Режим грунтовых вод: важные факторы + виды дренажей

Прежде, чем говорить о том, что такое режим грунтовых вод, следует уточнить, как вообще классифицируются воды, находящиеся под землёй. С помощью видео в этой статье, мы расскажем о том, какие из них являются грунтовыми, как осуществляется их движение, и в связи с какими факторами изменяется их уровень.

Мы уделим так же внимание способам борьбы с грунтовыми водами, и выясним, какие типы дренажей сегодня используются для осушения почв. Надеемся, что наша инструкция станет для вас экскурсом, приоткрывающим завесу тайн гидрогеологии, и хорошим подспорьем в производстве земляных работ.

Что следует знать о подземных водах

Если подходить к классификации подземных вод с точки зрения назначения – а вернее, характера их использования, то это могут быть такие разновидности:

• Технические воды: используют только для производственных нужд;
• Питьевые (пресные) воды: их источником являются горизонты с интенсивным водообменом – добываются путём механического вскрытия водоносного пласта;
• Минеральные: воды с повышенным содержанием газов, биоактивных компонентов. Источники вскрываются методом бурения скважины, либо находят себе путь в местах тектонических разломов коры;
• Промышленные воды: имеют сырьевое значение, так как содержат в себе большое количество растворенных полезных элементов типа йода, калия, брома;
• Термальные воды: могут залегать как близко к поверхности земли, так и на расстоянии нескольких километров от неё. Иногда температура источника, вышедшего по трещинам на поверхность, достигает 1000 градусов Цельсия.

Характеристика зон аэрации

Основным классификационным критерием, всё же являются условия, в которых залегают воды в земной коре. Здесь всего три варианта: верховодка, воды грунтовые (см. Грунтовые воды и верховодка: в чем отличие), и воды межпластовые. Прежде, чем давать им характеристику, заострим внимание на зоне аэрации. Что это такое?

А это верхние участки грунта, которые насыщаются водой в разной степени, и по данному признаку делятся на верхнюю и нижнюю зоны. Между поверхностью грунта, и уровнем залегания в нём вод, находится первая зона аэрации, вглубь которой просачиваются атмосферные осадки.

Вторая зона, называется зоной насыщения, и располагается она ниже отметки УГВ. Здесь, все пустоты, трещины, и даже поры, заполнены водой, которая именуется гравитационной. Почему такое название? Да просто эта вода не подчиняется силам земного притяжения, а движется по законам гравитации. Вот она-то и образует над водоупорным пластом своеобразный бассейн с грунтовой водой.

Верховодка и грунтовая вода: в чём различие

Теперь чуть подробнее рассмотрим, что такое верховодка. Это очаговое скопление в зоне аэрации безнапорных вод. Они располагаются ближе всего к поверхности, и пополняются исключительно за счёт атмосферной влаги.

Сплошного распространения верховодка не имеет, а образуется, как правило, над прослойками плотных пород. Классическим водоупором являются глины и суглинки, располагаемые под песчаными пластами.

• Верховодка обычно имеет небольшую площадь, нестабильный объём, и образуется сезонно. Но строителям она тоже способна доставить массу неприятностей, затопив котлован или уже готовый подвал. При выполнении геологических изысканий в сухой сезон, верховодку, как правило, невозможно обнаружить. Зато в сезон дождей может получиться сюрприз, и стройку, как на фото снизу, подтопит.

• Что это было – верховодка, или грунтовые воды, хозяину здания уже и не столь важно. Кстати, отличить одно от другого довольно сложно, и частные строители обычно не знают наверняка, что это за вода. Хотя, надо бы знать – ведь зданию, построенному без предварительного изучения гидрогеологической обстановки на участке, грош цена.

Обратите внимание! Верховодка может подтопить дом только во время паводка или после сильного ливня. Вот почему так важно выяснить режим грунтовых вод на участке, и сделать это не перед самым началом строительства, а заблаговременно – после обильных осадков весной или осенью. Если уж в это время грунт на глубине двух-трёх метров остаётся сухим, значит ни грунтовая вода, ни верховодка вам не грозят.

• Что касается грунтовых вод, то располагаться они могут на значительных площадях. Они имеют постоянный характер, и если не принять в процессе возведения фундамента необходимых мер (см. Защита фундамента от грунтовых вод: какая лучше), способны испортить жизнь владельцу дома капитально. К тому же, бороться с ними сложнее гораздо сложнее, чем с верховодкой, так как воды, относящиеся к разряду грунтовых, могут воздействовать на заглублённые конструкции под давлением.

• На картинке сверху вы видите разведочную скважину, в которой с помощью уровнемера замеряется УГВ. На участке, определённом под застройку, вы можете своими руками пробурить простую лунку нужной глубиной три метра, и через несколько часов прозондировать её с помощью верёвки с грузиком на конце или деревянного шеста. Расстояние от поверхности земли до границы между сухим и мокрым участком импровизированного щупа, и будет означать уровень залегания воды.
• Так как грунтовые воды не перекрываются водоупорным пластом, они находятся в постоянном движении. По большей части они безнапорные, но в тех местах, где линза нижнего водоупорного слоя имеет существенные неровности, может возникать местное давление, а поток направляется в сторону уклона.
• Но по большей части, грунтовые воды являются безнапорными. Источником питания для них служат естественные поверхностные водоёмы и та же верховодка. Глубина залегания, объём воды, а так же её качество, зависят от совокупности климатических факторов, а так же геологических особенностей местности.

Чаще всего они пресные, но нередко имеют довольно высокую степень минерализации. Грунтовая вода может использоваться для хозяйственных нужд.

Что касается питья, то тут многое зависит от глубины залегания вод (см. Глубина залегания грунтовых вод: методы определения) – если они находятся близко к поверхности, то вода не будет достаточно чистой. Для этих целей используют межпластовые воды, которые находятся за пределами первого водоупорного пласта.

О режиме залегания вод в грунте

Итак, под грунтовой водой следует понимать свободную воду, располагающуюся в первом от поверхности земли, стабильно насыщаемом водоносном горизонте. Он расположен в рыхлых слоях грунта, над ближайшим водоупорным пластом.

Площадь водопроницаемых пород, обычно совпадает с областью их поверхностной подпитки:

• Зона насыщения водой имеет определённую толщину, а её верхняя граница именуется зеркалом. Кстати, его отметка – и есть тот самый уровень грунтовых вод, который необходимо знать строителям. Выше УГВ находится капиллярная кайма, через которую и происходит подпитка воды.
• Мощность зоны насыщения определяется расстоянием, которое отделяет зеркало от водоупорного пласта. Она способна изменяться как в пространстве, так и во времени. Дело в том, что зеркало воды, залегаемой под землёй, в некоторой степени повторяет по форме рельеф её поверхности.

• Водораздел обычно начинается на повышенных участках, откуда потоки направляются к пониженным участкам. Разгрузка зон насыщения грунтовыми водами, происходит либо в виде бьющего из-под земли источника, либо осуществляется в природе субаквальным способом – то есть, вода просто рассредоточивается под руслами водоёмов. Таким образом, происходит естественный дренаж.
• Так как рельеф, по которому движется грунтовая вода, неровный, то образованная ею поверхность называется депрессионной. Сам процесс перемещения потока называется фильтрацией, и зависит он от кривизны зеркала воды, водопроницаемости пород, и, конечно же, гидравлического уклона (градиента), благодаря которому создаётся напор.
• Количество воды в зоне насыщения, с течением времени меняется. Это вполне естественно, потому что подпитка происходит за счёт атмосферной влаги, проникающей вглубь с поверхности, к числу которой относится и снеговой покров. В относительно сухие годы уровень вод понижается, при выпадении обильных дождей – увеличивается. Как результат, внутри зоны стабильного насыщения, время от времени образуется зона непостоянного насыщения.

• Колебание уровня влияет не только на дебит подземных источников и водозаборов, но иногда и на качественный состав воды. Факторы режима грунтовых вод, в которые входят: количество осадков в районе, изменение отметок зеркала воды в грунте, и связанных с ним естественных водоёмах, а так же дебит прилегающих источников – изучаются гидрогеологическими станциями.
• Специалисты ведут в регионах соответствующие наблюдения, и ежегодно наносят полученные данные на карту (см. Карта залегания грунтовых вод как ориентир при строительстве фундамента), которая называется гидроизогипс – именно она является основным ориентиром для строителей. На картах отражены линии с отметками уровней залегающих вод, а благодаря сведениям об уклонах и водоразделах, можно определить направление их потоков.

Если данные долго не обновлялись, при проектировании крупного объекта может быть произведена индивидуальная разведка. А вообще, изучение режима вод, залегающих в грунте, имеет огромнейшее значение для решения многих задач – не только в строительстве, но и в сельском хозяйстве, мелиорации, а так же в некоторых видах промышленности, связанных с добычей полезных ископаемых.

Понижение уровня вод

Существует такое понятие, как искусственное водопонижение. К нему прибегают для того, чтобы осушить пласты грунта на период строительства зданий, промышленных объектов и подземных коммуникаций. Иногда необходимость в водопонижении возникает на уже застроенных, но затопленных в результате паводка территориях, а так же при ликвидации аварий на действующих насосных и коллекторных станциях.

Понижение уровня вод может выполняться различными способами, но при выборе наиболее рационального из них, следует учитывать не только характер строящегося сооружения, но и особенности гидрогеологического состава грунта на конкретном участке. Если оно осуществляется как временная мера, на период застройки или устранения аварий – то это называется строительным водопонижением.

Если же оно имеет постоянный характер, то называется не водопонижением, а дренажом, который может быть как естественным, так и искусственным. В первом случае, вода отводится и сбрасывается в естественные водоёмы. Во втором случае, её уровень  понижают путём сбора трубами-дренами, и отвода в накопительные резервуары, колодцы или кюветы.

Что такое горизонтальный и вертикальный дренаж

Дренажная сеть может быть совершенной – в этом случае она прорезает всю глубину водоносного пласта. В несовершенном варианте, глубина заложения труб не доходит до водоупорного пласта. Дренажные системы могут располагаться горизонтально, вертикально, либо быть комбинированными.

Обратите внимание! Горизонтальный дренаж выполняется не только посредством использования дренажных труб различного вида – это могут быть так же бетонные лотки, или обычные сточные траншеи. Последний вариант применяется только в пригородах, где ведётся малоэтажная застройка без подвалов. Канавы или придорожные кюветы, могут устраиваться только на устойчивых грунтах, а их глубина не должна превышать полтора метра.

• На индивидуальных участках, отведённых под застройку, чаще всего устраивают дрены закрытого типа. Это траншея, заполненная любым крупнофракционным фильтрующим материалом, и застланная геотканью, в которую уложена перфорированная труба. В городских, а тем более промышленных условиях, такие способы не применяют, так как интенсивно эксплуатируемые дрены быстро забиваются илом.
• В условиях частной застройки – это идеальный вариант для поддержания нормального уровня грунтовых вод. Чаще всего, на участке предусматривают кольцевую систему, которая охватывает весь периметр участка, или все строения на нём. Если есть необходимость, то дрены прокладывают даже под фундаментом дома, но глубина их заложения не должна превышать 6м.
• Вертикальное дренирование грунта осуществляется с помощью поглощающих и  водопонизительных скважин, из которых вода откачивается насосами и сбрасывается в нижележащие водоносные горизонты. Здесь используют и иглофильтровальные  установки, а так же системы открытого водоотлива. Схемы абсолютно разные, но объединяет их одно – вертикальное расположение водоприёмных сооружений и устройств.

• Если используются скважины, то вода может откачиваться отдельными насосными агрегатами, либо они объединяются посредством труб в общую систему, и обслуживаются насосными станциями. При откачке воды из скважин, её поверхность приобретает форму воронки, которая называется депрессионной. Когда скважин несколько, то воронки объединяются между собой, а располагающиеся в их периметре сооружения защищены от подтопления.
• Достоинство вертикального дренажа состоит в том, что с его помощью можно произвести водоотбор с большей глубины, так как строить ведь приходится не только здания, фундаменты которых заглубляются на три метра, но и различные гидротехнические сооружения, тоннели, дамбы, дебаркадеры, и многое другое.

Что касается комбинированного дренажа, то он представляет собой сочетание скважин и горизонтально расположенных дрен. Когда скважина расположена ниже нормативного уровня грунтовых вод, то для отбора воды даже и насос не требуется. Она будет изливаться самостоятельно, как это показано на заглавном фото, и останется только собрать воду в горизонтальные дрены, и отвести её в канализацию.