Mai mult

11.7: Apele subterane - Geoștiințe

11.7: Apele subterane - Geoștiințe


11.7: Apele subterane - Geoștiințe

11.7: Apele subterane - Geoștiințe

Toate articolele publicate de MDPI sunt puse la dispoziție imediat în întreaga lume sub o licență de acces deschis. Nu este necesară nicio permisiune specială pentru refolosirea totală sau parțială a articolului publicat de MDPI, inclusiv cifrele și tabelele. Pentru articolele publicate sub o licență Creative BY CC Open acces, orice parte a articolului poate fi refolosită fără permisiunea cu condiția ca articolul original să fie clar citat.

Documentele cu caracteristici reprezintă cea mai avansată cercetare cu potențial semnificativ de impact ridicat în domeniu. Lucrările sunt prezentate la invitația sau recomandarea individuală de către editorii științifici și sunt supuse unei evaluări inter pares înainte de publicare.

Feature Paper poate fi fie un articol de cercetare original, un studiu substanțial de cercetare roman care implică adesea mai multe tehnici sau abordări, fie o lucrare de revizuire cuprinzătoare cu actualizări concise și precise cu privire la ultimele progrese în domeniu care revizuiește sistematic cele mai interesante progrese în domeniul științific. literatură. Acest tip de hârtie oferă o perspectivă asupra direcțiilor viitoare de cercetare sau a posibilelor aplicații.

Articolele Editor’s Choice se bazează pe recomandările editorilor științifici ai revistelor MDPI din întreaga lume. Editorii selectează un număr redus de articole publicate recent în revistă, care consideră că vor fi deosebit de interesante pentru autori sau importante în acest domeniu. Scopul este de a oferi un instantaneu al unora dintre cele mai interesante lucrări publicate în diferitele domenii de cercetare ale revistei.


Hubbert și Rubey abordau un mister geologic de lungă durată. Fusese recunoscut încă de la începutul anilor 1800 pe baza dovezilor pe teren că mișcări de blocuri imense de împingere pe distanțe considerabile avuseseră loc de-a lungul defectelor de depășire cu unghiuri de scufundare extrem de scăzute. Au fost cartografiate multe defecte de împingere care implicau grosimi stratigrafice de mii de metri și distanțe de deplasare de zeci de kilometri. Ceea ce nu a fost înțeles a fost mecanismul mișcării. S-au efectuat numeroase calcule în care forțele tectonice orizontale sau alunecarea gravitațională fuseseră invocate ca mecanism de propulsie, dar toate se bazaseră pe necesitatea unor rezistențe de frecare nerealist scăzute pe planul de avarie. Când s-au folosit coeficienți de frecare mai realiști, analizele au arătat că forțele orizontale necesare pentru a provoca împingerea ar crea tensiuni care depășesc cu mult rezistența oricăror roci cunoscute.

Hubbert și Rubey au rezolvat acest paradox mecanic invocând teoria eșecului Mohr-Coulomb, așa cum a fost dezvoltată în secțiunea 10.1, în formularea sa eficientă de stres. Analiza lor a fost prima care a luat în considerare existența presiunilor fluide asupra defectelor la adâncime. Au folosit relația prezentată în ecuație. (10.8), dar așa cum pare rezonabil pentru un plan de defect neted, ei și-au asumat rezistența de coeziune ca fiind neglijabilă și setată c & # 8217 = 0. Criteriul eșecului devine atunci

(11.1)

Unde S& tau este forța de forfecare care trebuie depășită pentru a permite mișcarea, & sigma stresul normal pe planul de avarie, p presiunea fluidului și & phi & # 8217 unghiul de frecare intern pentru interfața rock-rock. Ei au argumentat că valorile mari ale p în ec. (11.1) ar servi la reducerea componentei normale a efortului efectiv pe planul de defect și, prin urmare, la reducerea valorii critice a efortului de forfecare necesară pentru a produce alunecarea. Au arătat că forțele orizontale de propulsie necesare pentru a produce aceste solicitări de forfecare reduse nu depășesc rezistența rocii. Aceștia s-au referit la măsurătorile câmpului petrolier pentru a-și susține susținerea că presiunile ridicate ale fluidelor sunt o apariție obișnuită la adâncime. Dezvoltările mai recente în ceea ce privește înțelegerea sistemelor de curgere regionale (așa cum este raportat în capitolul 6) arată clar că aceste presiuni ridicate ale fluidelor reprezintă o creștere naturală a sistemelor subterane de mișcare a fluidelor care există în mediul geologic eterogen în câțiva mii de metri a scoarței terestre.

Figura 11.1 reproduce diagrama corpului liber a lui Hubbert și Rubey pentru un bloc de dimensiuni de fiind împins din spate în jos un plan înclinat de pantă & theta.

Figura 11.1 Echilibrul stresului pe un bloc de tracțiune la mișcarea incipientă pe un plan de falie înclinat (după Hubbert și Rubey, 1959).

Blocul este propulsat împreună de stresul total, & sigmaX + p, aplicat la marginea sa din spate și la componenta greutății sale paralele cu panta. Se creează o solicitare de forfecare la baza blocului și la punctul de alunecare incipientă, & tau = S& tau, Unde S& tau este rezistența la forfecare a planului de defect, dată de ecuație. (11.1). Echilibrul forțelor care acționează asupra unei secțiuni de grosime unitară perpendicular pe diagramă este dat de

(11.2)

Unde & rhob, este densitatea în vrac a rocii. Hubbert și Rubey au rezolvat ecuația. (11.2) pentru , lungimea maximă a blocului care poate fi deplasată de acest mecanism. Pentru a face un astfel de calcul, este necesar să se cunoască parametrii geometrici, & theta și , proprietățile mecanice, & psi & # 8217 și & rhob, și valoarea presiunii fluidului, p, pe planul de avarie. Hubbert și Rubey au exprimat acest ultim parametru în termeni de raport & lambda = p / & sigmaz. Acestea oferă un tabel de calculat valori pentru o placă de piatră de 6000 m grosime sprijinită pe un plan de avarie cu reprezentant & psi & # 8217 și & rhob valori. Pentru & theta valori în intervalul 0 & # 821110 ° și & lambda valori cuprinse între 0 și # 82110.95, lungimea maximă a blocului care poate fi mutat variază de la 21 la 320 km. Aceste lungimi sunt în concordanță cu distanțele de deplasare observate ale blocurilor de defecțiune de depășire. Prin urmare, Hubbert și Rubey au ajuns la concluzia că luarea în considerare a presiunilor de fluid din apa subterană în vecinătatea avioanelor de avarie elimină paradoxul care înconjoară mecanismul de avariere a răsturnării.


11.2 Bazine de apă și bugete

Vizualizare pe hartă a unui bazin de drenaj cu fluxuri principale de trunchi și a multor afluenți cu drenaj divizat în linie roșie punctată.

Unitatea de bază a divizării peisajului este bazin de drenaj , cunoscut și sub numele de captare sau bazin de apă. Aceasta este zona de teren care captează precipitațiile și contribuie la scurgerea unui pârâu sau segment de pârâu [4]. Drenajul se divide sunt puncte înalte topografice locale care separă un bazin de drenaj de altul [5]. Apa care cade de o parte a diviziunii se îndreaptă către un pârâu, iar apa care cade de cealaltă parte a diviziunii merge către un pârâu diferit. Fiecare pârâu, afluent și pârâu are propriul bazin de drenaj. În zonele cu topografie mai plată, divizările de drenaj nu sunt la fel de ușor de identificat, dar există în continuare [6].

Vedere oblică a bazinului de drenaj și a diviziunii râului Latorita, România. Apa principală este locul unde începe râul. Mai mic afluent râurile se combină în jos pentru a face trunchiul mai mare al râului. gură acolo unde pârâul ajunge în sfârșit la sfârșit. Gura celor mai multe pâraie este la ocean. Cu toate acestea, un număr rar de cursuri de apă nu curg spre ocean, ci se termină mai degrabă într-un bazin închis (sau bazin endoreic) unde singura ieșire este evaporarea. Majoritatea pâraielor din Marele Bazin al Vestului Americii de Nord se termină în bazine endoreice. De exemplu, în județul Salt Lake, Utah, Little Cottonwood Creek și râul Iordan se varsă în endorheicul Great Salt Lake, unde apa se evaporă.

Bazinele de drenaj majore sunt codificate pentru a se potrivi cu oceanul aferent. Bazinele închise (sau bazinele endoreice) sunt prezentate în gri. Fluxurile perene curg tot timpul anului. Fluxuri perene apar în climă umedă sau temperată unde sunt precipitații suficiente și rate de evaporare scăzute. Nivelul apei crește și scade odată cu anotimpurile, în funcție de deversare. Fluxuri efemere curge doar în timpul ploilor sau al sezonului umed. În climatele aride, precum Utah, multe pâraie sunt efemere. Aceste cursuri apar în climatul uscat, cu cantități reduse de precipitații și rate de evaporare ridicate. Canalele lor sunt adesea spălături uscate sau arroyos pentru o mare parte a anului, iar fluxul brusc al moștenitorului provoacă inundații fulgerătoare [7].

De-a lungul Utah & rsquos Wasatch Front, zona urbană care se extinde de la nord la sud de la Brigham City până la Provo, există mai multe bazine hidrografice care sunt desemnate ca zone de protecție a bazinelor hidrografice & rdquo care limitează tipul de utilizare permis în acele drenaje pentru a proteja apa culinară. Câinii și înotul sunt limitați în aceste bazine hidrografice din cauza posibilității de contaminare cu bacterii și substanțe dăunătoare pentru alimentarea cu apă potabilă din Salt Lake City și a municipalităților din jur.

Apa din ciclul apei seamănă foarte mult cu banii dintr-un buget personal. Venitul include precipitațiile și fluxul de apă și subteran. E xpensele includ retragerea apei subterane, evaporarea și curgerea apelor subterane. Dacă cheltuielile depășesc veniturile, bugetul pentru apă nu este echilibrat. În acest caz, apa este eliminată din economii, adică stocarea apei, dacă este disponibilă. Rezervoarele, zăpada, gheața, umiditatea solului și acviferele servesc toate pentru depozitare într-un buget de apă. În regiunile uscate, apa este esențială pentru susținerea activităților umane. Înțelegerea și gestionarea bugetului pentru apă reprezintă o provocare politică și socială continuă.

Hidrologii creează bugete pentru apele subterane în orice zonă desemnată, dar sunt în general făcute pentru limitele bazinului hidrografic (bazin), deoarece apele subterane și de suprafață sunt mai ușor de luat în considerare în aceste limite. Bugetele pentru apă pot fi create și pentru granițele de stat, județ sau acvifer. Bugetul apelor subterane este o componentă esențială a modelului hidrologic hidrologii folosesc date măsurate cu un flux conceptual de lucru al modelului pentru a înțelege mai bine sistemul de apă.

Scorul dumneavoastră:

Clasamentul dvs.:


Istoria hidrogeologiei

Apă are o importanță vitală pentru omenire. Din acest motiv, construcția structurilor hidraulice se întoarce în timpuri foarte timpurii. Data construcției primei structuri hidraulice nu este cunoscută (Usul, 2001).

cele mai vechi lucrări de apă cunoscute sunt (Usul, 2001):

  • Sisteme de irigații construite în Mesopotamia, Egipt, Asia Centrală și China în jurul faimoaselor râuri mari din aceste regiuni,
    • Fântâni arabe,
    • Kanats persane,
    • Apeducte romane,

    Kanats au fost folosite pentru colectarea apei din depozitele aluvionare ale ventilatorului și din roci sedimentare moi. Aceste structuri au fost folosite probabil mai întâi acum mai bine de 2500 de ani în Iran. Tehnica construcției s-a răspândit rapid spre est, până în Afganistan și spre vest, până în Egipt.Fundamentul hidrogeologiei a început în secolul al XVII-lea (Davis și DeWiest, 1966). Pierre Perrault (1608-1680) a măsurat precipitațiile în bazinul râului Sena între anii 1668 și 1670. Apoi a estimat scurgerea din bazin. Edme Mariotte (1620-1684) a studiat evaporarea, infiltrarea și creșterea capilară. Edmond Halley (1656-1742) a studiat evaporarea din Marea Mediterană.

    Henri Darcy(1803-1858) a fost prima persoană care a declarat clar legea matematică care guvernează fluxul apelor subterane (Davis și DeWiest, 1966).

    Formula sa este cunoscută sub numele de „Legea lui Darcy”.

    Dezvoltarea formulei sale a fost rezultatul experimentelor cu nisipuri filtrante și a fost prezentată în 1856. Legea lui Darcy (formula) a fost prezentată într-un raport privind alimentarea cu apă a orașului Dijon.

    J. Boussinesq, J. Dupuit, P. Forcheimer și A. Theim au adus contribuții importante la hidrogeologie (Todd și Mays, 2005). Studiile lor s-au referit la hidraulica apelor subterane. Îmbunătățirea hidrogeologiei a continuat, de asemenea.în secolul XXMulți oameni de știință au contribuit la dezvoltarea hidrogeologiei. Unii dintre acești oameni de știință sunt

    R. Dachler, J. Kozeny, H. Schoeller și G. Theim.

    Până la sfârșitul secolului al XIX-lea oamenii de știință din SUA au jucat roluri importante în dezvoltarea hidrogeologiei.

    Cele mai importante dintre acestea sunt:

    A. Hazen, F.H. King, O.E. Meinzer, C.V. Theis, M.K. Hubbert, M.S. Hantush, C.E. Jacob și R.W. Stallman.

    A.M. Piper, H.A. Jr. Stiff, M.D. Foster, I.I. Chebotarev, J.D. Hem și W. Back sunt cercetătorii ale căror studii au adus o contribuție semnificativă la progresul din hidrogeologie chimică.


    11.7: Apele subterane - Geoștiințe

    Toate articolele publicate de MDPI sunt puse la dispoziție imediat în întreaga lume sub o licență de acces deschis. Nu este necesară nicio permisiune specială pentru refolosirea totală sau parțială a articolului publicat de MDPI, inclusiv cifrele și tabelele. Pentru articolele publicate sub o licență Creative BY CC Open acces, orice parte a articolului poate fi refolosită fără permisiunea cu condiția ca articolul original să fie clar citat.

    Documentele cu caracteristici reprezintă cea mai avansată cercetare cu potențial semnificativ de impact ridicat în domeniu. Lucrările sunt prezentate la invitația sau recomandarea individuală de către editorii științifici și sunt supuse unei evaluări inter pares înainte de publicare.

    Feature Paper poate fi fie un articol de cercetare original, un studiu substanțial de cercetare roman care implică adesea mai multe tehnici sau abordări, fie o lucrare de revizuire cuprinzătoare cu actualizări concise și precise cu privire la ultimele progrese în domeniu care revizuiește sistematic cele mai interesante progrese în domeniul științific. literatură. Acest tip de hârtie oferă o perspectivă asupra direcțiilor viitoare de cercetare sau a posibilelor aplicații.

    Articolele Editor’s Choice se bazează pe recomandările editorilor științifici ai revistelor MDPI din întreaga lume. Editorii selectează un număr redus de articole publicate recent în revistă, care consideră că vor fi deosebit de interesante pentru autori sau importante în acest domeniu. Scopul este de a oferi un instantaneu al unora dintre cele mai interesante lucrări publicate în diferitele domenii de cercetare ale revistei.


    „A doua ediție a Științei apelor subterane de Charles R.Fitts include o mulțime de materiale noi și actualizate atât în ​​carte, cât și pe web ... Cartea lui Fitts este excelent scrisă pentru a fi utilizată într-un curs introductiv de apă subterană, în special la nivel universitar.” - Apa subterană, septembrie-octombrie 2013

    Laudă pentru prima ediție:
    „Știința apelor subterane ar servi bine ca text pentru un curs introductiv de apă subterană. Grafica este clară și explicativă. Seturile de date necesare pentru a rezolva unele dintre problemele din carte sunt disponibile ca fișiere text de pe site-ul web al cărții. Am găsit aceste fișiere în să fie complete și ușor de înțeles. Referințele sunt actualizate. concise, bine scrise și bine ilustrate. "- Sean A. McKenna, Sanda National Labs, EOS TRANSACTIONS, iulie 2003

    "Știința apelor subterane este prezentată într-o manieră clară, logică, cu diagrame atractive, eficiente și clare. Susțin această carte pentru cei care intră pentru prima dată în lumea științei apelor subterane." - David Sharpe, Geological Survey of Canada Episodes, decembrie 2002

    "Scrierea este clară și precisă, fără a fi clară. Cifrele, referințele și indexarea sunt, de asemenea, bine realizate. Referințele includ atât lucrări clasice, cât și lucrări recente, cu o acoperire largă. Nu este ușor să faci atât de multe subiecte bine, dar cartea lui Fitts reușește ". - Laura Toran, pentru APA Pământ, 2003

    "Fitts adoptă o abordare hotărâtă și subțire a subiectului. Cifrele au un aspect clar și netezit. Scrierea și prezentarea sunt clare și economice. Fitts subliniază conceptele asupra dezvoltării formale, evitând derivările și matematica acolo unde este posibil. Am găsit abordarea să fie foarte eficientă și să se aștepte că ar atrage stilul de învățare al majorității studenților care trebuie să stabilească mai întâi o bază simplă, concretă, susținută de propria lor intuiție, înainte de a putea abstractiza concepte în expresii matematice. Știința apelor subterane este un text bun. pentru un curs introductiv în apele subterane. " - Roger Beckie, Universitatea British Columbia, pentru VADOSE ZONE JOURNAL, noiembrie 2003

    „Acest text ar trebui să găsească o piață adecvată în știința apelor subterane, în special cu acei instructori care preferă mai multe perspective matematice sau inginerești decât subiectul. Deși textul subliniază modelarea matematică și fluxul de contaminanți, echilibrul general oferit de perspectiva geologică din capitolul 4 face este o alegere potrivită pentru orice instructor care are nevoie de un manual cuprinzător, atrăgător din punct de vedere vizual, bine organizat și bine susținut pe apele subterane. " - Robert A. Vargo, Departamentul de Științe ale Pământului, Universitatea din California, pentru Jurnalul Asociației Americane pentru Resurse de Apă


    Priveste filmarea: Geografie; cl. XII, Hazardurile naturale și antropice1