Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Эта статья о подземной гидрологии. Для остальной части гидрологического цикла см гидрологию .
Мальчик пьет из-под крана на водопроводном предприятии NEWAH WASH [8] в Пуваре Шихар, район Удаяпур , Непал .
Проверка колодцев
Мальчик под водопадом в национальном парке Пху Санг , Таиланд .
Деменовская пещера Свободы , "Изумрудное озеро"
Карстовый источник ( Кунео , Пьемонте , Италия ) [9]

Гидрогеология ( гидро- значения воды и -geology означает изучение Земли ) является областью геологии , которая занимается распределением и движением грунтовых вод в почве и породах земной коры (обычно в водоносных слоях ). Термины « гидрология подземных вод» , « геогидрология» и « гидрогеология» часто используются как синонимы.

Инженерия подземных вод, другое название гидрогеологии, представляет собой отрасль техники, которая занимается движением подземных вод и проектированием колодцев, насосов и дренажных систем. [1] Основные проблемы в инженерии подземных вод включают загрязнение подземных вод, сохранение запасов и качество воды. [2]

Колодцы строятся для использования в развивающихся странах, а также для использования в развитых странах в местах, не подключенных к городской системе водоснабжения. Колодцы необходимо проектировать и обслуживать таким образом, чтобы поддерживать целостность водоносного горизонта и предотвращать попадание загрязняющих веществ в грунтовые воды. Споры возникают при использовании подземных вод, когда их использование влияет на поверхностные водные системы или когда деятельность человека угрожает целостности местной системы водоносных горизонтов.

Введение [ править ]

Гидрогеология - междисциплинарный предмет; бывает сложно полностью учесть химические , физические , биологические и даже юридические взаимодействия между почвой , водой , природой и обществом . Изучение взаимодействия между движением подземных вод и геологией может быть довольно сложным. Подземные воды не всегда соответствуют топографии поверхности ; грунтовые воды подчиняются градиентам давления(поток от высокого давления к низкому), часто через трещины и трубопроводы в обходных путях. Учет взаимодействия различных аспектов многокомпонентной системы часто требует знаний в нескольких различных областях как на экспериментальном, так и на теоретическом уровне. Ниже приводится более традиционное введение в методы и номенклатуру насыщенной подземной гидрологии.

Гидрогеология по отношению к другим областям [ править ]

Картина Ивана Айвазовского (1841)

Гидрогеология, как указано выше, является разделом наук о Земле, изучающим поток воды через водоносные горизонты и другие мелкие пористые среды (обычно на глубине менее 450 м от поверхности земли). Очень неглубокий поток воды в недрах (верхние 3 м) имеет отношение к областям почвоведения , сельского хозяйства и гражданского строительства , а также для гидрогеологии. Общий поток флюидов (воды, углеводородов , геотермальных флюидов и т. Д.) В более глубоких формациях также является проблемой геологов, геофизиков и геологов-нефтяников . Подземные воды - медленно движущиеся,вязкая жидкость (с числом Рейнольдса меньше единицы); Многие из эмпирически выведенных законов потока грунтовых вод могут быть альтернативно выведены в механике жидкости из частного случая потока Стокса (вязкость и давление , но не инерционный член).

Пьезометр это устройство , используемое для измерения гидравлического напора из грунтовых вод .

В математических отношениях , используемые для описания потока воды через пористые среды являются закон Дарси , то диффузия и Лаплас уравнение, которые имеют применение во многих различных областях. Устойчивый поток подземных вод (уравнение Лапласа) был смоделирован с использованием аналогий с электрической , упругой и теплопроводностью . Переходный поток грунтовых вод аналогичен диффузии тепла в твердом теле, поэтому некоторые решения гидрологических проблем были адаптированы из литературы по теплопередаче .

Традиционно движение подземных вод изучается отдельно от поверхностных вод, климатологии и даже химических и микробиологических аспектов гидрогеологии (процессы не связаны). По мере развития области гидрогеологии становится все более очевидным тесное взаимодействие между грунтовыми водами, поверхностными водами , химическим составом воды , влажностью почвы и даже климатом .

Калифорния и Вашингтон требуют специальной сертификации гидрогеологов, чтобы предлагать профессиональные услуги населению. Двадцать девять штатов требуют наличия профессиональных лицензий для геологов, чтобы предлагать свои услуги населению, что часто включает работу в области разработки, управления и / или восстановления ресурсов подземных вод. [3]

Например: водоносный просадки или overdrafting и перекачки ископаемого воды может быть фактором , способствующим повышению уровня моря. [4]

Предметы [ править ]

Капли воды .

Одна из основных задач, которую обычно выполняет гидрогеолог, - это прогнозирование будущего поведения системы водоносных горизонтов на основе анализа прошлых и настоящих наблюдений. Вот некоторые гипотетические, но характерные вопросы:

  • Может ли водоносный горизонт поддержать другое подразделение ?
  • Будет ли река пересыхать, если фермер удвоит полив ?
  • Попали ли химические вещества из химчистки через водоносный горизонт к моему колодцу и вызвали у меня тошноту?
  • Будет ли поток сточных вод, выходящий из септической системы моего соседа, течь в мой колодец с питьевой водой ?

На большинство этих вопросов можно ответить посредством моделирования гидрологической системы (с использованием численных моделей или аналитических уравнений). Точное моделирование системы водоносного горизонта требует знания свойств водоносного горизонта и граничных условий. Поэтому обычной задачей гидрогеолога является определение свойств водоносного горизонта с помощью тестов водоносного горизонта .

Ниже представлены некоторые первичные и производные физические свойства, чтобы дополнительно охарактеризовать водоносные горизонты и водоемы . Водоносные горизонты в целом классифицируются как замкнутые или неограниченные ( водоносные горизонты уровня грунтовых вод), а также насыщенные или ненасыщенные; тип водоносного горизонта влияет на то, какие свойства управляют потоком воды в этой среде (например, выпуск воды из хранилища для замкнутых водоносных горизонтов связан с накопительной способностью , тогда как он связан с удельным дебитом для неограниченных водоносных горизонтов).

Водоносные горизонты [ править ]

Типичный разрез водоносного горизонта
Основная статья: Водоносный горизонт

Водоносный горизонт представляет собой набор воды под поверхность, достаточно большой , чтобы быть полезными в роднике или колодце. Водоносные горизонты могут быть неограниченными, когда верхняя часть водоносного горизонта определяется уровнем грунтовых вод , или ограниченными, когда водоносный горизонт существует под водоупорным слоем. [5]

Природу водоносных горизонтов контролируют три аспекта: стратиграфия , литология и геологические образования и отложения. Стратиграфия связывает возраст и геометрию многих формаций, составляющих водоносный горизонт. Литология относится к физическим компонентам водоносного горизонта, таким как минеральный состав и размер зерна. Структурные особенности - это элементы, которые возникают из-за деформаций после осаждения, таких как трещины и складки. Понимание этих аспектов имеет первостепенное значение для понимания того, как формируется водоносный горизонт и как профессионалы могут использовать его для инженерии подземных вод. [6]

Гидравлическая головка [ править ]

Основная статья: Гидравлическая головка

Различия в гидравлическом напоре ( h ) заставляют воду перемещаться из одного места в другое; вода течет из мест с высоким h в места с низким h. Гидравлический напор состоит из напора ( ψ ) и подъемного напора ( z ). Градиент напора представляет собой изменение гидравлического напора на длину пути потока и появляется в законе Дарси как пропорциональный расходу .

Гидравлический напор - это свойство, которое можно измерить напрямую, которое может принимать любое значение (из-за произвольных данных, включенных в термин z ); ψ может быть измерен с помощью давления преобразователя (это значение может быть отрицательным, например, всасывание, но положительно в насыщенных водоносных слоях), и г может быть измерен по отношению к обследуемой опорной точке ( как правило , в верхней части и обсадная трубы). Обычно в скважинах, выходящих из безграничных водоносных горизонтов, уровень воды в скважине используется в качестве показателя гидравлического напора при условии отсутствия вертикального градиента давления. Часто требуется только изменение гидравлического напора с течением времени, поэтому условие постоянного напора высоты можно не учитывать ( Δh = Δψ ).

Запись гидравлического напора во времени в скважине - это гидрограф, или изменения гидравлического напора, зарегистрированные во время откачки скважины в ходе испытания, называются депрессией .

Пористость [ править ]

Основная статья: Пористость
[Слева] Высокая пористость, хорошо отсортировано [Справа] Низкая пористость, плохо отсортировано

Пористость ( n ) - это свойство водоносного горизонта, которое можно измерить напрямую; это дробная часть от 0 до 1, указывающая количество порового пространства между рыхлыми частицами почвы или внутри трещиноватой породы. Как правило, большая часть грунтовых вод (и всего, что в них растворено) проходит через доступную для потока пористость (иногда называемую эффективной пористостью ). Проницаемость - это выражение связности пор. Например, единица породы без трещин может иметь высокую пористость (в ней много отверстий между составляющими ее зернами), но низкую проницаемость (ни одна из пор не соединена). Пример этого явления - пемза., который в неповрежденном состоянии может стать плохим водоносным горизонтом.

Пористость не влияет напрямую на распределение гидравлического напора в водоносном горизонте, но очень сильно влияет на миграцию растворенных загрязняющих веществ, поскольку влияет на скорость потока грунтовых вод через обратно пропорциональную зависимость.

Закон Дарси обычно применяется для изучения движения воды или других жидкостей через пористую среду и составляет основу многих гидрогеологических анализов.

Содержание воды [ править ]

Основная статья: содержание воды

Содержание воды ( θ ) также является напрямую измеряемым свойством; это часть всей породы, заполненная жидкой водой. Это также доля от 0 до 1, но она также должна быть меньше или равна общей пористости.

Содержание воды очень важно в гидрологии вадозной зоны , где гидравлическая проводимость сильно нелинейно зависит от содержания воды; это усложняет решение уравнения потока ненасыщенных грунтовых вод.

Гидравлическая проводимость [ править ]

Основная статья: Гидравлическая проводимость

Гидравлическая проводимость ( K ) и коэффициент пропускания ( T ) являются косвенными свойствами водоносного горизонта (их нельзя измерить напрямую). T представляет собой K, интегрированный по вертикальной толщине ( b ) водоносного горизонта ( T = Kb, когда K постоянен по всей толщине). Эти свойства являются мерой способности водоносного горизонта пропускать воду . Собственная проницаемость ( κ ) - это вторичное свойство среды, которое не зависит от вязкости и плотности жидкости ( K и Tспецифичны для воды); он больше используется в нефтяной промышленности.

Конкретное хранилище и удельный выход [ править ]

Основная статья: Специальное хранилище
Иллюстрация сезонных колебаний уровня грунтовых вод .

Удельная емкость ( S s ) и ее интегрированный по глубине эквивалент, хранимость ( S = S s b ), являются косвенными характеристиками водоносного горизонта (их нельзя измерить напрямую); они указывают количество грунтовых вод, выпущенных из хранилища из-за сброса давления в замкнутом водоносном горизонте. Это дроби от 0 до 1.

Удельный выход ( S y ) также является отношением между 0 и 1 ( S y ≤ пористость) и указывает количество воды, высвобожденной из-за дренажа в результате понижения уровня грунтовых вод в неограниченном водоносном горизонте. Значение удельного выхода меньше, чем значение пористости, потому что некоторое количество воды останется в среде даже после дренажа из-за межмолекулярных сил. Часто пористость или эффективная пористость используется в качестве верхней границы удельного выхода. Обычно S y на несколько порядков больше, чем S s .

Гидрогеология зоны разлома [ править ]

Основная статья: Гидрогеология зоны разлома

Гидрогеология зоны разлома - это изучение того, как хрупкие деформированные породы изменяют потоки флюидов в различных литологических условиях , таких как обломочные , магматические и карбонатные породы . Движение флюидов, которое может быть определено количественно как проницаемость , может быть облегчено или затруднено из-за наличия зоны разлома . [7] Это связано с тем, что различные механизмы и деформированные породы могут изменять пористость и, следовательно, проницаемость в зоне разлома. Обычно речь идет о грунтовых водах (пресные и морские воды) и углеводородах (нефть и газ). [8]

Свойства переноса загрязняющих веществ [ править ]

Часто нас интересует, как движущиеся грунтовые воды будут переносить растворенные загрязнители (подобласть гидрогеологии загрязнителей). Загрязняющие вещества могут быть искусственными (например, нефтепродукты , нитраты , хром или радионуклиды ) или естественными (например, мышьяк , соленость ). Помимо необходимости понимать, куда протекают грунтовые воды, исходя из других гидрологических свойств, рассмотренных выше, существуют дополнительные свойства водоносного горизонта, которые влияют на то, как растворенные загрязнители перемещаются с грунтовыми водами.

Перенос и судьба загрязнителей в подземных водах

Гидродинамическая дисперсия [ править ]

Гидродинамическая дисперсность (α L , α T ) - это эмпирический фактор, который количественно определяет, сколько загрязняющих веществ отклоняется от пути грунтовых вод, которые их переносят. Некоторые из загрязняющих веществ будут «позади» или «впереди» средних грунтовых вод, вызывая продольную дисперсию (α L ), а некоторые будут «по бокам» от чистого адвективного потока грунтовых вод, что приведет к поперечной дисперсности ( α T). Дисперсия в грунтовых водах возникает из-за того, что каждая водная «частица», проходя за частицу почвы, должна выбирать, куда ей идти: влево или вправо, вверх или вниз, так что «частицы» воды (и их растворенные вещества) постепенно распространяются во всех направлениях. вокруг среднего пути. Это «микроскопический» механизм в масштабе частиц почвы. Более важными на больших расстояниях могут быть макроскопические неоднородности водоносного горизонта, которые могут иметь области большей или меньшей проницаемости, так что часть воды может найти предпочтительный путь в одном направлении, а другая - в другом, так что загрязнитель может распространяться совершенно нерегулярно, как в (трехмерной) дельте реки.

Дисперсность на самом деле является фактором, который отражает недостаток информации о системе, которую мы моделируем. Есть много мелких деталей о водоносном горизонте, которые эффективно усредняются при использовании макроскопического подхода (например, крошечные пласты гравия и глины в песчаных водоносных горизонтах); они проявляются как кажущаяся дисперсность. Из-за этого часто утверждается, что α зависит от масштаба проблемы - дисперсность, обнаруженная для переноса через 1 м 3 водоносного горизонта, отличается от дисперсии при транспортировке через 1 см 3 того же материала водоносного горизонта. [9]

Молекулярная диффузия [ править ]

Диффузия - это фундаментальное физическое явление, которое Альберт Эйнштейн охарактеризовал как броуновское движение , которое описывает случайное тепловое движение молекул и малых частиц в газах и жидкостях. Это важное явление для малых расстояний (оно необходимо для достижения термодинамического равновесия), но, поскольку время, необходимое для преодоления расстояния путем диффузии, пропорционально квадрату самого расстояния, оно неэффективно для распространения растворенного вещества по макроскопические расстояния. Коэффициент диффузии D, как правило, довольно мал, и его влияние часто можно считать незначительным (если только скорости потока грунтовых вод не являются чрезвычайно низкими, как в глинистых водоёмах).

Важно не путать диффузию с дисперсией, поскольку первое - это физическое явление, а второе - эмпирический фактор, который принимает форму, аналогичную диффузии, потому что мы уже знаем, как решить эту проблему.

Замедление адсорбции [ править ]

Фактор замедления - еще одна очень важная особенность, которая заставляет движение загрязнителя отклоняться от среднего движения грунтовых вод. Это аналогично фактор замедления в хроматографии . В отличие от диффузии и диспергирования, которые просто распространяют загрязнитель, фактор замедления изменяет его глобальную среднюю скорость , так что она может быть намного медленнее, чем у воды. Это связано с химико-физическим эффектом: адсорбцияв почву, которая удерживает загрязняющие вещества и не позволяет им распространяться до тех пор, пока количество, соответствующее химическому адсорбционному равновесию, не будет адсорбировано. Этот эффект особенно важен для менее растворимых загрязнителей, которые, таким образом, могут перемещаться даже в сотни или тысячи раз медленнее, чем вода. Эффект этого явления состоит в том, что только более растворимые виды могут преодолевать большие расстояния. Фактор замедления зависит от химической природы как загрязнителя, так и водоносного горизонта.

История и развитие [ править ]

Генри Дарси, работа которого заложила основы количественной гидрогеологии.

Генри Дарси: 19 век [ править ]

Генри Дарси был французским ученым, добившимся успехов в изучении потоков жидкостей через пористые материалы. Он проводил эксперименты по изучению движения жидкостей через песчаные столбы. Эти эксперименты привели к определению закона Дарси , который описывает поток жидкости через среду с высоким уровнем пористости. Работа Дарси считается началом количественной гидрогеологии. [10]

Оскар Эдвард Мейнзер: 20 век [ править ]

Оскар Эдвард Мейнзер был американским ученым, которого часто называют «отцом современной гидрологии подземных вод». Он стандартизировал ключевые термины в этой области, а также определил принципы, касающиеся возникновения, движения и сброса. Он доказал, что течение воды подчиняется закону Дарси. Он также предложил использовать геофизические методы и регистраторы на скважинах, а также предложил провести откачки для сбора количественной информации о свойствах водоносных горизонтов. Майнцер также подчеркнул важность изучения геохимии воды, а также влияние высокого уровня солености в водоносных горизонтах. [11]

Управляющие уравнения [ править ]

Закон Дарси [ править ]

Основная статья: закон Дарси

Закон Дарси - это определяющее уравнение , эмпирически выведенное Генри Дарси в 1856 году, в котором говорится, что количество подземных вод, выходящих через данную часть водоносного горизонта , пропорционально площади поперечного сечения потока, гидравлическому градиенту и гидравлической проводимости .

Уравнение потока грунтовых вод [ править ]

Основная статья: Уравнение потока грунтовых вод
Геометрия дренажной системы частично проникающей скважины в анизотропном слоистом водоносном горизонте

Уравнение потока грунтовых вод в самом общем виде описывает движение грунтовых вод в пористой среде (водоносные горизонты и водоемы). Оно известно в математике как уравнение диффузии и имеет множество аналогов в других областях. Многие решения проблем с потоком грунтовых вод были заимствованы или адаптированы из существующих решений по теплообмену .

Его часто выводят из физической основы с использованием закона Дарси и сохранения массы для небольшого контрольного объема. Уравнение часто используется для прогнозирования притока в скважины , которые имеют радиальную симметрию, поэтому уравнение потока обычно решается в полярных или цилиндрических координатах .

Уравнение Тейса - одно из наиболее часто используемых и фундаментальных решений уравнения потока грунтовых вод; его можно использовать для прогнозирования переходного изменения напора из-за эффектов перекачки одной или нескольких насосных скважин.

Уравнение Тима является решением уравнения стационарного потока подземных вод (уравнения Лапласа) для потока в скважину. Если поблизости нет крупных источников воды (реки или озера), истинное установившееся состояние редко достигается в реальности.

Оба приведенных выше уравнения используются при испытаниях водоносных горизонтов (испытания насосов).

Уравнение Hooghoudt - это уравнение потока грунтовых вод, применяемое к подземному дренажу по трубам, плиточным стокам или канавам. [12] Альтернативным методом подземного дренажа является дренаж скважинами, для которых также доступны уравнения потока подземных вод. [13]

Расчет расхода грунтовых вод [ править ]

Относительное время прохождения грунтовых вод.

Чтобы использовать уравнение потока грунтовых вод для оценки распределения гидравлических напоров или направления и скорости потока грунтовых вод, необходимо решить это уравнение в частных производных (PDE). Наиболее распространенные способы аналитического решения уравнения диффузии в литературе по гидрогеологии:

  • Преобразования Лапласа , Ганкеля и Фурье (для уменьшения числа измерений УЧП),
  • преобразование подобия (также называемое преобразованием Больцмана) обычно является способом получения решения Тейса ,
  • разделение переменных , что более полезно для недекартовых координат, и
  • Функции Грина , которые являются еще одним распространенным методом получения решения Тейса - из фундаментального решения уравнения диффузии в свободном пространстве.

Независимо от того, какой метод мы используем для решения уравнения потока грунтовых вод , нам нужны как начальные условия (напор в момент ( t ) = 0), так и граничные условия (представляющие либо физические границы области, либо приближение области за пределами этой точки. ). Часто начальные условия предоставляются для моделирования переходных процессов с помощью соответствующего моделирования в установившемся режиме (где производная по времени в уравнении потока грунтовых вод установлена ​​равной 0).

Есть две широкие категории того, как (PDE) будет решаться; либо аналитические методы, либо численные методы, либо что-то среднее между ними. Как правило, аналитические методы решают уравнение потока грунтовых вод в упрощенном наборе условий точно , тогда как численные методы решают его в более общих условиях с приближением .

Аналитические методы [ править ]

Аналитические методы обычно используют структуру математики, чтобы прийти к простому, элегантному решению, но требуемый вывод для всех, кроме простейшей геометрии области, может быть довольно сложным (включая нестандартные координаты , конформное отображение и т. Д.). Аналитические решения обычно также представляют собой просто уравнение, которое может дать быстрый ответ на основе нескольких основных параметров. Уравнение Тейса представляет собой очень простое (но все же очень полезное) аналитическое решение уравнения потока грунтовых вод , обычно используемое для анализа результатов испытаний водоносного горизонта или пробок .

Численные методы [ править ]

Тема численных методов довольно обширна и, очевидно, пригодна для большинства областей техники и науки в целом. Численные методы существуют намного дольше, чем компьютеры (в 20-х годах прошлого века Ричардсон разработал некоторые схемы конечных разностей, которые используются и сегодня, но они были рассчитаны вручную, с использованием бумаги и карандаша, человеческими «калькуляторами»), но они стали очень важно из-за наличия быстрых и дешевых персональных компьютеров . Краткий обзор основных численных методов, используемых в гидрогеологии, и некоторые из самых основных принципов показаны ниже и далее обсуждаются в модели подземных вод. статья.

Существует две широкие категории численных методов: методы с координатной сеткой или дискретные методы и методы без сетки или без сетки. В обычном методе конечных разностей и методе конечных элементов (FEM) область полностью привязана к сетке («разрезана» на сетку или сетку из мелких элементов). Метод аналитических элементов (AEM) и метод граничного интегрального уравнения (BIEM - иногда также называемый BEM или методом граничных элементов) дискретизируются только на границах или вдоль элементов потока (линейных стоков, площадных источников и т. Д.), Большинство домен не является сетевым.

Общие свойства сеточных методов [ править ]

Сеточные методы, такие как методы конечных разностей и конечных элементов, решают уравнение потока грунтовых вод, разбивая проблемную область (область) на множество мелких элементов (квадраты, прямоугольники, треугольники, блоки, тетраэдры и т. Д.) И решая уравнение потока для каждого элемента (все свойства материала предполагаются постоянными или, возможно, линейно изменяемыми в пределах элемента), затем связывая вместе все элементы, используя сохранение массы через границы между элементами (аналогично теореме о расходимости). В результате получается система, которая в целом аппроксимирует уравнение потока грунтовых вод, но точно соответствует граничным условиям (напор или поток задаются в элементах, которые пересекают границы).

Конечные разности - это способ представления непрерывных дифференциальных операторов с использованием дискретных интервалов ( Δx и Δt ), и на них основаны методы конечных разностей (они получены из ряда Тейлора ). Например, производная по времени первого порядка часто аппроксимируется с использованием следующей прямой конечной разности, где нижние индексы указывают дискретное временное положение,

Прямая конечно-разностная аппроксимация безусловно устойчива, но приводит к неявной системе уравнений (которые необходимо решать с использованием матричных методов, например, LU или разложения Холецкого ). Подобная обратная разница только условно стабильна, но она явна и может использоваться для «продвижения» вперед во времени, решая один узел сетки за раз (или, возможно, параллельно , поскольку один узел зависит только от своих непосредственных соседей) . Вместо метода конечных разностей иногда используется приближение МКЭ Галеркина в пространстве (это отличается от типа МКЭ, часто используемого в проектировании конструкций ) с конечными разностями, которые все еще используются во времени.

Применение конечно-разностных моделей [ править ]

MODFLOW - это хорошо известный пример общей конечно-разностной модели потока подземных вод. Он разработан Геологической службой США как модульный и расширяемый инструмент моделирования для моделирования потока подземных вод. Это бесплатное программное обеспечение, разработанное, задокументированное и распространенное Геологической службой США. Многие коммерческие продукты выросли вокруг него, предоставляя графические пользовательские интерфейсы к интерфейсу на основе входных файлов и, как правило, включая предварительную и постобработку пользовательских данных. Многие другие модели были разработаны для работы с вводом и выводом MODFLOW, что делает возможными связанные модели, моделирующие несколько гидрологических процессов (модели потока и переноса, поверхностные и грунтовые воды). модели и модели химических реакций) из-за простой, хорошо документированной природы MODFLOW.

Применение конечно-элементных моделей [ править ]

Программы с конечными элементами более гибки по конструкции (треугольные элементы по сравнению с блочными элементами, которые используются в большинстве конечно-разностных моделей), и есть несколько доступных программ (SUTRA, 2D- или 3D-модель потока, зависящая от плотности, разработанная USGS; Hydrus , коммерческий ненасыщенный поток модель; FEFLOW , коммерческая среда моделирования подземных потоков, процессов переноса растворенных веществ и тепла; OpenGeoSys, научный проект с открытым исходным кодом для термогидро-механико-химических (THMC) процессов в пористых и трещиноватых средах; [14] [15] COMSOL Multiphysics (коммерческая среда общего моделирования), FEATool Multiphysicsпростой в использовании набор инструментов моделирования MATLAB и интегрированная модель потока воды (IWFM), но они все еще не так популярны среди практикующих гидрогеологов, как MODFLOW. Конечно-элементные модели более популярны в университетах и лабораториях , где специализированные модели решают нестандартные формы уравнения потока ( ненасыщенный поток, поток, зависящий от плотности , связанный поток тепла и грунтовых вод и т. Д.)

Применение моделей конечного объема [ править ]

Метод конечных объемов - это метод представления и оценки дифференциальных уравнений в частных производных как алгебраических уравнений. [16] [17] [ требуется полная ссылка ]Подобно методу конечных разностей, значения вычисляются в дискретных точках сетчатой ​​геометрии. «Конечный объем» относится к небольшому объему, окружающему каждую узловую точку на сетке. В методе конечного объема объемные интегралы в дифференциальном уравнении с частными производными, которые содержат член дивергенции, преобразуются в поверхностные интегралы с использованием теоремы о дивергенции. Затем эти члены оцениваются как потоки на поверхностях каждого конечного объема. Поскольку поток, входящий в данный объем, идентичен потоку, выходящему из соседнего объема, эти методы являются консервативными. Еще одно преимущество метода конечных объемов состоит в том, что он легко формулируется для учета неструктурированных сеток. Метод используется во многих пакетах вычислительной гидродинамики.

Программный пакет PORFLOW представляет собой комплексную математическую модель для моделирования потока грунтовых вод и обращения с ядерными отходами, разработанную Analytic & Computational Research, Inc., ACRi.

FEHM пакет программного обеспечения можно получить бесплатно в Лос - Аламосской национальной лаборатории . Этот универсальный симулятор пористого потока включает в себя возможности моделирования многофазного, термического, стрессового и многокомпонентного химического состава. Текущая работа с использованием этого кода включает моделирование образования гидрата метана , связывания CO 2 , добычи горючего сланца, миграции ядерных и химических загрязнителей, миграции изотопов окружающей среды в ненасыщенной зоне и образования карста.

Другие методы [ править ]

К ним относятся бессеточные методы, такие как метод аналитических элементов (AEM) и метод граничных элементов (BEM), которые ближе к аналитическим решениям, но они в некотором роде аппроксимируют уравнение потока грунтовых вод. BEM и AEM точно решают уравнение потока грунтовых вод (идеальный баланс массы), аппроксимируя граничные условия. Эти методы более точны и могут быть гораздо более элегантными решениями (например, аналитические методы), но пока не получили широкого распространения за пределами академических и исследовательских групп.

Водяные колодцы [ править ]

Колодец представляет собой механизм для приведения грунтовых вод на поверхность путем бурения или рыть и доведения его до поверхности с помощью насоса или вручную с помощью ведра или аналогичных устройств. Первый исторический экземпляр колодцев был в 52 веке до нашей эры на территории современной Австрии . [18] Сегодня колодцы используются во всем мире, от развивающихся стран до пригородов США.

Есть три основных типа колодцев: мелкие, глубокие и артезианские. Неглубокие колодцы переходят в безграничные водоносные горизонты и, как правило, неглубокие, глубиной менее 15 метров. Мелкие колодцы имеют небольшой диаметр, обычно менее 15 сантиметров. [19] Глубокие скважины имеют доступ к замкнутым водоносным горизонтам и всегда бурятся машинами. Все глубокие колодцы выводят воду на поверхность с помощью механических насосов. В артезианских колодцах вода течет естественным образом без использования насоса или другого механического устройства. Это связано с тем, что верхняя часть колодца находится ниже уровня грунтовых вод. [20]

Проектирование и строительство водозаборных скважин [ править ]

Колодец в Керале , Индия .

Одним из наиболее важных аспектов инженерии подземных вод и гидрогеологии является проектирование и строительство водозаборных скважин. Правильное проектирование и строительство колодца важны для поддержания здоровья грунтовых вод и людей, которые будут использовать колодец. При проектировании скважины необходимо учитывать следующие факторы:

  • Надежный водоносный горизонт, обеспечивающий непрерывное водоснабжение
  • Качество доступных подземных вод
  • Как следить за колодцем
  • Эксплуатационные расходы на скважину
  • Ожидаемая доходность скважины
  • Любое предварительное бурение водоносного горизонта [21]

При планировании и строительстве нового колодца необходимо учитывать пять основных факторов, а также факторы, указанные выше. Они есть:

  • Пригодность водоносного горизонта
  • "Соображения по конструкции скважины
  • Методы бурения скважин
  • Дизайн и разработка экранов
  • Скважинные испытания » [22]

Пригодность водоносного горизонта начинается с определения возможных мест для скважины с использованием « отчетов USGS , каротажных диаграмм и поперечных разрезов» водоносного горизонта. Эта информация должна использоваться для определения таких свойств водоносного горизонта, как глубина, толщина, коэффициент пропускания и дебит скважины. На этом этапе также необходимо определить качество воды в водоносном горизонте и провести скрининг на наличие загрязняющих веществ. [22]

После определения таких факторов, как глубина и дебит скважины, необходимо определить проект скважины и подход к бурению. Метод бурения выбирается на основе «грунтовых условий, глубины скважины, конструкции и стоимости». [22] На этом этапе подготавливается смета расходов, а планы корректируются с учетом бюджетных потребностей.

Важные части скважины включают в себя уплотнения, обсадные трубы или хвостовики, башмаки привода, узлы фильтра скважины и песчаный или гравийный фильтр (необязательно). Каждый из этих компонентов гарантирует, что скважина будет забираться только из одного водоносного горизонта, и никакой утечки не произойдет на любой стадии процесса. [22]

Есть несколько способов бурения, которые можно использовать при строительстве колодца на воду. К ним относятся: методы бурения с использованием тросового инструмента, роторного воздушного, роторного бурового раствора и двойного ротационного бурения с обратной циркуляцией. [22]Бурение с использованием тросового инструмента недорогое и может использоваться для всех типов скважин, но соосность должна постоянно проверяться, и она имеет медленную скорость продвижения. Это не эффективный метод бурения для консолидированных пластов, но он обеспечивает небольшую площадь бурения. Воздушно-вращательное бурение экономически выгодно и хорошо работает для консолидированных пластов. Он имеет высокую скорость продвижения, но не подходит для скважин большого диаметра. Роторное бурение с использованием бурового раствора особенно экономично для глубоких скважин. Он поддерживает хорошее выравнивание, но требует большей площади основания. Он имеет очень высокую скорость продвижения. Двойное вращательное бурение с заводнением и обратной циркуляцией дороже, но подходит для больших скважин. Он универсален и поддерживает выравнивание. Он имеет высокую скорость продвижения. [22]

Колодезные экраны гарантируют, что на поверхность попадает только вода, а отложения остаются под поверхностью Земли. Вдоль ствола скважины устанавливаются экраны для фильтрации отложений по мере того, как вода перекачивается к поверхности. На конструкцию грохота может влиять природа почвы, и можно использовать естественную конструкцию пакетов для максимальной эффективности. [22]

После строительства скважины необходимо провести испытания для оценки продуктивности, эффективности и дебита скважины, а также для определения воздействия скважины на водоносный горизонт. На скважине необходимо провести несколько различных тестов, чтобы проверить все соответствующие качества скважины. [22]

Вопросы инженерии подземных вод и гидрогеологии [ править ]

Загрязнение [ править ]

Загрязнение грунтовых вод происходит, когда другие жидкости просачиваются в водоносный горизонт и смешиваются с существующими грунтовыми водами. Пестициды, удобрения и бензин являются обычными загрязнителями водоносных горизонтов. Подземные резервуары для хранения химикатов, таких как бензин, особенно опасны для источников загрязнения грунтовых вод. Поскольку эти резервуары подвергаются коррозии, они могут протекать, а их содержимое может загрязнять близлежащие грунтовые воды. Для зданий, не подключенных к системе очистки сточных вод.Система септики может использоваться для безопасной утилизации отходов. Если септики не построены или не обслуживаются должным образом, из них могут попадать бактерии, вирусы и другие химические вещества в окружающие грунтовые воды. Свалки - еще один потенциальный источник загрязнения подземных вод. По мере захоронения мусора вредные химические вещества могут мигрировать из мусора в окружающие грунтовые воды, если защитный базовый слой треснул или повредился иным образом. Другие химические вещества, такие как дорожные соли и химикаты, используемые на лужайках и фермах, могут стекать в местные водоемы и, в конечном итоге, в водоносные горизонты. Поскольку вода проходит через круговорот воды, загрязняющие вещества в атмосфере могут загрязнять воду. Эта вода также может попасть в грунтовые воды. [23]

Противоречие [ править ]

Фрекинг [ править ]

Загрязнение подземных вод из-за гидроразрыва является предметом споров. Поскольку химические вещества, обычно используемые при гидроразрыве пласта , не тестируются государственными органами, ответственными за определение воздействия гидроразрыва на грунтовые воды, лабораториям Агентства по охране окружающей среды США или EPA трудно определить, присутствуют ли химические вещества, используемые при гидроразрыве, в близлежащих водоносных горизонтах . [24] В 2016 году EPA опубликовало отчет, в котором говорится, что питьевая вода может быть загрязнена гидроразрывом. Это было отменой их предыдущей политики после исследования влияния гидроразрыва на местную питьевую воду за 29 миллионов долларов. [25]

Калифорния [ править ]

В Калифорнии наблюдаются одни из самых больших противоречий в использовании подземных вод из-за засушливых условий, с которыми сталкивается Калифорния, большого населения и интенсивного сельского хозяйства. Конфликты, как правило, возникают из-за откачки грунтовых вод и их вывоза из района, недобросовестного использования воды коммерческой компанией и загрязнения грунтовых вод проектами развития. В округе Сискию в северной Калифорнии Верховный суд Калифорнии постановил, что неудовлетворительные нормативные требования к грунтовым водам позволили откачке воды уменьшить потоки в реке Скотт и нарушили естественную среду обитания лосося. В долине Оуэнсв центральной Калифорнии подземные воды перекачивались для использования на рыбных фермах, что привело к гибели местных лугов и других экосистем. Это привело к судебному иску и мировому соглашению против рыбных компаний. Развитие в южной Калифорнии угрожает местным водоносным горизонтам, загрязняя грунтовые воды в результате строительства и нормальной деятельности человека. Например, солнечный проект в округе Сан-Бернардино якобы поставит под угрозу экосистему птиц и диких животных из-за использования до 1,3 миллиона кубических метров грунтовых вод, что может повлиять на озеро Харпер . [26] В сентябре 2014 года Калифорния приняла Закон об устойчивом управлении подземными водами., который требует от пользователей надлежащего управления грунтовыми водами, поскольку они подключены к поверхностным водным системам. [26]

Колорадо [ править ]

Из-за засушливого климата штат Колорадополучает большую часть воды из-под земли. Из-за этого возникли вопросы, касающиеся инженерных практик подземных вод. Когда в водоносном горизонте Уайдфилд были обнаружены высокие уровни ПФУ, пострадали 65 000 человек. Подземные воды в Колорадо использовались еще до 20 века. Девятнадцать из 63 округов Колорадо в основном зависят от подземных вод для снабжения и бытовых нужд. Геологическая служба Колорадо имеет три важных отчета о грунтовых водах в бассейне Денвера. Первый доклад Геология верхнего мела, палеоцена и эоцена пластов в юго-западной части бассейна Денвера, второй доклад геология коренных пород, структура и карты изопаха от верхнего мела до палеогеновых слоев между Грили и Колорадо-Спрингс,Третья публикация. Поперечные сечения пресноводных несущих пластов в бассейне Денвера между Грили и Колорадо-Спрингс.[27] [28]

Новые тенденции в инженерии подземных вод / гидрогеологии [ править ]

С тех пор, как тысячи лет назад были проложены первые колодцы, системы подземных вод были изменены в результате деятельности человека. Пятьдесят лет назад устойчивость этих систем в более широком масштабе стала приниматься во внимание, став одним из основных направлений инженерии подземных вод. Новые идеи и исследования продвигают инженерию подземных вод в 21 век, при этом все еще учитываются вопросы сохранения подземных вод. [29]

Топографические карты [ править ]

Появились новые достижения в топографическом картографировании для повышения устойчивости. Топографические карты были обновлены и теперь включают радар, который может проникать в землю и определять проблемные области. Кроме того, в крупных вычислениях можно использовать собранные данные с карт для дальнейшего изучения водоносных горизонтов подземных вод за последние годы. Это сделало возможными очень сложные и индивидуализированные модели водного цикла, что помогло сделать устойчивость подземных вод более применимой к конкретным ситуациям. [29]

Роль технологий [ править ]

Технологические усовершенствования позволили улучшить топографическое картографирование, а также улучшить качество моделирования литосферы, гидросферы, биосферы и атмосферы. Эти симуляции полезны сами по себе; однако при совместном использовании они помогают дать еще более точный прогноз будущей устойчивости района и того, какие изменения можно внести для обеспечения стабильности в этом районе. Это было бы невозможно без развития технологий. По мере развития технологий точность моделирования будет повышаться, что позволит проводить более сложные исследования и проекты в области инженерии подземных вод. [29]

Растущее население [ править ]

Поскольку население продолжает расти, районы, которые использовали подземные воды с устойчивой скоростью, теперь начинают сталкиваться с проблемами устойчивости в будущем. При оценке долгосрочной устойчивости водоносных горизонтов не принимались во внимание популяции того размера, который в настоящее время наблюдается в крупных городах. Эти большие размеры населения начинают истощать запасы грунтовых вод. Это привело к необходимости новой политики в некоторых городских районах. Это известно как упреждающее управление землепользованием, когда города могут активно двигаться в целях сохранения грунтовых вод.

В Бразилии из-за перенаселения муниципальных властей не хватило воды. Из-за нехватки воды люди начали бурить скважины в пределах диапазона, обычно обслуживаемого городской системой водоснабжения. Это было решением для людей с высоким социально-экономическим положением, но оставило большую часть обездоленного населения без доступа к воде. Из-за этого была принята новая муниципальная политика, согласно которой бурение скважин было направлено на оказание помощи тем, кто не мог позволить себе бурение скважин самостоятельно. Поскольку город отвечает за бурение новых скважин, они могут лучше спланировать будущую устойчивость подземных вод в регионе, тщательно разместив скважины и принимая во внимание рост населения. [30]

Зависимость от грунтовых вод в Соединенных Штатах [ править ]

В Соединенных Штатах 51% питьевой воды поступает из подземных вод. Около 99% сельского населения зависит от грунтовых вод. Кроме того, 64% всех подземных вод страны используется для орошения, а часть из них используется для промышленных процессов и подпитки озер и рек. В 2010 году 22 процента пресной воды, используемой в США, поступало из грунтовых вод, а остальные 78 процентов - из поверхностных вод. Подземные воды важны для некоторых штатов, у которых нет доступа к пресной воде. большая часть пресных подземных вод, 65 процентов используется для орошения, а 21 процент используется в общественных целях в основном для питья. [31] [32]

См. Также [ править ]

  • Экологическая инженерия - это широкая категория, к которой относится гидрогеология;
  • Flownet - это инструмент анализа стационарного потока;
  • Энергетический баланс подземных вод: уравнения потока подземных вод на основе энергетического баланса;
  • Гидрогеология зоны разлома : поле, специально анализирующее гидрогеологию зон разлома
  • Гидрогеофизика : поле, объединяющее гидрогеологию с геофизикой
  • Гидрология (сельское хозяйство)
  • Изотопная гидрология часто используется для понимания источников и времени прохождения в системах подземных вод;
  • Список важных публикаций по геологии # Гидрогеология  : важные публикации;
  • Оскар Эдвард Мейнцер считается «отцом современной гидрологии подземных вод»;
  • SahysMod - это пространственная модель агрогидрозасоленности с потоком грунтовых вод в полигональной сети;
  • Источник (гидрология) и сеть водоснабжения - это темы, которыми занимается гидрогеолог;
  • Водный цикл , гидросфера и водные ресурсы являются более крупные концепции , которые гидрогеология является частью;

Ссылки [ править ]

  1. ^ Государственный университет Огайо, инженерный колледж (2018). Инженерия подземных вод (5240). https://ceg.osu.edu/courses/groundwater-engineering-5240-0
  2. ↑ Уолтон, Уильям С. (ноябрь 1990 г.). Принципы инженерии подземных вод, стр. 1. CRC Press. ISBN  978-0-873-71283-5 .
  3. ^ «10 TPG • ЯНВАРЬ / ФЕВРАЛЬ 2012 www.aipg.org Что нужно знать студентам-геологам о профессиональных лицензиях» (PDF) . Американский институт профессиональных геологов . AIPG . Проверено 24 апреля 2017 .
  4. ^ «Повышение уровня моря приписывается глобальной добыче подземных вод» . Утрехтский университет . Проверено 8 февраля 2011 года .
  5. ^ Департамент качества окружающей среды Северной Каролины (2018). Основы гидрогеологии. https://www.ncwater.org/?page=560
  6. ^ Бирзейтский университет, инженерия подземных вод. Потенциал подземных вод и зоны разгрузки http://www.hwe.org.ps/Education/Birzeit/GroundwaterEngineering/Chapter%204%20-%20Groundwater%20Potential%20and%20Discharge%20Areas.pdf
  7. ^ Bense, VF; Gleeson, T .; Loveless, SE; Bour, O .; Scibek, J. (2013). «Гидрогеология зоны разлома». Обзоры наук о Земле . 127 : 171–192. Bibcode : 2013ESRv..127..171B . DOI : 10.1016 / j.earscirev.2013.09.008 .
  8. ^ Хэдли, Дэниел Р .; Abrams, Daniel B .; Roadcap, Джордж С. (2020). «Моделирование крупномасштабных испытаний исторического водоносного горизонта: понимание гидрогеологии региональной зоны разлома» . Подземные воды . 58 (3): 453–463. DOI : 10.1111 / gwat.12922 . ISSN 0017-467X . PMID 31290141 .  
  9. ^ Gelhar, У., Уэлти, К., Rehfeldt, К. (1992). Критический обзор данных о дисперсии в масштабах поля в водоносных горизонтах. Получено с http://www.cof.orst.edu/cof/fe/watershd/fe537/labs_2007/gelhar_etal_reviewfieldScaleDispersion_WRR1992.pdf.
  10. ^ Штат Оклахома. Генри Дарси и его закон 3 сентября 2003 г. https://bae.okstate.edu/faculty-sites/Darcy/1pagebio.htm
  11. ^ «Мейнзер, Оскар Эдвард» http://go.galegroup.com/ps/i.do?id=GALE%7CCX2830902895&v=2.1&u=nclivensu&it=r&p=GVRL&sw=w&asid=88753af7557df17de94c1979354d8c74
  12. ^ Энергетический баланс потока подземных вод, применяемый для подземного дренажа в анизотропных почвах трубами или канавами с входным сопротивлением . Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. В сети: [1] Архивировано 19февраля 2009 г. в Wayback Machine . Статья основана на: RJ Oosterbaan, J. Boonstra и KVGK Rao, 1996, «Энергетический баланс потока подземных вод». Опубликовано в VPSingh and B.Kumar (ред.), Subsurface-Water Hydrology, p. 153–160, том 2 материалов Международной конференции по гидрологии и водным ресурсам, Нью-Дели, Индия, 1993. Академическое издательство Kluwer, Дордрехт, Нидерланды. ISBN 978-0-7923-3651-8 . В сети: [2] . Соответствующую бесплатную компьютерную программу EnDrain можно загрузить с веб-страницы: [3] или с: [4]
  13. ^ ILRI, 2000, Подземный дренаж (трубчатые) скважины: уравнения расстояния между скважинами для полностью или частично проникающих скважин в однородных или слоистых водоносных горизонтах с или без анизотропии и входного сопротивления , 9 стр. Принципы, используемые в модели «WellDrain». Международный институт мелиорации и улучшения земель (ILRI), Вагенинген, Нидерланды. В сети: [5] . Бесплатно загрузите программное обеспечение "WellDrain" с веб-страницы: [6] или с: [7]
  14. ^ "OpenGeoSys" . Центр экологических исследований имени Гельмгольца . Проверено 18 мая 2012 года .
  15. ^ "Веб-сайт OpenGeoSys" . Центр экологических исследований имени Гельмгольца . Проверено 28 апреля 2014 года .
  16. ^ Левек, Randall J., 2002, Методы Объемные Конечные для гиперболических задач, Cambridge University Press, 26 августа, 2002 ISBN 0521009243 
  17. ↑ Торо, 1999.
  18. ^ Тегель, Вилли; Элбург, Ренгерт; Хакельберг, Дитрих; Стойбле, Харальд; Бюнтген, Ульф (2012). «Колодцы раннего неолита показывают самую старую деревянную архитектуру в мире» . PLoS ONE . 7 (12): e51374. DOI : 10.1371 / journal.pone.0051374 . PMC 3526582 . PMID 23284685 .  
  19. ^ «Введение в технологии добычи подземных вод: скважина, мелководная скважина и трубчатая скважина» http://www.wateringmalawi.org/Watering_Malawi/Resources_files/Boreholewells.pdf
  20. ^ Хартер, Томас. Публикация ANR 8086. Проектирование и строительство водозаборных скважин http://groundwater.ucdavis.edu/files/156563.pdf
  21. ^ Саттон, Деб. Сельское и лесное хозяйство Альберты (май 2017 г.). Проектирование и строительство водозаборных скважин https://www1.agric.gov.ab.ca/$department/deptdocs.nsf/all/wwg408
  22. ^ a b c d e f g h Мэтлок, Дэн. «Основы проектирования, строительства и испытаний водозаборных скважин». Тихоокеанская группа подземных вод.
  23. ^ Фонд подземных вод (2018). Загрязнение подземных вод http://www.groundwater.org/get-informed/groundwater/contamination.html
  24. ^ Vaidyanathan, Гаятри. Scientific American (апрель 2016 г.). Фрекинг может загрязнить грунтовые воды https://www.scientificamerican.com/article/fracking-can-contaminate-drinking-water/
  25. ^ Шек, Том и Тонг, Скотт. Отчеты APM (декабрь 2016 г.). Агентство по охране окружающей среды меняет курс и подчеркивает загрязнение питьевой воды гидроразрывом https://www.apmreports.org/story/2016/12/13/epa-fracking-contamination-drinking-water
  26. ^ a b «Подземные воды, реки, экосистемы и конфликты» http://waterinthewest.stanford.edu/groundwater/conflicts/index.html
  27. ^ «Колорадо обдумывает ограничение штата на загрязнение грунтовых вод от ПФУ» https://www.denverpost.com/2017/09/17/colorado-state-limit-pfcs-contamination-groundwater/
  28. ^ «Подземные воды». Геологическая служба Колорадо, 5 марта 2018 г., coloradogeologicalsurvey.org/water/groundwater/
  29. ^ a b c Chaminé, Helder I (2015). «Водные ресурсы соответствуют устойчивости: новые тенденции в экологической гидрогеологии и инженерии подземных вод». Экологические науки о Земле . 73 (6): 2513–20. DOI : 10.1007 / s12665-014-3986-у .
  30. ^ Фостер, Стивен Д; Хирата, Рикардо; Ховард, Кен В. Ф (2010). «Использование подземных вод в развивающихся городах: вопросы политики, вытекающие из текущих тенденций». Гидрогеологический журнал . 19 (2): 271–4. DOI : 10.1007 / s10040-010-0681-2 .
  31. ^ Фонд подземных вод (2018). Что такое грунтовые воды? http://www.groundwater.org/get-informed/basics/groundwater.html
  32. ^ Перлман, Ховард и USGS. «Использование подземных вод в Соединенных Штатах». Использование подземных вод, Школа водных наук Геологической службы США, water.usgs.gov/edu/wugw.html.

Дальнейшее чтение [ править ]

Общая гидрогеология [ править ]

  • Доменико, П.А. и Шварц, В., 1998. Физическая и химическая гидрогеология, второе издание, Wiley. - Хорошая книга для консультантов, в ней много реальных примеров и освещаются дополнительные темы (например, тепловой поток, многофазный и ненасыщенный поток). ISBN 0-471-59762-7 
  • Дрисколл, Флетчер, 1986. Подземные воды и скважины , фильтр US Filter / Johnson Screens. - Практическая книга, иллюстрирующая реальный процесс бурения, разработки и использования водяных скважин, но это торговая книга, поэтому некоторые материалы касаются продукции, производимой Johnson Well Screens. ISBN 0-9616456-0-1 
  • Фриз, Р. А. и Черри, Дж. А., 1979. Подземные воды , Прентис-Холл. - классический текст; как более старая версия Доменико и Шварца. ISBN 0-13-365312-9 
  • де Марсили, Г., 1986. Количественная гидрогеология: гидрология подземных вод для инженеров , Academic Press, Inc., Орландо, Флорида. - Классическая книга, предназначенная для инженеров с математическим образованием, но ее могут прочитать также гидрологи и геологи. ISBN 0-12-208916-2 
  • LaMoreaux, Philip E .; Таннер, Джуди Т., ред. (2001), Источники и вода в бутылках мира: Древняя история, источник, возникновение, качество и использование , Берлин, Гейдельберг, Нью-Йорк: Springer-Verlag, ISBN 3-540-61841-4 Хороший, доступный обзор гидрогеологических процессов.
  • Поргес, Роберт Э. и Хаммер, Мэтью Дж., 2001. Сборник гидрогеологии , Национальная ассоциация подземных вод, ISBN 1-56034-100-9 . Это всеобъемлющее руководство, написанное практикующими гидрогеологами, представляет собой краткий, простой в использовании справочник по гидрологическим терминам, уравнениям, соответствующим физическим параметрам и акронимам. 
  • Тодд, Дэвид Кейт, 1980. Второе издание гидрологии подземных вод , John Wiley & Sons. - Тематические исследования и реальные проблемы с примерами. ISBN 0-471-87616-X 
  • Феттер, CW Contaminant Hydrogeology Second Edition, Prentice Hall. ISBN 0-13-751215-5 
  • Феттер, CW Applied Hydrogeology, четвертое издание, Prentice Hall. ISBN 0-13-088239-9 

Численное моделирование подземных вод [ править ]

  • Андерсон, Мэри П. и Весснер, Уильям В., 1992 г. Прикладное моделирование подземных вод , Academic Press. - Введение в моделирование подземных вод, немного староватое, но методы все еще очень применимы. ISBN 0-12-059485-4 
  • Андерсон, Мэри П., Весснер, Уильям У. и Хант, Рэндалл Дж., 2015 г., Прикладное моделирование подземных вод, 2-е издание , Academic Press. - Обновляет 1-е издание новыми примерами, новым материалом, касающимся калибровки модели и неопределенности, и онлайн-скриптами Python ( https://github.com/Applied-Groundwater-Modeling-2nd-Ed ). ISBN 978-0-12-058103-0 
  • Чанг, В.-Х., Кинзельбах, В., Рауш, Р. (1998): Имитационная модель водоносного горизонта для WINdows - моделирование потока и переноса подземных вод, интегрированная программа. - 137 с., 115 рис., 2 таб., 1 CD-ROM; Берлин, Штутгарт (Borntraeger). ISBN 3-443-01039-3 
  • Эланго, Л. и Джаякумар, Р. (ред.) (2001) Моделирование в гидрогеологии, публикация ЮНЕСКО-МГП, Allied Publ., Ченнаи, ISBN 81-7764-218-9 
  • Рауш Р., Шефер В., Терриен Р., Вагнер К., 2005 Моделирование переноса растворенных веществ - Введение в модели и стратегии решений. - 205 с., 66 рис., 11 табл .; Берлин, Штутгарт (Borntraeger). ISBN 3-443-01055-5 
  • Раштон, К.Р., 2003 г., Гидрология подземных вод: концептуальные и вычислительные модели . ISBN компании John Wiley and Sons Ltd. 0-470-85004-3 
  • Ван Х.Ф. Теория линейной пороупругости с приложениями к геомеханике и гидрогеологии, Princeton Press, (2000).
  • Уолтем Т., Основы инженерной геологии, 2-е издание, Тейлор и Фрэнсис (2001).
  • Чжэн, К., и Беннет, Г. Д., 2002, Прикладное моделирование переноса загрязняющих веществ, второе издание, John Wiley & Sons. ISBN 0-471-38477-1 

Аналитическое моделирование подземных вод [ править ]

  • Хайтжема, Хенк М., 1995. Моделирование потока подземных вод с помощью аналитических элементов , Academic Press. - Введение в аналитические методы решения, особенно метод аналитических элементов (AEM). ISBN 0-12-316550-4 
  • Харр, Милтон Э., 1962. Подземные воды и фильтрация , Дувр. - более строительный взгляд на подземные воды; включает в себя много интересного . ISBN 0-486-66881-9 
  • Ковач, Дьёрджи , 1981. Гидравлическая гидравлика , разработки в области науки о воде; 10. Elsevier. - Конформное отображение хорошо объяснено. ISBN 0-444-99755-5 , ISBN 0-444-99755-5 (ряд)  
  • Ли, Тянь-Чанг, 1999. Прикладная математика в гидрогеологии , CRC Press. - Прекрасное объяснение математических методов, используемых при нахождении решений проблем гидрогеологии (перенос растворенных веществ, конечные элементы и обратные задачи). ISBN 1-56670-375-1 
  • Лиггетт, Джеймс А. и Лю, Филип. Л.Ф., 1983. Метод граничного интегрального уравнения для потока пористой среды , Джордж Аллен и Анвин, Лондон. - Книга по БИЭМ (иногда называемая БЭМ) с примерами, это хорошее введение в метод. ISBN 0-04-620011-8 
  • Фиттс, С. Р. (2010). «Моделирование систем водоносных горизонтов с аналитическими элементами и подобластями». Исследование водных ресурсов . 46 (7). DOI : 10.1029 / 2009WR008331 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Международная ассоциация гидрогеологов - всемирная ассоциация специалистов по подземным водам.
  • Форум по подземным водам Великобритании - Подземные воды в Великобритании
  • Центр исследований подземных вод - образование и исследования подземных вод.
  • Стандарты питьевой воды EPA - максимальные уровни загрязнения (мкл) для растворенных веществ в питьевой воде в США.
  • Домашняя страница водных ресурсов Геологической службы США - хорошее место, где можно найти бесплатные данные (как по поверхностным, так и по грунтовым водам США) и бесплатное программное обеспечение для моделирования грунтовых вод, такое как MODFLOW .
  • Индекс TWRI Геологической службы США - серия инструкций, охватывающих общие процедуры гидрогеологии. Они находятся в свободном доступе в Интернете в виде файлов PDF.
  • Международный центр моделирования подземных вод (IGWMC) - образовательный репозиторий программного обеспечения для моделирования подземных вод, который предлагает поддержку для большинства программ, некоторые из которых являются бесплатными.
  • «Капсула времени гидрогеолога» - видеосборка интервью с выдающимися гидрогеологами, которые существенно изменили эту профессию.
  • Международный центр оценки ресурсов подземных вод МЦОРПВ
  • Геопространственный центр армии США - информация о поверхностных и подземных водах OCONUS.