Обустройство водоносной скважины на местности обусловлено присутствием подземного источника. Уровень его залегания можно уточнить различными способами, включая наблюдение за растениями и лозопроходство. Наиболее точный результат обеспечивает применение нескольких методик.

Схема водоносных слоёв.

Как определить водоносный слой

Слой грунтовых вод представляет собой русло, ограниченное горизонтами глины или известняка. Показателем его присутствия служит песок, который мельчает по мере приближения к поверхности. В ходе подготовки глубоких колодцев встречаются крупные фракции осадочной породы, переходящие в гравий.

На расположение водоносного пласта может указывать рельеф местности. Не имеет смысла искать место под скважину на возвышениях, лучше всего проверить участки, где имеются впадины.

Хорошие водоносные горизонты могут залегать недалеко от поверхностных вод и ведущих к ним звериных троп. Одним из вариантов может стать наблюдение за муравьями, которые устраивают гнезда глубоко под землей, и там, где вода располагается близко, их нет.

Подземные горизонты способны опускаться вглубь земли и подниматься, при этом объемы воды в них могут колебаться от 1-2 куб. м до нескольких десятков.

Первый слой, т. н. плывун или верховодка, присутствует на глубине не более 6 м и используется для установки технических скважин. Его основу составляют талые и осадочные воды, что объясняет исчезновение водоноса в морозы и период сильной засухи. Низкое качество воды обусловлено наличием поверхностных загрязнений и примесей.

Всего есть три водоносных слоя.

Питьевую воду получают в колодцах глубиной 9-18 м. Горизонт на этом уровне формируется из атмосферных осадков и стоков водоемов, которые изменяют цвет при соседстве с болотом и могут иметь неприятный запах. Для удаления проникающих через почву примесей применяют системы скважинных фильтров.

Разведочное бурение позволяет определить наличие подземных вод, залегающих на большой глубине, для чего выполняется поверхностный срез почвы глубиной до 10 м. Этот метод также используют для выяснения характеристик грунтовых слоев, ограничивающих подземное русло.

Бурение выполняется с применением ручного бура. При наличии водоносного слоя, качество которого отвечает требованиям эксплуатации, производится забивание обсадных труб и установка насосной станции.

Третий водонос залегает на уровне 20/35-100 м ниже поверхности земли, при этом стандартная глубина скважин не превышает 50 м. Пласт характеризуется высокой стабильностью и приемлемым для питья составом воды, при этом чем ниже располагается уровень горизонта, тем чище оказывается источник.

На глубине свыше 100 м находятся артезианские источники. Их отличает высокое качество состава воды, который включает полезные микроэлементы и минералы.

Глиняная посуда для определения водоносного слоя

В древности на предполагаемом месте протекания грунтовых вод устанавливали высушенный глиняный горшок, располагая его вверх дном. Скопление внутри него влаги свидетельствовало о наличии подземного русла.

Современная методика предусматривает использование гранул силикагеля — материала с хорошими впитывающими свойствами. 1-2 л вещества помещают в духовку для просушки, а затем укладывают в горшок. Завязанную полотном емкость взвешивают и закапывают на сутки на глубине 1,5-2 м, после чего снова проверяют на точных весах. Чем большим оказывается вес состава, тем вероятность близкой воды увеличивается и появляется возможность обустроить скважину.

В качестве альтернативы силикагелю можно использовать предварительно взвешенный мелкодробленый керамический кирпич.

Растения как показатель водоносного слоя

На присутствие грунтовых вод и глубину их залегания указывают широколистные деревья, такие как ива или кедр, а также некоторые типы растений — многолетние тростники и кустарники.

Самыми распространенными среди них являются:

  1. Люцерна. Этот вид укореняется даже на сухих почвах, поэтому в местах его произрастания подземный источник может находиться на глубине до 15 м.
  2. Полынь растет там, где наблюдается пониженная влажность, а водонос располагается на уровне 7 м. Для песчаной полыни этот показатель соответствует 10 м.
  3. Кустарник сарсазан сообщает о прохождении воды на глубине 5 м.
  4. Черный тополь свидетельствует о залегании подземного русла на уровне 3 м ниже поверхности земли.
  5. Камыш песчаный. Глубина при бурении скважин в местах его произрастания может достигать 1-3 м.
  6. Заросли болотных трав семейства Рогозовые указывают на присутствие водоноса на глубине до 1 м.

Растения-показатели водоносного слоя.

Ежевику или крушину находят там, где максимальная глубина протекания вод составляет до 5 м. Орешник, можжевельник и толокнянка концентрируются в местах залегания источника на уровне 5-10 м. Ольха и березняки тоже являются индикаторами близкого присутствия источника влаги.

Ориентиром служат только большие группы растений, поскольку одиночные представители вида всходят из случайных семян.

Общей приметой присутствия воды, на которую указывают деревья и кустарники, является особенность их корневой системы. Стержневой корень присущ тем культурам, которые находятся над глубоким подземным источником, а растительность с маленькими корнями является признаком небольшой глубины залегания жидкости.

Если поблизости от вероятного участка прохождения подземного русла растут сосны, можно рассчитывать на обустройство скважины глубиной 25-30 м, для слив и яблонь расстояние до подземного водоноса составляет 15-20 м.

Природные явления

Дополнительную информацию о расположении грунтовых вод можно получить при наблюдении за явлениями природы. Над почвой, под которой проходит подземное русло, скапливается плотный водяной туман и вьются мошки. Густая растительность имеет насыщенный цвет и по утрам покрывается обильной росой. Для того чтобы в этом убедиться, рекомендуется понаблюдать за участком несколько дней.

Водоносы часто воспроизводят линию ландшафта, что повышает вероятность залегания воды в природных котлованах. Прямоугольная конфигурация гидрографической сети, характеризующаяся разломами осадочных пород, является лучшим местом для устройства водоносной шахты. В условиях складчатых пород грунтовый источник может расположиться на вершине геологической складки. В плотных кристаллических породах присутствует ветвящаяся система водных каналов.

Рамки как популярный метод поиска воды

К востребованным способам поиска воды относят использование биолокационных рамок и маятников. Применяют этот метод люди с развитой экстрасенсорной чувствительностью — т. н. лозопроходчики.

Рамки длиной 35-40 см изготавливают из алюминиевой, медной или стальной проволоки, концы которой загибают под углом 90⁰ на расстоянии 10 см от края. Ручками служат трубки из бузины с удаленной из них сердцевиной. Необходимо сделать так, чтобы проволочные элементы легко в них перемещались. В качестве биолокационных инструментов можно использовать развилки веток лозы, калины или вербы.

Рамки держат в обеих руках и не спеша продвигаются по участку, ориентируясь на повороты инструментов в одном направлении. Водоносная жила обнаружится там, где рамки сойдутся вместе. Как только она будет пройдена, куски проволоки вновь разойдутся в стороны.

Уровень залегания определяется методом линейки и маятника — небольшого груза в виде конуса или шара, подвешенного на нитке длиной 20-30 см. Цифра, около которой он будет раскачиваться поперек измерительного инструмента, следует воспринимать как показатель глубины источника. Маятник изготавливают из меди, стали, бронзы или алюминия.

Рамка не может эффективно работать там, где присутствует большое скопление подземных металлических трубопроводных коммуникаций. Возникают сложности с применением этого метода и в случае глубокого расположения источника.

Барометрическим способом устанавливается давление вблизи реки, после чего этот показатель сравнивается с аналогичным значением, полученным на участке. Показатель в 0,1 мм разницы между ними соответствует 1 м глубины залегания грунтовой жидкости. Если разница значений составляет 0,3 мм, источник присутствует на уровне 3 метров от земли.

Водоносный горизонт на участке можно определить разными способами, но технические методы дают более точные данные о его расположении и качестве воды.

Подземные воды — главный источник пресной питьевой воды для человека. В земной коре воды намного больше, чем во всех реках, озёрах и болотах Земли (1,71% гидросферы). Но она не везде пресная и накапливается крайне медленно, что важно учитывать при её расходовании. Также необходимо уберечь её от загрязнения. Мы уже сделали непригодными для питья воды рек и озёр, теперь добираемся и до последнего своего источника.

Подземные воды:

  • участвуют в гидрологическом цикле Земли;
  • пополняют реки, озёра, болота;
  • растворяют различные вещества в породах и переносят их;
  • вызывают оползни, заболачивание;
  • обеспечивают растения влагой и население питьевой водой;
  • выходят на поверхность в виде разгрузок — родников, или источников, часто горячих или минеральных;
  • в виде водяного пара и горячей воды гейзеров служат для отопления зданий, теплиц и энергетических установок;
  • встречая на своём пути растворимые горные породы, вымывают в них пустоты и пещеры (карст).

Наука о подземных водах называется гидрогеологией, она появилась в 1674 году после публикации ученым П. Перро своей работы „Происхождение источников“. Официальное название она получила после издания в 1802 году Ж. Ламарком книги „Гидрогеология, или Исследование влияния воды на поверхность земного шара“. Как наука определяет термин „подземные воды“?

Все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности Земли в горных породах в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, называются подземными водами. Они включают свободную и связанную воду .

Вода есть в материковой и океанической земной коре. На материковом шельфе (материковая земная кора) совсем недавно были обнаружены большие хранилища пресных вод. Они расположены у берегов Северной и Южной Америк, Китая и Австралии. Их объём примерно равен 500 тыс. км3, а это в 100 раз больше добытой за весь XX век воды из земной коры.

Подземные воды распространены повсеместно, они есть даже под самыми крупными и сухими пустынями, например под Сахарой. Подземное море Саворнина, названное в честь его первооткрывателя француза Жюстена Саворнина, содержит около 70 млн. км3 пресной воды.

Карту подземных ресурсов мира создало ЮНЕСКО в ходе выполнения Всемирной программы гидрологического картирования и оценки (WHYMAP). На ней хорошо видно, какие районы Земли богаты подземными водами. Больше всего их в земной коре Южной Америки.

Карта подземных вод мира.

Как образуются подземные воды?

Основной источник пополнения подземных вод — это атмосферные осадки. Вода с поверхности просачивается сквозь породы. Одни из них пропускают её легко, их называют водопроницаемыми, другие с большим трудом (относительно водонепроницаемые). Такой тип вод называют инфильтрационными.

Второй путь появления воды под землёй — конденсация водяного пара из попавшего в поры и трещины горных пород воздуха. Особенно характерно это для пустынных районов. Там горячий воздух конденсируется над солёными грунтовыми реликтовыми водами, образуя пресноводные линзы. Это конденсационные воды.

Реликтовые, или погребённые воды — это захороненные остатки древних океанов, закрытые осадочным чехлом горных пород. Они солёные и непригодные для питья.

Во время процессов, происходящих в магме — землетрясений, извержений вулканов и др. происходит выделение небольшого количества термальных вод. По происхождению такие воды называют ювенильными. Таким способом образуется наименьшее количество гидроксида водорода в земной коре.

Понятие о водоносных горизонтах

В просачивании поверхностных вод большое значение имеет проницаемость горных пород. В одних районах вода застаивается, почти не проходя в грунт, образуя болота или полноводные реки (Енисей). А в других местах она очень быстро оказывается под землёй, не давая возможности растениям удержать её (Австралийские пустыни).

Все горные породы по проницаемости делятся на 3 группы:

  • водопроницаемые (пески, галечники, гравий, песчаник с большим количеством трещин, растворимые породы — доломиты, известняки и др.);
  • слабопроницаемые (супеси, легкие суглинки, лёсс, неразложившийся торф);
  • водоупорные, или относительно водонепроницаемые (глины, тяжёлые суглинки, хорошо разложившийся торф и нетрещиноватые массивные кристаллические осадочные горные породы).

Представления о водопроницаемых и водоупорных породах относительны, поскольку в разных геолого-структурных и термодинамических условиях одна и та же порода может быть либо водоносным горизонтом, либо водоупором.

При значительных перепадах давлений и повышенных температурах водопроницаемыми могут быть даже толщи глин мощностью несколько десятков метров. Однако при господствующих в верхней части земной коры (до 2-5 км) температурах и давлениях породы с коэффициентом проницаемости менее 0,1 мкм2 являются достаточно надежными водоупорами.

Водоносным горизонтом называется водопроницаемый пласт, насыщенный водой, находящейся в постоянном движении благодаря гидравлической связи и перепаду давления, существующих во всем пласте, и ограниченный водонепроницаемыми породами снизу и сверху или только снизу.

Пласт, подстилающий водоносный горизонт, называется подошвой, а пласт, перекрывающий его, — почвой водоносного горизонта. Поверхность, образованная подземными водами, носит название зеркала подземных вод. Для первого от поверхности водоносного горизонта, воды которого называются грунтовыми, зеркало является границей, разделяющей зону аэрации и зону полного насыщения.

Различают напорные и безнапорные водоносные горизонты. Безнапорные водоносные горизонты не имеют перекрывающих непроницаемых горных пород, вследствие чего питание атмосферными осадками происходит по всей площади их распространения и подземные воды испытывают только атмосферное давление.

Напорные водоносные горизонты, наоборот, перекрыты трудно проницаемыми горными породами и поэтому характеризуются давлениями, превышающими атмосферное. Питание этих горизонтов атмосферными осадками может осуществляться только на отдельных участках, где отсутствуют перекрывающие слабопроницаемые породы. Часто напорные водоносные горизонты могут переходить в безнапорные и наоборот.

В какой форме бывает вода под землёй?

Вода в недрах земной коры бывает:

  • парообразной — находится в воздухе, заполняющем трещины горных пород;
  • гигроскопической — образуется при адсорбции молекул водяного пара поверхностью минеральных частиц горных пород. Гигроскопическая вода образует тонкую плёнку на поверхности горных пород и удерживается молекулярными и электрическими силами;
  • плёночной — образует более толстую плёнку поверх гигроскопической воды и вокруг частиц горных пород. Она может перемещаться от большей концентрации воды к меньшей, от частицы к частице, пока плёнка на них не станет одинаковой толщины;
  • капиллярной — заполняет тонкие трещины и поры, удерживаясь при помощи силы поверхностного натяжения. Капиллярная вода поднимается вверх над поверхностью грунтовых вод, её используют растения для почвенного питания;
  • свободной (капельножидкая) гравитационной. Свободно передвигается по пустотам, трещинам и порам под влиянием силы тяжести. Она делится на воду, полностью заполняющую поры и трещины в горных породах, образующую горизонт подземных вод и воду, просачивающуюся сверху вниз в зоне аэрации — в зоне, расположенной выше грунтовых вод, где в горных породах находится воздух;
  • твёрдой (в виде льда). Образуется при отрицательных температурах горных пород. Лёд может находиться в литосфере в виде отдельных кристаллов, в виде плёнки или прослоек. Особенно много льда в областях распространения “многолетней мерзлоты“ — на Аляске и в северной части Сибири;
  • кристаллизационной — является частью кристаллических решёток горных пород.

Подземные воды по пространственной форме залегания

Все подземные воды делятся на свободные и связанные, находящиеся в горных породах. В России по форме залегания чаще используют классификацию Е. В. Пиннекера, наиболее полно соответствующую современному уровню знаний. В ней выделяются:

  • группы подземных вод в зависимости от нахождения в главных элементах земной коры и земной поверхности;
  • отделы — по степени насыщения горных пород водой;
  • типы — на основе гидравлических признаков;
  • классы — разновидности подземных вод по характеру залегания;
  • подклассы — исходя из водно-коллекторских свойств горных пород;
  • особые условия — определяются спецификой природных условий.

В зависимости от условий залегания различают: почвенные воды, верховодку, грунтовые и артезианские воды.

Пространственная форма залегания подземных вод

Верховодка

Верховодка — тип подземной воды, которая образуется на линзах и выклинивающихся пластах водоупорных или слабопроницаемых пород в зоне аэрации за счёт инфильтрации атмосферных и поверхностных вод. Некоторое количество воды может появляться в результате конденсации.

Такие условия могут быть созданы залеганием размытых образований среди песков или линз глинистых отложений среди аллювиальных наносов, погребёнными почвами, ледниковой мореной, остатками коренных пород, мёрзлыми породами и др. Иногда причиной образования верховодки может служить наличие под почвенным слоем иллювиального горизонта, создающего местный водоупорный слой прерывистого и ограниченного по площади распространения.

Мощность верховодки чаще равна 0,4–1,0 м, редко достигает 2-5 м. Она формируется главным образом в суглинистых грунтах. На формирование верховодки существенное влияние оказывает рельеф местности, климатические условия, форма и размер водоупорного слоя, глубиной его залегания, водопроницаемостью вмещающих пород.

Обычно же верховодка образуется в виде временного сравнительно маломощного водоносного горизонта, исчезающего в засушливые периоды и вновь образующегося в периоды интенсивного увлажнения.

На крутых склонах, где осадки расходуются в основном на поверхностный сток и в незначительном количестве на инфильтрацию, верховодка отсутствует или существует весьма короткое время. На плоских водораздельных и степных пространствах с блюдцеобразными понижениями, а также на поверхности речных террас создаются благоприятные условия для формирования более устойчивой во времени верховодки.

Отличительные признаки верховодки:

  • ограниченная площадь распространения, определяемая размерами водонепроницаемых линз;
  • расположение выше постоянно существующего горизонта подземных вод, приуроченная к поверхности слабо проницаемых горных пород, заключённых среди водонепроницаемых;
  • резкие колебания уровня воды, состава и её запасов в зависимости от климата района распространения верховодки;
  • отсутствие гидравлической связи с речными водами;
  • легкое загрязнение воды другими водами (почвенными, болотными, промышленными и др.);
  • в подавляющем большинстве непригодность для постоянного водоснабжения;
  • своеобразие динамики — она может участвовать в питании грунтовых вод и может быть полностью израсходована на испарение.

К разновидностям верховодки A. M. Овчинников относит почвенные воды, болотные воды и воды песчаных дюн.

Почвенные воды

Почвенные воды — это совокупность всех типов вод почвенного слоя, которая определяет структуру, свойства и водный режим почв. Среди почвенных вод наибольшее значение для растений имеют пленочные, капиллярные и свободные. При интенсивном испарении капиллярных вод образуются не только засоленные грунты и солёные воды, но и своеобразные типы почв — солонцы и солончаки. Почвенные воды оказывают большое влияние на формирование химического состава грунтовых вод.

Почвенные воды

При неглубоком залегании грунтовых вод почва избыточно увлажняется, в ней развиваются восстановительные процессы, начинается заболачивание. Испарение грунтовых вод в этом случае приводит к накоплению в почвах кальция, магния, сульфидов, хлоридов, натрия, железа, фосфора. При глубоком залегании грунтовых вод почвенные воды выносят в грунтовые водоносные горизонты различные соли, формируя тем самым химический состав грунтовых вод.
Гравитационная вода в почве не образует водоносного горизонта. В связи с этим она не может перемещаться в горизонтальной плоскости под действием напорного градиента, а передвигается вертикально вниз под действием сил тяжести или под действием капиллярных сил в любых направлениях.

Про болота мы уже говорили в этой статье: https://tvoiklas.ru/bolota/

Воды песчаных дюн

Часто встречаются в засушливых (пустынных) районах и вызывают большой интерес, поскольку являются пресными. Их накопление происходит в случае, когда зона аэрации сильно проницаема (песок), что позволяет воде весной при таянии снега или выпадении дождя быстро проникать на глубину большую, чем критическая глубина испарения (обычно 2-3 м), и при наличии водоупора с мульдообразным рельефом оставаться в песках в течение длительного времени.

Примерно так же формируются пресные воды в песчаных дюнах на побережьях морей, где они залегают выше солёной морской воды. Подземные воды песчаных дюн в отдельных регионах, например в Каракумах, широко распространены и рассматриваются как имеющие большое практическое значение для целей водоснабжения.

Грунтовые воды

Грунтовые воды — свободные воды первого от поверхности постоянно действующего водоносного горизонта, залегающего на первом выдержанном по площади водоупорном пласте полного насыщения. Главное отличие грунтовых вод от вод верховодки заключается в том, что первые залегают в зоне полного насыщения, вторые — в зоне аэрации. Если такие воды залегают в порах осадочных пород, то они называются пластовыми, если в трещинах скальных пород — трещинными или грунтово-трещинными.

Уровень грунтовых вод колеблется по сезонам года и различен в разных зонах. Так, в тундре он практически совпадает с поверхностью, в пустынях находится на глубине 60-100 м. Существенное влияние на глубину залегания грунтовых вод оказывает растительность. Лес, например, в аридных районах снижает уровень грунтовых вод вследствие интенсивной транспирации. О транспирации можно судить по следующим данным: за вегетационный период ива испаряет 91,4 м3; тополь — 82,9 м3; абрикос — 32,9 м3.

На этом иссушающем влиянии леса основаны рекомендации по созданию лесных полос вдоль оросительных каналов в целях перехвата фильтрационных вод и снижения уровня грунтовых вод.

Основные признаки грунтовых вод:

  • в большинстве своём они являются водами безнапорными, имеют свободную поверхность и непосредственную связь с атмосферой (давление на поверхности грунтовых вод равно атмосферному); на отдельных участках, где имеется локальное водоупорное перекрытие, приобретают местный небольшой напор, который определяется положением уровня грунтовых вод на примыкающих участках, не имеющих водоупорного перекрытия;
  • глубина залегания уровня, температура вод, минерализация, расход подвержены систематическим колебаниям, происходящим, как правило, ежесуточно, ежемесячно, в течение одного или нескольких лет;
  • имеют широкое, почти повсеместное распространение в природе;
  • приурочены главным образом к рыхлым отложениям четвертичного возраста;
  • формируются на междуречных массивах, в аллювии древних и современных речных долин, в предгорных конусах выноса, в зоне выветривания трещиноватых массивных пород;
  • легкодоступны для практического использования, но вследствие залегания на незначительной глубине подвергаются загрязнению;
  • область их питания совпадает с областью распространения;
  • по возрасту грунтовые воды являются современными, но в геологическом смысле, так как возраст их может достигать 20-50 тыс. лет.

Питание происходит за счёт:

– инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод;

– фильтрации из рек, озёр, различных каналов;

– конденсации водяных паров;

– подтока (дополнительного питания) из более глубоких водоносных горизонтов.

Водонепроницаемые породы, на которых формируются грунтовые воды, называются водоупорным ложем грунтовых вод, или просто водоупором. Поверхность грунтовых вод называется уровнем или зеркалом грунтовых вод.

Расстояние от кровли водоупорного ложа до зеркала грунтовых вод составляет мощность грунтового горизонта. Так как уровни грунтовых вод подвержены значительным колебаниям, мощность водоносного горизонта грунтовых вод непостоянна.

В природе грунтовые воды в зависимости от геоморфологического и геологического строения местности образуют различные формы залегания, к которым относятся:

  • грунтовый поток — безнапорный водоносный горизонт, движение воды в котором происходит под влиянием силы тяжести в направлении уклона поверхности (зеркала) грунтовых вод. Площадь распространения потока грунтовых вод называется бассейном стока этих вод;
  • грунтовый бассейн — понижение в водоупорном ложе, выполненное водопроницаемыми породами, насыщенными водой, имеющей горизонтальную поверхность;
  • при переполнении водой этих понижений образуется сочетания грунтового потока с бассейнами. Не следует, однако, представлять границу между грунтовым бассейном и грунтовым потоком как плоскость раздела неподвижных и подвижных грунтовых вод. Движение грунтового потока захватывает область грунтового бассейна с постоянным уменьшением скорости по глубине.

Поверхность грунтовых вод изображается на карте при помощи гидроизогипс. Гидроизогипсами называются линии, соединяющие точки с одинаковыми отметками поверхности грунтовых вод.

Разгрузка (дренирование) горизонта грунтовых вод происходит через источники (родники) или пластовые «высачивания» на поверхности земли.

Межпластовые подземные воды

Это водоносный горизонт, расположенный ниже грунтовых вод, замкнутый между двумя водоупорными слоями. Отличия межпластовых вод от грунтовых в:

  • более постоянном уровне;
  • большей чистоте;
  • залегании на глубине от 7 до 10 км (есть вероятность залегания их на глубине в 15-20 км);
  • область питания и создания напора и область их распространения не совпадают и часто удалены одна от другой на большие расстояния.

Безнапорные межпластовые воды встречаются, но довольно редко. Они не заполняют всего водоносного горизонта и выходят на поверхность в виде источников береговых склонах рек и оврагов. Межпластовые воды, залегающие в вогнутых тектонических структурах и заполняющие весь водоносный горизонт, обладают напором. Причины создания напора:

  • геостатическая нагрузка (вес вышележащих горных пород);
  • тектонические напряжения;
  • изменение пористости пород.

Выделяют три основные схемы формирования потока межпластовых подземных вод:

  • “артезианская” — на участках с наклонным залеганием слоёв. Питание формируется за счёт инфильтрации атмосферных осадков, поглощения поверхностных вод, нисходящей фильтрации из грунтового водоносного горизонта. Разгрузка происходит в понижениях рельефа, при вскрытии межпластового горизонта эрозионными врезами, перетеканием по ”гидрологическим окнам”;
  • с перетеканием (схема А.Н. Мятиева) — характерна для слоистых толщ с чередованием водоносных и водоупорных пород. В центральных частях междуречий напоры уменьшаются с увеличением глубины залегания водоносного горизонта. Формируется нисходящая межпластовая фильтрация (перетекание) — область питания. На пониженных участках территории величина напора увеличивается с увеличением глубины залегания водоносных горизонтов. Формируется восходящая межпластовая фильтрация — область разгрузки;
  • элизионного движения. Элизия — отжатие. Питание межпластовых вод происходит путём отжатия из уплотняющихся пород или при дегидрации породообразующих минералов. Активно протекает на участках интенсивного прогибания (погружения) участков земной коры. В центральной части прогиба — максимальное пластовое давление, к периферии оно уменьшается. Движение межпластовых вод происходит от центра прогиба к его периферии, либо в направлении участков с открытой гидравлической связью (тектонические нарушения, лиологические “окна“).

Артезианские подземные воды

Артезианские воды — напорные межпластовые воды. Наличие напора, проявляющегося в поднятии подземных вод над кровлей водоносного горизонта. Различают два уровня артезианских вод: уровень появления воды в выработке (появившийся уровень) и установившийся (напорный или пьезометрический) уровень, который может быть выше и ниже поверхности земли.

Строение артезианского бассейна

Такие воды встречаются в основном в дочетвертичных отложениях, образующих крупные геологические структуры, как на платформах, так и в горно-складчатых областях.

Артезианские воды получили свое название от провинции Артуа на юге Франции, где в 1126 г. впервые в Европе были описаны самоизливающиеся воды, вскрытые пройденным колодцем. С того времени артезианскими стали называть любые самоизливающиеся на поверхность воды. Позже выяснилось, что принципиального различия между самоизливающимися и несамоизливающимися водами нет. Более того, из одного и того же горизонта в одном месте может быть получен фонтан воды, а в другом — нет. Всё зависит от соотношения пьезометрической поверхности воды и дневной поверхности. Если первая выше второй, то скважина фонтанирует, и наоборот.
В России артезианские воды использовались также с древних времен, особенно для добычи соли из рассолов. Так, в Духовной Великого князя Ивана Калиты (1338 г.) упоминается о “солёных колодезях” Соль-Галицка. В других источниках находим сведения о ”водяных колодезях”, дающих пресную воду.

Западно-Сибирский артезианский бассейн — крупнейший в мире. Его площадь составляет 3 млн. км2. Расположен он на территории Западно-Сибирской равнины. Его воды на глубине 1,5-3 км в районе Тобольска и Малого Алтыма достигают 100-150°С. Их можно использовать для отопления.

Большой Артезианский бассейн Австралии — второй по величине подземный резервуар пресной воды в мире. Его площадь равна 1711 тыс. км², занимает он почти 23 % материка.

Нубийский водоносный горизонт расположен на северо-востоке пустыни Сахара, на территории Ливии, Судана, Чада и Египта. Он содержит 150 тыс. км3 пресной воды.

Подземные воды регионов активного вулканизма

Активный современный вулканизм приурочен в основном к регионам, где континентальная кора соседствует с океанической: островным дугам, глубоководным желобам, побережьям внутренних морей и редко к молодым разломам, расположенным на континентах. Там происходит смешение холодных вод с более горячими глубинными.

Отложения серы вблизи фумарола.
S.L., CC BY-SA 3.0

Холодные воды в районах возвышенных участков поверхности по зонам проницаемости глубокого заложения поступают к областям горячих и перегретых вод. В результате смешения формируется общий поток термальных вод, который разгружается в горизонт аллювиальных отложений и частично на поверхности в виде родников. При этом движение вод и вниз, и вверх осуществляется по жилам и трещинам разнообразного строения и генезиса.

В вулканических районах можно выделить два типа подземных водоносных систем, связанных с действующими вулканическими аппаратами, кальдерами и тектоно-вулканическими депрессиями: нисходящих и восходящих. К первым (нисходящим) относятся вулканические постройки, приподнятые на значительную высоту над окружающей местностью и характеризующиеся интенсивным водообменом.

Вулканические термы Камчатки

Большое количество атмосферных осадков, выпадающих на хорошо проницаемые породы, определяет их гидрогеологическое значение как участков интенсивного питания многочисленных разломов и трещин, служащих проводниками этих инфилътрационных вод на значительные глубины.

Механизмы восходящего движения подземных вод связаны не только и не столько с разностью отметок областей их питания и разгрузки, что характерно для классических артезианских бассейнов, сколько с так называемыми термоартезианским давлением и явлением парлифта (вскипанием горячих вод при снижении гидростатического давления), вызываемых тепловым расширением воды. В зонах активного вулканизма подземные воды образуют:

  • береговые термы, вскрываемые вблизи берегов океана или моря и отличающиеся высокой минерализацией;
  • фумаролы — вулканические эманации в виде парогазовых струй или спокойных выделений газов из трещин и каналов в жерлах, на внутренних стенках, внешних склонах вулканов (первичные фумаролы) или на поверхности неостывших лавовых потоков и пирокластических покровов (вторичные фумаролы). В зависимости от стадии вулканической деятельности фумаролы имеют различные температуру и состав активных газов;
  • гейзеры — своеобразные родники, периодически, строго закономерно выбрасывающие воду и пар. Морфологически гейзер представляет систему, состоящую из канала, подводящую перегретую воду или горячий пар к находящемуся вблизи от поверхности подземному резервуару (камере), в который по боковым каналам или трещинам поступает холодная или метеорная вода. От камеры также идет канал к поверхности, венчающийся чашеобразной воронкой. Выход воды из резервуара к поверхности затруднен. Чтобы такой выход (извержение) начался требуется создание в резервуаре определенного давления, после достижения которого канал приоткрывается и вода с паром выходит в виде фонтана.

Долина гейзеров на Камчатке

По современным представлениям гейзерный процесс обосновывается смешением двух потоков с различным теплосодержанием (эндогенного пара и инфильтрационной воды). Извержение гейзера представляется как взрыв, происходящий в результате быстрого выделения энергии перегрева воды. По Т.И. Устиновой, это происходит в четыре стадии.

Гейзеры получили свое название от района Гейзер в Исландии, где они впервые были изучены. Источники с гейзерным режимом действия известны во многих районах современного вулканизма. Самая высокая насыщенность гейзерами в Йеллоустонском парке (США), где известно 200 гейзеров, что составляет 10% общего количества имеющихся здесь естественных гидротермальных проявлений.

Йеллоустонский национальный парк, открытка

Самым мощным гейзером на Земле считается Вайманг в Новой Зеландии: однажды в его выбросе 800 т воды было извергнуто на высоту 450 м. В Йеллоустонском парке у наиболее крупных гейзеров (Великан, Великанша, Старый Служака и др.) высота выбросов составляет от 35 до 80 м. Режим гейзеров обычно не постоянен; периодичность их извержений меняется со временем. Температура перегретого пара на поверхности, по данным С.И. Набоко, может достигать 117° С, а воды близки к точке кипения на данной высоте.

Родники (ключи, источники)

Родники представляют собой естественные выходы подземных вод на дневную поверхность. У родников различают жерло, откуда изливается вода, родниковую воронку, образующую иногда небольшой водоем, изливающийся дальше ключ, дающий начало ручьям и рекам. Выступать на дневную поверхность могут грунтовые, межпластовые (напорные и ненапорные), трещинные, карстовые, надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды. Наибольшее количество воды дают источники, связанные с трещиноватыми и закарстованными породами. Выходы подземных вод весьма многочисленны и разнообразны.

Родники принято классифицировать по ряду признаков. По гидравлическим особенностям выделяют родники ненапорные, они питаются грунтовыми водами и напорные, выходящие на склонах. Они наблюдаются в зонах разломов и на склонах различных артезианских бассейнов и речных долин. В районах вулканической деятельности наиболее типичны родники — гейзеры, периодически выбрасывающие фонтаны горячей воды и пара с температурой до 185°С. Районов с гейзерами на Земле немного: Камчатка, Исландия, Северная Америка, Япония, Новая Зеландия.

Источники бывают холодными (с температурой воды не выше 20 ° С, теплыми (от 20 до 37 ° С) и горячими, или термальными (свыше 37 ° С). Периодически фонтанирующие горячие источники называются гейзерами. Они находятся в областях недавнего или современного вулканизма (Исландия, Камчатка, Новая Зеландия, Япония). Воды минеральных источников содержат разнообразные химические элементы и могут быть углекислыми, щелочными, соляными и т.д. Многие из них имеют лечебное значение.

Грунтовые воды представляют собой крайний верхний подземный слой воды. Он залегает на ближайшем к поверхности водонепроницаемом слое грунта. Такое грунтовое ложе не позволяет просачиваться грунтовым водам в глубину. Непосредственно над грунтовыми водами нет сдерживающих водонепроницаемых пород, что дает возможность их проникновению на поверхность земли.

Редко когда грунтовые воды лежат строго горизонтально. Чаще они образуют волнистые формы с выпуклостями и сужениями. Соответственно, от поверхности земли они находятся на разном расстоянии. Ближайший уровень — менее двух метров от поверхности. Определяется просто, по уровню воды в близлежащих вырытых колодцах или путем бурения скважины.

Уровень грунтовых вод, ввиду близости поверхности земли, напрямую зависит от времени года. Так, максимальный уровень бывает после весеннего таяния снегов и обильного выпадения осадков. Снижается уровень, как правило, летом, а зимой достигает своего минимума. При достаточно низких зимних температурах, грунтовые воды способны промерзать. Такое явление, как «морозное пучение» является проблемой в строительстве. На местности с высоким уровнем грунтовых вод замерзшая вода может разрывать бетон. Поэтому, перед началом строительства, крайне важно знать, на каком уровне находятся грунтовые воды, чтобы обеспечить надежность конструкции путем правильного выбора фундамента.

Значение грунтовых вод для жизнедеятельности человека сложно переоценить. Именно, глубина залегания грунтовых вод, а также их состав, дает предпосылки для расселения населения в той или иной местности, обусловливает характер жизнедеятельности человека, методы земледелия. Значительная часть людей прямо или косвенно являются потребителями грунтовых вод в качестве питьевой воды или для удовлетворения иных бытовых и производственных потребностей.

Определить уровень залегания грунтовых вод могут многие компании, однако стоит это недешево. Если вы еще только выбираете участок, возить с собой бригаду каждый раз не имеет смысла. Как обнаружить высокие грунтовые воды самостоятельно без особых затрат?

В идеальном сценарии покупки дома или участка предыдущий владелец вручает вам вместе с документами карту грунтовых вод, и вы точно знаете, что же происходит под землей на вожделенных сотках. К сожалению, в реальности это бывает нечасто. Услуги геодезистов нынче недешевы и потому многие предпочитают обходиться без них.

Однако ни построить дом, ни установить столбы под забор, ни вырыть колодец, ни даже банально посадить кусты и деревья без знаний о глубине залегания грунтовых вод невозможно. Да и зачем вам участок, на котором нельзя установить ничего крупнее туалета, а хорошо растут только камыш и комариное поголовье?

Прежде, чем начинать активное освоение территории, воспользуйтесь несколькими простыми способами, которые позволят вам узнать, как глубоко залегает грунтовая вода на участке и, исходя из этого, выбрать тип фундамента, сорта растений или вовсе отказаться от приобретения территории.

Проверять глубину грунтовых вод нужно весной, после того как сошел снег, или поздней осенью, когда миновали затяжные дожди. В жаркое лето или морозную зиму уровень грунтовых вод будет минимален, и измерения не дадут точной картины.

Осмотр растительности на участке

Опытный садовод с первого взгляда на участок может определить, есть ли рядом с поверхностью земли грунтовые воды. Если участок уже засажен, то обратите внимание на наличие и состояние взрослых деревьев. Крупные яблони, например, не смогут выжить при поверхностном залегании воды, они просто «захлебнутся».

Если же земельный надел пока пустует, следующий список «поселенцев» должен вас насторожить:

  • рогоз (расстояние от поверхности до воды менее 1 м);
  • камыш, хвощ, ива, ольха, лабазник (от 1,5 до 3 м);
  • полынь, солодка (до 5 м).

Также на то, что вода близко, могут указывать и растения, наклоненные в одну сторону, но растущие не рядом друг с другом. Впрочем, это может быть еще и признаком сильных ветров, так что ориентироваться только на этот признак не стоит.

Инспекция окрестных колодцев

Еще один быстрый способ узнать, как близко грунтовые воды – знакомство с соседями. Найдите рядом жилой дом, желательно не новостройку и подойдите с вопросом к хозяевам. За годы жизни на этой территории они точно узнали, есть ли здесь эта проблема и наверняка согласятся продемонстрировать вам колодец или рассказать о наличии воды в погребе весной.

Кстати, на участках где только начались фундаментные работы, чаще всего делают так называемые «технические колодцы» для строительных нужд. В них зеркало воды также отлично видно.

Наблюдение за животными и насекомыми

Явным признаком переувлажненности участка является обитание на нем комаров, лягушек, улиток или слизней. Если количество этих существ явно выше нормы – проблемы с избытком воды не заставят себя ждать. Внимательно осмотрите и грунт: если на участке нет мышиных нор и муравейников, значит, вода расположена очень близко к поверхности.

Говорят, что места скопления подземных вод любят кошки и избегают собаки, но едва ли это знание можно будет применить на пустом участке и в короткие сроки.

Есть и старинный способ обнаружения воды под землей, правда, все необходимое для проверки придется поискать. Снимите с земли верхний слой дерна, положите на грунт кусочек шерсти, сверху свежее куриное яйцо и накройте эту конструкцию глиняным горшком. Утром снимите горшок и осмотрите яйцо и шерсть: если роса на яйце – грунтовые воды близко, если только на шерсти – до них 2-3 метра, а если все сухое, то воды поблизости нет.

Бурение тестовых скважин

Самый простой и показательный способ – бурение скважин. Причем делать это нужно в нескольких точках участка, ведь грунтовые воды располагаются неравномерно. Возьмите обычный садовый бур и с его помощью сделайте 4-5 скважин глубиной 2-3 метра. Следующие несколько дней проверяйте их на наличие воды. Если дно скважин остается сухим, значит вы можете спокойно ставить фундамент для здания, делать подпол или яму в гараже. А вот если они заполнились водой, то придется искать альтернативные варианты строительства.

Контроль уровня влажности на участке

Если есть возможность, несколько дней понаблюдайте за участком в теплое время года. Туман, который каждый вечер образуется над травой при отсутствии рядом водоемов, обильная роса каждое утро, бурная, сочная зелень, не тускнеющая и не сохнущая даже жарким летом – все это говорит о высоких грунтовых водах на участке.

Конечно, все эти способы довольно условны, и перед началом капитального строительства лучше потратиться на профессиональное обследование. Ведь сэкономив на изучении уровня грунтовых вод, вы можете потерять гораздо большие деньги, когда фундамент вашего дома отправится в свободное плавание или заботливо выбранные деревья будут гибнуть одно за другим.

Уровень грунтовых вод

Грунтовые воды – это первый от поверхности земли подземный водоносный слой, который залегает выше первого водоупорного слоя (глинистого грунта, который не пропускает воду и не дает ей просачиваться глубже). Источником влаги грунтовых вод могут служить близлежащие реки или озера, атмосферные осадки, таяние снега. Наличие грунтовых вод явление постоянное, но в зависимости от времени года мощность этих вод, т.е. количество содержащейся воды, может меняться. Соответственно меняется и глубина залегания грунтовых вод – расстояние от поверхности этих вод до поверхности земли. Весной при таянии снега и обильном поступлении влаги их уровень повышается, а летом наоборот – понижается. Самый низкий уровень грунтовых вод бывает зимой.

При заложении фундамента наличие и уровень залегания грунтовых вод имеет ключевое значение. Чем выше уровень грунтовых вод, тем больше влажность, и тем меньше несущая способность грунта. Кроме того, при высоком уровне грунтовых вод вода заполняет вырытые траншеи и котлованы, заливать фундамент в таком случае нельзя, необходимо откачивать воду и делать гидроизоляцию. Сделать это один раз при заложении фундамента можно, но грунтовые воды от этого никуда не денутся и продолжат воздействовать на фундамент. Высокий уровень грунтовых вод очень сильно затрудняет обустройство подвала и цокольного этажа, поскольку существует постоянная угроза затопления. Постоянное наличие влаги в подвале приводит к появлению плесени в доме. Высокий уровень грунтовых вод накладывает существенные ограничения на строительство фундаментов, потому что основание фундамента нужно закладывать на расстоянии минимум 50 см от уровня грунтовых вод. Поэтому до заложения фундамента нужно определить уровень грунтовых вод.

Высоким считается уровень грунтовых вод при глубине залегание 2 м и меньше. Такой уровень характерен для низинных и заболоченных местностей, нижних участков склонов, берегов озер или рек. Соответственно низкий уровень залегания грунтовых вод – это глубже 2 м под землей, его можно считать нормальным и не учитывать его при выборе глубины заложения фундамента. Определить уровень грунтовых вод можно несколькими способами. Самый точный способ – по уровню воды в близлежащих колодцах. Колодец, вырытый на глубину 5-15 м, наполняется как раз из грунтовых вод, поэтому их уровень такой же, как и статичный уровень воды в колодце (т.е. при максимально наполненном колодце). Другой способ – сделать садовым буром скважину глубиной 2-2,5 м и посмотреть, будет ли на ее дне скапливаться вода. Она может выступить не сразу, а через некоторое время. Если вода в скважине есть, значит уровень грунтовых вод высокий. Если дно скважины остается сухим, то грунтовые воды находятся далеко и их можно не опасаться. Определением уровня грунтовых вод нужно заниматься весной, когда он самый большой, потому что заложение фундамента нужно рассчитывать на самый худший вариант.

Грунтовая вода накапливается на дне скважины

Определять уровень грунтовых вод нужно еще при выборе участка под строительство дома, но если выбирать участок не приходится или он уже куплен, а грунтовые воды залегают близко к поверхности земли, то их уровень можно искусственно понизить. Для этого роют сточные канавы, устраивают дренажные системы, по которым вода отводится с участка.

    Читайте так же:

  • Типы грунтов: глинистые, песчаные, скальные грунты

    В этой статье рассмотрены основные типы грунтов — скальный, крупнообломочный, песчаный и глинистый, каждый из которых имеет свои свойства и отличительные признаки.

  • Пучинистый грунт

    Пучинистый грунт – это такой грунт, который подвержен морозному пучению, при промерзании он значительно увеличивается в объеме. Силы пучения достаточно велики и способны поднимать целые здания, поэтому закладывать фундамент на пучинистом грунте без принятия мер против пучения нельзя.

  • Силы морозного пучения грунтов

    Морозное пучение – это увеличение объема грунта при отрицательных температурах, то есть зимой. Происходит это из-за того, что влага, содержащаяся в грунте, при замерзании увеличивается в объеме. Силы морозного пучения действуют не только на основание фундамента, но и на его боковые стенки и способны выдавить фундамент дома из грунта.

  • Глубина промерзания грунта

    Промерзание грунта приводит к его пучению и негативному воздействию на фундамент здания. Глубина промерзания зависит от типа грунта и климатических условий.

  • Несущая способность грунтов

    Несущая способность грунтов – это его основанная характеристика, которую необходимо знать при строительстве дома, она показывает какую нагрузку может выдержать единица площади грунта. Несущая способность определяет, какой должна быть опорная площадь фундамента дома: чем хуже способность грунта выдерживать нагрузку, тем больше должна быть площадь фундамента.

  • Как сделать дренаж фундамента своими руками?

    Дренаж фундамента – это подземная система перфорированных труб, по которым из грунта вокруг дома удаляется вода, чтобы защитить фундамент от её негативного воздействия и тем самым продлить срок его службы.

  • Глубина заложения фундамента

    Глубина заложения фундамента зависит от четырех основных факторов: тип грунта, глубина промерзания, уровень грунтовых вод и вес дома.

Дата публикации: 03.11.2010 14:11:29

Уровень воды

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *