Как найти грунтовые воды: определение уровня подъема. Источники и причины появления грунтовых вод

Мониторинг геоэкологических процессов Москвы в 2008 году

Целевое назначение мониторинга геоэкологических процессов - изучение динамики и контроль развития опасных геоэкологических процессов для выработки предложений и рекомендаций по своевременному предотвращению их негативных последствий при принятии управленческих решений.

Особенности ведения геоэкологического мониторинга на территории города Москвы определяются двумя взаимосвязанными условиями:

сложностью геолого-гидрогеологического строения и интенсивностью развития городского хозяйства.

Мониторинг геоэкологических процессов в 2008 г. осуществлялся по следующим направлениям: мониторинг грунтовых вод и мониторинг экзогенных геологических процессов, который в свою очередь разделяется на мониторинг оползневых и мониторинг карстово-суффозионных процессов.

Основные задачи работ:

Ведение мониторинга грунтовых вод, оценка гидродинамического, температурного, гидрогеохимического режима грунтовых вод по скважинам и родникам на территории города;

Контроль состояния пунктов территориальной режимной сети (инспектирование), в том числе контрольные замеры глубины, чистка, мелкий ремонт с заменой оголовков наблюдательных скважин;

Ведение мониторинга экзогенных геологических процессов, оценка, контроль и прогноз развития оползневых, карстовых, суффозионных процессов;

Информационное обеспечение органов управления в области природопользования и охраны окружающей среды (Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы) о развитии и активизации опасных геоэкологических процессов.

Мониторинг состояния грунтовых вод в Москве

Мониторинг грунтовых вод (гидрогеологический мониторинг) проводится по скважинам государственной территориальной наблюдательной сети (рис. 8.1.1), а также по родникам - естественным выходам подземных вод на поверхность.

В 2008 г. проводились наблюдения за уровнем и температурой грунтовых вод по 154 скважинам, пробы на химические анализы отбирались из 50 скважин и 55 родников, по 115 обследованным родникам замерялись расход (дебит) и температура воды. Выполнены лабораторные исследования на общий химический анализ (определение макрокомпонентов, рН, жесткости, минерализации, органолептических показателей, СПАВ, нефтепродуктов и пр.), масс-спектральный анализ (определение микрокомпонентов), радиологический (определение α и β радиоактивности), анализы на агрессивность для определения коррозионной активности воды-среды по отношению к бетонам, металлическим конструкциям и пр. Результаты гидрогеологического мониторинга в 2008 году практически подтверждают результаты 2007 года. Гидродинамический, температурный и гидрогеохимический режим на всей территории города нарушен. Но по данным трехлетних наблюдений можно уже выявить некоторые специфические особенности нарушенного режима.

Гидродинамический режим на территории города предопределен условиями техногенеза: естественное сезонное изменение положения уровней, условий питания и разгрузки грунтовых вод нарушены в результате площадного асфальтирования улиц, перепланировки поверхности, постоянного освоения подземного пространства, барражного эффекта, неравномерных водопонизительных работ при строительстве и работе дренажных сооружений, утечек из водонесущих сетей, прокладки новых коммуникаций и т.п. Влияние каждого из перечисленных факторов имеет локальный характер, однако, вследствие их совместного длительного воздействия, следует говорить о площадном техногенном изменении естественных гидрогеологических условий на территории мегаполиса. По данным режимных наблюдений в 2008 г., внутрисезонные изменения уровня подземных вод сопоставимы с аналогичными наблюдениями в 2005-2007 гг. В 2008 году амплитуда колебания уровней грунтовых вод (срочные замеры) по наблюдательной сети в целом по городу составила от 0,3 до 2,5 м.

Гидродинамический режим характеризуется как нарушенный и сильно нарушенный практически на всей территории города, менее 10% территории имеют, так называемый, слабо нарушенный режим, который приурочен к участкам, расположенным в лесопарковых зонах столицы.

Практически сохраняется соотношение типов температурного режима грунтовых вод: 87% замеренных скважин характеризуются значениями нарушенного и сильно нарушенного режима подземных вод (среднегодовая температура составляет от 8 до 12 и более 120С), 11% - слабо нарушенного режима (менее 80С); 3 скважины (две в Измайлове и одна в Новогирееве), что составляет менее 2% от опробованных скважин, имеют температуру грунтовых вод, близкую к естественным условиям - менее 70С.

Данные замеров температуры воды в родниках также указывают в основном на нарушенный температурный режим. В 56% от количества обследованных родников температура воды колеблется от 8 до 120С, в 4% - превышает 12-13С, 33% имеют слабонарушенный режим (7-80С), а температура в 7% обследованных родников близка к естественной: имеет 6-70С. Районы слабо нарушенного температурного режима приурочены, в основном, к территориям лесопарков (ВВЦ, Измайлово, Сокольники, Битцевский лесопарк и др.). Среднегодовая температура грунтовых вод не превышает здесь 8°С. Для районов со слабо нарушенным режимом характерны незначительные годовые амплитуды температуры - не более 0,2-0,5°С. Сильно нарушенный температурный режим характерен, в основном, для районов центральной части города и отдельных промзон; годовые амплитуды колебаний достигают 5-6°С. Повышенная температура грунтовых вод способствует увеличению их агрессивности, а следовательно, и активизации негативных процессов.

В 2008 году гидрогеохимический режим изучался по тем же 50 скважинам наблюдательной сети, что и в 2006-2007 гг., а также по 55 родникам. Опробование проводилось два раза в год: в конце весны - начале лета и осенью. В целом по городу наблюдается нарушенный гидрогеохимический режим грунтовых вод, обусловленный различными техногенными нагрузками. На застроенных территориях города Москвы преобладают грунтовые воды хлоридных типов (около 60% от всех опробуемых скважин). На слабо застроенных территориях парковых и лесопарковых зон преобладают воды гидрокарбонатных типов, потому более 70% родниковых вод гидрокарбонатные, поскольку родники расположены именно на таких территориях. Родниковые воды хлоридных типов составляют 19-20% от общего количества исследуемых источников.

Минерализация грунтовых вод в черте города колеблется от 0,3 до 2 г/л, местами до 6,5 г/л. В основном грунтовые воды пресные - имеют минерализацию до 1 г/л. Причем 6 опробованных скважин имеют постоянную повышенную минерализацию (во всех пробах на протяжении трех лет), 9 - случайную (в одной пробе или в одном году). Водородный показатель (рН) воды-среды изменяется от 5 до 9,5. В основной массе проб вода нейтральная (6-8). В 5-ти скважинах грунтовые воды слабокислые (рН<6). В одной пробе встречена слабощелочная реакция.

В прошлом году наблюдалось другое сочетание распределения показателя рН по скважинам. Постоянно кислую реакцию, наблюдаемую во всех пробах за три года, имеют пять скважин.

В 23 скважинах (в 2007 году - в 27), а это 46% от исследуемых, обнаружено содержание NH4, превышающее ПДК в несколько раз, что, возможно, связано с поступлением сточных вод непосредственно в грунтовые водоносные горизонты.

Результаты радиационного исследования показали наличие повышенной α- радиоактивности в 16 пробах из 100, а β-радиоактивности - в 1-ой. В сравнении с прошлыми периодами наблюдений не отмечается постоянства проявления и закономерности распределения по площади показателей радиоактивности.

Факт «случайности» распределения по пробам значений водородного показателя, повышенных значений минерализации, ионов NH4 +, Cl-, α- и β- радиоактивности подтверждает нарушение гидрохимического режима, связанное с локальными, но не постоянными техногенными нагрузками (источниками питания). В 67% исследованных скважин, так же как и в 2007 году, обнаружены нефтепродукты, кроме того, с 2007 года прослеживается тенденция увеличения концентрации от весенне-летних проб к осенним, чего не наблюдалось в предыдущий период.

Перманганатная окисляемость повышена в 28% проб. Более 50% проб имеют жесткие и очень жесткие воды: 6-9 и более 9 мг-экв/л. (Жесткость воды обусловливается содержанием в ней ионов кальция и магния.) Высокие концентрации хлора, нитратов, железа связаны с инфильтрацией техногенных загрязненных вод, повышенное содержание марганца, кальция может быть вызвано изменением кислотно-щелочного баланса, спровоцировавшего переход этих элементов в раствор из водовмещающих пород.

По результатам исследования в 2007 и 2008 годах агрессивности грунтовых вод отмечено, что все исследованные грунтовые воды в той или иной мере агрессивны по отношению к металлическим конструкциям, 24% из них агрессивны по отношению к бетонам нормальной проницаемости.

Агрессивная среда способствует коррозии и разрушению подземных коммуникаций и, как следствие, выводу их из строя, сопровождающемуся утечками и авариями, развитию и активизации опасных геоэкологических процессов: подтопления, суффозии, карста; агрессивные грунтовые воды способствуют увеличению агрессивности грунтов и почвенного покрова, деградации и плохой приживаемости зеленых насаждений в черте города.

Второй год проведения режимных наблюдений на родниках подтверждает нарушенность естественного гидродинамического, гидрогеохимического и температурного режима грунтовых вод, носящего характер, близкий к сезонному. В результате режимных наблюдений выявилось, что техногенное воздействие повлекло за собой изменение естественных условий питания и разгрузки родников, утратились закономерности, свойственные этому режиму. В меньшей степени естественный режим нарушен в лесопарках (Битцевский лесопарк, Бутовский лес, в Крылатском и др.).

В настоящее время пока еще в большинстве родников выявить закономерности гидродинамического режима не представляется возможным из-за малой продолжительности наблюдений.

По гидрохимическому составу 74% исследованных родников имеют гидрокарбонатный, гидрокарбонатно-сульфатный, гидрокарбонатно-хлоридный состав воды, 17% родников - хлоридно-гидрокарбонатный и хлоридно-сульфатный состав. И только 9% родников имеют сульфатно-гидрокарбонатный и сульфатно-хлоридный состав воды (то есть имеют повышенную минерализацию). По катионному составу воды не однородны, но с преобладанием кальций- и натрий-ионов.

Гидрохимическое опробование родниковых вод подтверждает тот факт, что качество родниковых вод на территории г. Москвы зависит от ряда природных и техногенных факторов, изменяется во времени и в большинстве случаев не соответствует требованиям ГН. 2.1.5. 1315-03 и СанПиНа 2.1.4. 1074-01.

Сопоставление характерных изменений химического состава, температуры, уровней грунтовых вод указывает на отсутствие общей природной закономерности их возникновения и распространения на территории мегаполиса, что может являться результатом влияния различных техногенных источников, действие которых различно по длительности и распространению.

Мониторинг экзогенных геологических процессов в 2008 г. проводился по двум основным направлениям: мониторинг оползневых и карстово-суффозионных процессов.

Ведение мониторинга глубоких оползней осуществлялось на 11 стационарных участках, расположенных в долинах рек Москвы и Сходни, а также в рамках Целевой среднесрочной экологической программы выполнялись работы по локальному мониторингу оползневых процессов на участках Воробьевы горы и Коломенское:

В СЗАО на участках Нижние Мневники, Хорошево-1, Хорошево-2, Щукино, Сходня;

В ЗАО на участках Фили-Кунцево, Поклонная гора, Серебряный бор, Воробьевы горы;

В ЮЗАО на участке Воробьевы горы;

В ЮАО на участках Коломенское и Москворечье;

В ЮВАО на участках Капотня и Чагино.

Мониторинг оползневых процессов в долинах малых рек проводился на всей территории города, но основное внимание уделялось западу и юго-западу столицы, где вышеназванные процессы развиты наиболее широко. Мониторинг карстово-суффозионных процессов проводился на территории СЗАО и САО.

Оползневые процессы активны на шести оползневых участках, расположенных на территории СЗАО, ЗАО, ЮЗАО и ЮАО: Воробьевы горы, Коломенское, Хорошево-1, Хорошево-2, Нижние Мневники, Москворечье, Серебряный Бор. На участке Хорошево-1 (СЗАО, возле Карамышевской набережной) продолжаются разрушения хозяйственных построек, расположенных на территории церкви Троицы Живоначальной. Инструментальный мониторинг и строительство противооползневых сооружений не ведется из-за приостановки финансирования. Между тем, нельзя исключать вероятность повторной активизации оползневого процесса с последующим отколом нового блока от плато, что может привести к серьезным разрушениям не только зданий, но и коммуникаций.

На участке Нижние Мневники (СЗАО) из-за активного развития оползневого процесса существует угроза разрыва Филевского водовода (часть его уже обнажена). В связи с этим, на данном участке необходимо организовать комплексный мониторинг и выполнить меры по инженерной защите склона.

В целях оперативного реагирования созданы дополнительные пункты наблюдений на оползневом участке Нижние Мневники, а выявленные данные направлены в Департамент жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства города Москвы для принятия оперативных мер.

На Воробьевых горах (ЮЗАО, ЗАО) выполнен широкий комплекс исследований, позволивший детализировать структуру оползневого склона. Впервые выделены два крупных оползневых блока в верхней части склона, где расположены водовод, канатно-кресельная дорога (ККД), трамплин, а также возле метромоста. Ранее считалось, что эта часть массива не затронута оползнем. С помощью новейших методов получены характеристики прочностных свойств пород, слагающих склон, что является основой для проектирования противооползневых мероприятий. Кроме того, была организована уникальная наблюдательная сеть за подвижками массива, как на поверхности, так и на глубине. По данным лабораторных исследований, глубина зоны скольжения составляет 65-40 м. По данным геодезических наблюдений, продолжаются медленные подвижки грунта в районе ККД. За летний период горизонтальные смещения составили 30 мм в средней части склона, а вертикальные - 5-6 мм в верхней части склона. Смещения реперов в плане возрастают по мере уменьшения абсолютных отметок поверхности земли (вниз по склону).

На участке Коломенское (ЮАО) в 2008 г. по результатам инструментального мониторинга, по сравнению с 2007 г., возросла активность глубоких оползней. Экспериментально подтверждена неравномерность движения грунта - оползень смещается рывками, т.е. имеет место цикличность процесса. Максимальные смещения наблюдательных знаков на поверхности земли и в глубине массива были зафиксированы в центральной части оползневого амфитеатра вблизи набережной, при этом наибольшие вертикальные смещения были отмечены в подошве крутого склона. В целях предупреждения оползневых процессов на данном участке продолжаются наблюдения за смещениями поверхности земли. При обследовании участков Щукино, Поклонная гора, Чагино и Сходня признаков активизации глубоких оползней не выявлено.

В пределах ЦАО и Зеленоградского АО проявления оползневых и карстово-суффозионных процессов отсутствуют. При обследовании долин малых рек были выявлены проявления различных генетических типов экзогенных геологических процессов (ЭГП). Большинство из них приурочено к долинам рек, протекающих на западе и юго-западе столицы. На севере и северо-востоке выявлены лишь единичные проявления ЭГП.

В 2008 г. на Ходынском участке (СЗАО) в рамках мониторинга карстово-суффозионных процессов продолжилось нивелирование II класса по стенным маркам и визуальное обследование зданий, деформация стен которых рассматривается как результат взаимодействия грунтов оснований, самих зданий и различных процессов, протекающих в массивах грунта. В 2008 году было проведено обследование 75 зданий, причем в первую очередь обследовались здания, расположенные вблизи известных карстовых и карстово-суффозионных воронок, погребенных котловин, а также мест повышенных оседаний земной поверхности, выделенных по результатам нивелирования.

По степени деформированности здания можно разбить на 4 категории.

К 4 категории относятся здания высокой степени деформированности (трещины более 4 мм), 3-я категория (средней степени) включает в себя строения с трещинами от 1 до 4 мм, к 2-ой относятся здания с трещинами до 1 мм, 1-ая степень - отсутствие деформаций.

В зонах влияния карстово-суффозионных воронок наблюдается возобновление (проявления) трещинных деформаций после косметического ремонта. Подобные случаи отмечены в районе улиц Куусинена и Зорге, станции метро Полежаевская, 1-го Хорошевского проезда - мест средоточения известных карстово-суффозионных воронок.

В 2008 г. продолжено изучение суффозионного процесса на территории г. Москвы в местах наибольшей вероятности их проявления. Обследовалась территория САО вдоль Ленинградского шоссе между станциями метро Сокол и Речной вокзал. В ходе маршрутных обследований было выявлено более 100 проявлений суффозионных процессов, которые имели вид круглых или вытянутых по форме воронок. Размеры их диаметров колеблются от 1 до 100 м, а по глубине встречались воронки до 0,35 м. Как правило, проявления фиксировались на территориях с жилой застройкой и оседания наблюдались на поверхности асфальта. Некоторые проявления не имели четко выраженной формы и проявлялись в виде провалов поверхности грунта. Наибольшую опасность представляют собой воронки, частично находящиеся в контуре зданий. Весьма часто воронки встречались вблизи инженерных коммуникаций, что явно указывает на ведущую роль антропогенного фактора в процессе их образования.

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Геологии»

Реферат

На тему:”Характеристика грунтовых вод”

Выполнил: ст. гр. 112158 Сидоренко А.В.

Проверил: Колпашников Г.А.

Грунтовые воды

Грунтовые воды - это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водного горизонта, расположенного на первом водонепроницаемом слое (глины). Грунтовые воды имеют свободную водную поверхность, которая поднимается или опускается в зависимости от выпавших осадков.

Грунтовые подземные воды заполняют пески разной зерности и цвета, и как правило грунтовые воды залегают близко к поверхности. Выпадающие атмосферные осадки благодаря лёгкой водопроницаемости песков свободно просачиваются и накапливаются в их основании на глинистом ложе. Глубина залегания воды в первых от поверхности песках весьма различна - от 2-3м до 20-25м от поверхности.

Грунтовые воды, в следствии изменчивости пород их вмещающих (пески и супеси), а также выклинивания и замещения песков суглинистыми породами, часто находятся в сложной взаимосвязи между собой и с водами рек и озёр.

Положение зеркала воды грунтовых вод полностью определяется рельефом местности, количеством выпавших осадков и сезоном года. В весеннее и осеннее время года уровень воды на 1-2м выше, чем в летние месяцы. Значительное понижение уровня наблюдается также в зимний период, когда инфильтрация атмосферных осадков почти прекращается. Установлена одиннадцатилетняя цикличность колебания уровня грунтовых вод.

В воде многих колодцев, родников и скважин Минской области отмечено значительное содержание железа. При этом обогащение железом отмечается преимущественно там, где развиты болотные почвы, торфяники (болотные руды) или где в горной породе много железистых соединений. Отдельные анализы воды указывают на их местное загрязнение. Загрязнение воды обычно связано с плохим состоянием колодезных срубов или скважин и общими антисанитарными условиями близ колодцев.

Грунтовые воды используются преимущественно колодцами глубиной от 1-2 до 6-10м.

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.

Вблизи рек, водоемов, водохранилищ и т.п. грунтовые воды в значительной степени опреснены и по качеству могу удовлетворять нормам питьевой воды.

Вблизи свалок, скотомогильников, различного рода химических, радиоактивных захоронений Г.в. грунтовые воды заражены, таким образом являются показателем чистоты почв, местности.

Различия условий формирования грунтовых вод 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) грунтовые воды; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают солёные грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках.

Грунтовые воды заключена в рыхлых и в слабосцементированных породах (вода пластового типа) или заполняет трещины в коре выветривания (вода трещинного типа). Область питания грунтовых вод обычно совпадает с областью её распространения. Для последних характерны зональности широтная на равнинных и вертикальная на высокогорных областях.

Режим грунтовых вод формируется под воздействием физико-геогрфических факторов (климата, рельефа, поверхностных вод и др.).

Так как области питания и распространения грунтовых вод обычно совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод обладают характерными особенностями, отличающими их от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков поверхность грунтовых вод испытывает сезонные колебания: в сухое время года она понижается, во влажное - повышается, изменяются также дебит, химический состав и температура грунтовых вод. Вблизи рек и водоёмов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых водр за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путём инфильтрации.

Наиболее значительные запасы грунтовых вод 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).

Грунтовые воды 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..

Строительство часто ведут в условиях, когда грунтовые воды встречаются на глубине 1-2 м от поверхности. В этих случаях грунт, пригодный для отсыпки основания, и подошва сооружения оказываются под уровнем грунтовых вод. Если нет возможности понизить этот уровень, то в дальнейшем могут возникнуть серьезные ошибки.

Площадка для фундамента, находящаяся под уровнем грунтовых вод, уже в процессе выемки грунта бывает затоптана и размыта; грунт становится рыхлым, теряет свои первоначальные свойства, в том числе несущую способность. Исходная расчетная площадь нарушенного грунта уже не будет достаточной, возникнут непредвиденные просадки, которые фундамент не выдержит, а также трещины, разрушения.

Перед проектированием фундамента необходимо получить информацию о составе грунта: не менее важно иметь точные данные об уровне грунтовых вод, их объеме. Допускает ошибку тот, кто пренебрегает такой информацией, отсутствие которой приводит к различным повреждениям.

Слои грунта имеют неодинаковую водопроницаемость. В таких слоях вода находится в состоянии покоя подчас на высоком уровне. Накопившиеся грунтовые воды не имеют стока и оказывают различное по величине давление на конструкции, фундаменты, погруженные в грунт. Например, на 1 м2 пола подвала, «погруженного» на 1 м в грунтовую воду, действует снизу вверх сила в 1 т. Чтобы противодействовать ей, необходимо уложить бетонную плиту толщиной около 0,46 м. Эта опасная особенность грунтовых вод далеко не всем известна, поэтому иногда не обращают на нее должного внимания.

Перед началом строительства следует определить заранее не только уровень грунтовых вод, но также другие опасные их свойства. Встречаются грунтовые воды, в которых растворены сульфаты, соли и другие химические вещества, например органические кислоты, угольная кислота; нередко в них содержатся различные щелочи.

Наиболее агрессивную среду создает вода с большим содержанием сульфатов; при воздействии на бетон она может его полностью разрушить. Имеющийся в воде серный ангидрид S03 вступает в химическую реакцию с составляющими цемента, в результате чего образуется сульфоалюминат кальция - так называемая «цементная бацилла». Эта двойная соль растворяет и разрыхляет бетон; одновременно материал кристаллизуется.

Для оценки возможного максимального загрязнения грунтовых вод нейтральными загрязнителями, которые не сорбируются почвами и породами зоны аэрации, следует воспользоваться самой простой моделью переноса загрязнения воды – моделью поршневого вытеснения, когда интенсивность движения фронта инфильтрующейся влаги через защитную зону совпадает с интенсивностью миграции загрязнения воды. Степень защищенности грунтовых вод будет определяться временем достижения фронтом инфильтрующейся влаги (tз) уровня грунтовых вод, для этого используем следующее выражение, заменив в нем недостаток насыщения пород на их естественную влажность:

где W - инфильтрационное питание грунтовых вод, м/год; θ - естественная влажность пород; М - мощность зоны аэрации – глубина залегания грунтовых вод (м).

Категории защищенности грунтовых вод от загрязнения выбирались в соответствии с требованиями к срокам действия водозаборов подземных вод. Были установлены следующие категории защищенности грунтовых вод от загрязнения нейтральными ЗВ:

Чрезвычайно слабо защищенные грунтовые воды (tз= 0-5 лет);

Слабо защищенные грунтовые воды (tз= 5-10 лет);

Средне защищенные грунтовые воды (tз= 10-25 лет);

Условно защищенные грунтовые воды (tз= 25-50 лет);

Защищенные грунтовые воды (tз >50 лет).

Грунтовые воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет по данным А.Ф.Лебедева, 15-20 % общего количества атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.

Грунтовые воды - первый от земной поверхности, выдержанный по распространению, водоносный горизонт, расположенный на первом от поверхности водоупорном . Водоносными являются пористые осадочные породы (пески, супеси, суглинки), трещиноватые плотные осадочные или галогенные породы; водоупорными (водоупорами) - глины и плотные осадочные или гипогенные массивные породы. Выделяют также относительные водоупоры с низкой водопроницаемостью, над которым может накапливаться вода.

Области питания и распространения грунтовых вод обычно совпадают. При ровном залегании водоупоров могут образоваться относительно мощные водоносные горизонты, при вогнутом залегании формируется бассейн грунтовых вод, а при наклонном залегании - могут возникать их потоки.

Пространство между земной поверхностью и горизонтом грунтовых вод называют зоной аэрации. В нем имеется влага, насыщающая капиллярные поры, не имеющая связи с грунтовыми водами, которую называют подвешенной (капиллярной) влагой, характерной для почв. В зоне аэрации нередко встречаются верховодки - водоносные горизонты небольшой мощности и протяженности, расположенные над водоупорами. Помимо гравитационной (свободной) и капиллярной влаги различают влагу сорбированную, пленочную (тонкие пленки, толщиной в несколько молекул) и рыхлосвязанную (толстые водные пленки вокруг почвенных частиц).

Сорбированная и пленочная влага недоступна для растений, из-за прочной связи с почвами, остальные формы доступны. Подвижность влаги возрастает по мере ослабления её сцепления с частицами: сорбированная - почти неподвижна, пленочная - способна к медленному передвижению под влиянием силы тяжести. Влага зоны аэрации и грунтовых вод динамична: испаряется, конденсируется, инфильтруется, двигаясь в виде пленок, по капиллярам, в виде грунтового потока, замерзает и оттаивает. В зависимости от поступления или убывания влаги уровень грунтовых вод и объемы других форм влаги колеблются, а одни формы переходят в другие.

Грунтовые воды образуются, в основном, в результате просачивания дождевых и талых вод, которое происходит фронтально только на песчаных породах, или через так называемые окна, приуроченные обычно к понижениям в рельефе. В пористых породах при колебаниях температур небольшое количество влаги (не более 10–15 %) образуется в результате конденсации из подземного воздуха. В отдельных участках грунтовые воды могут иметь потоковое происхождение (приток со стороны) и глубинное - при подъеме (излиянии) с глубин подземных вод. Выходы грунтовых вод на поверхность в понижениях рельефа или на склонах называют источниками (родниками, ключами).

Близко к поверхности грунтовые воды располагаются в долинах рек, где они могут иметь большую мощность в мощных песчаных отложениях. Распространение, близость к поверхности, запасы грунтовых вод повышаются с ростом годового количества осадков, уменьшением испарения и оттока, наличием пористых водовмещающих пород и хороших водоупоров. Напротив, уменьшение количества осадков, усиление дренированности местности - главные факторы понижения (заглубления) уровня грунтовых вод и уменьшения их запасов.

Пригодность грунтовых вод для водоснабжения и использования животными ограничивается, главным образом, количеством растворенного органического вещества (болотные воды), засолением и антропогенным загрязнением.
В основу карты положена следующая иерархия характеристик грунтовых вод.

За основную характеристику грунтовых вод принята глубина залегания грунтовых вод от земной поверхности, показанная цветом. Глубина определяет их роль в природе, она отражает климатические и геолого-геоморфологические условия их формирования, процессы выщелачивания подвижных компонентов из пород, испарительного концентрирования, генезис и динамику грунтовых вод.

Минерализация и химизм грунтовых вод показаны совместно штриховкой и значками. Они определяются количеством , засоленностью пород, испарением, длительностью пути миграции.
Выделены грунтовые воды также по степени кислотности и кислородности-глеевости, которая определяется наличием кислорода в водах и связана с интенсивностью водообмена (от интенсивного до застойного), обилием разлагающегося органического вещества, деятельностью микроорганизмов.

Грунтовые воды по фазовому состоянию разделены следующим образом: в немерзлотных областях распространены постоянно жидкие грунтовые воды, в областях сплошной мерзлоты - сезонно-талые воды, в областях разобщенной мерзлоты с таликами - преимущественно сезонно-талые воды, в областях островной мерзлоты преобладают постоянно жидкие воды, но встречаются и сезонно-талые воды.

Далее выделяются формы грунтовых вод по вмещающим их породам и условиям рельефа: на равнинах преобладают рыхлые осадочные породы с расположенными в них пластовыми водами; в горах преобладают плотные породы с трещинными водами, встречаются также пластовые воды в делювиальных отложениях.
Контуры грунтовых вод с различными свойствами вод объединены в 12 провинций, которые отражают природную зональность грунтовых вод. На зональные закономерности накладывается степень дренированности территории. Грунтовые воды горных систем немерзлотных областей азональны.

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.

Не все подземные воды – грунтовые. Отличие грунтовых вод от других видов подземной воды состоит в условиях их залегания в толще горных пород.

Название «подземные воды» говорит само за себя – это вода, которая находится в под землей, то есть в земной коре, в верхней ее части, причем находиться там она может в любом из своих агрегатных состояний – в виде жидкости, льда или газа.

Основные классы подземных вод

Подземная вода бывает разная. перечисли основные виды подземных вод.

Почвенная вода

Почвенная вода содержится в почве, заполняя промежутки между ее частицами, или поровое пространство. Почвенная вода может быть свободной (гравитационной) и подчиняться только силе тяжести, и связанной, то есть удерживаться силами молекулярного притяжения.

Грунтовая вода

Грунтовая вода и ее подвид, называемый верховодкой – это ближайший к поверхности земли водоносный горизонт, залегающий на первом водоупоре. (Водоупор, или водоупорный слой грунта - это почвенный слой, который практически не пропускает воду. Фильтрация сквозь водоупор или очень низкая, или же слой полностью водонепроницаем – например, толщи скальных грунтов). Грунтовая вода крайне непостоянна по многим факторам, и именно грунтовая вода влияет на условия строительства, диктует выбор фундамента и технологии при проектировании сооружений. Дальнейшая эксплуатация созданных руками человека построек также находится под неустанным влиянием меняющегося поведения грунтовой воды.

Межпластовая вода

Межпластовая вода – находится ниже грунтовой воды, под первым водоупором. Эта вода ограничена двумя водоупорными слоями и может находиться между ними под значительным давлением, заполняя водоносный горизонт полностью. Отличается от грунтовой воды большим постоянством своего уровня, и конечно, большей чистотой, причем чистота межпластовой воды может быть следствием не только фильтрации.

Артезианская вода

Артезианская вода – так же, как и межпластовая, заключена между слоями водоупоров и находится там под давлением, то есть относится к напорным водам. Глубина залегания артезианских вод – примерно от ста до тысячи метров. Различные геологические подземные структуры, мульды, впадины и т.п., располагают к образованию подземных озер – артезианских бассейнов. Когда такой бассейн вскрывается при бурении шурфов или скважин, артезианская вода под давлением поднимается выше своего водоносного пласта и может дать очень мощный фонтан.

Минеральная вода

Минеральная вода - интересна для строителя, наверное, только в одном случае, если ее источник окажется на участке, хотя и не вся эта вода полезна для человека. Минеральная вода – это вода, содержащая растворы солей, биологически активных веществ и микроэлементы. Состав минеральной воды, ее физика и химия - очень сложный, это система коллоидов и связанных и несвязанных газов, и вещества в этой системе могут находится как недиссоциированными, в виде молекул, так и в виде ионов.

Грунтовые воды

Грунтовые воды – это первый от поверхности почвы постоянный водоносный горизонт, находящийся на первом водоупоре. Поэтому поверхность этого слоя – свободна, за редкими исключениями. Иногда над потоками грунтовых вод встречаются участки плотных пород – водонепроницаемая кровля.

Залегают грунтовые воды недалеко от поверхности, и поэтому очень зависят от погоды на поверхности земли – от количества атмосферных осадков, движения поверхностных вод, уровня водоемов, все эти факторы влияют на питание подземной воды. Особенность и отличие грунтовой воды от других видов – она безнапорная. Верховодка, или скопления воды верхнего водонасыщенного грунтового слоя над водоупорами из глин и суглинков с малой фильтрацией – это разновидность грунтовой воды, проявляющаяся временно, по сезонам.

На грунтовую воду и непостоянство ее состава, поведения и мощности горизонта влияют как природные факторы, так и деятельность человека. Горизонт грунтовой воды непостоянный, он зависит от свойств горных пород и их водосодержания, близости водоемов и рек, климата местности – температуры и влажности, связанных с испарением и т. далее.

Но серьезное и все более опасное влияние на грунтовую воду оказывает человеческая деятельность – мелиорация и гидротехническое строительство, подземные работы по добыче полезных ископаемых, нефти и газа. Не менее результативной в контексте опасности стала агротехника с применением минеральных удобрений, пестицидов и ядохимикатов, и конечно, промышленные стоки.

Грунтовая вода очень доступна, и если роют колодец или бурят скважину – то в большинстве случаев получают именно грунтовую воду. И свойства ее могут оказаться весьма негативны, поскольку эта водичка зависит от чистоты почвы и служит ее показателем. Все заражения от канализационных протечек, свалок, пестициды с полей, нефтепродукты и прочие результаты деятельности человека попадают в грунтовые воды.

Грунтовая вода и проблемы для строителей

Морозное пучение грунтов находится в прямой и непосредственной зависимости от присутствия грунтовой воды. Разрушения от сил морозного пучения могут быть огромны. При замерзании глинистые и суглинистые грунты получают питание в том числе и от нижнего водоносного горизонта, и в результате этого подсоса могут образовывать целые прослойки из льда.

Давление на подземные части сооружений может достигать огромных величин – 200 Мпа, или 3,2 тн/см2 далеко не предел. Сезонные подвижки грунтов на десятки сантиметров нередки. Возможные последствия действия сил морозного пучения, если их не предусмотрели или учли недостаточно, могут быть: выталкивание фундаментов из земли, затопление подвалов, разрушение дорожных покрытий, затопление и размывание траншей и котлованов и много еще разного негатива.

Кроме физического влияния, грунтовые воды способны разрушать фундаменты и химически, все зависит от степени их агрессивности. При проектировании эта агрессивность исследуется, проводятся как геологические, так и гидрологические изыскания.

Влияние грунтовых вод на бетон

Агрессивность грунтовых вод к бетону различают по типам, рассмотрим их ниже.

По общекислотному показателю

При водородном числе рН менее 4 агрессивность к бетону считают наибольшей, при значении рН более 6,5 – наименьшей. Но малая агрессивность воды вовсе не отменяет необходимости защиты бетона устройством гидроизоляции. Кроме того, имеется сильная зависимость влияния агрессии воды от видов бетона и его вяжущего, в том числе от марки цемента.

Выщелачивающие, магнезиальные и углекислотные воды

Все так или иначе разрушают бетон или способствуют процессу разрушения.

Сульфатные воды

Сульфатные воды относят к наиболее агрессивным к бетону. Ионы сульфатов проникают в бетон и реагируют с соединениями кальция. Образующиеся кристаллогидраты вызывают вспучивание и разрушение бетона.

Методы минимизации рисков от грунтовых вод

Но даже в тех случаях, когда имеется информация о неагрессивности грунтовых вод к бетону в данной местности, отмена устройства гидроизоляции подземных частей здания чревата хорошим уменьшением срока службы бетонных конструкций. Слишком большое влияние оказывают на природу, в том числе грунтовую воду и степень ее агрессии техногенные факторы. Возможность близкого строительства – это одна из причин подвижек грунта и как следствие, изменения поведения грунтовых вод. А химия и ее «накопление», в свою очередь, находится в прямой зависимости от близости сельскохозяйственных угодий.

Учет уровня грунтовых вод, а также сезонных изменений этого уровня – для частной стройки архиважен. Высокая грунтовая вода - это ограничение в выборе. От нее зависит если не вся, то огромная доля экономики индивидуального строителя. Без учета поведения и высоты грунтовой воды нельзя выбирать тип фундамента для дома, принимать решения о возможности устройства подвала и подвального помещения, устраивать погреба и канализационный септик. Дорожки, площадки и все благоустройство участка, включая и озеленение, также требуют на стадии проектирования серьезнейшего учета влияния грунтовой воды. Дело осложняется тем, что ее поведение находится в тесной связи со структурой и видами грунтов на участке. Воду и грунты надо изучать и рассматривать в комплексе.

Верховодка, как разновидность грунтовой воды, может создавать огромные проблемы, и не всегда сезонные. Если у вас песчаные грунты, а дом построен на высоком берегу реки, то сезонных верховодок вы можете и не заметить, вода уйдет быстро. Но если рядом озеро или река, и дом стоит на низком берегу, то даже при наличии песочка в основании участка вы будете на одном уровне с водоемом – как сообщающиеся сосуды, и в этом случае борьба с верховодкой вряд ли будет успешной, как и любая борьба с природой.

В случае, когда грунт – не песок, водоемы и реки далеко, но грунтовая вода очень высокая, ваш вариант – это создание эффективной дренажной системы. Каким будет ваш дренаж - кольцевым, пристенным, пластовым, самотечным или с использованием откачивающих насосов, решается индивидуально, и учесть надо многие факторы. Для этого надо иметь информацию о геологии участка.

В некоторых случаях дренаж не поможет, например, если вы находитесь в низине, а мелиорационного канала поблизости нет и воду отводить некуда. Также не всегда под первым водонесущим слоем оказывается безнапорный слой, в который возможно отвести верховодку, эффект от бурения скважины может быть и обратный – вы получите ключ или фонтан. В случаях, когда устройство дренажа не принесет результата, прибегают к устройству искусственных насыпей. Поднять участок на уровень, где грунтовые воды не достанут вас и ваш фундамент - затратное экономически, но иногда единственно верное решение. Каждый случай индивидуален, и решения хозяин принимает исходя из гидрогеологии своего участка.

Но в очень многих случаях вопрос решается именно дренажом, и важно правильно выбрать его систему и грамотно организовать водоотвод.

Узнать уровень грунтовой воды у себя на участке и отслеживать его изменения – с этими вопросами владельцы индивидуальных участков справляются самостоятельно. Весной и осенью обычно УГВ выше, чем зимой и летом, это связано с интенсивным снеготаянием, сезонностью атмосферных осадков, возможно с затяжными дождями в осенний период. Узнать уровень грунтовой воды можно, измерив его в колодце, шурфе или скважине, от водяного зеркала до поверхности грунта. Если пробить несколько скважин у себя на участке, по его границам, то несложно отследить сезонные изменения УГВ, а на полученных данных возможно принимать решения по строительству - начиная от выбора фундамента и систем водоотвода, и заканчивая планированием огородных посадок, разбивки сада, благоустройством, а также разработкой ландшафтного дизайна.