Это подземные водные ресурсы, которые залегают на небольшой глубине первого водоупорного пласта. Их ресурс отличается большой площадью и стабильными объемами воды. Они всегда залегают на слабо или непроницаемой горной породе, которая не пропускает инфильтрацию грунтовой воды в более низкие слои. Грунтовые воды относятся к семейству подземных вод и включают в себя два основных типа: капиллярные и верховодку.
Точное определения могут дать только гидрогеологи после проведение экспертизы конкретного участка. Легче всего спутать грунтовую воду с верховодкой. Она отличается меньшей глубиной залегания и площадью водного зеркала. Ее дно лежит на случайных скоплениях водоупорных пород (глины и т. д.).
На изображении приведена общая схема водоносных слоев, точную картину может дать только гидрологическая экспертиза
Слой грунтовых вод обязательно ограничивается дном, но обычно не имеет крыши. Породы отличаются пористостью, заполняются водой без напора. Из-за водопроницаемого верхнего слоя грунтовые воды очень чувствительны к атмосферным осадкам, таянию снега или просто случайным выбросам воды. В зависимости от их количества объем грунтовых вод постоянно колеблется, понижаясь в засуху и восстанавливаясь в дождливые сезоны. Кроме объема изменяется химический состав и средняя температура. Если грунтовые вода залегают в непосредственной близости к естественным водоемам, то их уровень и состав тесно привязывается к динамике поверхностных вод. По отношению к ним, четко наблюдается точная пропорциональность - количество воды поступившей равно количеству воды стока.
В условиях больших объемов питающей инфильтрации длительный контакт грунтовых вод с минеральными породами приводит к тому, что все легкорастворимые соли вымываются, а сама воды становится условно пресной. Если грунтовые вода залегают в засушливой местности, наблюдается обратный процесс: масса воды не стекает, а испаряется, при этом остатки постепенно засоляются.
Грунтовые воды залегают в окрестностях водоемов, неглубоких подземных трещинах и карстовых образованиях и конусах выноса горной породы. Состав грунтовых вод зависит от климата и растительного мира местности
Уровень залегания грунтовой воды влияет на ее подпитывание и расход. На равнинах они сохраняют статичное положение, но если находят выход ниже линии окружающего рельефа, то образуют небольшие источники, которые называются родниками. Они очень важны для питания естественных водоемов.
Грунтовые воды бывают непредсказуемы, в особенности, если их залегание близко к поверхности
Использование грунтовых вод для питья и хозяйства
Основная подпитка грунтовых вод - это атмосферные осадки. Пока влага стечет до уровня залегания грунтовой воды, она частично очищается от примесей. Если местность экологически чистая, не бывает разлива вредных веществ и для ведения хозяйства не используются химические вещества, то ее можно считать условно пригодной для питья и полива растений.
Колодец на грунтовых водах, будет подвержен сезонному снижению и повышению уровня. Чтобы убедиться в безопасности питьевой воды из неглубокого горизонта, нужно сдать ее на анализы в лабораторию. Если состав воды находится в норме, ее можно употреблять в пищу, но желательно подвергать дополнительной фильтрации и обеззараживанию кипячением.
Рядом с грунтовым колодцем запрещено размещать мусорные ямы, скотные дворы, канализационные, и прочие сантехнические сооружения. Вода, проходя через них, растворяет, все, что только можно, а затем весь букет микробов и химикатов попадет в колодец и на стол хозяевам.
Низкий уровень залегания грунтовых вод и отсутствие верхнего водонепроницаемого «этажа» значительно облегчает загрязнение дождевыми или сточными водами. Для принятия в пищу они используются в крайнем случае, но для прочих хозяйственных нужд вполне пригодны. Поэтому иногда во дворе несколько водоносных объектов: артезианская скважина для питья и мелкий колодец для полива и т.д.
Полностью безопасны для питья только те грунтовые воды, которые глубоко залегают и выходят на поверхность в виде родников. По близости не должно размещаться автомобильных трасс, производств и прочих загрязняющих объектов
Отрицательный эффект грунтовых вод
Грунтовые воды залегают на глубине от 2 до 20 метров. Чем меньше расстояние от поверхности грунта до воды, тем больше неприятностей они доставляют владельцам участков. Часты ситуации, когда на даче не растут растения, корневая система которых уходит в землю более чем на полметра. Даже декоративные растения сохнут и загнивают.
Грунтовые воды - отличное решение для полива
Для отвода грунтовых вод используются дренажные системы, а уровень грунта повышается с помощью завоза и насыпки дополнительной почвы.
Проблемы огородников и садоводов покажутся решаемыми мелочами, если сравнить вред, который грунтовые воды могут принести жилым и хозяйственным постройкам, питьевому колодцу или скважине с хорошей водой. При строительстве колодцев предпочитают миновать уровень открытых грунтовых вод, и дойти до более глубоких и защищенных водоносных горизонтов (обычно достаточно добраться до второго водоноса). Они лежат между двумя водоупорными слоями породы, первый защищает от попадания грунтовой воды и верховодки, а второй служит дном.
Сплошная конструкция колодезной шахты защищена от попадания загрязненных и стоковых вод. Это идеальная ситуация, когда владельцы основательно заботятся о колодце, регулярно обновляют гидроизоляцию и глиняный замок вокруг колодца. Как известно: вода камень точит, а швы между кольцами и подавно. Их ослабляют не только грунтовые воды, но и плывуны, глубокое промерзание грунта, корни близкорасположенных деревьев, и в шахте появляются трещины.
Практически на 100% защищены от попадания верховодки и грунтовых вод колодцы, шахты которых сварены из пластиковых труб. Они специально укрепляются и армируются, чтобы длительное время выдерживать нагрузки и не растрескиваться.
В средней полосе России уровень грунтовых вод (УГВ) залегает очень близко к поверхности - 2-3 метра. Такой показатель встречается даже в больших городах. Эту воду нельзя пить! Она набирается из ливней и прочих стоков и растворяет в себе множество вредных веществ и химии
Как понять, что колодец затоплен грунтовкой
Если на участке построен колодец традиционным методом из железобетонных колец или каменной кладки, риск попадания грунтовой или ливневой воды очень высок.
В периоды обильных дождей, половодья или снеготаяния, через нарушенную гидроизоляцию в колодец полноводными ручьями начинает стекать грязная вода. Этот процесс можно заметить по резко увеличившемуся уровню воды и мокрым струйкам на стенках шахты. В такие периоды специалисты санэпидемстанций рекомендуют перейти на бутилированную воду.
Чтобы понять через какой участок просочилась вода, нужно будет откачать воду до нормального уровня и подождать, пока стенки не просохнут. Прохудившиеся швы останутся влажными, а если напор грунтовых вод будет сильным, то через щели вода будет бить струями.
Как защитить колодец от грунтовых вод
В сезон активного питания грунтовых вод за счет ливня или снега вкусная вода из колодца может превратиться в отраву из-за попадания грунтовых или ливневых стоков. Ликвидация последствий затопления включает несколько процедур: очистка, ревизия и тщательная заделка швов, дезинфекция колодца для уничтожения болезнетворных микроорганизмов. Здесь верно правило, что профилактика дешевле и быстрее, чем устранение последствий.
Стоки и уличные туалеты конечно же лучше располагать подальше от источника питьевой воды
Чтобы этого не случилось нужно регулярно проводить профилактический осмотр целостности самих колец и гидроизоляционных швов между ними, и обновлять их при выявлении повреждений. Нельзя использовать для заделки силиконовый герметик, через небольшой срок он отслаивается. Для защиты от поверхностных вод достаточно качественного глиняного замка вокруг колодезной шахты. Он закладывается на глубину от 70 см до 2 метров и послойно утрамбовывается.
Специалисты компании профессионально устраняют последствия и причины затопления колодцев, и восстанавливают гидроизоляцию, чтобы этого больше не случилось.
Понятие в геологии
Как геологическое понятие уровень грунтовых вод — это условная черта, ниже которой порода до предела насыщена водой. После дождя или таяния снегов большое количество воды через поры в грунте уходит под землю. Уровень, на котором эта вода останавливается, поскольку ниже все поры ею уже заполнены, и является уровнем грунтовых вод в чистом виде.
Глубина такого уровня во многом зависит от рельефа местности, а также от наличия вблизи реки или озера. В гористой местности глубина залегания грунтовых вод может превышать глубину в 100 м, тогда как в болотистых низинных местностях она может становиться 1-2 м, а в некоторых местах — всего несколько сантиметров от поверхности.
Уровень грунтовых вод не является статичным показателем, а может колебаться в зависимости от времени года и интенсивности осадков, причем эти колебания могут быть достаточно значительными и достигать нескольких метров.
Самый низкий уровень грунтовых вод обычно отмечается зимой.
Именно зимой в землю попадает минимальное количество воды. Замерзший грунт становится непроницаем для осадков. Да и сами осадки выпадают в подавляющем большинства в виде снега, который не растает до весеннего тепла.
Если отойти от научного определения, то уровень грунтовых вод — это слой воды, который находится ближе всего к поверхности земли и отделен от нижних водоносных слоев слоем камня или глинистой почвы, который не дает этой воде просачиваться глубже.
Понятно, что такое определение неточно, поскольку геология различает три типа грунтовых вод:
- верховодку, глубина залегания которой 2-3 м от поверхности и которая имеет свойство исчезать зимой и в засушливую погоду;
- безнапорные грунтовые воды — это слой воды, который залегает под землей выше первого водонепроницаемого слоя. Уровень таких вод целиком зависит от атмосферных осадков и остается относительно стабильным, поскольку напор в этом слое воды отсутствует;
- артезианские воды — это слой воды, который расположен между двумя водоупорными пластами. Если пробить верхний водоупорный пласт, то вода из этого слоя под давлением будет подниматься вверх. Воду из этого водоносного слоя используют для обустройства артезианских скважин.
Но поскольку именно грунтовые безнапорные воды доставляют строителям больше всего хлопот при устройстве котлованов под фундаменты и подвалы, то именно по этому слою определяют уровень грунтовых вод. Поэтому для практической работы такое определение УГВ вполне подходит.
Грунтовые воды
Строительство любого сооружения, при котором необходима постройка фундамента, должно начинаться с определения уровня грунтовых вод. Существует закономерность: чем выше расположены грунтовые воды, тем меньше становится несущая способность грунта.
В некоторых случаях от строительства лучше отказаться. Например, если между водоупорным слоем и поверхностью почвы расположен слой тонкозернистых песков с примесью илистых частиц, то при попадании в него грунтовых вод он превращается в плавун. Если же на этом уровне расположен слой глинистого сланца, то при попадании в него воды он размягчается и теряет устойчивость.
Принято считать, что если залегание грунтовых вод обнаружено на глубине меньше 2 м, то это высокий уровень грунтовых вод. При таком уровне от любого строительства, требующего устройства глубокой траншеи или котлована, лучше отказаться, поскольку расходы на возведение нулевого цикла будут несоизмеримо высокими. Ведь подземные воды в этом случае просто зальют вырытый котлован, и сделать заливку фундамента будет невозможно.
Даже если откачать воду и сделать надежную гидроизоляцию, то и тогда проблема не устраняется полностью. Эти меры только на короткое время дадут необходимый эффект понижения уровня грунтовых вод.
Но сами грунтовые воды никуда не денутся и через непродолжительное время восстановят свой первоначальный уровень, в результате чего сделанный фундамент или обустроенный подвал окажутся залитыми.
Именно поэтому в строительстве существует норма, что от основания фундамента до залегания грунтовых вод должно быть расстояние, превышающее 0,5 м. Поэтому уровень грунтовых вод обязательно нужно определить еще до начала строительства.
Определение уровня
Существует несколько способов, как определить уровень грунтовых вод. Но есть общее правило: измерения нужно проводить ранней весной, сразу же после того, как растает снег, потому что в этот период залегания грунтовых вод находятся на максимуме.
Самый простой, но в то же время самый точный и эффективный способ — определить его по уровню воды в находящихся рядом с участком колодцах. Вода в глубине колодца поступает только из грунтовых вод, поэтому по расстоянию от верха колодца до зеркала воды можно с точностью определить, на каком расстоянии от поверхности они находятся. Для более точной картины лучше такие замеры выполнить не в одном, а в 2-3 колодцах.
Второй способ, который часто применяют при строительстве частных домов, особенно если поблизости нет вырытых колодцев, — бурение пробных скважин. При этом способе в качестве рабочего инструмента используют обычный садовый бур. Этим буром по периметру строительного участка бурят 3-4 пробных скважины на глубину 2-2,5 м. Если на протяжении 1-2 дней в этих скважинах не появляется вода, то это означает, что она находится достаточно глубоко, при строительстве ее можно не опасаться.
Есть и старинные способы. Например, клочок шерсти нужно хорошо промыть и высушить. Затем нужно взять этот клочок, сырое куриное яйцо (обязательно свежеснесенное, еще теплое) и глиняный горшок.
В выбранном на участке месте нужно аккуратно снять дерн, на дно образовавшейся ямки положить шерсть, на шерсть положить яйцо и накрыть их перевернутым глиняным горшком. Сверху горшок нужно аккуратно накрыть куском снятого дерна.
Результаты этот своеобразный индикатор покажет на следующее утро, как только взойдет солнце. Нужно убрать дерн, аккуратно снять горшок и обратить внимание на образовавшуюся под ним росу. Если роса есть не только на шерсти, но и на яйце, то можете быть уверены, что до воды в этом месте не очень глубоко. Если роса образовалась только на шерсти, а на яйце ее нет, то она находится на порядочной глубине. Если же в результате и шерсть, и яйцо остались сухими, то вода в этом месте находится очень глубоко, если она здесь есть.
Определить, что грунтовые воды находятся близко, можно и без проведения земляных работ на участке. Достаточно просто осмотреть его внимательно. Если в засуху на вашем участке растет густая зелено-изумрудная трава или много мха, а по вечерам над своим участком вы постоянно видите туманы, хотя вблизи участка нет реки или озера, то с большой вероятностью можно утверждать, что воды стоят высоко.
Можно также определиться и по растущим на участке растениям. Если среди них преобладают болиголов, крапива, конский щавель, наперстянка, осока, камыш, то от поверхности грунта до воды наверняка не более 3 м. А если преобладают полынь или солодка, то меньше чем через 4-5 м влагу вы не найдете.
Итак, способов определения глубины залегания грунтовых вод существует много. Не все они одинаково точны, но общее представление о водоносных слоях на своем участке вы с их помощью можете составить. Если вы хотите знать точную картину, то закажите специальное геологическое обследования вашего участка. Ведь точную карту подземных вод можно составить только с помощью выполненного профессионалами бурения скважин.
Свойства грунтов. Особенные условия существования грунтовых вод в толщах рыхлых пород заставляют нас прежде всего остановиться на некоторых физических свойствах этих грунтов. Среди этих свойств особенное значение имеют: пористость пород, их влагоемкость, капиллярные свойства и водопроницаемость.
Пористость грунтов. Отношение пустот в грунте к объему всего сухого грунта называют пористостью грунта. Пористость обычно выражается в процентах. Определить ее можно так: сосуд объемом в 1 л нужно наполнить сухим песком. Затем осторожно из мензурки приливать воду в сосуд с песком до полного насыщения всего песка влагой. Допустим, что для этого требовалось 250 см 3 воды. Отношение 250/1000=0,25, или 25%, как раз и будет определять пористость взятого нами песка.
Пористость различных рыхлых пород далеко не одинакова. Так, у крупного речного песка пористость выражается приблизительно 15-25%, у гравия - 35%, у глины - 50-55%, у торфяного грунта - 80% и т. д.
Влагоемкость грунтов. От пористости пород в значительной степени зависит и их влагоемкость, т. е. способность породы удерживать в себе то или другое количество воды. Наименьшей влагоемкостью отличаются плотные каменные породы, а наибольшей - обломочные рыхлые породы, что хорошо видно из приведенной таблицы.
Капиллярные свойства грунтов. Огромную роль в жизни грунтовых вод играют размеры и форма тех зерен (или частичек), из которых состоит обломочная порода. Чем крупнее зерна, тем крупнее просветы между ними, и наоборот (рис. 98). А размеры просветов определяют капиллярные свойства породы.
Из физики известно, что высота поднятия воды в капиллярной трубке обратно пропорциональна диаметру трубки. Так, для трубки диаметром в 1 мм высота поднятия воды (при 15° С) равна 0,29 см, при диаметре 0,1 мм - 29 см, при диаметре 0,01 мм - 2 м.
Опыты, производившиеся над различными грунтами (рис. 99), показали, что высота поднятия воды в грунтах зависит от размеров зерна (или, точнее, от размеров тех просветов, которые между этими зернами образуются). Так, высота поднятия воды в обломочных породах, диаметр зерна которых колеблется от 1 до 0,5 мм, равна 1,31 см, для зерен диаметром 0,2-0,1 мм - 4,82 см, для зерен диаметром 0,1-0,05 мм - 10,5 см и т. д.
Различное состояние воды в грунтах. Вода в грунтах может находиться в трех основных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Твердая вода может находиться только при температурах ниже 0°. Она
неподвижна и в данном случае нас мало интересует. Гораздо важнее жидкая и газообразная вода, которая находится в движении.
Жидкая вода в грунтах может быть в виде пленочной и гравитационной.
Пленочная вода, как мы уже имели случай упоминать, обволакивает каждую частичку грунта. Толщина водяной пленки зависит от влажности породы, но имеет предел, который определяется величиной молекулярных сил. (Минимальная толщина пленки равна диаметру молекулы воды). Пленочная вода движется, как и жидкость, но передвижение ее не зависит от сил тяжести. Пленочная вода удерживается каждой частицей грунта с большой силой и может быть удалена только с трудом (например, путем испарения).
Гравитационная вода в отличие от пленочной не попадает в радиус эффективного действия молекулярных сил, а движется вниз под влиянием сил тяжести через поры, находящиеся между зернами (или частичками) породы. Скорость передвижения гравитационной воды во много раз превосходит скорость движения пленочной воды. Гравитационная вода движется в сторону накло-на поверхности водоупорного пласта и только под влиянием гидростатического давления может иметь и восходящее движение.
Само собой разумеется, что гравитационная вода представляет для нас наибольший интерес, ибо она как раз и составляет главную массу подземных потоков, озер, источников и колодцев.
Газообразная вода может находиться только в порах грунта (в просветах между зернами породы). В тех случаях, когда водяные пары насыщают «подземную атмосферу», упругость водяных паров в просветах и порах влажной породы будет зависеть только от температуры. Последнее обстоятельство имеет большое значение в процессе увлажнения грунта путем конденсации водяных паров, поступающих из воздуха.
Согласно наблюдениям, производившимся в окрестностях Одессы проф. А. Ф. Лебедевым, почва указанным путем получает в год от 15 до 25% общего количества выпадающих здесь атмосферных осадков. Эта величина настолько значительна, что заслуживает большого внимания. В пустынях и полупустынях ночью условия конденсации паров в почве особенно благоприятны. Таким образом, было доказано, что значительная часть грунтовых вод образуется не только из атмосферных осадков, но также и путем непосредственной конденсации в грунте водяных паров из воздуха.
Как бы переходом между жидкой и газообразной водой в грунтах является вода гигроскопическая. Гигроскопическая вода окружает каждую частицу породы не сплошным слоем изолированных молекул.
В тех случаях, когда водяных молекул бывает много, они сливаются в сплошную пленку, толщина которой равна диаметру одной молекулы.. Это так называемая максимальная гигроскопичность, которая наблюдается при относительной влажности «подземной атмосферы» в 100%. Переход водяного пара в гигроскопическую воду сопровождается выделением тепла. Гигроскопическая вода перемещается из одних слоев грунта а другие, только переходя в парообразное состояние.
Парообразная и гигроскопическая вода особенный интерес представляет для почвоведения.
Происхождение грунтовых вод. Человек с давних пор широко использовал грунтовые воды в хозяйственных целях, а потому, естественно, очень давно стал задумываться над их происхождением. Первые «теории» происхождения грунтовых вод носили чисто фантастический характер. Говорилось, например, что земля «родит» воду, что в земле существуют особые неиссякаемые озера, откуда вода выходит на поверхность. Существовало даже и такое мнение, что вода океанов проникает в грунт материков и дает грунтовую воду. Последний взгляд пользовался особенно широким распространением и держался в науке почти до начала XVIII в.
Наряду с фантастическими гипотезами существовали объяснения, приближающиеся к истине. Так, по мнению Аристотеля, дождевые и снеговые воды частью испаряются, частью впитываются горными породами и образуют источники. Еще ближе к истине подходил римлянин Марк Витрувий Поллин, который говорил, что грунтовые воды образуются повсюду из вод атмосферных осадков. Однако только в начале XVIII в. эти объяснения стали проникать в европейскую науку.
В конце XVII в. (1686 г.)французский физик Мариотт впервые, на основании тщательных наблюдений, сумел доказать, что грунтовые воды происходят из атмосферных осадков, просачивающихся в землю. Выводы Мариотта, дополненные и уточненные последующими исследователями, все прочнее и прочнее входили в науку и в настоящее время упрощенно могут быть выражены в следующем виде. Вода, падающая на сушу в виде атмосферных осадков, частью стекает в ручьи и реки, частью испаряется и частью просачивается в грунт. Вода, проникшая в грунт, доходит до водоупорного слоя, и здесь ее движение вглубь прекращается. Накопляясь на поверхности водоупорного слоя, она обильно пропитывает вышележащие породы и образует так называемый водоносный слой. Эта теория, объясняющая происхождение грунтовых вод путем просачивания в глубь земли вод атмосферных осадков, носит название инфильтрационной.
Однако указанный способ происхождения грунтовых вод нельзя считать единственным. Трудами наших русских ученых (А. Ф. Лебедев и другие) было доказано, что подземные воды могут получаться еще путем конденсации водяных паров непосредственно в толще грунтов. Грунтовая вода, образованная путем конденсации водяных паров атмосферы непосредственно в грунтах, носит название конденсационной.
Мы уже говорили о том, что подземные воды, достигнув водоупорного слоя, прекращают свое движение вглубь и, собираясь на поверхности водоупорного слоя, образуют так называемый водоносный слой или водоносный горизонт. Водоносный слой снизу ограничен поверхностью водоупорного слоя, форма которой может быть весьма различна (рис, 101). Верхняя поверхность водоносного слоя обычно бывает плоская и носит название «зеркала» грунтовых вод. Это «зеркало» мы имеем возможность видеть в любом колодце.
Строго говоря, зеркало грунтовых вод имеет горизонтальную поверхность только на небольших сравнительно однородных пространствах. На больших же участках, при различии пород, различии геологического строения и рельефа горизонтальность зеркала в большей или меньшей степени нарушается. Возьмем простейший пример: ряд песчаных дюн, приблизительно однородных по своему строению. Зеркало грунтовых вод здесь будет (несколько ослаблено) повторять форму рельефа (рис. 102).
Причины этого довольно сложны: большее уплотнение песков под гребнями дюн создает иные условия капиллярности, что способствует более высокому стоянию грунтовых вод; оказывает влияние также различная степень испаряемости и т. д. Приблизительно то же, только в более сложных формах, мы можем видеть и на других примерах (рис. 103). Последнее необходимо учитывать как при поисках мест для рытья колодцев, так особенно при сооружении подземных хранилищ, погребов, блиндажей и т. д.
Движение грунтовых вод.В тех случаях, когда водоупорный слой имеет форму обширного вогнутого бассейна, грунтовая вода, заполняя бассейн, приобретает характер подземного озера. Понятно, что ряд колодцев, вырытых в районе подобного озера, будет иметь зеркало на одном уровне (рис. 104). Но значительно чаще водоупорный слой бывает наклонен в ту или другую сторону. При отмеченных нами условиях грунтовые воды, подчиняясь силе тяжести, медленно движутся в сторону наклона, образуя подземный поток (рис. 105). Ряд колодцев, вырытых вдоль потока, имеют зеркала на разных глубинах. Понятно, что чем больше колодцев, тем точнее мы можем определить направление и характер подземного потока. В местностях, где нет колодцев или количество их недостаточно, забивают буровые скважины, опускают в скважины трубы и по высоте воды в трубах определяют характер подземного потока.
При изучении подземных потоков важно бывает определить не только направление, но и скорость потока. Для определения скорости течения потока применяется обыкновенная поваренная соль. Ее бросают в колодец в верхней части подземного потока, а потом определяют, через сколько времени соленая вода появляется в других, ниже расположенных колодцах. Раствор азотнокислого серебра (А gNO 3 ) позволяет заметить даже ничтожную примесь хлористого натрия в воде исследуемых колодцев (получается ясный белый осадок хлористого серебра). Иногда для определения
скорости подземного потока вместо соли применяют бактерии, которые по своей малой величине легко проходят через поры грунтов. Скорость течения подземных потоков зависит от угла наклона водоупорного пласта и еще более от характера грунта. Так, в мелких песках скорость течения подземного потока достигает приблизительно 1 м в сутки, в крупных песках 2-3 и даже 5 м. В толще галечника, щебня и по трещинам твердых каменных пород подземные потоки движутся значительно быстрее, по нескольку километров в сутки. В глинах, наоборот, скорость проникновения воды даже вглубь не превышает 20 см в год, что и позволяет считать глину практически водонепроницаемой.
Источники. Источники образуются на месте выхода подземных потоков на земную поверхность. Источники (ключи, родники) по своему характеру могут быть весьма различны. В одних случаях это едва заметные ключики, иногда только увлажняющие почву. Места выходов таких источников можно узнать по характеру растительности (осока, тростник, хвощ, мхи). В других случаях это крупные источники, вода которых выбивает и сразу же образует значительный ручей. Однако нередки случаи, когда даже крупные источники не выходят на поверхность, а продолжают течь в толще грунта очень близко от земной поверхности. Подобные скрытые источники можно обнаружить по зарослям камышей, тростников и других водных растений. Действительно, если в таком месте вырыть небольшое углубление, то оно довольно быстро заполняется водой.
Источники с древнейших времен и до наших дней широко используются человеком. Это совершенно понятно, ибо они дают наиболее чистую и наиболее здоровую воду. Чтобы предохранить источник от загрязнения его закрепляют деревянным срубом, каменной кладкой или бетонными сооружениями. В местах, где поставщиками воды являются главным образом источники, их принимают в особые крытые бассейны, откуда по трубам они направляются на места их использования. Примеры подобных сложных сооружений мы можем видеть на южном побережье Крыма. Приблизительно так же используются крупные источники, дающие воду для снабжения городов, только сооружения здесь носят еще более сложный характер. Площадь питания подобных источников огораживается изгородью, куда не может заходить скот. Такая мера гарантирует здоровую воду источников.
Подземные потоки, прежде чем выйти на земную поверхность,
нередко проделывают большие и сложные пути под землей. Здесь прежде всего различают источники нисходящие и восходящие (рис. 106).
По температуре воды источники делятся на:
1) обычные, температура которых приблизительно равна средней годовой температуре данного
места,
2) холодные, температура которых ниже средней годовой, и
3) теплые, температура которых выше средней годовой.
Чем ближе подземный поток к земной поверхности, тем сильнее отзываются на нем колебания температуры воздуха. Так, годовые колебания достигают 5-10°, а в отдельных случаях и больше.
Холодные источники встречаются редко, и то главным образом в горах, где они питаются талыми водами снегов и ледников.
Теплые источники связаны чаще всего с местами недавнего вулканизма.
Особое место занимают так называемые артезианские колодцы. Пробитые на большую глубину буровые скважины дают выход глубоко лежащим подземным водам (рис. 107). Эти воды, находясь под сильным гидростатическим давлением, нередко бьют фонтанами и дают много воды (самые сильные - до 10-15 м 3 в минуту).
Минеральные источники. Во время своих подземных перемещений грунтовые воды встречают на своем пути различные вещества, которые могут растворяться в воде. K числу таких веществ относятся известняки, гипсы, поваренная соль, углекислый газ, сероводород и многие другие. Чаще всего в грунтах встречаются известняки (СаСОз) и гипс (CaSO 4 ). Вода, содержащая в растворе гипс или известь, почти не изменяет вкуса, но отличается тем, что плохо растворяет мыло (плохо мылится). Такую воду люди в общежитии называют «жесткой». При кипячении известь из воды выделяется и образует на стенках сосуда так называемую «накипь», которая всем хорошо известна.
Грунтовые воды, соприкасаясь с засоленными грунтами (в сухих степях и пустынях) или с залежами поваренной соли, растворяют эту соль и приобретают соленый вкус. Соленые источники и колодцы встречаются очень часто и являются хорошими показателями содержания соли в толщах грунтов той или другой местности. Примерами могут служить соленые источники и колодцы Соликамска, Березников, Илецкой Защиты и многие другие.
Нередко в подземных водах бывают растворены соли железа, углекислый натр, углекислый газ, сероводород и др.
Количество растворенных в воде солей и газов может быть различно. В тех случаях, когда растворенных солей и газов мало, вкус и запах воды не меняется и воду в этих случаях называют пресной. В тех же случаях, когда растворы на 1 л воды содержат не менее 1 г солей или газов, придающих воде различные вкусы и запахи,- воду называют минеральной, источники же, выделяющие минеральную воду,- минеральными источниками. В зависимости от химического состава минеральных источников их делят на группы:
Грунтовые воды в условиях вечной мерзлоты. За полярным кругом на глубине 50-100 см обычно залегает мерзлый горизонт, не проницаемый для воды. При этих условиях водоносный слой располагается над мерзлым горизонтом, т. е. у самой поверхности почвы. Столь высокое положение грунтовых вод создает исключительно благоприятные условия для заболачивания, что и наблюдается в тундрах в широких размерах.
Однако вечномерзлые горизонты встречаются не только за полярным кругом. Так, в Сибири (за Енисеем) они известны южнее 60-й и даже 50-й параллели. Вечная мерзлота в Сибири залегает на разных глубинах, но чаще всего на глубине 2-4 м. Таким образом, грунтовые воды здесь также залегают очень неглубоко, что, естественно, приводит к заболоченности даже при очень малом количестве осадков (рис. 108). На заболоченных местах обычно растут торфяные мхи, осоки, карликовые березы и ивы, лиственницы и корявые березы. По распространению этой растительности во многих случаях можно судить о налички вечной мерзлоты в данном месте.
В зимнее время, когда почвы промерзают сверху, грунтовые воды оказываются зажатыми между двумя водоупорными горизонтами. Подобное положение грунтовых вод приводит к ряду весьма своеобразных явлений. Так, на склонах, особенно в нижней их части, воды испытывают огромное гидростатическое давление, в результате которого вода прорывает мерзлую почву трещинами и выливается наружу. Ввиду того что явления эти протекают при сильных морозах, выливающаяся из трещин вода
замерзает. Излияние вод и последующее их замерзание повторяется неоднократно, что приводит к увеличению толщины льда до 4-5 и более метров. В результате нарастают огромные ледяные бугры, известные под названием наледей (рис. 109).
Наледи особенно сильно вредят дорогам. По одной только шоссейной Амуро-Якутской магистрали (728 км) за зиму 1927-1928 гг. зарегистрировано свыше сотни наледей. Из них 24 наледи имели площади свыше 1 км 2 . Толщина льда наледей доходит до 3-5 и более метров. Ввиду того что промерзание грунтов (сверху) к концу зимы постепенно увеличивается, растет и количество наледей. По наблюдениям, производившимся в районе той же Амуро-Якутской магистрали, в декабре образовалось 110 наледей, в январе 150, в феврале 350, в марте 575, в апреле 500. (В мае не образовалось ни одной.)
Случается, что грунтовые воды не могут сразу прорвать верхнего мерзлого горизонта. Тогда под давлением грунтовых вод поверхность земли выпучивается наподобие гриба (рис. 110). Эти «выпучивания» разрушают постройки, портят дороги и мосты.
K концу зимы земля сверху промерзает настолько, что верхний мерзлый слой нередко соединяется с нижним, и грунтовые воды полностью замерзают. В северных районах это явление наступает раньше, в южных позже. Вследствие сплошного промерзания вода ключей и колодцев иссякает, что создает большие затруднения для жителей. Понятно также, что и питание рек в зимний период в районах распространения вечной мерзлоты очень резко снижается. Летом же, наоборот, после каждого сильного дождя реки разливаются.
Подземные воды вулканических областей. Застывшие лавы благодаря своей трещиноватости и пористости хорошо пропускают воду. Еще лучше пропускают воду вулканические туфы, состоящие из рыхлых продуктов извержения. В силу этого обстоятельства атмосферные осадки, даже при большом их количестве, нередко нацело поглощаются вулканическими образованиями и не дают поверхностных водостоков. В результате поверхность лавовых покровов обычно имеет вид безжизненной пустыни, лишенной воды и растительности. Темная или даже черная окраска лав усиливает безотрадность открывающейся перед зрителем картины.
Воды, проникающие в толщу вулканических пород, достигают, наконец, водоупорных подстилающих пород и образуют здесь значительные скопления подземных вод. При большой мощности вулканических образований грунтовые воды оказываются очень глубоко, и, чтобы добраться до них, приходится рыть колодцы в
десятки метров глубиной. Эти грунтовые воды обычно выступают по краям лавовых плато в виде чистых, иногда очень многоводных источников...
Ювенильные воды. Магма, проникающая в толщу земной коры, выделяет большое количество водяных паров, которые, конденсируясь под землей, дают так называемую ювенильную воду. Ювенильные воды образуют источники, которые особенно широко распространены в областях недавнего вулканизма. Ювенильные источники чаще всего бывают горячими или теплыми и нередко минеральными.
Особое место среди горячих источников занимают гейзеры. Гейзеры периодически бурно вскипают и выбрасывают струи горячей воды и пара. Гейзеры встречаются сравнительно редко и связаны всегда с вулканическими областями. Наибольшей известностью пользуются гейзеры о. Исландии, Иеллоустонского национального парка США, Калифорнии и Новой Зеландии. Большое количество крупных гейзеров находится на Камчатке, несколько южнее группы Кроноцких вулканов. Высота выбрасываемых струй воды и пара некоторых камчатских гейзеров достигает 15-20 и более метров.
Вода представляет собой наиболее распространенное вещество на нашей планете, благодаря которому поддерживается на ней жизнь. Она находится и в литосфере, и в гидросфере. Биосфера Земли состоит на ¾ из воды. Важную роль в кругообороте данного вещества играют его подземные виды. Здесь она может образовываться из мантийных газов, в процессе стока и т. д. В данной статье мы рассмотрим виды подземных вод.
Понятие
Под подземными водами понимают последние, находящиеся в земной коре, расположенные в горных породах, находящихся ниже поверхности Земли в различных агрегатных состояниях. Они составляют часть гидросферы. Как считает В. И. Вернадский, данные воды могут располагаться на глубине до 60 км. Расчетный объем подземных вод, расположенных на глубине до 16 км, составляет 400 млн кубических км, то есть треть от вод Мирового океана. Они расположены в двух этажах. В нижнем из них находятся метаморфические и магматические горные породы, поэтому здесь количество воды лимитированное. Основная масса воды расположена в верхнем этаже, в котором расположены осадочные породы.
Классификация по характеру обмена с поверхностными водами
В нем выделяют 3 зоны: верхнюю — свободного; среднюю и нижнюю — замедленного водного обмена. Виды подземных вод по составу в разных зонах различны. Так, в верхней из них располагаются пресные воды, использующиеся для технических, питьевых и хозяйственных целей. В средней зоне расположены древние воды различного минерального состава. В нижней части находятся высокоминерализованные рассолы, из которых добывают различные элементы.
Классификация по минерализации
Выделяют следующие виды подземных вод по минерализации: ультра-, пресные, имеющие относительно повышенную минерализацию - только последняя группа может достигать уровня минерализации 1,0 г/куб. дм; солоноватые, соленые, повышенной солености, рассолы. У последних минерализация превышает 35 мг/ куб. дм.
Классификация по залеганию
Выделяют следующие виды подземных вод по условиям залегания: верховодку, грунтовые, артезианские и почвенные воды.
Верховодка в основном формируется на линзах и выклинивающихся пластах слабопроницаемых или водоупорных горных пород в зоне аэрации при инфильтрации поверхностных и атмосферных вод. Иногда она образуется за счет иллювиального горизонта под почвенным слоем. Формирование данных вод связано с процессами конденсации водных паров помимо перечисленных выше. В некоторых климатических зонах они формируют достаточно большие запасы качественной воды, но в основном образуются маломощные водоносные горизонты, исчезающие при засухе и образующиеся в периоды интенсивных увлажнений. В основном данный вид подземных вод характерен для суглинков. Его мощность достигает 0,4-5 м. Существенное влияние на образование верховодки оказывает рельеф. На крутых склонах она существует короткое время или отсутствует вовсе. На плоских степях с понижениями в виде блюдец и плоских водоразделах, на поверхности речных трасс формируется более устойчивая верховодка. Она не имеет гидравлической связи с речными водами, при этом легко загрязняется иными водами. При этом она может питать грунтовые воды, а может расходоваться на испарение. Верховодка может быть пресной или слабоминерализованной.
Грунтовые воды - это часть подземных вод. Они расположены на первом водоносном горизонте от поверхности, залегают на первом водоносном пласте, выдержанном по площади. В основном они - безнапорные воды, небольшой напор могут иметь в участках с локальным водоупорным перекрытием. Глубина залегания, их химические и физические свойства подвержены периодическим колебаниям. Распространены повсеместно. Питаются посредством инфильтрации осадков из атмосферы, фильтрации из поверхностных источников, конденсации водных паров и внутригрунтового испарения, дополнительного питания, поступающего из нижерасположенных водоносных горизонтов.
Артезианские воды - это часть подземных вод, имеющих напор, залегающих в водоносных горизонтах между относительно водоупорными и водоупорными пластами. Они залегают глубже грунтовых. У них в большинстве случаев области питания и создания напора не совпадают. Вода появляется в скважине ниже установившегося уровня. Свойства данных вод менее подвержены колебаниям и загрязнениям по сравнению с грунтовыми.
Почвенные воды представляют собой таковые, которые приурочены к почвенному водному слою, принимают участие в снабжении растений данным веществом, связаны с атмосферой, верховодкой и грунтовыми водами. Они оказывают существенное влияние на химсостав грунтовых вод при их глубоком залегании. Если последние расположены неглубоко, то почва переувлажняется и начинается заболачивание. Гравитационная вода не формирует отдельного горизонта, передвижение осуществляется сверху вниз под действием капиллярных сил или сил тяжести в различных направлениях.
Классификация по формированию
Основными видами подземных вод являются инфильтрационные, которые формируются из-за просачивания атмосферных осадков. Помимо этого они могут образовываться в результате конденсации водяного пара, который попадает в трещиноватые и пористые породы вместе с воздухом. Помимо этого выделяют реликтовые (погребенные) воды, которые были в древних бассейнах, но были захоронены мощными слоями осадочных пород. Также отдельным видом идут термальные воды, которые образовались на последних этапах магматических процессов. Эти воды образуют магматогенные или ювенильные виды.
Классификация движения рассматриваемых объектов
Выделяют следующие виды движения подземных вод (см. рисунок).
Просачивание и осадков из атмосферы происходит в зоне аэрации. При этом данный процесс подразделяется на свободно осуществляемый и нормальную инфильтрацию. Первый предполагает осуществление движения сверху вниз под влиянием силы тяжести и капиллярных сил по неким канальцам и капиллярным порам, при этом пористое пространство не насыщается водой, что способствует сохранению движения воздуха. При нормальной инфильтрации к перечисленным выше силам присоединяются градиенты гидростатического давления, что приводит к тому, что поры полностью заполняются водой.
В зоне насыщения действуют гидростатическое давление и сила тяжести, что способствует перемещению свободной воды по трещинам и порам в стороны, уменьшение напора либо уклона поверхности горизонта, несущего воду. Такое движение называют фильтрацией. Наибольшая скорость движения воды наблюдается в подземных карстовых пещерах и каналах. На втором месте идут галечники. Гораздо более медленное перемещение наблюдается в песках — скорость составляет 0,5-5 м/сутки.
Виды подземных вод в зоне вечной мерзлоты
Данные подземные воды классифицируют на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Первые располагаются в толще многолетней мерзлоты на водоупоре в основном в подножии склонов или на дне речных долин. Они, в свою очередь, делятся на сезонно промерзающие, верховодку, расположенную в деятельном слое; на сезонно частично промерзающие, с верхней частью в активном слое, на сезонно непромерзающие, залегание которых отмечается ниже сезонно промерзающего слоя. В некоторых случаях может происходить разрыв деятельного слоя различных грунтов, что приводит к выходу некоторой части надмерзлотных вод на поверхность, где приобретает вид наледи.
Межмерзлотные воды могут присутствовать в жидкой фазе, но наибольшее распространение получили в твердой фазе; как правило, не подвержены сезонным процессам оттаивания/промерзания. Данные воды в жидкой фазе обеспечивают водообмен с над- и подмерзлотными водами. Могут выходить на поверхность как родники. Подмерзлотные воды являются артезианскими. Они могут быть от пресных до рассолов.
Виды подземных вод России те же, что были рассмотрены выше.
Загрязнение рассматриваемых объектов
Выделяют следующие виды загрязнения подземных вод: химическое, которое, в свою очередь, подразделяется на органическое и неорганическое, тепловое, радиоактивное и биологическое.
В качестве химических загрязнителей в основном выступают жидкие и твердые отходы промышленных предприятий, а также пестициды и удобрения от сельхозтоваропроизводителей. Тяжелые металлы, другие токсичные элементы в наибольшей степени поражают грунтовые воды. По водоносным горизонтам они распространяются на значительные расстояния. Подобным образом ведет себя и загрязнение радионуклидами.
Биологическое загрязнение вызывает патогенная микрофлора. Источниками загрязнения обычно выступают скотные дворы, неисправная канализация, выгребные ямы и др. Распространение микрофлоры определяется скоростью фильтрации и выживаемостью данных организмов.
Является увеличением температуры подземных вод, возникающим при эксплуатации водозабора. Оно может возникать на участках сброса отработанных сточных вод или при расположении водозабора вблизи водоема с более нагретыми поверхностными водами.
Использование недр
Добыча подземных вод как вид пользования недрами регулируется ФЗ «О недрах». На добычу данных объектов требуется получение лицензии. Она выдается по отношению к подземным водам на срок до 25 лет. Срок пользования начинает исчисляться с момента госрегистрации лицензии.
Работы по добыче нужно зарегистрировать в Росреестре. Далее составляют проект и передают его на госэкспертизу. Затем готовят проект организации санохрзоны подземного водозабора, оценивают запасы этих вод и передают расчеты в госэкспертизу, фонд геоинформации и Росгеолфонд. Далее к полученным документам прикладывают свидетельства о праве собственности на землю, после чего подается заявка на лицензию.
В заключение
Какие виды подземных вод есть в России? Те же самые, что и в мире. Площадь нашей страны достаточно большая, поэтому в ней есть и мерзлотные, и артезианские, и грунтовые, и почвенные воды. Классификация рассматриваемых объектов достаточно сложна, и в данной статье она отражена неполная, здесь показаны самые основные ее моменты.
Грунтовые воды
подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта. Образуются главным образом за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озёр, водохранилищ, оросительных каналов; местами запасы Г. в. пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счёт конденсации водяных паров. Сверху Г. в. обычно не перекрываются водонепроницаемыми породами, а водопроницаемый пласт они заполняют не на полную мощность, поэтому поверхность Г. в. является свободной, ненапорной. На отдельных участках, где всё же имеется местное водоупорное перекрытие, Г. в. приобретают местный напор (величина последнего определяется положением уровня Г.
в. на прилегающих участках, не имеющих водоупорного перекрытия). Когда буровая скважина или копаный колодец достигают Г. в., их уровень (т. н. зеркало Г. в.) устанавливается на той глубине, где они были встречены. Области питания и распространения Г. в. совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим Г. в. обладают характерными особенностями, отличающими их от более глубоких артезианских вод: Г. в. чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков поверхность Г. в. испытывает сезонные колебания: в сухое время года она понижается, во влажное - повышается, изменяются также дебит, химический состав и температура Г. в. Вблизи рек и водоёмов изменения уровня, расхода и химического состава Г. в. определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока Г. в. за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путём инфильтрации. В условиях влажного климата развиваются интенсивные процессы инфильтрации и подземного стока, сопровождаемые выщелачиванием почв и горных пород. При этом легко растворимые соли - хлориды и сульфаты - выносятся из пород и почв; в результате длительного водообмена формируются пресные Г. в., минерализованные лишь за счёт относительно мало растворимых солей (преимущественно гидрокарбонатов кальция). В условиях засушливого тёплого климата (в сухих степях, полупустынях и пустынях) вследствие кратковременности выпадения и малого количества атмосферных осадков, а также слабой дренированности местности подземный сток Г. в. не развивается; в расходной части баланса Г. в. преобладает испарение и происходит их засоление. Различия условий формирования Г. в. обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) Г. в.; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают солёные Г. в., среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках. Наиболее значительные запасы Г. в. сосредоточены в аллювиальных отложениях речных долин, в конусах выноса предгорных областей, а также в неглубоко залегающих массивах трещиноватых и закарстованных известняков (реже в трещиноватых изверженных породах). Г. в. в силу относительно лёгкой доступности имеют большое значение для народного хозяйства как источники водоснабжения промышленных предприятий, городов, посёлков, населенных пунктов в сельской местности и т. д.. Лит.:
Саваренский Ф. П., Гидрогеология, М., 1935; Ланге О. К., Гидрогеология, М., 1969. П.П. Климентов.
Большая советская энциклопедия. - М.: Советская энциклопедия . 1969-1978 .
Смотреть что такое "Грунтовые воды" в других словарях:
Воды, находящиеся ниже поверхности земли и циркулирующие в пластах горных пород. Г. в. происходят гл. обр. от впитывания в землю дождевых и талых вод, а в нек рых случаях от впитывания вод, приносимых реками или искусственными каналами. Под… … Технический железнодорожный словарь
ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ, воды, находящиеся под поверхностью земли. Их источник, главным образом, дождь, хотя есть и воды вулканического или осадочного происхождения. Они просачиваются через пористые осадочные породы и почвы, накапливаются в колодцах.… … Научно-технический энциклопедический словарь
- (a. ground waters; н. Grundwasser; ф. eaux de fond, eaux souterraines, eaux de terres; и. aguas subterraneas, aguas freaticas) гравитац. подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта. Oбразуются гл. обр. за … Геологическая энциклопедия
Подпочвенные воды, гравитационные безнапорные воды первого от поверхности земли постоянно существующего водоносною горизонта, имеющего свободную поверхность, давление на которую равно атмосферному. В грунтовых водах обитают специфическая… … Экологический словарь
ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ - воды, расположенные на ближайшем от поверхности водонепроницаемом слое грунта. Г. в. имеют свободную поверхность, т. е. не имеют сверху водонепроницаемых пород, водное питание получают от атмосферных осадков. В понижениях рельефа наблюдаются… … Прудовое рыбоводство
Подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта, не имеющего сверху сплошной кровли водонепроницаемых пород; не обладают напором и подвержены сезонным колебаниям уровня и дебита … Большой Энциклопедический словарь
Подземные воды, залегающие на первом от поверхности земли водоупоре и представляющие собой постоянный во времени и значительный по площади распространения водоносный горизонт … Геологические термины
грунтовые воды - Вода, находящаяся ниже земной поверхности в толще горных пород и в почве в любых физических состояниях. Syn.: подземные воды … Словарь по географии
ГРУНТОВЫЕ ВОДЫ - воды, свободно расположенные поверх водоупорных пород (глина, мергель, др. нетрещиноватые породы), образующие водоносный горизонт и не имеющие сверху сплошной кровли из водонепроницаемых пород. Обычно так называют подземную воду первого от… … Большая политехническая энциклопедия
Подземные воды воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии. Шипот подземный источник водоснабжения Содержание 1 Классификация 2 … Википедия
грунтовые воды - 3.9 грунтовые воды: Подземная вода первого от поверхности водоносного горизонта, расположенного над первым от поверхности земли водонепроницаемым слоем. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
Книги
- Грунтовые и артезианские колодцы , А.А.Краснопольский. Санкт-Петербург, 1912 год. Типография П. П. Сойкина. Иллюстрированное издание. Типографская обложка. Сохранность хорошая. Цель настоящего издания - дать краткое изложение теории грунтовых и…
