Экомониторинг, Уралгидроэкспедиция, Уралнедра

 

ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

"ЭКОМОНИТОРИНГ"

 

620014 г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513

тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06

 

 

 

Главная страница

Наши заказчики

Вопрос / Ответ

Справочник

Полезные ссылки

 

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

 

Молярная масса, г/моль

18,016

Температура в °С:

 

замерзания (при Р = 0,1 МПа)

0,00

кипения

100,00

Температура при максимальной плотности, °С

3,98

Плотность воды в г/см3 при температуре в °С:

 

0

0,99987

3,98

1,0000

20

0,99823

Критическая температура воды, °С

374,2

Критическое давление воды, МПа

22,1

Критическая плотность воды, кг/м3

0,324

Относительная диэлектрическая постоянная при температуре в °С:

 

0

88,2

20

80,4

100

55,1

 

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].

 

Продолжение

 

 

eggp@narod.ru