешка, Битолска, Кочанска и др).

ИЗДАНИ ВО КАРСТНИ ТЕРЕНИ

Според својата форма, хидрауличките и другите својства, најразновидни се слободните издани кои се формираат во карстните терени, како и во крајбрежните зони и островите.Во карстифицираните карпести маси се формираат доста специфични разбиени издани. Нивните водени маси хидраулички се поврзани, но горната граница им е неправилна, дисконтинуална (со прекиди) и со благ нагиб према местото или зоната на истечување на изданските води.Треба да се напомене, дека за самите издани и циркулацијата на подземните води во карстните терени постојат неколку различни, па и меѓусебно контрадикторни хипотези (од сфаќања за единствено разбиена издан - A. Grund до хипотеза за постоење само на одвоени разбиени издани во карстните терени - F. Katzer).Меѓутоа, денес има се помалку застапници на ваквите екстремни хипотези, со оглед дека во карстните терени постојат како карстни водотоци, така и специфични карстни издани, кои се меѓусебно на најразличит начин поврзани, или се наполно изолирани. Во светски рамки се ценат анализите на српскиот

93


геоморфолог Ј. Цвијиќ како општо прифатени во светот. Тој во карстните терени издвоил три "хидрографски зони" (слика. 6.19)

Слика 6.19 Три карстни хидролошки зони (по Ј. Цвијиќ): I - сува зона; II - преодна зона; III - стално влажна зона

Првата зона - непосредно под површината на теренот, е сува зона, низ чии пукнатини, канали каверни, пештери тече вода само за време на врнежи и тоа воглавно вертикално надолу во вид на амбулантни слободни подземни води), до втората подлабока зона која е наречена преодна зона. Во преодната зона се формираат подземни токови главно со хоризонтално движење на водите и повремени издани, кои се празнат во подлабоките ерозиони засеци и морфолошките депресии. На тој начин се формираат карстни извори со многу променлива издашност.Третата, најдлабоката зона во карстните терени е стално влажната зона. Таа ги зафаќа најдлабоките делови на карстифицираните маси под карстните депресии. Пукнатините и каналите во оваа зона се поретки и стиснати, така да движењето на водите е бавно, често пати и сифонски. Водите од оваа зона, по правило избиваат само под површината на езерата и морињата.Границите на наведените зони се доста правилни, и тие во тек на време се продлабочуваат согласно на еволуцијата на карстниот процес.

ИЗДАНИ ВО ОСТРОВИТЕ И КРАЈБРЕЖНИТЕ ЗОНИ

Во помалите острови и приобалните зони се формираат слободни издани со доста специфични одлики. Во островите кои се изградени од карпести маси со меѓузрнска порозност или пукнатинска порозност се оформуваат леќасти слатководни издани, кои "лебдат" (пливаат) на солената морска вода, односно во зоната на т.н. бочатна или полусолена вода (слика 6.20).Благодарение на разликата во специфичните тежини на слатката и солената вода, количествата на морската вода и слатководната слободна издан над и под нивото на морето се во меѓусебна рамнотежа. Оваа закономерност со доста

94


променлива хидраулична рамнотежа, ја формулира A. Herzberg на следен начин:

каде: h - дебелина на слатководната издан под морското ниво, t - дебелина на надморскиот дел од слатководната издан; - специфична тежина на морската, односно на

слатката вода.

Слика 6.20. Слатководна слободна издан во меѓузрнестите пори на чакалесто- песокливи наслаги на островот (збиена издан), а - зона со слатка вода; b - зона со полусолена (бочатна) вода; c- зона со солена вода.

Својствата на разбиените издани воопшто условуваат извонредно сложено мешање на слатките и солените води, поради што границите на слатководните издани скоро ни грубо не можат да се одредат со горниот израз.Во островите и приморските области изданите, во вертикален пресек, содржат три хидролошки зони: слатководна, полусолена (бочатна) и солена (демаринска) зона. Кога притисокот на слатката подземна вода е значителен, во овие приморски издани можат да се најдат и знатни количества на слатки води кои длабоко и далеко ги потиснуваат солените морски води. Ако пак врнежите се незначителни и дотокот на слатките води е мал, солената вода продира и повеќе "km" во копното (случај со обалните делови на Либија, Арабискиот полуостров, кај нас на Брач и други места).Црпењето на вода од слатководните делови на изданите во островите и приобалните морски области треба да е многу внимателно, пошто со прекорачувањето на оптималното количество, лесно можат да се повлечат бочатните и солените води. Ова дотолку повеќе, што еднаш пореметената рамнотежа на односите помеѓу солената и слатката вода, бара значитлено

95


подолг временски период (дури и повеќегодишен) за повторно воспоставување на состојбата која е била пред прекорачувањето со црпењето.

ПРИХРАНУВАЊЕ И ПРАЗНЕЊЕ НА ИЗДАНИТЕ

Слободните и артеските издани се динамички хидрогеолошки појави. Тие непрекидно се менуваат, односно еден дел од нивните води стално или времено се празни, а друг дел дотечува.Овие промени на количеството на водата понекогаш можат да бидат толку големи, што наполно го менуваат хидрауличкиот тип на изданот. Така, при значителните осцилации или примањата на нови количества на вода, нивните делови или пак целокупните издани се трансформираат од слободни во артески и обратно, за што како предуслов е потребно на теренот да постои повлатен хидрогеолошки изолатор и поволни морфолошки одлики на теренот (слика ).

Сл. 6.21. Трансформација на хидрауличкиот тип на издан (при ниско ниво - слободна издан; при високо ниво таа се преобразува во артеска издан) што се манифестира и во бунарот кој од бунар со плитка (фреатско) слободно издан преминува кон субартески бунар и артески бунар при максимално ниво.

Прихранувањето на изданите со вода е по правило природен процес, но може да биде и вештачко - антропогено.Обновувањето на изданските води воглавно се врши со води чие е потекло од површината на теренот: површинските водени токови, водени акумулации, како и атмосферските падавини.

Површината на теренот од која се врши прихранување на изданите со вода се нарекува собирна површина на изданите. По своето распростирање таа може да биде различита, и битно зависи од просторната положба на карпестите маси со различни хидрогеолошки функции, како и од морфологијата на теренот. Понекаде од една т.е. иста собирна површина се прихрануваат по две и повеќе издани и обратно, една издан може да добива вода од повеќе собирни површини (сл. 21,22 и 23).

96


Сл. 6.22. Разни одвоени издани во ист колектор примаат вода од иста собирна површина. При значително прихранување (високо ниво на изданот) се формира единствена издан. Собирната површина значително е поголема од простирањето на слободните издани.

Сл. 6.23 Собирната површина на изданот (с.п.к.) значително помала од нивото на изданот и самата издан во колекторот.

Сл. 6.24 Една единствена издан со две собирни површини

Разделниците кои ги издвојуваат сливните подрачја на две издани се нарекуваат подземни или хидрогеолошки вододелници. Тие по својата форма, и распростирањето и просторната положба можат да бидат многу различни, пошто и тие битно зависат од формата и положбата на хидрогеолошките колектори и хидрогеолошките изолатори, а не само од

97


рељефот - како што е тоа случај со површинските (всушност топографските) вододелници. Поради тоа, подземните хидрогеолошки вододелници можат да имаат и сосема различна положба и површинските вододелници на еден ист терен. Чест е случај на терени со спротивни смерови на движењето на површинските и подземните води (сл.6. 25).

Сл. 6.25 Површинска (P) и хидрогеолошка (h) вододелница за збиена издан, со различни насоки на движењето на водите на површината и во подземјето.

Најчесто отстапувањата помеѓу топографските и хидрогеолошките вододелници се во карстните терени, каде поедините подземни токови поминуваат долги патишта и од десетина "km", проаѓајќи при тоа под брда, планини, па и времени површински токови, од едно сливно подрачие во друго, без оглед на топографијата и површинските водотеци. Со боење на водите на поголем број на понорници, определени се многубројни хидрогеолошки разделници кои не се во согласност со топографските вододелници како и многу сложените патишта на нивното движење.

Природното прихранување на изданите е воглавно дифузно со понирање на амбулантите води подземни води, водните капки, а во карстните и многу испуканите терени со концентрисано понирање на поголеми количества на водени маси (понорници и сл.).

Покрај природното прихранување на изданите со вода, денес се врши и вештачко прихранување, со доведување на површинските води во подземјето било преку копање на канали, бунари, дупчење на дупнатини, изработка на галерии и сл. во карпести маси со хидроколекторски својства (сл. 6.26).

98


Сл. 6.26 Локално зголемување - подигање на слободната површина на изданот под различни вливни објекти (под канал и бунар).

Од вакви вливни објекти водата продира концентрирано до слободната површина на изданот, па на овие места доаѓа до издигање на нивото на изданот.

Празнењето на изданите исто така може да биде по природен и вештачки пат. Природното празнење се врши со избивање на изданските води на површината на теренот преку извори, пиштевини и издански ока, или пак со отечување т.е. преливање во други - пониски издани. Ваквото избивање најчесто се врши под влијание на гравитацијата.Гравитационото празнење на изданот може да биде оцедно (кога при престанок на доток на вода во изданот сета изданска вода би се исцедила), и преливно (сврзано за хидроколектори - резервоари, во кои при престанок на доток на вода во изданот, истиот не може во целост да се испразни).Вештачкото празнење на изданот се врши преку бунари, дренажни ровови, водозахватни дупнатини, артески бунари и други водозафатни уреди.При вештачкото празнење на изданот доаѓа редовно до пореметување на слободната површина на изданот. Околу објектите преку кои водата се црпи и одводи, се ствараат депресии кои се воглавно со правилна форма. Кај збиените издани со слободна површина и хоризонтално ниво, се оформува симетрична депресиона инка, а кај збиени издани со ток, чија слободна површина е под нагиб ќе се формира несиметрична депресиона инка. Најнеправилна форма ќе има депресијата во разбиените издани со стрм хидраулички градиент (сл. 6.27).

99


Сл. 6.27 Пресек на терени со слободни издани во кои со црпењето - празнењето се оформени депресии

Дијаметарот на депресионата инка, која е свртена кон површината на теренот, може да биде многу различна во зависност од типот на материјалите. Празнењето на артеските издани се одразува на промената на пиезометарската површина (сл.6.16). Околу артескиот бунар наместо хидролошка депресија (депресија во водената маса) ќе се формира пиезометриска депресија (депресија во нивото на притисокот). Црпењето на водата од артескиот бунар редовно ја зголемува пиезометриската депресија во однос на она која се формира при спонтаното (самоиницијативното) избивање на артеската вода на површината на теренот. При зголеменото црпење на водата од артеските делови на изданот, кое го надминува прихранувањето на ваквите издани, во тек на време ќе дојде до трансформација на артескиот дел на изданот во слободна издан.Кај островските зони, прекумерното црпење може да доведе до нарушување на режимот на слатките води и нивно пореметување (продор) со солени води

Сл. 6.28 Продор на солени води кон слатки води при црпење од зоната на слатка вода

РЕЖИМ НА ПОДЗЕМНИТЕ ВОДИ

Како што е напред изнесено, на формирањето и состојбата на подземните води во општо, а засебно на слободните подземни води во тек на време имаат влијание многубројни фактори. Во тек на време се менува:

100


нивото на изданските води, нивната издашност и истечувањата на поедини делови на изданскиот ток. хемискиот состав, физичките својства (меѓу нив пред се температурата на водата) брзината на движењето и др.

Сите овие промени се условени од многубројни природни и вештачки фактори и го условуваат режимот на изданот.Според тоа, режимот на слободните подземни води претставува динамички процес, или состојба на подземните води (квантитативно и квалитативно) во тек на времето, која е условена со влијанието на бројните природни и вештачки фактори, кои взаемно делуваат.

Режимот на изданите всушност е составен од повеќе елементи на режимот: режим на осцилацијата на нивото на изданот, односно на издашноста на изданот, режим на хемискиот состав, режим на физичките својства - температурен режим на изданските води и др.

Режимот на подземните води има големо значење при хидрогеолошкото изучување на теренот како што е: изучувањето на условите и закономерностите на формирањето на изданите, процесите кои доведуваат до нивното формирање, експлоатацијата, природно и вештачко регулирање на резервите на слободните подземни води, борба со неповолното влијание како на површината на теренот, така и во подземието и др.

101

Download - glava 6 phg

Top Related