Самые большие запасы воды на земле, которые могут находиться не только в жидком состоянии, но так же в виде льда и пара, приходятся на подземные и грунтовые воды. Они либо циркулируют свободно по трещинам в пластах залегающих пород, либо находятся связанном состоянии.
Далее мы расскажем, как они образуются, в каких породах залегают, и по каким признакам классифицируются. Вашему вниманию так же будет предложено видео в этой статье, из которого вы узнаете, как использовать в строительстве карту грунтов и подземных вод.
Водопроницаемость пород
Все залегающие в земной коре породы, в соответствии с тем, как они взаимодействуют с водой, делят на три основных группы. К первой группе относят водопроницаемые грунты, которые, в зависимости от степени проницаемости, могут подразделяться на однородные, и полупроницаемые.
Понятно, что сквозь толщу однородной породы вода просачивается быстрее всего. Характерным примером такого грунта, является крупнозернистый песок, галечник, гравий. К полупроницаемым породам можно отнести супеси, суглинки, лёссы, и биогенные грунты (торфы, сапропели).
Есть такое понятие, как влагоёмкость – это объём воды, который способен впитать в себя тот или иной материал. Так вот водопроницаемые грунты могут быть как влагоёмкими, так и вообще не впитывать воду. Взять, к примеру, галечник – он свободно пропускает воду, не насыщаясь ею. А вот торф способен впитать до полутонны воды на 1м3.
Что такое водоупорность пластов
Во второй группе находятся водонепроницаемые породы, которые либо плохо пропускают воду, либо не дают ей ходу совсем. Сюда относятся крупнообломочные и слежавшиеся осадочные грунты и глины. Если эти они и пропускают влагу, то только при наличии в теле пласта трещин.
Обратите внимание! Степень проницаемости данных пород зависит не от свойств самого грунта, а от его физического состояния. Если пласт непроницаемого грунта, находится под водопроницаемым слоем, то его именуют водоупорным. Благодаря свойствам пласта задерживать воду, она имеет возможность накапливаться, в результате чего образуются водоносные горизонты.
- В равнинных местностях, грунты которых сложились за счёт горных осадочных пород, водоносные и водоупорные пласты чаще всего чередуются. Это позволяет человеку строить колодцы и бурить скважины, вода в которых удерживается на постоянном уровне только за счёт водонепроницаемых пластов под ними.
- К третьей категории относятся породы, которые растворяются в воде: известняк, гипс, поваренная соль и калий. Там, где грунтовые и подземные воды их растворяют, в пластах образуются карстовые пустоты: воронки, пещеры, шахты. Так как вода в грунте залегает слоями, то её условно можно разделить на три разновидности.
В верхнем горизонте, который может простираться от 25-метровой до 350-метровой отметки, находятся пресные воды. На уровне, считающемся средним, который располагается на глубине не менее 50м – а максимум это может быть 600м, залегают минеральные воды.
Ну а в нижнем горизонте, на отметках от 400м до 3км, вода настолько сильно минерализована, что наиболее уместно было бы сравнить её с рассолом.
Условия залегания вод под землёй
Так как уровни, и, соответственно, условия залегания вод под землёй совершенно разные, они имеют определённую классификацию.
Есть почвенные воды, которыми верхний слой грунта насыщается после дождя или таяния снега – скорее это даже не вода, а мокрая земля. Эта влага, просто необходима для растений, и там, где её катастрофически не хватает, местность превращается в пустыню.
Воды почвенные и верховодка
Далее идёт верховодка (см. Грунтовые воды и верховодка: в чем отличие). Это небольшие очаги с нестабильным количеством воды, пополняемые исключительно за счёт почвенной влаги. Даже в течение одного года, верховодка может наполняться, а потом полностью исчезать, что происходит, когда выпадает мало дождей. Верховодка – это, конечно, ещё не грунтовая вода, но хозяевам частных домов тоже может испортить немало крови.
- Вот почему тем, кто строит своими руками, очень важно правильно установить отметку залегания воды, и сделать это именно тогда, когда выпадает наибольшее количество осадков (весна, осень). Процесс довольно прост, и на нашем сайте найдётся не одна инструкция по определению УГВ (см. Как узнать уровень грунтовых вод на участке: инструкция).
- Почвенные воды и верховодка являются первой зоной аэрации грунта. Под ними находятся те самые грунтовые подземные воды, уровень которых так необходимо знать строителям. Чаще всего он стабилен, но в засушливые годы может и снижаться, так как этот подземный бассейн подпитывается за счёт поверхностных водоёмов и атмосферных осадков.
- Относительная стабильность площадей, занятых грунтовой водой, обеспечивается за счёт того, что под ними всегда находится водоупорный пласт, который не пропускает воду дальше вниз. Эта вода, кстати, ещё называется гравитационной, так как она не подчиняется закону земного притяжения.
- За грунтовую воду нередко ошибочно принимают верховодку, что особенно часто случается с копателями колодцев. В ней обычно воды немного, и она всегда очень грязная. Если вы выкопали неглубокую траншею, и в ней, как на фото сверху, показалась вода, можно не сомневаться, что это верховодка.
Хотя человеку, которому нужно что-либо построить, от этого никак не легче. Приходится думать не только о том, как удалить воду на время строительства, но и как уберечь фундамент постройки от воздействия влаги в будущем. Случается и так, что борьба становится неравной, и слишком высокая цена вопроса, вынуждает человека отказаться от строительства вообще.
Воды грунтовые
Проблемы с грунтовыми водами создаются за счёт того, что они не ограничены сверху водоупорным пластом, а потому вода находится в постоянном движении. Когда есть интенсивный приток с поверхности, она без проблем поднимается выше. Нет притока – уровень снижается.
- Дно бассейна с грунтовой водой, как правило, повторяет рельеф поверхности земли. И там, где имеются возвышенности, вода движется по направлению к более низким участкам с определённой скоростью – а это ещё одна проблема. Напорные воды создают ещё и дополнительные нагрузки на фундаменты зданий и сооружений, шахты колодцев, стволы скважин и подземные коммуникации.
- Так что, знать не только уровень, но и характер грунтовых вод, строителям тоже очень важно. В основном, они пользуются картами (см. Карта залегания грунтовых вод как ориентир при строительстве фундамента), на которых, по результатам многолетних наблюдений, нанесены отметки залегания подземных вод.
- Там, где подобные наблюдения давно не производились, особенно, когда речь идёт о строительстве крупных объектов, перед началом проектирования производится гидрогеологическое исследование грунта, которое способно дать ответы на все интересующие вопросы.
- Так как особенности той или иной местности влияют на количество подземной воды, то уровни её залегания в разных климатических зонах сильно отличаются. В районах вечной мерзлоты, например, УГВ практически выходит на поверхность земли.
- В засушливых местностях, а так же во многих предгорных районах, глубина залегания воды под землёй может доходить и до 120м. Это, конечно, крайность, но зачастую, для того чтобы достать воду, которая так необходима для полива и орошения земли, в Средней Азии, Крыму, в Закавказье, нередко строят подземные сооружения, называемые кяризами.
Они состоят из сети подземных водопроводящих галерей и вентиляционных каналов, протяжённость которых может достигать нескольких километров. В среднем, один погонный метр такой галереи, даёт пол литра воды в секунду. Никаким напором эта вода не обладает. На такой глубине она достаточно чистая, но для питья обычно не используется.
Водоносные горизонты
Так как в природе водоносные слои чередуются с водоупорными, то под пластом, образующим дно бассейна с грунтовой водой, тоже будет вода. Так как она находится между двумя водоупорными пластами, эту воду называют межпластовой, а сам слой – водоносным горизонтом. По сравнению с грунтовой водой, здесь вода гораздо более чистая, и сохраняет постоянный объём.
Итак:
- Так как водоносный горизонт является источником питьевой воды, то именно в него должна заглубляться донная часть колодца или скважины. Чтобы построить водозабор на первом от поверхности земли водоносном горизонте, никаких официальных разрешений не требуется – и только скважины на более глубоких уровнях должны лицензироваться.
- Межпластовые воды чаще бывают напорными, чем грунтовые, так как они до отказа заполняют пространство между двумя водоупорными пластами. Именно поэтому, когда бурильщики вскрывают водоносный слой, вода под давлением самопроизвольно изливается на поверхность.
- Но через пару часов, межпластовое давление уравновешивается давлением атмосферным, и зеркало воды в скважине устанавливается на статическом уровне. Верхние водоносные слои – это песок. Именно поэтому в воде, добываемой из них, бывает довольно высокое его содержание.
Гораздо большее количество воды содержат в себе известняковые пласты, но они залегают намного глубже. Именно известняк является источником воды для артезианских скважин. В ней практически нет песка, но зато растворено много железа, поэтому вода, добываемая из артезианских водозаборов, проходит обязательную очистку на станциях обезжелезивания.
Минерализация подземных вод
Как уже было сказано, в земной коре, наряду с водопроницаемыми и водоупорными грунтами, присутствуют и грунты растворимые. Именно соли калия, натрий, а так же кальций, содержащийся в известняке и гипсе, насыщают воду в разной степени, и делают её минеральной.
- В одном литре пресной воды, содержится не более 1г солей, в слабоминерализованной воде, их максимум 35г. И только вода, в которой присутствует 35-50г солей на литр, называется минеральной. По составу такие воды могут быть железистыми, щелочными, либо углекислыми, и большинство из них дают лечебный эффект.
- Температура межпластовых вод, тоже может быть самой разной. Если она не превышает +20 градусов, то считается холодной, всё, что горячее, называется термальной водой. А температура, представьте себе, может доходить аж до +1000 градусов.
- В термальных водах, кроме высокого содержания солей и кислот, нередко присутствуют радиоактивные элементы, а так же некоторые элементы из таблицы Менделеева, которые на земле встречаются крайне редко. Подземные воды нередко находят естественный выход на поверхность, образуя тем самым родники.
- Чаще всего, конечно, это грунтовые воды. Так подземные бассейны сбрасывают излишки воды – а родники являются, так называемыми, точками разгрузки. Но случается, что вода выходит на поверхность и из более глубоких слоёв. Примером тому являются природные термальные источники, и даже горячие гейзеры, которых так много на Камчатке, в Японии, Исландии.
- Воды подземного происхождения имеют огромное значение. Они не только питают естественные водоёмы и растения, но и широко применяются человеком. Кроме того, что вода используется для питьевых и лечебных нужд, она обеспечивает производственные процессы. Из неё так же добываются некоторые металлы, борная кислота, йод.
Термальные воды нередко используются в качестве теплового источника – то есть, для получения электроэнергии. Хотя, конечно, такой источник и не может обеспечить большого объёма.
Заключение
Все подземные воды – даже глубинные, а не только поверхностные, подвержены загрязнению, которое происходит от хозяйственной деятельности человека. Если загрязнена река, можно не сомневаться, что часть вредных веществ и соединений просочится и под землю, так как между глубинными и поверхностными водами есть взаимосвязь.
- Что только не попадает по милости человека в подземные воды: цинк, ртуть, кадмий, свинец, азотные соединения – и это, как вы понимаете, далеко не полный перечень. А очаги загрязнения простираются на сотни километров, что в первую очередь влияет на качество питьевой воды.
- Так что, мероприятия по охране подземных вод имеют первостепенное значение. Запасы воды под землёй огромны, но восполняются они медленно, поэтому важно следить ещё и за правильным их расходованием. Если откачивать в больших количествах воду в грунте, это может привести суффозии грунта, и как следствие, к образованию провалов.
Так что, не стоит заниматься самодеятельностью, и бездумно орудовать насосом, пытаясь избавиться от грунтовых вод. Данный вопрос, требует тщательного изучения и грамотного подхода, коим является правильный выбор конструкции фундамента, качественная гидроизоляция конструкций, и, конечно же, дренаж.
