Физико-химические состояния (свойства) природных вод

Общие закономерности круговорота воды на Земле. Уравнения водного баланса.

Циркуляция воды: выпадение атмосферных осадков, поверхностный и подземный сток, инфильтрация, испарение, перенос водяного пара в атмосфере, конденсация водяного пара и повторное выпадение атмосферных осадков. Водный баланс (в.б.) -соотношение за какой-либо промежуток времени прихода, расхода и аккумуляции воды для речного бассейна или участка территории, для озера, болотаили др. водного объекта. Основные элементы водного баланса - атмосферные осадки, испарение и стокводы. Уравнение в.б. в общем случае служит отражением закона сохранения вещества. Для поверхности М.о. уравнение водного баланса имеет вид: 0+С=И, Для периферийных областей суши, воды которых имеют сток в океан -0=И+С, для бессточных областей - 0=И.

Для всего Земного шара: Им+Ис+Иб.о=Ом+Ос+Об.о

Циклы водного круговорота: 1. климатический (происходит в области между поверхностью Земли и тропопаузой; обусловлен преимущ-но метеофакторами; атм. цикл (10 дней): океан-атм-океан; цикл поверхн. стока (12 суток): океан-атм-водотоки суши-океан; цикл подземного стока: океан-атм-суша-подземные горизонты-водотоки-океан. Формирование химического состава вод, участвующих в климатическом круговороте, происходит главным образом в результате процессов растворения и выщелачивания с частичным концентрированием за счет испарения); 2. геологический
(пространственно приурочен в основном к литосфере, а также верхней мантии; обусловлен геохимическими, петрологическими и тектоническими процессами.
Делится на два цикла: гидрогеологический и собственно геологический.
В гидрогеологическом цикле происходят осадконакопление, тектоническое погружение и выжиманием седиментогенных вод из водоупоров (глин, соленосных толщ, известняков и т.д.) в пласты коллектора (пески, песчаники, трещиноватые известняки и т.д.). При поднятии бассейна осадконакопления в результате денудации водоупорных и водоносных слоев наступает второй этап гидрогеологического цикла - инфильтрационный, на котором метеогенные воды проникают в глубокие горизонты и постепенно заменяют воды седиментогенные. Виды воды в подземной гидросфере:1. В форме пара,2.физически связанная вода-адсорбированная, пленочная,3.свободная вода-вакуольная, капиллярная, гравитационная,4.в твердом состоянии, 5.химически связанная вода-кристаллизационная, цеолитная, конституционная, 6. вода в надкретическом состоянии.

3. Водоносные водоупорные горизонты. Основные свойства и характеристики.
Водоносный горизонт (ВГ) - слой или несколько слоев водопроницаемых горных пород, трещины, поры и другие пустоты которых заполнены п.в.; природная зона ниже поверхности земли, дающая воду в количествах, имеющих существенное экономическое значение. Из подземной прослойки водонапорной проницаемой горной породы или неконсолидированных материалов (гравий, песок, ил, глина) п.в. могут быть извлечены с помощью скважины. Слои частично состоят из рыхлых материалов: гравия, доломита, ила, известняка, мергеля или песка. Трещины или пустоты между слоями заполнены п.в. Горизонт ограничен либо двумя водоупорными пластами (обычно глиной), либо водоупорным пластом и зоной аэрации.

ВГмогут находиться на разной глубине. Те из них, что расположены ближе к поверхности, не только чаще других используются в качестве источников воды для потребления и орощения, но и чаще пополняются дождями. Чрезмерное использование может привести к снижению уровня грунтовых вод. Типы водоносных горизонтов: сцементированные (могут быть образованы песчаником, сланцеватой глиной, гранитом и базальтом) породы и неуплотнёные (содержат зернистые материалы: песок, галечник, ил и глину) отложения.

Четырьмя главными типами аквифера являются:

аллювий (песок, галечник и ил, отложенные реками), пласт осадочных пород (уплотнённые отложения), ледниковые отложения (неуплотнённые отложения, созданные ледниками), вулканические метаморфические породы. Свойства и характеристики:

Водопроводимость зависит от коэффициента фильтрации и площади сечения пласта (единица измерения - произведение коэффициента фильтрации на мощность пласта (мощность безнапорного пласта–непостоянная величина, меняется в период эксплуатации; мощность напорного пласта-постоянна)). Емкость пласта - это безразмерный коэффициент, определяющий изменение объема воды в нем вследствие изменения напора (уровня воды). Сорбционную емкость (сорбционная емкость — количество вещества, которое способен поглотить сорбент на единицу своей массы) пласта в целом можно оценить, зная его состав и строение. Водоупор (состоят из глины, гранита, песчаника, глинистого сланца) -толща (слой, пласт) водонепроницаемых или относительно неводопроницаемых горных пород, перекрывающих или подстилающихводоносный горизонт. Различают региональные, местные и локальные водоупоры. Региональные широко распространены, имеют приблизительно одинаковую толщину. Местные распространены на малых площадях и разделяют отдельные водоносные горизонты. Локальные водоупорные горизонты имеют ограниченное распространение, обычно способствуют образованию верховодки. Локальные водоупоры могут быть временными, напр. слой не успевшей оттаять промёрзшей почвы в период весеннего снеготаяния.

Физико-химические состояния (свойства) природных вод

Два важнейших интегpальных показателя геохимических свойств пpиpодных вод - pH, хаpактеpизующий кислотно-щелочное состояние, и Eh - окислительно-восстановительное.

Кислотно-щелочные свойства пpиpодных вод. Кислотные свойства водного p-pа опpеделяются действием водоpодных ионов (H+), а щелочные - гидpоксильных (ОH-). Основные пpоцессы, пpиводящие к изменению pH пpиpодных вод являются диссоциация кислот и оснований, а также гидpолиз анионов и катионов. Реакция взаимодействия pаствоpенных веществ с составными частями воды (H+ и ОH-) называется гидpолизом. Величина pH имеет большое значение:1). Для контpоля химического состава воды, особенно пpи пpоведении химических анализов воды; 2). От величины pH пpиpодных вод зависят интенсивность и фоpма мигpации большинства микpоэлементов. Окислительно-восстановительные состояния пpиpодных вод. Окислительно-восстановительные пpоцессы сопpовождаются изменением валентности pеагиpующих веществ. Окислением называется pеакция отдачи электpонов: Fe⁺² - e- = Fe⁺³; пpи восстановлении электpоны пpисоединяются: Mn⁺⁷ + 5e- = Mn⁺². Еh может быть положительной (более окисленная)и отpицательной (более восстановленная). Компонент, концентpация котоpого pешительно влияет на величину Еh данного pаствоpа называют потенциалзадающим. В пpиpодных водах это: свободный кислоpод, водоpод, двухвалентная сеpа, железо, двух- и четыpехвалентный маpганец, оpганические соединения.Hаиболее pаспpостpаненными потенциалзадающими компонентами пpиpодных вод являются О₂ и H₂S, соответственно окислитель и восстановитель. Значение Еh велико:1. Пpи контpоле состава вод (от Еh зависит возможность пpисутствия в водном pаствоpе того или иного компонента с пеpеменной валентностью); 2. Еh опpеделяет интенсивность, фоpмы мигpации, степень устойчивости, т.е. содеpжание многих компонентов пpиpодных вод.