Гидрогеология

УДК 556.3(075.8)
ББК 26.35я73
 
Г53

Ре ц е н з е н т ы: кафедра геологии и разведки полезных ископаемых 
учреждения образования «Гомельский государственный университет 
имени Ф. Скорины» (кандидат географических наук, доцент А.И. Павловский); заведующий кафедрой экономической географии и охраны природы 
учреждения образования «Белорусский государственный педагогический 
университет имени М. Танка» доктор геолого-минералогических наук, 
профессор М.Г. Ясовеев

Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги 
или любой ее части не может быть осуществлено без разрешения издате льства

ISBN 978-985-06-2126-9 
© Гледко Ю.А., 2012
 
© Издательство «Вышэйшая
 
школа», 2012

ÂÂÅÄÅÍÈÅ

«Гидрогеология» входит в состав теоретических и практических дисциплин для подготовки специалистов по специальности «География», в том числе по направлению «Гидрометеорология». Цель дисциплины – формирование у студентов 
 целостного представления о строении и происхождении подземной гидросферы, о взаимодействии поверхностных и подземных вод, закономерностях географического размещения 
подземных вод, их движения, а также приобретение навыков 
по основным методам гидрогеологических исследований и 
прогнозов.
Изучение курса позволит специалистам в области гидрометеорологии грамотно решать многие народнохозяйственные 
задачи, связанные с комплексным использованием и охраной 
водных ресурсов, эффективным управлением поверхностным 
и подземным стоками, прогнозированием минимальных расходов рек для гидроэнергетического проектирования, водоснабжения и других отраслей хозяйства, читать гидрогеологические разрезы и карты, выполнять расчеты подземной сос тавляющей водных балансов речных бассейнов и отдельных водоемов.
Вода земных недр – важнейшее для человека полезное ископаемое. Она широко используется как лечебное средство 
(минеральные воды курортов и санаториев) и в качестве горнохимического сырья для промышленного извлечения из нее 
ценных компонентов. Без воды невозможен ни один геологический процесс в недрах и на поверхности Земли, с ее участием 
создаются и разрушаются месторождения полезных ископаемых.
Особенно велика роль гидрогеологии при проведении различных экологических, и в частности геоэкологических, исследований. В силу своей мобильности вода способствует миг

рации различных загрязнителей и в то же время часто является 
объектом загрязнения.
Учебная дисциплина представляет систему взглядов, отражающую современный уровень знаний. При этом рассматриваются такие проблемные и дискуссионные вопросы, как генезис подземной гидросферы, эволюция состава подземных вод, 
геологическая форма движения воды. Большое внимание уделяется также прикладным проблемам, например проблемам 
экологической гидрогеологии и водообеспе чения.

×ÀÑÒÜ 1

ÎÁÙÀß ÃÈÄÐÎÃÅÎËÎÃÈß

1. Ãèäðîãåîëîãèÿ êàê íàóêà, íàó÷íûå ìåòîäû 
è çàäà÷è ãèäðîãåîëîãèè. Èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ íàóêè

1.1. Ãèäðîãåîëîãèÿ êàê íàóêà, íàó÷íûå ìåòîäû 
è çàäà÷è ãèäðîãåîëîãèè

Согласно большинству существующих определений, гидрогеология – это наука, которая изучает подземные воды 
планеты: закономерности их распространения в земной коре, 
условия залегания и движения, их свойства и состав, взаимодействие с горными породами, а также условия и возможности 
их хозяйственного использования. Более правильно считать, 
что гидрогеология как подразделение наук естественного цикла изучает подземную часть гидросферы планеты (или подземную гидросферу по Ф.П. Саваренскому, М.Л. Овчинникову, 
Е.В. Пиннекеру и др., или гидрогеосферу по Н.И. Плотникову), 
законы ее строения и развития, процессы, происходящие в ней 
в естественных условиях и в условиях интенсивного антропогенного воздействия.
Основным объектом исследования гидрогеологии являются подземные воды – главный элемент гидросферы, особенности которого определяют содержание и методологию науки.
Гидрогеология – дисциплина геологическая. Изучение подземных вод методологически неправильно, а в ряде случаев 
и невозможно проводить вне исследования горных пород, геологических структур земной коры, их строения и истории развития, вне познания геологических процессов, происходящих 

в земной коре и мантии. Академик В.И. Вернадский, оценивая 
роль воды (в том числе подземной) в истории развития планеты, считал, что «нет природного тела, которое могло бы сравниться с ней (водой) по влиянию на ход основных самых грандиозных геологических процессов» (1931). Отсюда становится 
очевидной тесная взаимо связь гидрогеологии с геологией, геохимией, минералогией и другими науками геологического 
 цикла.
Вместе с тем гидрогеология – это отрасль гидрологии в широком понимании, поскольку подземные воды представляют 
собой водный объект, являясь частью единой гидросферы Земли. Можно считать, что все молекулы воды, находящиеся в атмосфере, горных породах, живом веществе, являлись в некоторый период своей истории частью единой гидросферы Земли 
и при определенных условиях могут быть включены в состав 
водной оболочки планеты. Необходимость изучения и использования процессов водообмена между подземной частью гидросферы и ее поверхностной частью, а также атмосферой планеты связывает гидрогеологию с метеорологией, гидрологией 
суши, океанологией и другими науками этого цикла.
Как часть водной оболочки планеты подземные воды обладают важнейшим свойством воды – подвижностью, которая 
 сохраняется (в жидком и газообразном состояниях) при определенных условиях до значительных глубин геологического 
разреза. В связи с этим важным представляется изучение количества и формы движения подземных вод. Широкое использование расчетных методов и моделирования определяет тесную 
связь гидрогеологии с науками математического цикла, в том 
числе с вычислительной математикой (ЭВМ) и некоторыми 
разделами физики (механика сплошных сред, гидравлика, термодинамика и др.).
Подземные воды во всех без исключения случаях представляют собой не просто совокупность молекул Н2О, а сложные 
природные системы, содержащие в растворенном, коллоидном, свободном состоянии различные минеральные вещества, 
органические соединения и газы. Содержание химических элементов в подземных водах включает практически всю периодическую систему Менделеева плюс сложно построенные 
комплексы минеральных, органических и органоминеральных 
соединений. Исследование химической природы объекта, условий и закономерностей ее формирования невозможно без 
знания физической и коллоидной химии, химии органических 

соединений, а также микробиологии и биохимии, когда необходимо оценить роль «живого вещества» в процессах формирования химического состава подземных вод.
Использование подземных вод чрезвычайно разнообразно. 
Вода земных недр – важнейшее для человека полезное ископаемое: пресные подземные воды применяются для питьевого, 
хозяйственного и другого водоснабжения, минеральные лечебные, минеральные промышленные воды – для получения ряда 
химических веществ, термальные – для получения электроэнергии и теплофикации. Изучение подземных вод важно при 
мелиоративных работах, целью которых является создание оптимального водного режима на сельскохозяйственных землях; 
в геологических исследованиях при поисках, разведке и эксплуатации определенных типов месторождений полезных ископаемых, в том числе нефтяных и газовых; для гидрогеологического обоснования различных видов строительства, прежде 
всего гидротехнического, промышленного, городского и др.; 
при решении вопросов охраны природы, собственно подземных вод как природного объекта, охраны ландшафтов, поверхностных вод и др.
Разнообразие видов практического использования подземных вод определило тот факт, что в течение достаточно длительного времени, особенно в XIX–XX вв., гидрогеология развивалась главным образом как прикладная наука, призванная 
решать конкретные задачи хозяйственной деятельности человека. Во второй половине XX в. все возрастающие масштабы 
использования геологической среды и подземных вод как ее 
важнейшего элемента потребовали не только решения практических задач (рациональное комплексное использование подземной гидросферы, разработка долгосрочных прогнозов влияния человека на подземную часть гидросферы и в недалеком 
будущем управление подземной гидросферой планеты, прежде 
всего верхней ее частью, где протекает хозяйственная деятельность человека), но и разработки фундаментальных теоретических положений гидрогеологии (познание основных законов 
развития подземной гидросферы планеты, количественная 
оценка природных процессов, протекающих в ней, и роль этих 
процессов в геологической истории Земли, геохимии горных 
пород земной коры, формировании (и разрушении), а следовательно, размещении определенных видов месторождений полезных ископаемых и др.).

В соответствии с вышеизложенным в гидрогеологии могут 
быть выделены следующие теоретические направления: 
 
● общая гидрогеология (основы учения о подземной гидросфере, появлении и закономерностях распределения воды 
в недрах Земли); 
 
● региональная гидрогеология (закономерности распространения подземных вод в земной коре, типы гидрогеологических структур, формирование различных типов подземных 
вод); 
 
● гидрогеодинамика (исследование законов движения подземных вод, закономерностей формирования их гидродинамического режима и ресурсов); 
 
● гидрогеохимия (исследование законов миграции химических элементов в подземной гидросфере и процессов формирования химического состава подземных вод); 
 
● гидрогеотермия (исследование термических свойств 
и процессов теплопереноса с подземными водами); 
 
● палеогидрогеология (происхождение и история развития 
подземной гидросферы, исследование роли подземных вод 
в геологических процессах).
В методические и прикладные направления могут быть 
включены: 
 
● методика гидрогеологических исследований – методы 
проведения гидрогеологических исследований (съемка, поисково-разведочные, режимные, опытные и камеральные работы); 
 
● методика оценки ресурсов подземных вод – выявление 
типов месторождений подземных вод, условий формирования 
и оценка ресурсов подземных вод разного типа; 
 
● гидрогеология месторождений полезных ископаемых – 
гидрогеологические методы поисков месторождений полезных ископаемых, гидрогеологическое обоснование шахтного 
строительства и условий эксплуатации месторождений разного типа; 
 
● мелиоративная гидрогеология – гидрогеологические исследования при проектировании мелиоративных систем, оптимизация водно-солевого режима мелиорируемых земель; 
 
● инженерная гидрогеология – гидрогеологические изыскания при проектировании и строительстве инженерных сооружений различного типа; 
 
● экологическая гидрогеология – охрана подземных вод, 
гидрогеологические аспекты охраны природной (геологической) среды; 

● мониторинг подземных водных объектов – систематические (многолетние) наблюдения за состоянием и изменением 
режима и баланса подземных вод, их состава и качества.
Гидрогеология использует методы исследования, применяемые в науках о Земле и трансформированные относительно 
изучения подземной гидросферы. Разработка теоретических 
разделов гидрогеологии и решение конкретных (прикладных) 
задач осуществляются с использованием собственно гидрогеологических методов, таких как полевые методы (маршрутные 
исследования, гидрогеологическое бурение, опытно-фильтрационные работы, наблюдения за режимом подземных вод 
и др.), методы камеральной обработки полевых материалов, лабораторные методы исследования (гидрогеохимические, фильтрационные и др.) и методы гидрогеологического 
моделирования. Широкое распространение получили методы 
фундаментальных наук – физические, химические, физико-химические, математические, экологические.
В целях количественно-качественной оценки различных 
компонентов подземной гидросферы гидрогеология ориентируется на натурные исследования, поисково-разведочные работы и геофизические методы. В гидрогеологию раньше, чем 
в смежные науки, стали внедряться расчеты, лабораторные 
эксперименты и моделирование природных процессов.

1.2. Èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ íàóêè

Гидрогеология как самостоятельная отрасль знания возникла более 100 лет назад – на рубеже 70–80-х гг. XIX в. В 1880-х гг. 
терминами «гидрогеология» и «гидрогеологический» стали 
широко пользоваться в России.
За прошедшее время гидрогеология превратилась в комплексную науку. Вода земных недр относится к важнейшим 
полезным ископаемым. В некоторых странах она стала основным, а иногда единственным источником питьевого водоснабжения и орошения. Кроме того, подземные воды в виде минеральных и бальнеологических вод используются в лечебных 
и профилактических целях. Особая разновидность подземных 
вод – рассолы – ценнейшее сырье для многих отраслей народного хозяйства страны. Вода является участником всех геологических процессов, происходящих в недрах Земли, с ее участием формируются и разрушаются месторождения полезных 
ископаемых.

Имеющиеся неполные данные свидетельствуют о том, что 
уже в 3000–2000 гг. до н.э. на Ближнем Востоке, в Средней 
Азии, Китае и других странах, прежде всего в засушливых районах, подземные воды интенсивно использовались для питьевого и хозяйственного водоснабжения: сооружались достаточно глубокие и сложные водосборные галереи, эксплуатировавшие подземные воды конусов выноса и аллювиальных отложений. В древнем Китае существовала техника бурения и горных 
работ, которая позволяла сооружать водозаборные колодцы глубиной до 1200–1500 м, откуда получали подземные рассолы.
Первая известная работа, в которой с общефилософских позиций рассматривается роль воды на планете, в том числе 
и проблема происхождения подземных вод, принадлежит философу Фалесу Милетскому (около VI в. до н.э.). По его мнению, подземная вода образуется за счет морской воды, которая 
под действием ветра нагнетается в земные недра и в результате 
давления горных пород выходит на поверхность Земли, образуя родники. Древнегреческий философ Платон (427–347 гг. 
до н.э.) также считал, что происхождение подземных вод связано с фильтрацией морской воды в берега. Аристотель (384–
322 гг. до н.э.) предполагал, что подземная вода формируется 
главным образом за счет сгущения воздуха (водяного пара), 
поступающего из недр Земли (и, вероятно, с поверхности), а 
какая-то часть подземной воды образуется путем просачивания через поверхность Земли дождевой воды.
Философы Древнего Рима (Т. Лукреций Кар, А. Сенека, 
Г. Плиний Старший и др.) в той или иной мере использовали 
и развивали представления Платона и Аристотеля о происхождении подземных вод. Римский инженер Марк Витрувий Поллио (I в. до н.э.) в труде «Об архитектуре» дал наиболее правильное (с современной точки зрения) объяснение процесса 
формирования подземных вод за счет просачивания или инфильтрации (инфильтрационная теория происхождения подземных вод) атмосферных осадков, выпадающих на поверхность Земли. В то же время им не отвергалась возможность 
происхождения подземных вод в процессе конденсации водяного пара. Другим представителем римской философской школы, Луцием Аннеем Сенекой (начало I в. н.э.), на основании 
идей Аристотеля было сформулировано положение о невозможности происхождения подземных вод за счет инфильтрации атмосферных осадков (источником подземной воды считались только процессы конденсации водяного пара). Это поло