Грунтовые воды – это гравитационные подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта, располагающегося на региональном водоупоре.
Что такое грунтовые воды?
Что мы подразумеваем под понятием «грунтовые воды»? Это один из основных типов постоянных водоносных горизонтов, перечисленных в классификации «подземные воды». Грунтовые воды размещаются на первом от поверхности земли водоупоре, поэтому иногда их также называют подпочвенными. Благодаря близости к поверхности, на которую в течение года выпадают осадки в виде дождя и снега, грунтовый водоносный горизонт получает постоянную атмосферную подпитку, и поэтому имеет очень большую площадь распространения.
Грунтовый водоносный горизонт имеет незначительную мощность и высокую неравномерность распределения воды. Отсутствие сплошной кровли из водонепроницаемых пород приводит к большим сезонным колебаниям уровня и дебита воды. Над грунтовыми водами располагается так называемая верховодка. Верховодка не имеет признаков водоносного горизонта, представляет из себя отдельные скопления воды, которые непосредственно контактируют с атмосферой.
Во влажное время года уровень грунтовых вод повышается за счет дождя, таяния снега, разлива рек и озер. Подпочвенный водоносный горизонт гидравлически связан с питающим его озером или рекой. Поэтому изменение уровня воды в естественном водоеме сразу же оказывает влияние на уровень грунтовых вод. Наиболее мощными питающими источниками для грунтовых вод являются долины рек, районы предгорий, скопления неглубоко залегающего водоносного трещиноватого известняка. В сухое время — жаркое лето или морозная зима — уровень грунтовых вод падает до полного пересыхания. Это объясняется простым эффектом — в жару объем испарения превышает объем осадков. Морозной зимой также полностью прекращается поступление жидкой воды из атмосферы, почва промерзает на глубину 1,8 м, становясь водонепроницаемой.
колодец питается грунтовыми водами
В основном грунтовые воды ненапорные и движутся под действием сил гравитации. Просачиваясь сквозь рыхлые осадочные породы большая часть подпочвенной воды уходит глубже на более низкие горизонты — песчаный и артезианский. Необходимо уточнить, что песчаный водоносный горизонт менее зависим от атмосферных изменений, чем грунтовый. Артезианский водоносный горизонт вообще не подвержен прямому влиянию климата и времени года, поэтому вода в скважине на известняк зимой и летом имеет одинаковый уровень и дебит, что важно для организации бесперебойного водоснабжения.
Глубина залегания грунтового водоносного горизонта во многом зависит от рельефа и повторяет его профиль. Если поверхность земли сильно рассечена долинами рек и оврагами, то подпочвенные воды залегают гораздо глубже, чем на равнине. По крутым склонам подпочвенные воды стекают в низины и в нижней точке могут выйти на поверхность в виде родников.
родник ничем не защищен от загрязнений
Большое скопление растительности, кустарника и деревьев, развитая корневая система — все это задерживает атмосферные осадки, создавая условия для более интенсивного насыщения подпочвенных вод.
В различных природных зонах грунтовые воды залегают на разной глубине. Если в Подмосковье это первые метры от поверхности, то в сухой местности южных регионов с низким уровнем осадков грунтовые воды могут размещаться на глубинах 50-100 м. В зоне тундры уровень грунтовых вод практически совпадает с уровнем поверхности земли.
Характеристики грунтовых вод
Являясь безнапорными, грунтовые воды присутствуют только в рыхлых, водопронецаемых грунтах. Если родник выходит из скалы, это значит, что в сплошном на вид камне есть система трещин или пор, по которым движется вода. Учитывая варианты размещения и движения, грунтовая вода разделяется на типы:
Породы, в которой могут размещаться подземные воды, различаются по типу. В соответствии с каждым типом общий объем подпочвенных вод в определенной местности значительно отличается:
- водопроницаемые: песок, галечник, гравий
- водоупорные: гранит, глина
- растворимые: гипс, доломит, мел
размыв известняка грунтовыми водами
Указанные геологические слои могут располагаться не только строго горизонтально, но также под углом, прерываться, пересекаться между собой. Это также оказывает непосредственное влияние на количество и поведение грунтовых вод. Иногда грунтовые воды в силу сложного геологического строения местности залегают между двумя водоупорами. В этом случае область питания водонесущего горизонта, то есть территория, с которой атмосферная и поверхностная вода попадает в грунт, будет располагаться не непосредственно над горизонтом, а в стороне — там, где кончается верхний водоупор.
карстовый провал
При движении грунтовых вод в рыхлой породе проявляется явление суффозия — вымывание частиц потоком воды. В результате в грунте могут появится пустоты и при некоторых условиях даже карстовые пещеры. Возможно проседание почвы и образование провалов. При химической суффозии подпочвенная вода растворяет гидрокарбонаты и соли. При не только осуществляется перенос частиц грунта, но также повышается минерализация воды.
В состав практически любой жидкости из-под земли входят минеральные соли и другие полезные элементы. Она отличается от пресной тем, что ее состав формируется в течение нескольких лет под воздействием некоторых факторов. Ее структура никогда не изменяется и напрямую зависит от источника.
Характеристика грунтовых вод
Поверхность грунтовых вод является свободной, т.к. грунтовые воды обычно безнапорные. На отдельных участках, где все же имеется местное водонепроницаемое перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод отличаются от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям. В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков и глубины залегания грунтовых вод их поверхность испытывает сезонные и многолетние колебания. Величины сезонных и многолетних амплитуд колебаний уровней грунтовых вод могут достигать 20 и более метров, что необходимо учитывать при строительстве различного рода объектов. Вблизи рек и водоемов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых вод за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путем инфильтрации.
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) грунтовыt вод; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают соленые грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках. 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).
Применение грунтовых вод
Грунтовые воды в силу относительно слабой защищенности от загрязнения имеют ограниченное применение как источники водообеспечения промышленных предприятий и городов. Однако для водоснабжения поселков и населенных пунктов в сельской местности их роль достаточно велика. По величине антропогенного воздействия на грунтовые воды различают естественный, слабонарушенный, нарушенный, сильнонарушенный и искусственный режимы грунтовых вод.
Искусственный режим формируется преимущественно под влиянием техногенных факторов (интенсивная эксплуатация грунтовых вод, орошение земель в аридной зоне). Естественные многолетние изменения режима грунтовых вод во многих случаях могут быть причиной активизации оползневой деятельности, карстово-суффозионных процессов, регионального подтопления территории, угнетения наземных экосистем и др.
Для изучения закономерностей и механизмов формирования и прогноза режима грунтовых вод в России организована государственная и ведомственная службы его изучения и прогноза (гидрогеологический мониторинг). Разработана нормативно-методическая база ведения мониторинга и методы сезонных и долгосрочных прогнозов.
Источники: Общая гидрогеология. Климентов П.П. —М., 1980; Изучение, прогноз и картирование режима грунтовых вод. Семенов С. —М., 1980; Гидрогеология. Саваренский Ф.П. —М., 1935.
Во многих селах и поселках до сих пор используют колонки и колодцы. Для добычи этой воды проверяют глубину залегания. Узнать ее помогут профессиональные рабочие, имеющие особые технические приборы, например, геодезист, без которого данная работа будет проводиться в разы дольше и тяжелее.
Грунтовые воды
Грунтовые воды – это первый от поверхности почвы постоянный водоносный горизонт, находящийся на первом водоупоре. Поэтому поверхность этого слоя – свободна, за редкими исключениями. Иногда над потоками грунтовых вод встречаются участки плотных пород – водонепроницаемая кровля.
Залегают грунтовые воды недалеко от поверхности, и поэтому очень зависят от погоды на поверхности земли – от количества атмосферных осадков, движения поверхностных вод, уровня водоемов, все эти факторы влияют на питание подземной воды. Особенность и отличие грунтовой воды от других видов – она безнапорная. Верховодка, или скопления воды верхнего водонасыщенного грунтового слоя над водоупорами из глин и суглинков с малой фильтрацией – это разновидность грунтовой воды, проявляющаяся временно, по сезонам.
На грунтовую воду и непостоянство ее состава, поведения и мощности горизонта влияют как природные факторы, так и деятельность человека. Горизонт грунтовой воды непостоянный, он зависит от свойств горных пород и их водосодержания, близости водоемов и рек, климата местности – температуры и влажности, связанных с испарением и т. далее.
Но серьезное и все более опасное влияние на грунтовую воду оказывает человеческая деятельность – мелиорация и гидротехническое строительство, подземные работы по добыче полезных ископаемых, нефти и газа. Не менее результативной в контексте опасности стала агротехника с применением минеральных удобрений, пестицидов и ядохимикатов, и конечно, промышленные стоки.
Грунтовая вода очень доступна, и если роют колодец или бурят скважину – то в большинстве случаев получают именно грунтовую воду. И свойства ее могут оказаться весьма негативны, поскольку эта водичка зависит от чистоты почвы и служит ее показателем. Все заражения от канализационных протечек, свалок, пестициды с полей, нефтепродукты и прочие результаты деятельности человека попадают в грунтовые воды.
Грунтовая вода и проблемы для строителей
Морозное пучение грунтов находится в прямой и непосредственной зависимости от присутствия грунтовой воды. Разрушения от сил морозного пучения могут быть огромны. При замерзании глинистые и суглинистые грунты получают питание в том числе и от нижнего водоносного горизонта, и в результате этого подсоса могут образовывать целые прослойки из льда.
Давление на подземные части сооружений может достигать огромных величин – 200 Мпа, или 3,2 тн/см2 далеко не предел. Сезонные подвижки грунтов на десятки сантиметров нередки. Возможные последствия действия сил морозного пучения, если их не предусмотрели или учли недостаточно, могут быть: выталкивание фундаментов из земли, затопление подвалов, разрушение дорожных покрытий, затопление и размывание траншей и котлованов и много еще разного негатива.
Кроме физического влияния, грунтовые воды способны разрушать фундаменты и химически, все зависит от степени их агрессивности. При проектировании эта агрессивность исследуется, проводятся как геологические, так и гидрологические изыскания.
Влияние грунтовых вод на бетон
Агрессивность грунтовых вод к бетону различают по типам, рассмотрим их ниже.
По общекислотному показателю
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.
Выщелачивающие, магнезиальные и углекислотные воды
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.
