Исходные определения природных и природно-техногенных гидрогеологических систем

Системный подход базируется на понятии система. Определе­ний этого понятия много, но во всех подчеркивается главное, что обя­зательно проявляется в системе, это - целостность, т. е структурно­-функциональное единство элементов,, (предметов, вещей, материаль­ных или идеальных), образующих упорядоченный комплекс (мно­жество). Это означает, что элементы любой системы (компоненты, под­системы) находятся в определенных отношениях между собой и с внеш­ней (по отношению к данной системе) средой. Системы имеют разные размеры (масштабы, ранги, уровни).

Литосфера представляет собой верхнюю твердую оболочку Земли, состоящую из минерального вещества, подземной воды или других (например, нефть) жидких компонентов, свободных газов и живого вещества, с присущими им физическими полями. Все компоненты находятся во взаимосвязи и взаимодействии. При таком понимании литосферу в целом, как и любые выделенные ее части, называют геосистемами. В этом случае подземную воду в виде самостоятель­ной фазы рассматривают как одну из подсистем этой геосистемы. Однако в геологии принято определять литосферу в более узком смысле — как геологическое пространство, сформированное твердым минеральным веществом. Будем в дальнейшем пользоваться таким определением. В практической и научной деятельности имеют дело с отдельными частями литосферы, т. геологическими телами раз­ного ранга. Под геологическим телом будем понимать некоторый объем геологического пространства, внутри которого со­храняются непрерывными те геологические параметры, на основе которых выделены границы этого тела. Геологическая гра­ница — это поверхность, при пересечении которой геологический признак терпит разрыв.

Подземные воды — сложный раствор, состоящий из молекул и дис­социированных ионов воды, ионов других элементов, коллоидных ча­стиц, органических соединений, растворенных газов, взвешенных ча­стиц, содержащийся в порово-трещинном пространстве геологических тел и находящийся в разных агрегатных состояниях. Подземная вода часто не сингенетична содержащим ее геологическим телам; она об­разует В Них самостоятельную фазу, поэтому водную оболочку В ЛиТО сфере называют подземной гидросферой. Учитывая, что подземная вода вне горных пород не является объектом гидрогео­логии, целесообразно воспользоваться понятием гидролито­сфера, понимая под этим верхнюю твердую оболочку Земли, в той или иной степени насыщенную подземной водой, находящейся в не­прерывном взаимодействии и связи с горными породами. Отдельные части гидр о литосферы можно рассматривать как гидрогеологические тела разного ранга. В этом случае гидрогеологическое тело представляет собой некоторый объем гидролитосферного про­странства, внутри которого сохраняются непрерывными те гидрогео­логические признаки, на основе которых выделены границы этого тела. Гидрогеологическая граница — это поверх­ность, при пересечении которой гидрогеологические признаки терпят разрыв. Гидрогеологические границы могут не совпадать с геологиче­скими.

Гидрогеологическая система

Гидрогеологическая система (ГГС) представляет собой совокупность гидрогеологических тел, характеризующихся определенными отношениями между собой и с внешней средой. Выде­ление гидрогеологических объектов (систем) и выбор критериев раз­деления на подсистемы определяются целевым назначением исследо­ваний. ГГС подразделяются на природные (ПГС) и при­родно-техногенные (ПТГС). Последние отли­чаются от природных тем, что в качестве подсистем (элементов) со­держат искусственные объекты (инженерные сооружения) или сущест­венно измененные человеком природные, объекты. Одну и ту же ГГС можно разделить на разные подсистемы, используя различные кри­терии их выделения. Если декомпозиция предусматривает использо­вание вещественного состава литосферы, то в качестве геологических подсистем могут быть выделены в зависимости от ранга геологические формации, генетические комплексы пород и другие геологические те­ла; при рассмотрении степени и характера водонасыщенности или про­ницаемости геологических тел — водоносные, относительно водоу­порные, водоупорные слои и зоны как гидрогеологические тела; при учете комплекса гидрогеологических показателей — гидрогеологичес­кие бассейны и массивы, водоносные комплексы и горизонты и т. п.

Связи и взаимодействия между элементами и системами могут быть следующие:

1) прямые, когда взаимодействие осуществляется непо­средственно через общую границу (действие паводка на реке через ее русло на водоносный горизонт при отсутствии экранирующих по­род, откачка из скважины);

2) непрямые, при которых воздействие передается через другие элементы данной или граничащей с ней си­стемы (воздействие паводка на водоносный пласт при наличии в русле реки экранирующих пород, инфильтрационное питание грунтовых вод через зону аэрации); 3) косвенные, опосредованные, передающиеся в данную систему извне через другую систему (загрязнение водонос­ного горизонта речными водами, изменившими минерализацию под действием сточных вод, поступающих в реку вне границ рассматри­ваемой системы)

Характеристика ГГС разных категорий

ГГС можно подразделить на категории элементарных, локальных и региональных.

Элементарная ГГС не делится на более мелкие эле­менты. Примером ПГС может быть однородный водоносный пласт с од­ной границей (рекой) и сфера ее взаимодействия с пластом. В качестве ПТГС можно выделить отдельное сооружение и водоносный пласт. Связи между элементами и с внешней средой могут быть прямыми и непрямыми.

Локальная ГГС состоит из комплекса элементарных ГГС. Ее струк­тура определяется соотношением и взаимосвязью между собой эле­ментарных ГГС, которые могут граничить друг с другом (несколько водоносных горизонтов) или пересекаться между собой так, что на функционирование одной оказывает действие другая (несколько взаимодействующих водозаборных скважин в пласте; одна скважина, работающая у реки). В этом случае формируется связная область сферы взаимодействия.

Региональные ГГС включают локальные (природные и техноген­ные) подсистемы. Гидролитосферное пространство, как правило, не­однородное. Если некоторые локальные ПТС не взаимодействуют между собой (удаленные друг от друга водозаборы), но находятся в области взаимодействия естественных источников возмущения (од­ной реки), то по естественным взаимодействиям формируется связная область, а по техногенным — несвязная, которая отличается сложным механизмом функционирования. Категория ГГС определяется не столько ее размерами, сколько.структурой и характером связей, по анализу которых устанавливаются внешние границы ГГС.

Поясним, какое содержание вкладывается в понятие сфера взаимодействия применительно к задачам динамики под­земных вод. Под сферой взаимодействия гидролитосферного простран­ства с естественной границей или инженерным сооружением пони­мается вмещающая сооружение или границу (или примыкающая к ним) область гидролитосферного пространства, внутри которой в резуль­тате их взаимодействия развиваются гидрогеологические процессы. Очевидно, что сфера взаимодействия (СВ) разных ПГС и ПТГС будет различаться размером, конфигурацией, строением гидролитосфер­ного пространства и видом происходящих в нем гидрогеологических процессов. В зависимости от строения СВ, ее формы и величины выбирают методы количественных расчетов.