ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ
"ЭКОМОНИТОРИНГ"
СРЕДНЕУРАЛЬСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ
|
620014
г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513 |
тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06 |
|
|
|
КРАТКИЙ СПРАВОЧНИК-ПАМЯТКА ПО ПРОЕКТИРОВАНИЮ И
БУРЕНИЮ СКВАЖИН НА ВОДУ Раздел I. ПРОЕКТИРОВАНИЕ
СКВАЖИН НА ВОДУ Глава 1. НЕКОТОРЫЕ СВЕДЕНИЯ
О ВОДЕ § 1. Физические константы воды
Химически
чистая вода - жидкость без запаха, вкуса, цвета, состоит из 11,11% водорода и
88,89% кислорода. § 2. Внутренняя структура воды Молекулы
воды расположены в форме неправильного тетраэдра: в центре - атом кислорода, в
противоположных углах одной из граней куба - два атома водорода, угол между
которыми составляет 104°31΄. Два из восьми
электронов атома кислорода расположены около ядра, два других связаны с
атомами водорода, а две пары электронов образуют ветви, расположенные в
направлении, противоположном электронным облакам водорода. Ветви
электронных облаков являются областями сосредоточения отрицательных зарядов,
они обусловливают водородную связь между молекулами воды и других веществ. § 3. Структура жидкой воды В
основе многочисленных моделей жидкая вода рассматривается как кристаллическое
вещество (жидкие кристаллы). Упорядоченное
(кристаллическое) расположение частиц воды в жидком состоянии доказано
экспериментально. Полагают, что при плавлении льда его решетка частично
разрушается и эти пустоты, а также ажурная структура льда заполняются
освободившимися молекулами воды. Плотность жидкой воды вследствие этого
увеличивается. Учеными подсчитано, что в жидкой фазе при 0°С
несвязанные, заполняющие пустоты молекулы составляют около 16% от общего
количества. В
теории структуры воды, созданной Берналом и Фаулером,
существование максимума плотности воды при температуре 4°С
объясняется тем, что при этой температуре преобладающая часть молекул воды
связана в кварцеподобную структуру, а при других
температурах они имеют тридимитоподное
кристаллическое строение, соответствующее меньшей плотности. § 4. Изотопный состав воды Вода
- продукт соединения двух химических элементов, имеющих несколько изотопов. Для
водорода известны три изотопа: протий
1H, массовое число 1; дейтерий
2H(D),
массовое число 2; тритий
3H(T),
массовое число 3. Содержание
дейтерия в природной смеси изотопов водорода 0,014-0,015%. Для кислорода
известны также три изотопа с массовыми числами 16, 17 и 18, соотношение
которых в природной смеси изотопов равно 2670:1:5. Природная
вода является смесью различных видов молекул следующего состава: Н216О, Н217О,
Н218О, НD16О, НD17О, НD18О, D216О, D217О, D218О, Вода
- это смесь девяти различных видов молекул, поэтому в зависимости от их
количественного соотношения изменяются свойства воды, особенно ее плотность. § 5. Аномалии воды Простейшую
формулу Н2О имеет молекула парообразной
воды (гидроль). Молекула воды в жидком состоянии
представляет собой объединение двух простых молекул (Н2О)2
- дигидроль, а в твердом состоянии - трех простых
молекул (Н2О)3 - тригидроль. В
составе льда преобладают молекулы тригидроля, в
составе водяного пара (при температуре свыше 100°С)
- молекулы гидроля, а в капельно-жидкой воде -
смесь гидроля, дигидроля
и тригидроля, соотношения между которыми меняются с
изменением температуры. Особенностями
структуры воды обусловлены ее следующие аномалии: 1)
наибольшую плотность вода имеет при 4°С, с
понижением температуры до 0°С или с повышением до 100°С плотность ее уменьшается; 2)
объем воды при замерзании увеличивается примерно на 10%, при этом твердая
фаза становится легче жидкой; 3)
вода обладает высокой удельной теплоемкостью, которая с повышением
температуры до 40°С уменьшается, а затем вновь
увеличивается; 4)
вода обладает весьма большой удельной внутренней энергией (318,8 Дж/кг); 5)
вода замерзает при 0°С, с увеличением давления
температура замерзания понижается и достигает своего минимального значения (-22°С) при давлении 211,5 МПа; 6)
вода обладает наибольшим удельным количеством теплоты (2156 Дж/кг) при
температуре 100°С; 7)
вода обладает наиболее высокой диэлектрической проницаемостью при 20°С; 8)
вода обладает самым большим поверхностным натяжением по сравнению с другими
жидкостями. При
взаимодействии со щелочами вода ведет себя, как кислота, а при взаимодействии
с кислотами - как основание. В процессе реакции активных металлов и воды
выделяется водород. Вода вызывает процесс обменного разложения (гидролиз),
взаимодействуя с некоторыми солями. § 6. Некоторые сведения о растворах Раствором
называют энергетически устойчивую гомогенную (однофазную) конденсированную
систему непрерывного переменного состава, образованную несколькими равномерно
распределенными компонентами, находящимися в динамическом взаимодействии. Всякий
раствор состоит из растворителя и растворенного вещества. Если раздробленное
вещество доведено в растворителе до молекулярного состояния, такая система
называется молекулярным, или истинным раствором, или просто раствором. Растворимостью
называют количество вещества (в граммах), насыщающее 100 г растворителя при
данных условиях. Концентрацией
называют содержание растворимого вещества в единице объема или массы
раствора. Наиболее
распространены объемная, массовая, молярная, моляльная
и нормальная системы концентраций. Объемная
концентрация определяется количеством (в граммах) растворенного вещества,
содержащегося в 1 л раствора (г/л). Молярным
называют раствор, содержащий в 1 л объема 1 моль растворенного вещества. Моляльным
называют раствор, содержащий 1 моль растворенного вещества в 1000 г
растворителя. Нормальным
называют раствор, в 1 л которого содержится 1 моль растворенного вещества. § 7. Подземные воды Подземные
воды широко используют для нужд водоснабжения. Они распространены на
значительных площадях и не требуют транспортирования на большие расстояния,
обладают низкой и устойчивой температурой и могут быть использованы без очистки
и обработки для хозяйственно-питьевых целей. Подземные воды защищены от
опасных воздействий каких-либо загрязнений. Согласно
Основам водного законодательства Союза ССР и союзных республик, использование
подземных вод питьевого качества для нужд, не связанных с питьевым и бытовым
водоснабжением, как правило, не допускается. Только в районах, где
отсутствуют необходимые поверхностные водные источники и имеются достаточные
запасы подземных вод питьевого качества, органы по регулированию
использования и охране вод могут разрешить применять их для целей, не
связанных с питьевым и бытовым водоснабжением. По
геолого-гидрогеологическим условиям могут быть выделены следующие основные
типы геологических структур и образований, а также связанные с ними подземные
воды [11]: а)
речные долины; б)
артезианские бассейны платформ и геосинклинальных областей; в)
конусы выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин; г)
ограниченные по площади структуры и массивы трещиноватых и трещинно-карстовых
пород, а также зоны тектонических нарушений; д)
песчаные массивы пустынь и полупустынь; е)
надморенные и межморенные
водно-ледниковые отложения. На
долю речных долин и артезианских бассейнов платформ приходится более 60% всех
разведанных и эксплуатируемых участков подземных вод. В
зависимости от условий залегания и гидродинамических особенностей подземные
воды делят на верховодку, грунтовые и артезианские. В северных и
северо-восточных районах СССР, находящихся в пределах зоны многолетнемерзлых
пород, подземные воды делят на три типа: 1)
надмерзлотные, залегающие над толщей многолетней
мерзлоты, служащей для них водоупором; 2)
межмерзлотные, заключенные внутри толщи многолетней мерзлоты; 3)
подмерзлотные, находящиеся ниже толщи многолетней
мерзлоты. Для
водоснабжения используют, в основном подмерзлотные
и межмерзлотные воды, к которым относятся подземные воды, проходящие в
трещиноватых осадочных и изверженных породах Алданского
района и аллювиальных отложениях речных долин в северных районах европейской
части страны, в Сибири, а также в южных районах Восточной Сибири и Дальнего
Востока [22]. |