Подземные воды и грунтовые воды, классы подземных вод. — Стройфора

Первый водоносный горизонт

Как известно, водоносные горизонты пролегают в рыхлых, зернистых или пористых породах, полостях и трещинах твердых пластов, которые имеют способность накапливать влагу. Первый водоносный горизонт еще называют верховодкой. Глубина его залегания не превышает 0,5 м в северной тундре, однако может достигать 20-25 м в южных широтах.

Состоит этот слой из несцементированных (рыхлых) осадочных пород. В толщину слой достигает 3-4 м. Верховодка не имеет кровли. Ее верхняя граница расположена в области аэрации, вследствие чего обеспечивается непосредственная связь водоносного горизонта с поверхностью. Почти весь объем горизонт получает путем инфильтрации с поверхности почвы. Единственное достоинство этого горизонта состоит в его легкой доступности.Из минусов стоит отметить:

• сезонность наполнения данного слоя
• прямая зависимость от количества осадков
• нестабильный характер, то есть во время засухи вода может полностью исчезнуть
• низкий уровень очистки воды. Незначительная толщина почвы мешает полноценной задержке химических и органических примесей, которые оказывают влияние на качество жидкости
• загрязнение удобрениями, гербицидами и пестицидами, которые активно используют в сельском хозяйстве, а также продуктами из мусорных полигонов и промышленными отходами.

https://www.youtube.com/watch{q}v=Gi7-YANN5dI

Верховодка может быть использована исключительно для полива и бытовых нужд. Без длительного кипячения вода не должна использоваться для употребления в пищу.Во время бурения скважины, которая опускается ниже первого водоносного горизонта, нужно позаботиться о тщательной изоляции от попадания верховодки при помощи системы концентрических обсадных труб.

Грунтовый водоносный горизонт находится в первом водоносном горизонте. Его отличие заключается в расположении на ближайшем от поверхности земли водоупорном слое, в рыхлых или трещинных породах. Наполняет он вследствие просачивания осадков, таяния снегов, вод из рек, ручьев, озер, оросительных каналов.

Количество грунтовых вод меньше зависит от уровня осадков. Тем не менее, во время весеннего таяния снега или обильных дождей оно повышается. В сухое время года наблюдается его истощение. Эту особенность обязательно нужно принимать во внимание перед бурением скважины или копки колодца.Для питья такая вода не пригодна без кипячения.

Методы минимизации рисков от грунтовых 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.

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.

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.

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.

Еще в давние времена люди научились определять, где может находиться водный источник, наблюдая за природой и используя элементарные физические закономерности. Можно отметить следующие народные способы:

1. Наблюдение за формированием тумана. В достаточно теплое время года в утреннее и вечернее время в местах наиболее близкого расположения грунтовых вод образуется туманное облако. Густота такого облака указывает на глубину залегания водоносного слоя. Надо постоянно наблюдать за такими явлениями на дачном участке и постараться составить примерную карту.
2. Наблюдение за животными. Некоторые животные способны подсказать человеку, где искать воду. Надо просто внимательно наблюдать за их поведением. Так, полевые мыши никогда не будут рыть норы при близком расположении грунтовых вод. Хорошими помощниками могут стать лошади и собаки. В сильную жару лошади начинают бить копытом, а собаки рыть землю в местах наиболее близкого расположения источника. Домашняя птица также способна чувствовать близость воды: куры не будут нестись на участке, где пласт подходит близко, а гуси наоборот стараются гнездиться поближе к водному источнику.
3. Наблюдение за растениями. На фото 2 показаны некоторые растительные «индикаторы». Влаголюбивая растительность не произрастает, где земля слишком сухая из-за глубокого расположения водоносного слоя. В тех зонах, где буйно зеленеют мать-и-мачеха, болиголов, щавель, крапива, можно планировать место под колодец. В принципе, даже примерную глубину до водоноса можно определять по растениям. Ива, ольха, береза свидетельствуют о малой глубине, а наклон их кроны указывает на расположение нужного места. Вишни и яблони не любят сырости, а потому предпочитают участки с заглубленным пластом. При подходе грунтовых вод близко к поверхности их корневая система начинает гнить (см. фото 2. Иллюстрация наблюдения за растениями).

Абсолютно точно вычислить водоносный горизонт удается при проведении инженерно-геологического исследования. Такие опыты самостоятельно провести не получится. Для этого необходимо обладать специальными знаниями и навыками, а также иметь необходимое оборудование.

Услуги по изучению гидрогеологических условий местности, определению количественной и качественной оценки водного запаса предоставляют специализированные компании, одним из направлений деятельности которых является инженерная геология.

Перспективным методом поиска оптимального места для бурения скважин является гидрогеологическая съемка. Именно она позволяет:

• обнаружить водоносные горизонты;
• установить запас подземных вод.

На основании полученных результатов делаются выводы относительно целесообразности бурения скважины на указанном участке.

Существуют и другие профессиональные способы геологоразведки, к которым относятся:

• электрическое зондирование;
• сейсмическая разведка;
• бурение разведочных выработок.

Единственным недостатком таких методов поиска лучшего участка для скважины является необходимость нести финансовые затраты, направленные на оплату услуг, предоставляемых специалистами.

Для многих именно это обстоятельство является решающим, чтобы отказаться от использования таких эффективных способов.

Путем строительства колодца или сооружения скважины владельцы загородных участков решают проблему отсутствия питьевой воды.

Подземные воды делятся на три типа

Прежде чем начать поиск воды под скважину, применяя народные способы и современные профессиональные методы, следует определить и зафиксировать наличие таких ресурсов. Следует узнать, какая глубина залегания водоносного горизонта под землей.

На какие типы делятся подземные воды:

1. Верховодка. Этот тип подземных вод залегает в пределах 2-5 метров от поверхности. Он образуется в результате фильтрации атмосферных осадков. Этот тип вод может колебаться, поскольку залегает неглубоко: в засушливый период – понижается, а после выпадения осадков – повышается.
2. Грунтовые воды. Залегают в осадочных породах на глубине 8-40 метров от поверхности. Сверху они защищены несколькими слоями пород, поэтому смена сезонов года на них не влияет. Иногда они самостоятельно пробиваются родниками в понижениях рельефа и поставляют чистую вкусную воду.
3. Артезианские воды. Залегают чаще всего на глубине более 40 метров. Чаще всего они встречаются в скальном известняке по трещинам. В воде отсутствуют глинистые взвеси, но есть минеральные соли. Дебит артезианских скважин довольно стабилен.

Второй водоносный горизонт

Второй подземный водоносный горизонт или межпластовый слой находится между двумя водоупорными пластами грунта. Его объем более стабилен. Наполнение горизонта происходит вследствие инфильтрации грунтовых вод через слабопроницаемые породы. По характеру движения существует две категории подземных вод:

• циркулирующие в рыхлых породах (песчаные, галечные, гравийные)
• аккумулирующиеся в скальных трещиноватых пластах (гранитных, известняковых, доломитовых).

Глубина водоносных горизонтов второго слоя может составлять от 30 до 100 метров. В процессе просачивания через мелкие поры, трещины и каверны вода проходит естественную природную очистку. Чаще всего она соответствует нормативам, прописанным в СанПиНе.Исходя из типов пород, через которые просачивается жидкость, она будет насыщаться растворенным железом, солями кальция или магния, и прочими веществами.

Принцип лозоискательства

В этом разделе показан способ, который также применяется очень давно, правда, вызывает споры среди специалистов, а его эффективность вызывает сомнение. Однако чувствительный человек способен находить водные залежи таким методом.

В принципе, такая технология должна работать, но на участке много помех, которые снижают результативность (водоемы, ручьи, лужи, геологические возмущения в грунте, инженерные коммуникации, куски металла и т. д.). Необходимо отметить, что на участках, где нет случайных водных объемов, эффективность лозоискательства оценивается до 75% .

Поиск проводится следующим образом. Для проведения исследования можно использовать алюминиевую рамку или лозу. В первом случае 2 отрезка алюминиевой проволоки длиной 35-45 см загибаются под углом 90º, причем отогнутый конец составляет 12-16 см. Проволока вставляется в трубочки в виде тростника так, чтобы могла свободно поворачиваться.

Человек берет трубочки с проволокой в обе руки, направляя загнутые концы в разные стороны, и начинает движение по участку. При прохождении над подземным потоком проволочные рамки повернутся вовнутрь. Отмечается место, где произошло такое явление. Затем для проверки осуществляется движение перпендикулярно первому направлению. Если все повторится в том же месте, то это и есть нужная точка для копания колодца.

Второй метод предусматривает использование лозы. Срезается ветка, имеющая 2 ответвления, между которыми угол составляет порядка 145-155º, и хорошо просушивается. При поиске воды концы лозы берутся в разные руки так, чтобы ответвления оказались по центру и были направлены вверх. При прохождении над источником лоза повернется.

Добыча воды

Для добычи воды из водоносных слоёв бурят скважины (буровые), которые являются составной частью водозаборных сооружений.

В способы добычи воды могут быть разными. Выбор способа зависит месторасположения на участке водоносных горизонтов, их глубины, а также целей использования воды.Колодец для бытового и сельскохозяйственного использования создается глубиной до 5 метров. Чтобы получить питьевую воду, глубина колодца должна составлять от 10 до 15 метров.

Колодец является самым дешевым и простым вариантом создания водозабора. Наличие колодца на участке решает следующие вопросы:полив участканаличие воды для технических и бытовых нужд.Для питья вода из колодца используется исключительно после процедуры кипячения. При выкапывании шахты нужно принимать во внимание объем воды, который способен выдать колодец.

Для питьевых целей стоит использовать второй водоносный горизонт. Скважины на нем обеспечат вас чистой питьевой водой. Ствол, углубленный на 50 метров в подпочвенный песчаный горизонт, является наиболее подходящим для обеспечения загородного дома водой. Чистоту такой воды легко объяснить тем, что суглинок и песок, через который вода попадает в водоносный слой, являются отличным природным фильтром.

Период использования скважин на песок ограничивается истощением этого водного слоя или заиливанием скважины. Чаще всего такие скважины эксплуатируются примерно 8 — 10 лет. Тогда как артезианские водозаборы могут быть использованы более полувека, вследствие неограниченности объема водоносных пластов.

Где не следует искать воду

Растительность, произрастающая на участке, а также его рельефные особенности позволяют определить не только близкое расположение воды, но и ее отсутствие. Воду не следует искать в следующих местах:

• на холмистых участках;
• возле водоемов, в том числе рек, озер и прудов;
• в непосредственной близости от обрывов рек;
• на участке, где растет бук или акация;
• в непосредственной близости к карьерам или водозаборам.

Ни одно живое существо не способно выжить без воды. А значит, водоносная жила подобна золотой, и искать ее не менее увлекательно. Собственный колодец позволяет решить проблему отсутствия центрального водоснабжения на участке. Но даже при отсутствии этой проблемы, автономное водоснабжение значительно сэкономит время и средства. Главное — приступая к поискам воды, использовать не один метод, а несколько.

В настоящее время наиболее популярным способом является использование алюминиевой проволоки. Однако, даже отыскав место залегания воды, нужно использовать и другие способы, которые подтвердят этот факт и позволят избежать ошибок.

Основные характеристики

• Статический уровень или пьезометрический уровень в скважине, пробуренной на определенный водоносный горизонт. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Динамический уровень, появляющийся в том случае, когда из скважины проводится водоотбор, например, погружным насосом. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Забор воды из водоносного горизонта или дебит скважины измеряется в л/с, куб.м/час, куб.м/сут, тыс.куб.м/год.
• Коэффициент водопроводимости измеряется в кв.м/сут;
• Скорость сработки статического уровня измеряется в метрах в год, показывает скорость падения уровня воды при заданом заборе воды;
• Годовая амплитуда колебания уровня воды измеряется в метрах.
• Глубина залегания подошвы слоя водоносного горизонта. Измеряется в метрах от поверхности земли.
• Глубина залегания кровли слоя водоносного горизонта. Измеряется в метрах от поверхности земли.

Минеральная вода

Водоносный слой характеризуется целым рядом параметров, но рядовому человеку, эксплуатирующему скважину на участке, достаточно знать только некоторые из них.

• Дебит. Определяет, сколько жидкости источник может дать за единицу времени, измеряется в л/с, м³/ч и т.д.
• Годовая амплитуда колебания воды показывает изменение глубины расположения воды в разное время года в метрах.
• Глубина залегания подошвы и кровли горизонта измеряются в метрах, характеризуют границы водоносного слоя.
• Мощность водоносного горизонта – это попросту толщина содержащего воду грунта.

При выборе водоносного горизонта для устройства скважины, кроме его типа требуется учитывать основные характеристики:

• Мощность – толщина водоносного слоя;
• Глубину залегания подошвы;
• Характер пород;
• Коэффициент фильтрации и насыщенность, которые определяют реальный дебет скважины.

Узнать их можно в геологоразведочных организациях района, а уточнить в процессе бурения.

Глубинные артезианские водонесущие пласты

Иметь на даче артезианскую скважину – мечта любого хозяина. Нужно заметить – мечта трудноисполнимая. В соответствии с требованиями закона о недрах такой водозабор подлежит обязательному лицензированию, а санитарно – охранная зона скважины составляет не менее 30 метров от нее в любую сторону. Таким образом, зона отчуждения составит порядка 40 соток, причем на этой территории запрещены любые виды хозяйственной деятельности. Продадут ли вам эту землю – большой вопрос и сколько она будет стоить{q} Хотя места в России много.

Возможен выбор при решении задачи – бурить коллективный артезианский водозабор на небольшой поселок, тогда расходы не покажутся избыточными.

Глубина скважины на воду в этом случае может колебаться от 70 до 200 метров, бурить на такие горизонты залегания – вполне обычная практика. Качество живительной влаги из таких скважин, как правило, получается очень высоким, она прозрачна и вкусна, что не удивительно при такой толщине фильтрующего слоя. Информацию о значимости и качестве воды в пласте может дать гидрогеологическая карта района.

Отдельно стоит упомянуть гравийный водоносный слой. Бурить в такой среде очень сложно, самым производительным является процесс при промывке. Но если применяются глинистые смеси, засорение скважины очень значительно и потребует длительной раскачки, даже если вода окажется подпертой внутренним давлением в пласте. Качественно вскрытый пласт дает хороший дебет и вкусную воду.

Популярные способы поиска воды на участке

Старинный метод определения присутствия воды предполагал использование глиняного горшка. Его сушили на солнце, затем переворачивали и устанавливали на землю над местом предполагаемого залегания водной жилы. Через некоторое время посуда запотевала изнутри, если под ней действительно располагалась вода. Сегодня этот способ несколько усовершенствован.

Нужно взять литр или два силикагеля, который является отличным влагопоглотителем. Его тщательно просушивают в духовке и насыпают в глиняный горшок. После чего посуду с гелем взвешивают на точных весах, лучше аптекарских. Затем заворачивают в ткань и закапывают на глубину примерно полметра в месте, где предполагается бурить скважину. Оставляют там на сутки, затем выкапывают и снова тщательно взвешивают.

Ни один и ни два водоносных пласта уже были найдены с помощью силикагеля

Чем больше влаги впиталось в гель, тем ближе вода. Можно на начальном этапе закопать несколько горшков и выбрать место с наиболее интенсивной отдачей воды. Вместо силикагеля может быть использован обычный кирпич, который так же просушивается и взвешивается.

Некоторые растения являются отличными индикаторами, указывающими на подземный водоем.

Растения подскажут, есть ли на участке вода

Например, береза, растущая над водотоком, будет небольшой высоты с узловатым, искривленным стволом. Ветви дерева, расположенные над ним, будут образовывать так называемые «ведьмины метелки». Близко расположенную к поверхности воду покажут заросли мокрицы, невысокого травянистого растения. Гравилат речной прямо указывает на расположенный под ним водоток. А вот сосна, с ее длинным стержневым корнем, говорит об обратном – на этом месте вода располагается достаточно глубоко.

Этот метод можно использовать только в том случае, если неподалеку находится любой водоем или колодец. Понадобится обычный барометр-анероид, при помощи которого будет замеряться давление. Исходя из того, что на каждые 13 м перепада высот давление упадет примерно на 1 мм ртутного столба, можно попытаться определить глубину залегания подземных вод.

Почва, насыщенная подземной влагой, обязательно будет испарять ее

Ранним утром или вечером в конце очень жаркого летнего дня стоит обратить внимание на участок, где предполагается обустраивать скважину

Если над ним образовывается туман – вода там есть. Лучше всего если туман поднимается столбом или клубится, значит, влаги много и она достаточно близко. Так же следует знать, что водоупорные слои обычно повторяют рельеф местности. Таким образом, в котловинах и естественных впадинах, окруженных возвышенностями, вода обязательно будет. А вот на склонах и равнинах ее может и не быть.

Для добычи воды колодцы сооружались с древнейших времен, и уже тогда существовало множество способов поиска места их правильного расположения. Они основывались на наблюдении за поведением животных и атмосферными явлениями, анализе окружающего ландшафта и различных примет, позволяющих определить, где водяная жила подходит близко к земле, и где можно выкопать колодец.

Исходя из многолетнего опыта, известно, что колодец не стоит рыть в местности со значительными возвышениями рельефа, на обрывистом берегу реки, вблизи карьеров и каньонов. Рядом с болотом и низким берегом реки вода будет непригодна для питья. В ложбинах и низинах вероятность найти водяную жилу выше.

При поиске места для строительства колодца приятно и полезно проследить за туманом. Это атмосферное явление может наблюдаться и в теплое время года рано утром и вечером

Нужно обратить внимание на то место, где его плотность выше всего, как раз там подземный водяной слой подходит ближе всего к поверхности почвы

Если в одном и том же месте по утрам концентрируется и клубится туман, можно с уверенностью сказать, что вода там есть. Это обуславливается тем, что подобного рода туман образуется испарениями подземной влаги. В отличие от обыкновенного тумана, который неподвижен, влажные испарения клубятся или стелются по поверхности почвы.

Очень полезно понаблюдать, как растут деревья и кустарники на дачном участке. Заросли камыша появляются в местах залегания воды не глубже трех метров под поверхностью почвы, полынь растет над водоносным слоем, расстояние до которого варьируется от пяти до семи метров. Брусника, черемуха и багульник также располагаются в увлажненных местах.

Ива и ольха всегда растут поблизости от выхода влаги к поверхности земли. Поиск воды надо начинать там, куда наклонена крона влаголюбивых деревьев. А вот такие деревья, как яблоня и вишня, в таких местах никогда не будут чувствовать себя хорошо. В таком случае они болеют и приносят гнилые плоды, поэтому, если только что высаженная яблоня начинает хиреть на глазах, в этом месте и надо рыть колодец.

Братья наши меньшие разговаривать не умеют, но могут показать своим поведением, где располагается водоносная жила. Грызуны никогда не будут оборудовать свои норки в местах с высокой грунтовой влажностью. В жаркую погоду испытывающий жажду конь начинает бить копытом там, где близко расположена грунтовая влага.

Спасающийся от зноя четвероногий друг человека ложится на землю в предварительно выкопанное углубление поблизости от водоносного слоя. Несущиеся куры никогда не будут класть яйца во влажных местах, а вот гуси и утки поступают прямо противоположным образом. Мошкара роится и собирается в столбики там, где вода близко.

Поверхностные водоносные горизонты

Водоносные горизонты могут находиться на разной глубине. Те из них, что расположены ближе к поверхности, не только чаще других используются в качестве источников воды для потребления и ирригации, но и чаще пополняются дождями. Многие пустынные регионы имеют в своём составе известняковые холмы или горы, которые могут содержать грунтовые воды.

Чрезмерное использование может привести к снижению уровня грунтовых вод. Вдоль побережья некоторых стран, например Ливии и Израиля, рост населения и увеличившееся потребление воды привели к снижению уровня подземных вод и последующему их загрязнению солёной морской водой.

Типы подземных вод

Минеральная вода

Воды верховодки. Верховодкой называется подземная вода, залегающая на небольшой глубине в зоне аэрации — зоне свободного проникновения воздуха. Обычно верховодка не имеет сплошного распространения, а образует сравнительно небольшие линзы, которые подстилаются водоупорными породами (рис. 23). Мощность таких линз верховодки обычно не превышает 0,5—1 м, реже достигает 2—3 м.

Грунтовые воды. Атмосферные воды, просачиваясь сверху вниз до водоупора, а затем перемещаясь в горизонтальном направлении, постепенно заполняют все пустоты горной породы. Так возникают водоносные горизонты (рис. 23).

Водоносным горизонтом называется пласт или слой породы, в котором поры, пустоты и трещины заполнены водой. У каждого такого пласта имеются кровля и подошва. Если пласт не полностью заполнен водой, то под водоносным горизонтом понимают лишь его водонасыщенную часть. Первый от земной поверхности постоянный водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод.

Вцелом грунтовые воды характеризуются наличием свободной водной поверхности — уровня, наличием только одного, подстилающего, водоупора и отсутствием напора.

Межпластовые (пластовые) воды. Отличие межпластовых вод состоит прежде всего в том, что они заключены между двумя водоупорами, т. е. ограничены ими и сверху (со стороны кровли) и снизу (со стороны подошвы). Водоносные горизонты, содержащие межпластовые воды, обычно характеризуются обширной областью распространения, часто измеряемой тысячами квадратных километров. При этом они залегают на значительной глубине, выходя на поверхность лишь на периферии.

Подземные воды вместе с вмещающими их породами образуют гидродинамические системы, которые делятся на безнапорные и напорные.

Безнапорные гидродинамические системы обычно характерны для бассейнов грунтовых вод, не обладающих естественным напором.

В пределах напорных систем атмосферные воды попадают в проницаемый пласт в районах, где он обнажается на поверхности, в так называемой области питания. Постепенно атмосферная влага проникает вглубь и полностью насыщает весь пласт. Перемещаясь по пласту, вода достигает других участков выхода его на поверхность и самоизливается, образуя источники подземных вод.

Это область разгрузки, или дренажа пластовых вод. В зависимости от рельефа и высотного положения областей питания и разгрузки в центральной, наиболее прогнутой части бассейна могут существовать условия, благоприятные для создания напора, т.е. самопроизвольного излияния воды под давлением (рис. 24,а).

Таким образом, в центральной части бассейна образуется область напора, в пределах которой вода из скважин способна изливаться в виде фонтана. Высота подъема воды зависит от расположения скважин относительно областей питания и дренажа и от гидростатического уровня.

Гидростатическим (пьезометрическим) уровнем называется воображаемая поверхность, проходящая через область питания и разргузки и определяющая высоту подъема воды в данном месте (рис. 24). Пьезометрический уровень обычно выражается в абсолютных отметках по отношению к уровню моря. Выше этого уровня артезианская вода при фонтанировании подняться не может.

Другой характеристикой области напора является гидростатический (пьезометрический) напор, под которым понимают высоту столба воды от кровли водоносного горизонта до пьезометрического уровня. Пьезометрический напор выражается в метрах.

Для бытовых нужд, в этом случае, используют подземные воды.

К подземным, относятся воды, находящиеся в слоях земной коры, на различной глубине под поверхностью грунта.

В нижних слоях залегают:

• древние магматогенные,
• метаморфогенные,
• седиментогенные поземные воды.

Происхождением эти подземные воды обязаны:

• вулканической активности (магматогенные),
• процессам изменений в горных породах (метаморфогенные),
• опусканием иловых наслоений древних морей и выдавливанию из них остатков воды под тяжестью образовавшихся позже слоев (седиментогенные).

Чтобы до них добраться, требуется глубокое и сверхглубокое бурение (примерная цена гидропломбы для колодцев), и, с точки зрения водоснабжения, интереса, они не представляют.

Источником воды для колодцев и скважин служат верхние водоносные горизонты.

Водоносным горизонтом или аквифером называют один или несколько контактирующих между собой слоев горных пород (преимущественно, осадочных), имеющих сходный состав и происхождение, с высокими показателями водопроницаемости.

Структура образующих водоносный горизонт пород – зернистая (рыхлая) или пористая с полостями и трещинами, соединенными между собой.

Поры и промежутки между зернами породы и определяют водопроницаемость –способность породы аккумулировать воду и обеспечивать ее движение.

В практике, водоносным горизонтом считают зону под поверхностью земли, способную обеспечить добычу воды в масштабах, имеющих практическое (экономическое, стратегическое, промышленное и т.д.) значение.

Под водоносным горизонтом находится подошва – пласт горных пород с низким уровнем водопроницаемости. Такие породы – глину, гранит и др. называют водоупорами.

Сверху водоносный слой ограничен кровлей – другим пластом водоупора, или зоной аэрации – слоями грунта, вплоть до поверхности, в которых поровое пространство не заполнено водой.

Зона аэрации обеспечивает свободное проникновение воздуха и воды, выпадающей в виде осадков к водоносным слоям.

Проницаемость

Крупнозернистые отложения как песок и гравий обладают более высокой пористостью, чем мелкозернистые отложения как глина и ил, и лучшей соединённостью пор. Крупнозернистые материалы более проницаемы в виду того, что они обладают большими связанными пространствами или трещинами, позволяющими воде протекать.

В некоторых случаях поровые пространства могут быть заполнены мелкозернистыми отложениями, что уменьшает пористость и затрудняет движение воды, характеризуя аквифер слабопроницаемым. Очень важно уметь определять такие характеристики аквифера, как проницаемость для прогнозирования поведения подземных вод в аквифере.

Влияние грунтовых вод на бетон

Проектирование любых сооружений, предполагающих заливку фундамента, всегда должно начинаться с измерения уровня залегания грунтовых вод. Чем выше их расположение, тем меньше грунт способен выдерживать несущие опоры. Если залегание подземного водоносного слоя находится на глубине меньше 2 метров, то это считается высоким уровнем грунтовых вод. При таком их расположении от строительства, требующего обустройства котлована или траншеи, стоит отказаться.

Схема пробной скважины для определения уровня грунтовых вод.

Также избегать строительства стоит, если при высоком уровне грунтовых вод между поверхностью земли и водоносным слоем находится песчаная почва с илистой примесью. Попадание влаги в слои песчаной породы приведет к изменению грунта (он начнет «плавать»), что пагубно скажется на способности несущих конструкций выдерживать нагрузки, создаваемые самим зданием.

В любом случае, при наличии подобных проблем, стоимость застройки будет неоправданно высокой. Дело в том, что подземные воды постоянно будут заливать вырытый котлован, даже при наличии качественной гидроизоляции и дренажа, что не позволит произвести заливку фундамента. Такие меры лишь на короткий срок обеспечат необходимый эффект, но сами грунтовые воды не исчезнут и, по прошествии небольшого промежутка времени, снова восстановят свой первоначальный уровень.

Уровень подземного водоносного слоя обуславливает ограничение в виде выбора фундамента, его глубины, размера и сроков строительства. Помимо этих показателей, уровень подземного водоносного слоя накладывает ограничения на выбор материалов для застройки и их технических характеристик (плотность, прочность, водонепроницаемость и т.д.). Решение об обустройстве цоколей и подвалов тоже напрямую зависит от уровня грунтовых вод.

Схема понижения грунтовых вод.

Поэтому в строительстве принята норма расстояния от основания фундамента до залегающих грунтовых вод, равная 0,5 метра и выше. Это позволит обустроить все несущие конструкции согласно нормам и гарантирует надежность эксплуатации построенного здания. Если расчет был выполнен без учета этой нормы, то произойдет неравномерное пучение грунта, следствием чего станет перекос фундамента, который вызовет появление трещин в конструкциях, что может привести к их обрушению. Именно поэтому уровень грунтовых вод необходимо определять еще на стадии проектирования здания.

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

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.

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.

Откуда берется вода в земной коре

Вода в верхних водоносных горизонтах постоянно движется.

Пополняется она, за счет просачивания с поверхности атмосферных осадков – талых вод и дождей.

Другим источником пополнения служит инфильтрация (просачивание) воды сквозь материалы, из которых образованы ложа наземных водоемов – рек, озер и др.

Человек на свои нужды отбирает незначительную часть подземных вод.

Остальной объем стекает по подстилающим водоупорным слоям до мест выхода на поверхность, где образуются родники, питающие реки, озера, болота и моря.