Подземные воды: характеристика и виды. Подземные воды и грунтовые воды

Иногда грунтовые воды могут обусловить разрушение различных сооружений

Покупая участок для строительства дома, обращают внимание на его площадь и место расположения. При этом лишь профессионалы смотрят на то, какой на участке грунт, и интересуются уровнем залегания грунтовых вод. А ведь эти показатели крайне важны, так как именно от них зависит то, насколько легко будет возвести здесь постройку или разбить сад. Особенно важно расположение грунтовых вод, тем более что ответ на вопрос об этом параметре часто не знает и сам продавец. Следует изучить информацию о том, какие типы грунтовых вод существуют, почему так важно знать их положение и как с ними бороться.

Грунтовые воды – это жидкость, располагающаяся под слоем грунта. Они могут залегать на разной глубине и иметь разное происхождение.

Почвенные воды могут являться подземным источником или происходить из конденсата в земле и осадков.

Определить наличие грунтовых вод на участке можно с помощью специальной техники и карт

Если вы планируетена своем участке постройку дома или создание огорода, то вам действительно стоит определить правильный уровень положения грунтовых вод. Ведь они напрямую влияют на качество и долговечность ваших затей.

Почему нужно знать УГВ:

Если вы сажаете огород, то, чтобы обеспечить растениям максимальный комфорт, необходимо определиться с тем, где находятся грунтовые воды. Ведь если они располагаются слишком близко к поверхности, то такое соседство может навредить растениям. Многие из них не любят соседство влаги, из-за этого могут погибнуть. Особенно часто по этой причине загнивают плодовые деревья.
Опасны подземные воды, расположенные на небольшой глубине, при строительстве дома. Ведь они могут отрицательно сказаться на долговечности постройки. Кроме того, они разрушают фундамент, делая такую постройку попросту опасной. Поэтому крайне важно определить степень залегания влаги под землей.

Определение уровня положения грунтовых источников необходимо.

Виды грунтовых вод

Необходимо не только проверить самый низкий и самый высокий тип грунтовых вод, но и приступить к определению их вида. Ведь именно от этого зависит то, насколько они опасны.

Если вы покупаете участок через агентство, то вам должна предоставляется его схема. На ней должны быть указаны типы грунтовых вод и глубина их залегания.

Итак, есть три их разновидности. Они залегают на разной глубине и имеют разное происхождение:

Верховодка считается самым близким водяным слоем. Она отличается высоким уровнем залегания, в пределах 0,5-3 метров. Располагается во впадинах между слоями земли и образуется из осадков и конденсата в почве. В засушливые периоды эта жидкость исчезает, но с дождями появляется вновь. Она больше влияют на сад, чем на фундамент.
Безнапорные воды залегают глубже. Этот тип также называют «фунтовые воды». Они расположены на уровне от 1 до 5 метров под поверхностью и являются постоянными. Они не исчезают при засухах. Именно из них пополняются водоемы. Такие воды сильнее всего влияют на постройки, и именно они разрушают фундамент. Они могут иногда менять свое положение — то поднимаются, то уходят на глубину.
Артезианские напорные воды залегают глубже всего. Найти самостоятельно их невозможно. Это можно сделать лишь с помощью бурения скважин специальным механизмом. Эти воды появляются из подземных источников. Именно они подходят для водоснабжения частных домов.

Перед обустройством дачного участка стоит проконсультироваться со специалистом по поводу грунтовых вод

Если вы планируете строить дом, то вас больше всего должно интересовать расположение безнапорных грунтовых вод. Для тех, кто хочет организовать на участке сад, необходимо узнать наличие на участке верховодки.

Современные способы определения уровня

Если вы заранее не узнали, на каком пределе присутствуют грунтовые воды на вашем участке, то вам придется своими силами искать способы выяснения этого показателя. Есть несколько вариантов, подходящих для этих целей. Некоторые из них пришли к нам из далеких времен и не обладают высокой точностью, другими активно пользуются и сейчас, получая самые точные данные.

Проверить место расположения грунтовых вод можно с помощью растений и насекомых. Несмотря на то что профессионалы к подобным способам относятся весьма скептически, они все же оказываются весьма эффективными.

Как определить уровень расположения грунтовых вод:

Проверьте ближайшие колодцы на уровень воды в них. Ведь она в них появляется именно из подземных источников.
Также можно проверить уровень положения воды с помощью бурения скважин обычным садовым буром.
Существуют компании, которые с помощью специального оборудования проведут для вас исследование участка. Их данные считаются самыми точными.

С услугами компаний все просто: вы обращаетесь в специализированную фирму, за определенную плату специалисты проводят проверку и составляют схему залегания грунтовых вод.

Чтобы определить уровень подпочвенных вод по колодцам, необходимо посмотреть, на каком уровне в них находится вода. Это практически точно позволит определить уровень положения грунтовых вод. Однако делать это лучше не после дождя.

Оборудование для определения уровня грунтовых вод стоит достаточно дорого

Также можно определить положение грунтовых вод с помощью бурения скважин. Необходимо обычным садовым буром проделать в нескольких местах участка скважины. Их глубина должна равняться двум с половиной метрам. Далее следует подождать пару дней. Если отверстия не наполнились водой, значит, она залегает достаточно глубоко.

Если же скважины наполнились жидкостью, то придется определить ее происхождение. Для этого нужно подождать засушливых дней, если вода исчезнет, значит, это была верховодка. Если нет, то вы столкнулись с безнапорными грунтовыми водами, с которыми для постройки зданий обязательно нужно бороться.

Народные методы

Существуют более традиционные методы определения уровня грунтовых вод. Они не позволят точно определить метраж их положения, но могут свидетельствовать о близости жидкости под землей.

Способы таковы:

Определить близость грунтовых можно по растениям, которые произрастают на участке. Как вы понимаете, там, где присутствует верховодка, будут находиться влаголюбивые растения. Например, если уровень воды ближе 2,5 метров, то на участке будут расти камыш, крапива, осока, болиголов и наперстянка. Если воды располагаются глубже трех метров, то вы можете найти на участке полынь и солодку. При этом чем зеленее растения, чем ближе влага.
По животным тоже можно определить место расположения вод. Там, где близко к земле летают мошки, почти наверняка присутствует верховодка. Собаки, муравьи, кроты и мыши не любят соседства грунтовых вод. Кошки любят полежать в месте пересечения жил.
Также вы можете посмотреть на то, как стелется туман. Если он покрывает землю практически каждый вечер, по грунтовые воды близко. Там, где присутствует верховодка, по утрам на растениях будет больше росы.

Зачастую грунтовые воды не представляют опасности

Самым эффективным из описанных здесь методов являются растения. Ведь влаголюбивые экземпляры не будут расти в засушливых местах.

Борьба с грунтовыми водами

Когда закончен сбор данных о расположении вод на вашем участке, можно приступить к решению этой проблемы. Если безнапорные воды слишком близко, то с этим нужно бороться.

Какие меры можно принять:

Поверхностный водоотлив представляет собой канавы и траншеи. Из них выкачивается вода насосом.
Можно выкопать траншею по всему периметру участка. Из нее воду тоже придется откачивать насосом, например, в пруд.
Иглофильтровые установки откачивают близлежащие грунтовые воды и уводят их на глубину 5 метров.

Такие установки позволяют решить проблему. Однако заниматься их проектированием и организацией должны профессионалы.

Грунтовые воды – это опасное природное явление, которое встречается очень часто. Однакос ними вполне реально бороться , используя современные технологии.

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.

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.

Среди вод суши наибольшие запасы приходятся на подземные воды, общие запасы которых составляют 60 млн км 3 . Подземные воды могут находиться в жидком, твердом, парообразном состоянии. Они располагаются в почве и в горных породах верхней части земной коры.

Способность горных пород пропускать воду зависит от размеров и количества пор, пустот, трещин.

По отношению к воде все горные породы подразделяют на три группы: водопроницаемые (хорошо пропускают воду), водонепроницаемые (задерживают воду) и растворимые.

Растворимые породы - это калийная и поваренная соли, гипс, известняк. Когда подземные воды растворяют их, на глубине образуются большие пустоты, пещеры, воронки, колодцы (это явление называется карстом).

Водопроницаемые породы можно подразделить на две категории: проницаемые во всей их массе (однородно проницаемые) и относительно проницаемые (полупроницаемые). Примерами хорошо проницаемых горных пород служат галечники, гравий, песок. К полупроницаемым относятся мелкозернистый песок, торф и др.

Кроме этого, водопроницаемые породы могут быть влагоемкими и не влагоемкими.

Невлагоемкие породы - это горные породы, которые свободно пропускают воду, не насыщаясь ею. Это, например, пески, галечник и др.

Влагоемкие - это горные породы, которые удерживают в себе какое-то количество воды (например, один кубический метр торфа удерживает свыше 500 л воды).

К водонепроницаемым горным породам относятся глины, массивные кристаллические и осадочные породы. Однако эти породы могут быть разбиты трещинами и в естественных условиях стать проницаемыми.

Слои водонепроницаемых пород, над которыми залегают водоносные породы, называют водоупорными.

На водоупорных породах просачивающаяся вниз вода задерживается и заполняет промежутки между частицами вышележащей водопроницаемой породы, образуя водоносный горизонт.

Слои водопроницаемых пород, которые содержат воду, называются водоносными.

На равнинах, сложенных осадочными горными породами, обычно чередуются водопроницаемые слои и водоупорные.

Подземные воды залегают слоями (рис. 1). Их можно разделить на три горизонта:

Верхний горизонт — это пресные воды, залегающие на глубине от 25 до 350 м.
Средний горизонт - воды, залегающие на глубине от 50 до 600 м. Они обычно минеральные, или соленые.
Нижний горизонт — вода, нередко погребенная, в высокой степени минерализованная, представлена рассолами. Залегает на глубине от 400 до 3000 м.

Глубокие горизонты вод могут быть ювенильным и (магматического происхождения) или реликтовыми. Вода нижних горизонтов в большинстве случаев образовалась в период формирования заключающих их осадочных пород.

По условиям залегания подземные воды подразделяют на почвенные, верховодку и воды насыщения — грунтовые и межпластовые (рис. 2).

Почвенные воды и верховодка

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы. Они необходимы для нормальной жизни растений.

Верховодка залегает неглубоко, существует временно, малообильна. В наших климатических условиях она появляется весной после таяния снега, иногда осенью.

Рис. 1. Слои подземных вод

Рис. 2. Виды вод по условиям

Грунтовые воды

Грунтовые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют мощностью водоупорного слоя.

Грунтовые воды питаются просочившимися атмосферными осадками, водами рек, озер, водохранилищ.

В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать.

Так как глубина залегания грунтовых вод определяется прежде всего климатическими условиями, в разных природных зонах она различна. Так, в тундре уровень грунтовых вод практически совпадает с поверхностью, а в полупустынях находится на глубине 60-100 м, причем не повсеместно, и эти воды не обладают достаточным напором.

Большое влияние на глубину залегания грунтовых вод оказывает степень расчлененности рельефа территории. Чем она сильнее, тем глубже находятся грунтовые воды.

Грунтовые воды значительно подвержены загрязнению.

Межпластовые воды

Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые.

Особую группу подземных вод составляют напорные межпластовые воды. Они полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

Вскрытые скважинами и поднимающиеся вверх, они изливаются на поверхность или фонтанируют. Так устроены артезианские колодцы (рис. 3).

Рис. 3. Артезианский колодец

Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. По химическому составу различают пресные (до 1 г солей на 1 л воды), слабоминерализованные (до 35 г солей на 1 л воды) и минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды) подземные воды. При этом верхние горизонты подземных вод обычно пресные или слабоминерализованые, а нижние горизонты могут быть сильноминерализованными. Минеральные воды по своему составу могут быть углекислыми, щелочными, железистыми и т. д. Многие из них имеют лечебное значение.

Температура подземных вод

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.

Естественные выходы подземных вод (обычно грунтовых) на поверхность земли называется источниками (родниками, ключами). Они образуются обычно в пониженных местах, где земную поверхность пересекают водоносные горизонты.

Источники бывают холодными (с температурой воды не выше 20 °С), теплыми (от 20 до 37 °С) и горячими, или термальными (свыше 37 °С). Периодически фонтанирующие горячие источники называются гейзерами. Они находятся в областях недавнего или современного вулканизма (Исландия, Камчатка, Новая Зеландия, Япония).

Значение и охрана подземных вод

Подземные воды имеют большое значение в природе: являются важнейшим источником питания , болот; растворяют различные вещества в породах и переносят их; при их участии формируются карстовые и оползневые формы рельефа; при близком залегании к поверхности могут вызывать процессы заболачивания; снабжают растения влагой и растворенными в них элементами питания и т. д. Они широко используются человеком: являются источниками чистой питьевой воды; применяются для лечения целого ряда заболеваний человека; обеспечивают производственный процесс водными ресурсами; используются для орошения полей; из термальных вод получают большое количество различных химических веществ (йод, гауберову соль, борную кислоту, различные металлы); тепловая энергия подземных вод может служить для обогрева зданий, теплиц, получения электроэнергии и др.

На сегодняшний день во многих регионах состояние подземных вод оценивается как критическое и имеющее опасную тенденцию дальнейшего ухудшения. Несмотря на то что запасы подземных вод велики, возобновляются они крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.

Подземные воды (причем не только поверхностные, но и глубинные) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека: от предприятий гор но-добываю щей промышленности, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, населенных пунктов и др. Среди загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров. Происходит ухудшение качества питьевой воды.

Лекция № 7

Подземные воды образуются путем просачивания воды, выпадающей в виде осадков (инфильтрационные), иногда подземные воды образуются из воды, содержащейся в магме (ювенильные), седиментационные, подземные воды захваченные с поверхности образующимися горными породами и возрожденные (образовались при метаморфизме минералов и горных пород. Подземные воды классифицируются по гидравлическому признаку – безнапорные и напорные и по условиям залегания – верховодка, грунтовые и межпластовые.

Верховодкой называют временные скопления вод в самых верхних слоях земной коры над локальными водоупорами или полуводоупорами (линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород). В период снеготаяния и обильных дождей при инфильтрации вода временно задерживается и образует водоносный горизонт. Верховодка представляет для городских территорий значительную опасность. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные и т.д.), она может вызвать их подтопление. В последнее время в результате значительных утечек воды (водопровод) отмечено появление горизонтов верховодок на территориях промышленных объектов и жилых районов.

Грунтовыми водами называют подземные воды, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Грунтовые воды имеют свободную поверхность называемую зеркалом. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков и поступления воды из поверхностных водоемов и рек. Грунтовая вода открыта для проникновения в нее поверхностных вод, что приводит к изменению ее состава и загрязнению вредными примесями. Грунтовые воды находятся в движении и образуют потоки, что не редко приводит к суффозии.

Межпластовыми водами называют подземные воды, залегающие между двумя водоупорами. По условиям залегания эти воды могут быть безнапорными и напорными, то есть артезианскими.

С течением времени происходят изменения положения уровня и характера поверхности грунтовых вод, их температуры и химического состава. Совокупность этих изменений носит название режима грунтовых вод. Его изучение является важнейшей задачей, так как количественное и качественное изменение грунтовых вод существенно сказываются на условиях строительства и эксплуатации сооружений и должно сказываться на проектировании. Причинами колебаний уровня грунтовых вод являются:

1 метеорологические факторы (атмосферные осадки);

2 гидрологические условия (влияние рек и водохранилищ);

3 колебание земной коры;

4 строительная деятельность человека (утечки из водопроводных и канализационных систем, уменьшение испарения воды вследствие застройки, различные откачки из колодцев и скважин).

Для наблюдения за уровнем грунтовых вод используют буровые скважины, выполненные в необходимых местах одиночно или расположенные в определенном порядке.

В каждой скважине определяют глубину появления воды относительно поверхности земли, которая затем пересчитывается на абсолютной отметке. Для определения глубины залегания уровня используют:

1 мерную рейку (при небольших глубинах);

2 мерные тросы, на концах которых подвешены поплавки, хлопушки, свистки);

3 уровнеизмерители с электрическими цепями;

4 поплавковые измерители.