Гидрогеология

Гидрогеология представляет собой научную дисциплину о подземных водах как составляющей геологической среды.

История

Появление и развитие данной науки связано с практическими целями, а именно водопользованием. Применение подземных вод началось 4-5 тыс. лет назад в виде забора из колодцев и лечебных целей в таких регионах, как Средняя и Восточная Азия, Египет. В связи с этим в те времена появились научные работы о происхождении, параметрах и круговороте подземных вод. Далее организация водоснабжения началась в Израиле, Греции, Риме. Была разработана классификация грунтовых вод по давлению, подразделяющая их на самоизливающиеся, ненапорные, напорные.

Далее сфера изучения гидрогеологии расширялась и детализировалась. Заимствовались методы других дисциплин, появившихся к концу тысячелетия.

Наука продолжала развиваться с развитием хозяйственной деятельности. Так, знания о подземных водах потребовались в сельском хозяйстве для ирригации и мелиорации. С развитием архитектурно-строительной отрасли велось изучение влияния геологической среды, включая подземные воды, на инженерные объекты в рамках инженерной геологии. То же самое актуально для добывающей отрасли. Кроме того, с развитием минералогии было выявлено гидротермальное происхождение многих минералов. Позже была установлена возможность получения энергии с применением естественных геотермальных источников. Наконец, в прошедшем столетии человечество озаботили вопросы экологии. В этой сфере также актуальны гидрогеологические данные ввиду принадлежности подземных вод к агентам круговорота веществ.
При этом развитие гидрогеологических знаний происходило в рамках геологии до средины XIX в., когда она выделилась в самостоятельную научную дисциплину.

В первой половине XX столетия на основе изучения подземных вод в контексте истории тектонических движений, осадконакопления и диагенеза появилась палеогидрогеология. В то же время были заложены основы гидрогеохимии, выделившейся в самостоятельный раздел к середине века. Тогда же оформилась радиогидрогеология. Во второй половине столетия появились методы прогноза режима подземных вод, очень актуальные на практике

Современная наука

Сейчас гидрогеология представляет собой междисциплинарное направление, совмещающее наработки гидрологии и геологии. Сфера ее изучения затрагивает динамику, состав, характеристики, формирование, взаимодействие со средой, распространение, применение подземных вод.

Гидрогеология, по мнению некоторых исследователей, принадлежит к разделам геологии. Это объясняется учетом геологической истории, структурных параметров литосферы и слагающих пород при рассмотрении подземных вод. В соответствии с данной точкой зрения гидрогеология представляет собой геологию подземных вод.
Данная наука включает несколько разделов. Существует 2 их классификации.
В первой они дифференцированы на теоретические и методические направления.

Теоретические разделы

• Общая гидрогеология. Изучает химические и физические параметры, происхождение, распределение, взаимодействие со средой, движение подземных вод. Палеогидрогеология, как раздел общей гидрогеологии, исследует подземные воды былых геологических эпох.
• Гидрогеохимия. Междисциплинарная наука, совмещающая достижения гидрологии и геохимии. Изучает состав подземных вод, его формирование и преобразование.
• Гидрогеодинамика. Устанавливает законы перемещения подземных вод в недрах.
• Криогидрогеология. Исследует подземные воды районов многолетней мерзлоты.
• Региональная гидрогеология. Изучает происхождение, распространение, залегание подземных вод отдельных регионов, занимается геологическим районированием и картированием.
• Учение о режиме и балансе подземных вод. Исследует изменения их параметров (температуры, уровня, химического состава, движения, питания) под влиянием внешних факторов: естественных (атмосферных осадков, температуры, инфильтрации, испарения, режима поверхностных вод) и техногенных (возведения искусственных водоемов, плотин, водозаборов, орошения, осушения и т. д.).
• Горнопромышленная гидрогеология. Практическое направление, исследующее подземные воды в контексте разработки мер по предупреждению их влияния на инженерные объекты.
• Радиогидрогеология. Рассматривает миграцию с подземными водами радиоактивных элементов.

Вторая классификация предполагает разделение гидрогеологических направлений на теоретические и прикладные.
К первому типу входят соответствующие разделы из первой классификации, кроме горнопромышленной гидрогеологии. Помимо них сюда относится экологическая гидрогеология. Она оценивает состояние подземной гидросферы, вырабатывает меры по снижению и предотвращению вызванных техногенезом изменений.

В категорию прикладных разделов входят:

• Нефтяная;
• Горнопромышленная (месторождений) (изучает гидрогеологические условия в контексте оценки и освоения месторождений в разделах по добыче твердых и жидких ресурсов);
• Мелиоративная (разрабатывает способы улучшения гидрогеологических условий орошаемых территорий с целью повышения их продуктивности);
• Инженерная (изучает влияние подземных вод на сооружения);
• Учение о поисках, разведке, оценке запасов, подземных вод (разрабатывает методики поиска и оценки месторождений вод для хозяйственных целей);
• Учение о промышленных, минеральных, термальных водах.

Таким образом, с начала формирования и по сей день гидрогеология не только сохранила прикладное значение, но и расширила его. Это объясняется следующими функциями подземных вод.

• Хозяйственная.
• Питьевая.
• Лечебная.
• Химическое сырье. Подземные воды используют для получения Mg, B, Li, Cl, Na, Br, I. Реже из них выделяют Sr, Ge, Rb, Cs, Ca. Воды отдельных месторождений содержат Zn, U, As, Ra, W, S и др.
• Энергетическая. Подземные воды применяют в качестве источника термической энергии на геотермальных электростанциях.

Помимо выяснения способов применения подземных вод прикладной раздел гидрогеологии направлен на определение их воздействия на инженерные объекты.

Фундаментальное значение гидрогеологии определено геологической ролью подземных вод.

• Участие в геологических процессах, таких как формирование геодинамической обстановки, минералов, термического поля.
• Подземные воды определяют строение земной коры.
• Ввиду того, что вода представляет собой одну из движущих сил круговорота вещества, она связывает литосферу с остальными земными оболочками.

Гидрогеология наиболее близко взаимодействует с гидрологией и геологией, как междисциплинарное направление. К тому же ввиду этого она пересекается со многими другими науками о Земле, в том числе геологическими, географическими и др. Отдельные разделы гидрогеологии сами представлены междисциплинарными науками. Наконец, в данной отрасли знаний заимствуются методы и других научных сфер.

Предмет, задачи, методы

Предмет гидрогеологии – гидрогеосфера, представленная подземными водами. Помимо них гидрогеология затрагивает связанные с их деятельностью процессы и созданные ими геологические тела и структуры.

Из количества разделов рассматриваемой науки видно, что она имеет ряд фундаментальных и прикладных задач.

Первая категория включает изучение следующих факторов подземных вод:

• происхождения;
• свойств;
• распространения;
• залегания;
• взаимодействия со средой;
• деятельности и ее результатов.

К прикладным задачам относят:

• исследование возможных способов применения;
• выявление влияния на объекты.

Изучение комплексного характера включает несколько этапов. Они представляют собой работы, основанные на методах смежных наук.

• Гидрогеологическая съемка и картирование. Первый метод переняли из геологической, а второй - из картографической отрасли.
• Бурение и горные работы. Данные методы тоже геологические.
• Опытная фильтрация. Это гидрологические методы.
• Геофизические изыскания. Как следует из названия, заимствованы из геофизики.
• Мониторинг. Подразумевает осуществление режимных наблюдений, применяемых в экологии.
• Поиск и разведка. Осуществляются с использованием методов геохимии, гидрологии, метеорологии.

Образование и работа

Образование можно получить в учебных заведениях высшей и средней специальной категории.

Такие специалисты требуются в проектные и исследовательские заведения, буровые, геологоразведочные и геофизические партии. Предмет и задачи науки определяют возможность работы гидрогеологов в отраслях водопользования, проектирования и строительства, добывающей промышленности, экологии, энергетики, сельского хозяйства. При этом они могут заниматься как фундаментальными, так и прикладными работами.

Заключение

Формирование и становление гидрогеологии связано, прежде всего, с решением практических задач. Сначала они относились к сферам водопользования и медицины. Позже с расширением хозяйственной деятельности к ним добавились инженерно-геологические сельскохозяйственные, экологические, энергетические факторы. На основе участия подземных вод в круговороте вещества и геологических процессах гидрогеология обладает существенным фундаментальным значением. Востребованность специалистов в данной сфере обусловлена актуальностью задач, решаемых гидрогеологией. Ее данные используются при проектировании и возведении сооружений в сферах строительства и добывающей промышленности, в водоснабжении энергетике, экологии, сельском хозяйстве и т. д.