Виды водоносных слоев и определение уровня грунтовых вод. Грунтовые воды на участке – находим и решаем, что с ними делать. Классификация по типу водонасыщенных грунтов

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.

Приобретая землю под строительство, нужно обязательно обратить внимание на то, на каком уровне расположилась здесь грунтовая вода. Поскольку близкое расположение таких водоносных пластов чревато массой проблем как для будущей постройки, так и для самого хозяина.

Причём определить месторасположение всех коммуникаций на участке гораздо проще, чем выяснить уровень грунтовых вод на глазок. Для этого необходимо делать геодезическую экспертизу. А поэтому не стесняйтесь просить у бывших хозяев земли подобный документ. Иначе придётся потратиться дополнительно.

Важно: высокие грунтовые воды чаще всего пролегают в грунтах, расположенных по принципу спуска или на территориях, которые уже находятся в низине относительно всего посёлка. Близкое расположение водоёма к вашей земле также может свидетельствовать о возможном нахождении пласта с живительной влагой близко к поверхности.

Грунтовые воды - водоносные пласты толщиной от 1 до 10 метров, расположившиеся в недрах грунта. Чаще всего они служат источниками влаги для оборудования колодцев, скважин на участке.

Различают такие грунтовые воды:

Артезианские пласты . Самый низкий слой водоносной жилы. Как правило, располагается на уровне от 25 метров и ниже от поверхности земли. В основном такая вода залегаем между пластами известняка и безнапорных жил. Артезианские пласты используют для оборудования скважин в частных владениях. Такие жилы не оказывают пагубного влияния на постройки и растительность на участке.
Безнапорные грунтовые воды . Такой пласт располагается на отметке от 5 до 20 метров от уровня земли. Такие жилы не подвержены изменениям уровня воды в результате сезонных осадков. Динамика такого пласта остается неизменной. За счет безнапорной жилы происходит наполнение близлежащих к вашей территории водоёмов. Стоит знать, что безнапорные воды оказывают очень пагубное влияние на фундамент готового здания и все проложенные под землей коммуникации.
Верховодка . Эти грунтовые воды являются самыми сложными в плане обустройства территории. Подобный пласт с жидкостью располагается, как правило, на уровне до 3 метров от поверхности грунта. Верховодные жилы очень пагубно влияют на садово-огородные насаждения на участке, и при этом затрагивают фундамент и коммуникации. Хотя все сугубо индивидуально для каждого куска земли.

Образование «вредной» верховодки

Возможно, некоторых интересует вопрос образования верховодного пласта. Стоит сказать, что подобные жилы образуются под воздействием выпадения сезонных осадков. В комплекс образования водоносного пласта также включается уровень промерзания грунта и его последующее пучение. Итак, образование пласта воды выглядит примерно так:

Грунт имеет свойство замерзать и размерзаться в результате перепадов температур. Там где почва мерзнет и оттаивает, она становится более рыхлой. Через неё просачиваются осадки в виде дождя и снега.
Затем нижний слой грунта, не подверженный замерзаниям, трамбуется в течение сотен лет, превращаясь в непроницаемый пласт. Это и есть дно водоносной жилы.
Таким образом, вода скапливается в своеобразной камере, формируя направление своего движения под воздействием своей же силы.
Позже, в зависимости от сезона, воды сожжет стекать по жилам в сторону водоема или просачиваться вверх почвы к растениям, испаряясь таким образом, через их питание. Именно поэтому летом на переувлажненных участках даже в жару зелень более сочная и насыщенная.

Негативное влияние воды на грунт

Высокий уровень грунтовых вод - это проблема, с которой можно и нужно бороться. Иначе затраты на обслуживание участка вырастут в разы.

Чем вредят близкорасположенные водоносные пласты:

На суглинистых, песчаных и сланцевых почвах такие жилы способны постоянно размывать грунт, что приведет к проседанию фундамента, а впоследствии и стен дома. Возможно окончательное обрушивание всей конструкции.
Кроме того, вышеназванные типы грунта под воздействием близрасположенных пластов с водой со временем могут преобразоваться в плывун. А это более сложная проблема, с которой практически невозможно справиться.
Вся растительность в саду и огороде на купленной территории будет просто гнить, если уровень грунтовых вод будет слишком высоким. В этом случае придется прибегать к специальным ухищрениям вроде подъема грядок путем досыпа грунта. Деревья придётся спасать методом высадки на специальных земляных насыпях.

Важно: определить близкий уровень воды к поверхности земли можно по уже имеющемуся на земле зданию. В этом случае дом будет отличаться осыпавшейся штукатуркой по углам, сложно открывающимися/закрывающимися окнами и дверями, трещинами на стеклах.

Все это свидетельство того, что фундамент и сам дом претерпевают деформацию в результате негативного воздействия влаги на фундамент.

Определяем уровень воды на участке

Первичная оценка участка на уровень грунтовых вод может быть проведена, что говорится, на глаз. Для этого сначала используют дедовские способы и примечают растительность:

Так, если вы не знаете, как определить уровень грунтовых вод, то обращаем внимание на кустарники и траву на купленной земле. Там где грунтовые воды-верховодка расположены очень близко к поверхности, будут преобладать крапива, хвощ, мать-и-мачеха, осока, наперстянка и пр. То есть все влаголюбивые растения. При этом на первый взгляд территория может казаться не переувлажненной.
Стоит присмотреться и к деревьям с кустарниками. Если воды расположились на грунте на глубине залегания до 5 метров, то вы увидите камыш, тополь, тростник и прочие подобные растения.
Если вода залегла на уровне до 3 метров, то частыми растениями здесь будут полынь, солодка и пр.
Стоит также знать, что вдоль водоносных жил всегда растут береза, верба, клен и ольха. Причём они всегда делают уклон в сторону жилы.
Дубы всегда располагаются на пересечении жилы с водой.
А можно определить близкорасположенные грунтовые воды и путем наблюдения за насекомыми. Так, большое скопление комаров и другой летающей «нечисти» присуще тем местам, где расположилась жила. То есть над ней всегда есть клубок насекомых в воздухе.
Можно просто опросить соседей и полюбопытствовать об уровне воды в их колодцах и скважинах, а также о динамике изменения зеркала воды в связи с сезонами.
Механическим способом определить уровень грунтовых вод на участке можно методом бурения. Для этого простым садовым шнеком нужно вынуть грунт на величину, равную глубине залегания воды. То есть бурить нужно в нескольких местах и до тех пор, пока не наткнетесь на воду. Исходя из полученных данных, делаем анализ глубины залегания водоносных пластов в грунте. При этом бурение нужно проводить исключительно ранней весной, когда пласт поднимается на максимально высокий уровень.

Важно: и все же лучшим решением для частного владения будет своевременное проведение геодезической экспертизы. Таким образом, удастся защитить постройку от возможных проблем.

Боремся с водой

Известно, что воды в почве требуют действий, направленных на их устранение. Иначе все труды по территории будут напрасными. Бороться с грунтовой водой нужно только способом её отведения. То есть оборудовать хорошую систему дренажа.

Самым распространенным считается открытый дренаж. Используется в том случае, если грунтовые воды мешают насаждениям. Для этого в саду нужно выкопать специальные канавы для дренажа. Их глубина должна быть не менее 40 см, при этом они все должны смотреть в сторону уклона участка. На огороде между культурами роют канавки глубиной не более 10-15 см. Эта система отлично справится с отводом воды с огорода, но не является совершенной. Минус системы в том, что уход за садом и огородом усложнен, а конструкция дренажной системы может быть нарушена в результате ветров, домашних животных и пр.
Можно использовать просто способ водопонижения на грунте. Для этого необходимо вырыть котлован, через дно которого будет уходить вода. То есть, уровень грунтовых вод будет снижаться за счет снижения уровня дна котлована. Но такой способ не подходит, если частицы грунта вымываются с водой. Узнать это можно также через бурение или проведение геодезического анализа почвы.
Закрытая система дренирования. Используется в том случае, если уровень грунтовых вод мешает надежной и долговечной эксплуатации здания. Такая система отвода воды с территории скрыта от посторонних глаз, но при этом имеет существенный минус - быстрое заиливание. В такой системе главными составляющими являются траншеи по всему периметру участка, и уложенные в них гофрированные трубы с перфорацией. Вода будет попадать в рукава, и уходить по трубам в намеченное место.
Можно использовать и более сложную установку для отведения воды с грунта. Здесь будут использоваться игло-фильтровая система и мощные насосы. Последний будет откачивать воду, и направлять её в систему отведения.

Считается, что нет непригодных для застройки участков. Поэтому если бороться с водой вы не можете по ряду причин, то есть смысл изменить проект дома с тем, чтобы он был более устойчив на переувлажненном грунте. В качестве альтернативы можно использовать фундамент на сваях или фундамент-плиту.
Если все же решите проводить геодезический анализ, будьте готовы к большим затратам. Стоимость выполнения таких работ будет в пределах 500 у.е. за надел земли. Сумма может варьироваться в обе стороны в зависимости от типа грунта и сложности рельефа.
Если принято решение обустраивать открытую систему дренажа, то все работы нужно проводить весной. В это время вода залегает выше всего, и её отведение будет более эффективным. При этом стоит знать, что копать траншеи нужно с низшей точки территории по направлению к высшей.
Для большего удобства монтажа дренажной системы в продаже можно найти трубы, одна сторона которых выполнена в виде решётки. Это избавит от дополнительных работ.

Важно: все дренажные системы даже на кажущемся идеально ровном куске земли необходимо делать с учетом уклона в сторону отвода воды. Узнать направление уклона можно простой оценкой рельефа либо с применением геологической оценки территории.

Грунтовой водой называют ту, которая находится на глубине до 25 метров от поверхности земли. Образуется она за счет различных водоемов и осадков в виде дождя и снега. Они просачиваются в землю и скапливаются там. Грунтовые воды отличаются от подземных тем, что у них нет напора. Помимо этого, их отличие в том, что грунтовые чувствительны к изменениям в атмосфере. Глубина, на которой может находиться грунтовая вода, не превышает 25 метров.

Уровень грунтовых вод

Грунтовые воды находятся в непосредственной близости от поверхности земли, однако, их уровень может варьироваться в зависимости от рельефа местности и времени года. Он будет подниматься при высокой влажности, особенно когда идут сильные дожди и тает снег. И также на уровень влияют близлежащие реки, озера, и другие водоемы. В период засухи уровень грунтовых вод снижается. В это время его считают самым низким.

Уровень грунтовой воды разделяют на два вида:

низкий, когда уровень не достигает 2 метров. На такой местности можно строить здания;
высокий ‒ уровень свыше 2 метров.

Если произвести неправильные расчеты глубины грунтовых вод, то это грозит: подтоплением постройки, разрушением фундамента и другими проблемами.

Залегание грунтовых вод

Чтоб узнать, где именно залегают грунтовые воды, можно вначале провести несложные наблюдения. Когда глубина залегания небольшая, то будут видны такие признаки:

появление тумана по утрам, на отдельных участках земли;
облако мошек, «зависших» над землей вечером;
участок, где хорошо растут влаголюбивые растения.

И также можно применить другой народный способ. В глиняный горшок, насыпать какой-либо влагопоглотительный материал (например, соль или сахар). Затем внимательно взвесить его. Замотать в кусок ткани и закопать в землю на глубину 50 сантиметров. Спустя сутки ‒ отрыть, и опять взвесить. В зависимости от разницы в весе, можно будет узнать, как близко находится вода к поверхности земли.

Также узнать о наличие грунтовых вод можно из гидрогеологической карты местности. Но самый эффективный способ ‒ это разведочное бурение. Чаще всего применяется колонковый метод.

Характеристики

Когда грунтовая вода появляется естественным природным путем, тогда она пригодна для питья. На загрязненность жидкости влияют расположенные вблизи села и города, а также близость воды к поверхности земли.

Грунтовые воды делят на виды, которые отличаются своей минерализацией, поэтому они бывают такими:

пресными;
слабосолоноватыми;
солоноватыми;
солеными;
рассолы.

Также различают жесткость грунтовой воды:

общая. Она делится на пять видов: очень мягкая вода, мягкая грунтовая вода, умерено-жесткая вода, жесткая вода, очень жесткая грунтовая вода;
карбонатная;
некарбонатная.

Кроме этого, есть грунтовая вода, в которой очень много вредных веществ. Такая вода, обычно находится рядом со свалками, с захоронениями химических или радиоактивных отходов.

Недостатки грунтовых вод

У грунтовых вод есть и свои недостатки, например:

различные микроорганизмы (и патогенные тоже) в составе воды;
жесткость. Это влияет на уменьшение просвета труб, по которым подается вода, так как на них откладываются специфические отложения;
мутность, из-за того, что в составе воды есть определенные частицы;
примеси в грунтовых водах различных веществ, микроорганизмов, солей и газов. Все они способны изменить не только цвет, но еще вкус воды, ее запах;
большой процент минеральных веществ. Он изменяет вкус воды, поэтому появляется металлический привкус;
просачивание в грунтовые воды нитратов, аммиака. Они очень опасны для здоровья человека.

Чтоб вода стала намного качественней, необходимо ее тщательно обработать. Это поможет избавить ее от различных загрязнений.

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.

Определение глубины залегания грунтовых вод необходимо, если требуется найти правильное место под колодец на участке. Для питья и хозяйственных нужд годятся именно грунтовые воды. Эти воды более доступны для добычи, так как располагаются в начальном водоносном горизонте от верхней границы земли. Глубина залегания воды очень важна, поскольку от нее зависит количественный параметр поступления вод и степень пропитывания влагой почвенного слоя. Как определить глубину залегания грунтовых вод — тема предстоящего разговора. Укажем на прямые и косвенные улики высокого поднятия воды, опишем процесс работы. Сначала выясним, какими грунтовые воды бывают и как характеризуются.

Классификация

Прежде чем определить глубину залегания воды, неплохо узнать, на какие разновидности делится вся вода, находящаяся под землей. То есть нужно знать отличительные особенности каждого вида вод.

Все воды под землей делят на 3 основные категории: грунтовые, межпластовые и верховодку. Самой поверхностной из них является верховодка. Их образование обязано фильтрации осадочной влаги (от снега и дождя), талых вод через почвенный слой. Чаще всего их расположение отмечается на 1-2 метровой глубине от границы земли. Со стороны санитарно-эпидемиологических требований их пригодность для питья крайне низка. Чтобы их использовать, требуется специальная водоподготовка. Поэтому их и не используют. Величина их объема невелика и чаще равняется количеству выпавших осадков.

Они имеют надежную защиту от загрязнения. Своему образованию эти воды обязаны фильтрации вод с поверхности и в какой-то мере — вод из природных источников (реки, пруды, озера) над поверхностью земли. Они залегают без напора. И водопроницаемые супеси и суглинки ими пропитываются. Такой вид воды безопасен и по своим органолептическим параметрам весьма благонадежен.

Наиболее глубокорасположенный слой (третий) — межпластовый напорный (бывает и безнапорным) водяной слой. Такие виды вод еще имеют другое название — артезианские. Они наиболее чисты и безопасны сточки зрения эпидемиологии и радиации. Поэтому они и ценятся настолько высоко. В тех местах, где под напором их пробивает на земную поверхность, расположены ключевые источники. Такие воды с каждой стороны окружают водонепроницаемые пласты.

Вернуться к оглавлению

Определение нахождения

В хозяйственных целях более всего востребованной считается грунтовая вода. На одном месте в природных условия она существует довольно продолжительно. Где просачивается наружу, появляются родники. Объем и уровень ее поднятия понять достаточно просто.

Но сразу оговоримся, что и первое, и второе зависимы от нескольких факторов (например, от атмосферных изменений и сезонности).

К примеру, их температура и уровень поднятия не являются неизменной величиной, а на протяжении времени меняются. Известно, что выше они поднимаются в дождь, а в сухую погоду опускаются ниже. Уровень меняется очень часто и в разные сезоны года.

Наибольший подъем отмечается в весенний период, зимой уровень понижается. В расчет берется и глубина промерзания почвы. Данные особенности актуальны в строительстве и в садово-огородном деле.

Например, для садоводов будет важен факт близости залегания вод к поверхности, так как на таком участке плодовые кустарники и деревья не высаживают. Для такого случая проверка уровня подземных вод делается так: выкапывают яму глубиной полтора метра и ждут. Если в углублении собирается вода, то растительность сажать нельзя в этом месте. В противном случае их корневая система будет загублена и деревья погибнут. Строительство дома тоже предусматривает более глубокое нахождение подземных вод.

Зоной аэрации именуют промежуток между поверхностью и зеркалом вод под землей. Данное расстояние зависит от рельефа территории, условий климата, типа горных пород.