20.07.2018
В ходе возведения частного жилого здания и разработке интерьера, необходимо принимать во внимание все требования, которые...


20.07.2018
Биметаллическими радиаторами называют батареи, созданные из нескольких сплавов: стального и алюминиевого. Сталь применяют с целью...


19.07.2018
Гибка металла, в особенности, листового, считается технологичной процедурой, в ходе которой из прокатного листа можно получить ту...


18.07.2018
Металлические изделия самой разной функциональности для краткости называются метизы. Группа охватывает широчайший ассортимент,...


18.07.2018
Сегодня на рынке выбор покрытий для пола является попросту колоссальным, среди самых востребованных вариантов следует отметить...


17.07.2018
Инверсионная крыша является «кровлей наоборот». Если говорить простыми словами, то основным её отличием, сравнивая со стандартной...



Типы подземных вод

03.07.2018
По условиям залегания и распространения в разрезе верхней части земной коры, а также по гидравлическим характеристикам подземные воды подразделяются на почвенные воды, верховодки, фунтовые и межпластовые (рис. 16.2).

Почвенные воды приурочены к почвенному слою, расположенному в зоне аэрации. Они не имеют водоупорного слоя, поэтому находятся в порах и капиллярах почвы как бы в «подвешенном» состоянии. В случае чрезмерного разрыхления и измельчения почвы часть капиллярной почвенной влаги переходит в физически связанную воду. Характерными свойствами почвенных вод являются их сезонный характер, резкие сезонные колебания температуры, наличие микроорганизмов и органических веществ, вследствие чего они имеют желтовато-бурый цвет и гнилостный запах.

В засушливых районах почвенные воды нередко соленые. При испарении вод содержащиеся в растворе соли (сульфаты Mg, Ca, Na; хлориды Na и др.) кристаллизуются, накапливаясь в почве, превращая ее в солончак. При избыточном увлажнении происходит заболачивание почв.

Верховодка образуется в зонах аэрации в самых верхних слоях земной коры в результате инфильтрации атмосферных осадков и имеет ограниченное распространение. Характеризуется она крайне неустойчивым режимом, появляется, главным образом, в периоды дождей и усиленной инфильтрации и исчезает с наступлением засухи.

Залегает верховодка на линзах водонепроницаемых пород среди водопроницаемых (см. рис. 16.2). Линзы могут быть сложены моренными суглинками среди песчаных водно-ледниковых отложений или глинами среди аллювиальных песчаных образований. Мощность верховодки незначительна, редко превышает 1,0—2,0 м. Heсмотря на линзовидный характер залегания и небольшую мощность, верховодка имеет практическое значение в пустынных и полупустынных областях. В этих районах постоянные горизонты подземных вод залегают сравнительно глубоко, поэтому многие колодцы прокопаны до верховодки, которая осенью и весною является основным источником водоснабжения.

Грунтовые воды расположены ниже зоны аэрации на первом от поверхности водопроницаемом слое, подстилающимся первым от поверхности водоупорным слоем (см. рис. 16.2). Порода, насыщенная водой, называется водоносным горизонтом или слоем. Водоносный слой может быть сложен пористыми, трещиноватыми или закарстованными породами. Питаются фунтовые воды на протяжении всего водоносного горизонта за счет инфильтрации и конденсации атмосферных осадков. Поверхность фунтовых вод называется зеркалом, или уровнем грунтовых вод. Расстояние по вертикали от зеркала до водоупорного ложа определяет мощность водоносного горизонта. Уровень и количество фунтовых вод зависят от климатических условий и количества атмосферных осадков и постоянно колеблются. Поэтому в разрезе от поверхности Земли до водоупорного ложа выделяются три зоны: зона аэрации; зона периодического водонасыщения, располагающаяся между минимальным и максимальным уровнями подземных вод; зона постоянного водонасыщения между минимальным уровнем фунтовых вод и водоупорным ложем (рис. 16.3).

Грунтовые воды движутся, подчиняясь силе тяжести, в сторону понижений рельефа, где происходит их разгрузка в виде нисходящих источников. Эти понижения — овраги, реки, моря — называются областями разгрузки или областями дренирования (от франц. дренаж — сток). Поэтому зеркало грунтовых вод всегда почти повторяет уклоны рельефа. На режим грунтовых вод существенное влияние оказывают взаимоотношения с водоемами, которые определяются соотношением уровней поверхностных и подземных вод. В зависимости от положения водоносного слоя в сухое время года фунтовые воды могут стекать свободно в открытые водоемы, а в половодье, при подъеме уровня водоема, происходит подпор фунтовых вод и пополнение их запасов за счет вод водоема. Скорость движения фунтовых вод невелика: в крупных галечниках и сильнотрещиноватых породах она не превышает 100 м/сут, в крупнозернистых песках падает до 15—20 м/сут, в мелкозернистых песках — до 1—5 м/сут. В слабоводопроницаемых породах для прохождения нескольких сантиметров воде требуются месяцы.

Грунтовые воды не обладают напором. В колодцах и буровых скважинах, вскрывающих фунтовые воды, вода не поднимается. При интенсивном отборе вода не успевает подтекать в колодец из соседних участков водоносного горизонта, уровень фунтовых вод в нем падает и образуется депрессионная воронка. Режим фунтовых вод имеет важное значение при решении целого ряда хозяйственных задач: водоснабжении населенных пунктов, строительстве различных сооружений: жилых и промышленных зданий, плотин, водохранилищ и др.

Межпластовые воды — это воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами. По условиям залегания они могут быть безнапорные и напорные. Межпластовые безнапорные воды встречаются сравнительно редко на приподнятых междуречных массивах в условиях расчлененного рельефа выше базиса эрозии данной местности и выходят в виде нисходящих источников в береговых склонах оврагов, рек и других поверхностных водоемов.

Межпластовые напорные воды — это воды водоносных горизонтов, перекрытых и подстилаемых водоупорами. Они обладают гидростатическим напором, обусловленным разностью гипсометрических отметок уровней области питания и области разфузки (дренажа).

Область питания — место выхода водоносного пласта на поверхность, сквозь которое атмосферная влага проникает вглубь и полностью насыщает пласт. Она расположена на наивысших гипсометрических отметках. Двигаясь по пласту, вода достигает других участков выхода пласта на поверхность и на более низких абсолютных отметках самоизливается, образуя восходящие источники. Это область разгрузки (дренажа). Прямая линия, соединяющая области питания и разгрузки, называется линией пьезометрического уровня, определяющей высоту подъема напорных вод (рис. 16.4). Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня называется напором. В зависимости от рельефа и высотного положения областей питания и разгрузки в центральной наиболее прогнутой части бассейна создаются условия, благоприятные для образования напора, т. е. самопроизвольного излияния воды под большим давлением. Эта область называется областью напора. Если пробурить скважину в области напора, гипсометрическая отметка устья которой расположена ниже пьезометрического уровня, вода будет фонтанировать, поднимаясь на высоту этого уровня. Такие напорные воды получили название артезианских по месту их первоначального нахождения в XII в. во французской провинции Артус (древнее название Артезии).

Наиболее благоприятные условия для формирования напорных вод создаются в отрицательных структурах земной коры или при моноклинальном залегании пород (от греч. моно — один, клино — склоняю). По этому признаку выделяются артезианские бассейны и артезианские склоны. Совокупность артезианских водоносных горизонтов в синеклизах, молодых прогибах, формирует артезианский бассейн. В артезианских бассейнах область питания располагается рядом с областью напора, а далее по направлению подземного стока находится область разгрузки.

Размеры артезианских бассейнов колеблются от сотен до сотен тысяч квадратных километров. Такие бассейны обладают колоссальными запасами вод, которые широко используются для разных нужд. Особенно большими размерами отличаются артезианские бассейны в России — Западно-Сибирский, Московский, Днепрово-Донецкий, Прикаспийский и др. Небольшие артезианские бассейны образуются в горных складчатых областях — бассейны предгорных и межгорных равнин, например, в Закавказье и Средней Азии.

В разрезе артезианских бассейнов выделяются три гидродинамические зоны с различным химическим составом подземных вод.

Первая — верхняя — зона характеризуется активным водообменом с поверхностью и интенсивным устойчивым стоком подземных вод, направленным в сторону речной сети.

Воды этой зоны обычно пресные или слабоминерализованные гидрокарбонатного типа образуются за счет инфильтрации атмосферных осадков и процессов выщелачивания горных пород.

Вторая — средняя — зона замедленного водообмена залегает примерно на глубинах ниже активного дренирования подземных вод речной сетью. Связь их с поверхностью затруднена, и поэтому ухудшается питание за счет инфильтрации атмосферных осадков. Зона отличается замедленным стоком подземных вод, неблагоприятными условиями водообновления ресурсов и повышенной минерализацией вод (до 10—20 г/л) сульфатно-гидрокарбонатного состава.

Третья — нижняя — зона весьма замедленного водообмена залегает на глубине более 800—1000 м и характеризуется следующими особенностями: направленность движения вод определяется глубокозалегающим региональным базисом стока (море, океан) или тектоническими разломами глубокого заложения; скорость движения подземных вод очень мала — 0,05—0,1, реже 0,2 м в год; условия для пополнения резервов практически отсутствуют; воды отличаются высокой минерализацией (250—350 г/л и более), преимущественно хлоридно-кальциевым составом. Воды этой зоны обязаны своим образованием водам древних морских бассейнов, находившихся в различные геологические эпохи на территории современного артезианского бассейна. Впервые на гидродинамическую зональность, увеличение минерализации подземных вод и снижение их подвижности с глубиной указал В.И. Вернадский.

Примером резервуара подземных вод разнообразного состава и минерализации является Ангаро-Ленский артезианский бассейн Иркутского амфитеатра. В краевой части бассейна, где на поверхность выходят карбонатные породы нижнего кембрия, повсеместно распространены пресные трещинно-карстовые воды. Для этой части свойствен наивысший модуль подземного стока (5—10 л/(с см2)) и обилие крупнодебитных (0,5—10 м3/с) источников. По мере погружения пород растет минерализация воды и меняется ее состав: пресные гидрокарбонатные воды сменяются солеными сульфатными и хлоридными. Последние с глубиной переходят в рассолы, которые в соленосной и подсоленосной толще приобретают хлоридный кальциевый состав и минерализацию 500—600 г/л.

Структура артезианского склона образуется при моноклинальном залегании пород, когда склон наклонен в одну сторону и водопроницаемые слои по падению сменяются водоупорами (рис. 16.5). В артезианском склоне область разгрузки находится рядом с областью питания, а область напора — в стороне на более низких отметках. При моноклинальном залегании пород вода из области питания перемещается по падению слоя и, замкнутая на границе водоупором, приобретает гидростатический напор.