Что такое верховодка и грунтовые воды

44) Важнейшие типы подземных пород. ( Верховодка, грунтовые воды, артезианские воды).

Верховодкой называют временные скопления подземных вод в зоне аэрации. Эта зона располагается на небольшой глубине от поверхности, над горизонтом грунтовых вод, где часть пор пород занята связанной водой, другая часть – воздухом. Верховодка образуется над случайными водоупорами (или полуводоупорами), в роли, которых могут быть линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород. При инфильтрации вода временно задерживается и образует своеобразный водоносный горизонт. Чаще всего это бывает связанно с периодом обильного снеготаяния, периодом дождей. В остальное время вода верховодки испаряется и просачивается в нижележащие грунтовые воды. Другой особенностью верховодки является возможность ее образования даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных пропластков. В целом для верховодки характерно: временный, чаще сезонный характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безнапорность. В легко водопроницаемых породах, например в песках, верховодка возникает сравнительно редко. Для нее наиболее типичны различные суглинки и лессовые породы. Верховодка представляет значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы котельные) она может вызвать их подтопление, если заранее не были предусмотрены меры дренирования или гидроизоляции. В последнее время в результате значительных утечек воды (водопровод, бассейны) отмечено появление горизонтов верховодок на территории промышленных объектов и новых жилых районов, расположенных в зоне расположения лессовых пород. Это представляет серьезную опасность, так как грунты оснований снижают свою устойчивость, затрудняется эксплуатация зданий и сооружений. При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается. Поэтому ее появление для строителей может быть неожиданным.

Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности водоупоре.

Сверху грунтовые воды обычно не перекрываются водонепроницаемыми породами, а водопроницаемый пласт они заполняют не на полную мощность, поэтому поверхность грунтовых вод является свободной, ненапорной. На отдельных участках, где всё же имеется местное водоупорное перекрытие, грунтовые воды приобретают местный напор (величина последнего определяется положением уровня грунтовых вод на прилегающих участках, не имеющих водоупорного перекрытия).

Когда буровая скважина или копаный колодец достигают грунтовых вод, их уровень (т. н. зеркало грунтовых вод) устанавливается на той глубине, где они были встречены. Области питания и распространения грунтовых вод совпадают. Вследствие этого условия формирования и режим грунтовых вод обладают характерными особенностями, отличающими их от более глубоких артезианских вод: грунтовые воды чувствительны ко всем атмосферным изменениям.

В зависимости от количества выпадающих атмосферных осадков поверхность грунтовых вод испытывает сезонные колебания: в сухое время года она понижается, во влажное — повышается, изменяются также дебит, химический состав и температура грунтовых вод.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) грунтовые воды; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают солёные 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). В низинах, оврагах, долинах и др. отрицательных участках рельефа ниже уровня грунтовых вод происходит их истечение на поверхность в виде родников. Они в значительной степени питают собой пруды, озёра и реки.

Артезианская вода — подземные воды, заключённые между водоупорными слоями и находящиеся под гидравлическим давлением. Залегают главным образом в доантропогеновых отложениях, в пределах крупных геологических структур, образуя артезианские бассейны.

В отличие от грунтовых вод, участвующих в современном водообмене с поверхностью земли, многие являются древними, и их химический состав обычно отражает условия формирования.

Различают артезианский бассейн и артезианский склон. В артезианском бассейне область питания располагается рядом с областью напора; далее по направлению подземного стока располагается область разгрузки напорного горизонта. В артезианском склоне последняя находится рядом с областью питания

О водоносных слоях

Существует несколько видов источников воды питающих колодцы. К основным относятся грунтовые воды. Про эти водоносные горизонты пойдёт речь.

Грунтовые воды, отличаются по химическому составу, ёмкости, скорости наполнения, надёжности и даже долговечности.

1. Верховодка — водоносный горизонт, скапливающийся близко к поверхности в пустотах почвы с водоупорным слоем в результате осадков или испарений. Летом иссыхает, а зимой замерзает. Верховодки часто загрязнены, отличаются повышенным содержанием железа или марганца. Такой источник мало кому подойдёт. Двигаемся дальше…

2. Капилярка – те же грунтовые воды, прошедшие через водоупорный слой. Качество воды немного лучше, так как пройдено намного больше почвенных слоёв, что даёт дополнительную фильтрацию. Понять, что это за «капилярка» можно во время строительства колодца. Вы увидите, если постараетесь, падающие со стен капли воды и сочащиеся ручейки.

Неплохой вариант для тех, кто экономит на всём, в том числе на воде. Дело в том, что жидкость, таким способом набирается долго. Если почва хорошо проводит влагу, то быстрее, ну а если сплошная глина, то здесь поможет терпение. По наблюдениям, на глине вода набирается по 20-30 сантиметров в сутки — это 150-200 литров. Даже для самого маленького хозяйства это вообще ничего. Ну а если приключилась засуха, то с таким колодцем останется только вызвать шамана с бубнами. Немного лучше, но всё равно не то. Читать не устали?) Тогда интересное впереди!

3. Вода на песке (плывуне) – то о чём вы мечтали! О бесконечном источнике чистой, мягкой, полезной воды! Но тут есть несколько маленьких неприятностей, которые не позволят в полной мере разгуляться душе дачника или фермера. Спокойно! Сейчас всё разъясню.

Вот копатели дошли до песка, вы видите, как из него пробивается на свет божий махонький такой (тут вынужден оговориться — бывает и очень мощный), но полный сил и уверенности родничок. Вы на волне безудержного счастья, томясь в предвкушении большей награды, кричите на рабочих — «Капайте дальше!». Но природа непреклонна. Рабочие бы с радостью заработать чуть больше, а пожить ещё хочется.

Да!, дальнейшие работы опасны, так как песок ненадёжная структура и подмываемый стремительно несущимися потоками, может унести с собой и рабочего вместе с кольцами в те края, куда не ступала нога человека. Но даже если вы наняли супермена и ему работа по плечу, то тут спешу вас постараться взглянуть на вещи рационально. Если вкопать дополнительные кольца, то рискуете перебить жилу и родничок зажурчит вам последний раз на прощанье.

Когда мы немного успокоимся и будем готовы продолжить беседу, я вам поведаю о том, что не так уж мало плюсов у такого источника. Несмотря на то, что заполняться водой, скорее всего, будет не больше одного или двух колец скорость наполнения будет колоссальной, что соответственно даёт не количественное, а качественное преимущество. Но в этом моменте спрятался ещё один коварный подвох.

В колодцах на плывуне часто намывает песок, который препятствует подъёму воды. Происходит это по разным причинам. Чтобы не уходить о т темы опишу одну самую распространённую. Многие не знают и даже не догадываются, что в колодце на плывуне будет намывать песок потоками проходящей воды. Я говорю сейчас, как про тех, кто заказал строительство колодца, так и про тех, кто его построил.

Чтобы плывун не мешал вам своей назойливостью, ему надо указать на его место. Делается это разными способами. Я кратко опишу, как делаем это мы и до нас многие поколения потомственных мастеров обслуживания колодезных сооружений. Смастерённый специальным способом осиновый щит (из дерева осины) кладётся поверх плывуна, тем самым блокирует его дальнейшие поползновения. Но плывун очень настырный товарищ и будет пытаться подвинуть или перевернуть щит. Но этот случай мы предусмотрели и загрузили поверх щита тяжёлые для плывуна камни или распорки. Теперь он не сможет скрыть от вас драгоценную воду.

А вы знали, что плывун это хранитель подземных вод?

Где плывун там вода чистая, живая, полезная. Как человек добирается до такой воды, то плывун тут как тут пытается спрятать под собой живой источник. Вот такую мифологию я сочиняю на ходу

Ну а теперь пришёл черёд рассказать про то, к чему собственно я и вёл это повествование. Про самый Желанный! Вечный! Животворящий! Тот самый источник ценнейшей воды, который трудно найти, но можно. Он появляется внезапно, когда его уже не ждёшь. Можно пройти и тридцать и сорок колец разнообразного грунта, прежде чем он от одного последнего удара лопатой стремительно побежит вверх, щекоча пятки испуганному копателю.

Практически неисчерпаемый он с лихвой окупит затраченные средства и терпение. Да, бывают досадные случаи, когда этот источник найти не удаётся. Причин тут может быть множество. От неправильного выбора места для строительства колодца до нехватки средств у заказчика. Здесь как в лотерею, если руководствоваться исключительно соседским опытом и мастерством копателей. Шанс найти тот источник возрастает, если вы сами основательно подготовитесь и соберёте как можно больше полезной информации.

Я же от себя рекомендую, прежде чем начать строительство колодца, на предварительно выбранном месте провести геологоразведку. Удовольствие не из дешёвых, но если средства позволяют, то вы существенно сэкономите себе и копателям нервы и время и возможно впустую потраченные деньги, если источника там не окажется.

Договариваться надо на строительство колодца до напорной воды или песчаника (в этом случае глубже копать нельзя). Естественно с указанием максимального количества колец. В противном случае, если вы договоритесь на допустим 15 колец, то копатели, выполнив этот объём и не наткнувшись на необходимый источник вправе закончить работы и потребовать оплаты. А ежели шахта в таком виде простоит сутки и более, то есть вероятность того , что грунт сцепит кольца и дальнейшие работы кольцами этого же диаметра практически будут не возможны. Останется вариант углублять ремонтными меньшего диаметра, а ими особо не накопаешь ввиду того, что пространство постоянно сужается и копателю внизу просто негде развернуться. Тут есть риск, что ремонтными кольцами до источника можно и не дойти. Поэтому планируйте и рассчитывайте заранее и максимально детализировано.

Ну и конечно же мы с радостью предложим наши услуги по углублению, строительству, чистке колодцев. А также сантехнические работы по загородному дому.

Не обещаю, что у нас дёшево, зато качественно и с душой! Обращайтесь!

Иван Покровский

Автор статьи и колодезный мастер нашей компании.

Возможно, материал будет полезен вашим знакомым. Поделитесь статьей в социальных сетях.

Основные разновидности подземных вод и их характеристика

Классификации подземных вод отражают разнообразие условий их распространения, залегания и формирования, а также особен­ности состава и свойств (В.И. Вернадский, Ф.П. Саваренский,Н.И. Толстихин, Е.В. Пиннекер и др.).

Наиболее полной является классификация, разработанная А.М. Овчинниковым, которая отражает основные типы и подтипы подземных вод и геометрию фильтрационных сред.

Почвенные воды. В почвенном слое содержится влага, назы­ваемая почвенными водами. К ним относится: гигроскопическая, рыхло связанная, капиллярная (поднятая, подвешенная, стыковая) вода. Эти воды, передвигающиеся под действием молекулярных, капиллярных сил и реже сил тяжести, во многом определяют пло­дородие почв. Небольшие постоянные скопления воды образуются лишь в почвах болотного типа; они характеризуются большим со­держанием органических веществ и микроорганизмов.

В почвоведении выделяют следующие виды увлажнения почвы: атмосферное, грунтово-атмосферное, грунтово-атмосферное с до­полнительным поверхностным питанием и грунтово-атмосферное с дополнительным паводковым питанием.

В соответствии с балансом влаги (соотношением между ее по­ступлением и уходом (испарение и отток)) выделяют различные типы водного режима почв с разными значениями коэффициента увлажнения К_у: мерзлотный ( К_у ≥1); промывной (К_у > 1, тайга, лес, лесостепь — почвы дерново-подзолистые, лесные, черноземы); непромывной (К_у < 1, сухие степи, полупустыни — каштановые почвы, сероземы).

В почвенном разрезе (2,0—2,5 м) выделяют горизонты: поч­венный — корнеобитаемый слой; подпочвенный, куда в некоторых зонах «промокание» не доходит; капиллярной каймы. Геологи­ческая деятельность почвенных вод незначительна, однако агроно­мическое значение этих вод огромно, так как почвенная влага не­обходима для выращивания сельскохозяйственных культур.

Гравитационные подземные воды сосредоточены главным об­разом в зоне насыщения, где они образуют различные по условиям залегания и питания водоносные горизонты и системы водоносных горизонтов (комплексы, этажи, бассейны).

В зоне аэрации свободные гравитационные воды могут образо­вывать временно существующие водоносные горизонты, называ­емые верховодкой.

В зоне насыщения распространены грунтовые и межпластовые напорные или безнапорные подземные воды.

Взаимоотношения и связи верховодки, грунтовых и напорных вод могут быть самыми разнообразными, что зависит от геолого­структурных, геоморфологических, тектонических, литологи­ческих, климатических и других факторов и условий. Общая схема их взаимного расположения в разрезе показана на рис.ниже.

Верховодка — это горизонт, который формируется за счет не­больших скоплений в зоне аэрации вод временного, сезонного ха­рактера, имеющих гидравлическую связь с почвенными водами и залегающих на невыдержанных водонепроницаемых и слабопро­ницаемых слоях вблизи поверхности земли. Зимой она промерзает, а летом пересыхает. Верховодка всегда усложняет инженерно-гео­логические условия строительства, поскольку может быть не заме­чена при изысканиях. Иногда режим верховодки характеризуется относительной устойчивостью, и тогда ее воды используются для местного водоснабжения (например, в Тульской, Калужской и Смоленской областях используются воды, содержащиеся в пок­ровных суглинках водоразделов).

Схема соотношения верховодки, грунтовых и напорных вод

1 — верховодка; 2 — грунтовые воды; 3 — напорные воды; УВ — уровень верховодки; УГВ — уровень грунтовых вод; ПУНВ — пьезометрический уровень напорных вод; стрелками показано направление движения подземных вод

Возникают верховодки вследствие просачивания с поверхности атмосферных осадков, поверхностных и оросительных вод и на­копления их на линзах и прослойках слабопроницаемых пород, иг­рающих роль местных водоупоров. Верховодки обычно залегают неглубоко и расположены в разрезе выше постоянных горизонтов грунтовых вод. Их воды расходуются в основном на испарение, транспирацию и питание грунтовых вод.

Особенности верховодки как своеобразного типа подземных вод:

• расположение в пределах пород зоны аэрации;
• временный характер, сезонность (обычно в периоды интенсив­ного выпадения атмосферных осадков и утечек воды из раз­личных систем);
• ограниченность распространения (локальный характер пред­определяется локальным распространением водоупоров);
• резкая зависимость ее запасов, режима и качества от климати­ческих условий и хозяйственной деятельности человека;
• легкая загрязняемость и непригодность для постоянного водо­снабжения.

Накопление верховодки происходит весной при оттаивании почвы и уменьшении мерзлого слоя; осенью — после периода дли­тельных дождей. Необходимым условием задержания влаги в по­родах должно быть переслаивание проницаемых и слабопроница­емых пород. Например, погребенные горизонты почв должны зале­гать в толще лёссов, линзы размытой глинистой морены — среди флювиогляциальных песчаных отложений, линзы и карманы суг­линистых отложений — среди аллювиальных песков и т.д.

Обычно верховодка встречается в суглинках и лёссовидных от­ложениях на водораздельных плато. В районах распространения многолетней мерзлоты верховодка (воды сезонно-талого слоя) весьма своеобразна и широко распространена. Воды верховодки не имеют связи с реками. Уровень ее характеризуется крайней из­менчивостью. В районах больших городов эти воды легко загрязня­ются. Для гидротехнического и гражданского строительства ее при­сутствие неблагоприятно.

По химическому составу воды верховодки неодинаковы: прес­ные и слабоминерализованные с повышенным содержанием крем- некислоты, органического вещества и железа в северных районах и обычно минерализованные в южных районах (из-за испарения). При бурении скважин для целей водоснабжения верховодку необ­ходимо тщательно изолировать при помощи обсадных труб во из­бежание загрязнения ею лежащих ниже водоносных горизонтов.

Грунтовые воды. К грунтовым водам относятся подземные воды первого от поверхности постоянно действующего водоносного го­ризонта, залегающего на относительно выдержанном водоупоре и имеющего свободную поверхность.

Сверху грунтовые воды обычно не перекрыты водоупорными отложениями, поэтому они имеют тесную связь с атмосферой и давление на их поверхности равно атмосферному давлению, т.е. поверхность фунтовых вод при вскрытии их скважинами уста­навливается в них на той глубине, где они были встречены. Не­редко поэтому грунтовые воды называют безнапорными (в отличие от напорных, имеющих избыточный напор над перекрывающей их водоупорной кровлей).

Условия залегания грунтовых вод на первом от поверхности вы­держанном водоупоре предопределяют особенности их питания, распространения, движения и разгрузки. Области питания и рас­пространения грунтовых вод совпадают, т.е. их питание через зону аэрации осуществляется по всей площади их распространения. По­этому расход потока грунтовых вод является величиной переменной (как правило, увеличивается по пути их движения). Основными ис­точниками питания грунтовых вод являются атмосферные осадки, поверхностные и конденсационные воды. Грунтовые воды имеют тесную гидравлическую связь с поверхностными водотоками и во­доемами и в зависимости от соотношения их уровней либо разгру­жаются в них (дренируются), обеспечивая их подземное питание, либо питаются поверхностными водами (особенно при подпорах и в паводки). При изменении уровня воды в поверхностных водо­емах изменяется уровень в гидравлически с ними взаимосвязанных горизонтах фунтовых вод.

Различные соотношения между поверхностными и грунтовыми водами

а — связь между водами отсутствует; б — река питает грунтовые воды; в — грун­товые воды питают реку; г — один берег реки питает грунтовые воды, а другой — дренирует. Стрелками показно направление движения вод, пунктиром — уровень

Характерна также тесная зависимость режима уровней, качества и количества грунтовых вод от климатических факторов, процессов, протекающих в зоне аэрации, и инженерной деятельности человека (повышение уровней и запасов в дождливое время и понижение их в засуху, ухудшение качества вод при инфильтрации сточных вод).

Грунтовые воды разгружаются в виде источников, пластовых выходов, мочажин в местные понижения и поверхностные водо­токи и водоемы. При залегании близко к поверхности (0-4 м) они могут разгружаться путем испарения через зону капиллярной каймы. На отдельных участках возможна гидравлическая взаимо­связь грунтовых вод с лежащими ниже напорными водами через
отдельные литологические окна и участки размыва разделяющих их водоупорных толщ. При этом в зависимости от соотношения уровней взаимосвязанных горизонтов будет происходить либо пи­тание, либо разгрузка грунтовых вод.
Грунтовые воды движутся от мест с их более высоким уровнем к местам с их пониженным уровнем, обычно от участков с повы­шенным рельефом и водоразделов в сторону местных понижений, оврагов, балок и речных долин. Разгружаются грунтовые воды в этих понижениях обычно в виде нисходящих источников. По­верхность грунтовых вод (зеркало), как правило, в несколько сгла­женном виде соответствует рельефу местности. При этом гидравли­ческие уклоны поверхности грунтовых вод обычно невелики и со­ставляют в среднем 0,05—0,001. На отдельных участках уровень грунтовых вод может быть практически горизонтальным, что сви­детельствует о незначительной скорости их фильтрации либо о полном ее отсутствии.

Наглядное представление об условиях распространения и дви­жения грунтовых вод дает карта гидроизогипс , на которой показано положение поверхности грунтовых вод в изолиниях, соединяющих точки с одинаковыми отметками уровня подземных вод. Строят такую карту аналогично карте рельефа земной поверхности в гори­зонталях, используя результаты единовременных замеров уровня грунтовых вод во всех имеющихся скважинах, колодцах и в их есте­ственных выходах.

Если наблюдается резкое изменение уровня грунтовых вод в различные периоды, то карты гидроизогипс составляют на эти ха­рактерные периоды и даты (например, когда уровень грунтовых вод бывает максимальным и минимальным). Для получения данных об изменении данного уровня проводят специальные наблюдения их режима (так называемые режимные наблюдения).

Карта гидроизогипс позволяет определять:

• направление движения грунтовых вод (по нормалям к гидроизо­гипсам);
• гидравлические уклоны и скорость фильтрации;
• глубину залегания грунтовых вод (по разности отметок горизон­талей поверхности Земли и гидроизогипс водной поверхности);
• характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными (по ха­рактеру сопряжения гидроизогипс с поверхностными водоемами и направлению движения подземных вод)

и решать другие практические задачи.

Нередко на основе карты гидроизогипс составляют карту глу­бины залегания грунтовых вод (в изолиниях равных глубин или с вы­делением зон определенной глубины залегания грунтовых вод).

Такие карты широко используют при бурении скважин для целей водоснабжения, орошения и осушения.

Грунтовые воды распространены повсеместно там, где темпера­турные условия верхней части литосферы допускают их накопление и существование в жидкой фазе. Изучение условий их формиро­вания и распространения показало, что существуют определенные закономерности зонального распределения различных по проис­хождению типов грунтовых вод.

Грунтовые воды имеют большое народнохозяйственное зна­чение: их широко используют для целей хозяйственно-питьевого и сельскохозяйственного водоснабжения и орошения. Основными типами широко используемых грунтовых вод являются грунтовые воды речных долин, ледниковых отложений, степей, полупустынь и пустынь, конусов выноса и предгорных наклонных равнин, горных районов, песчаных морских побережий.

В гидрогеологии определение грунтовых вод часто дается по С.Н. Никитину, который к этой категории относит только воды первого от поверхности земли выдержанного горизонта подземных вод, залегающего на водоупоре.

Разновидности подземных вод, залегающих вблизи поверхности земли под невыдержанным водоупором, называют водами меж- пластовыми, закрытыми или подземными (например, подземные воды предгорных конусов выноса или ледниковых отложений).

Особенности грунтовых вод следующие:

• залегание вблизи поверхности земли в рыхлых отложениях из­менчивой мощности, преимущественно четвертичного возраста, дренируемых реками или вскрываемых эрозионной сетью;
• если пласт первый от поверхности и не полностью насыщен водой, то воды ненапорные, а если пласт перекрыт невыдержан­ными по мощности слоями разной проницаемости, то воды обычно напорные;
• область питания совпадает с областью распространения, и пи­тание происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и снеговых вод; фильтрации из рек, озер и каналов; конден­сации водяных паров и внутри грунтового испарения; подтока (подпитывания) из более глубоких водоносных горизонтов;
• глубина залегания уровня, температура, минерализация и расход грунтовых вод подвержены систематическим суточным, ме­сячным, годовым и многолетним колебаниям;
• подземный сток грунтовых вод обычно направлен от водораз­делов к речным долинам, где осуществляется их разгрузка в реки;
• режим грунтовых вод (инфильтрация и боковой приток, отток и испарение, а также баланс, условия формирования и стока)
  обычно тесно связан с современным климатом, рельефом и по­верхностными водами.

Межпластовые безнапорные воды. Эти воды, как и грунтовые, имеют свободную поверхность, давление на которой равно атмос­ферному, но залегают они обычно между двумя водоупорными тол­щами.

Из-за этого межпластовые воды питаются на ограниченных участках (в областях выхода водовмещающих отложений на поверх­ность, на участках их взаимосвязи с поверхностными водотоками и напорными водами) и находятся в более благоприятных сани­тарных условиях, чем незащищенные с поверхности фунтовые воды.

В периоды интенсивного выпадения осадков и половодий уровни межпластовых вод могут повышаться вплоть до появления избыточных напоров над перекрывающей их водоупорной кровлей, тогда межпластовые безнапорные воды могут становиться напор­ными водами.

Таким образом, межпластовые безнапорные воды являются как бы промежуточным типом подземных вод — по гидравлическому характеру они безнапорные и аналогичны грунтовым водам, однако по условиям залегания близки к напорным водам.

Артезианские воды и бассейны. Под Парижем, в предместье Артуа, в 1126 г. неожиданно при бурении скважин были вскрыты фонта­нирующие воды, которые получили название артезианских вод. В первое время артезианскими водами называли только воды, фон­танирующие выше поверхности земли, — «водометы», позднее этим понятием стали объединять все межпластовые напорные воды, залегающие в тектонических структурах, вогнутых или наклонных пластах, поднимающиеся над кровлей пласта в стволе скважины.

Для образования артезианских вод необходимы следующие условия:

• обилие атмосферных осадков в области питания, т.е. приурочен­ность ее к поясу избыточного увлажнения;
• породы области питания должны выходить на поверхность выше пунктов заложения скважин, т.е. необходимы наклон и изогну­тость пластов, обусловливающие гидравлический, артезианский напор;
• оптимальные возможности водопоглощения, наличие хорошо проницаемых почв, в зоне аэрации — малое количество и не­большая мощность глинистых водоупорных горизонтов и толщ;
• наличие в области распространения или напора выдержанной глинистой кровли;
• высокая пористость, трещиноватость и водопроницаемость во­довмещающих пород.

Грунтовые и межпластовые ненапорные воды

1 — грунтовые воды; 2 — межпластовые ненапорные воды; 3 — разгрузка грун¬товых вод в виде источников; W — инфильтрационное питание; УГВ — уровень грунтовых вод; УМНВ — уровень межпластовых ненапорных вод

Отличительная черта артезианских вод — это наличие избыточ­ного напора над поверхностью кровли водосодержащего пласта. При вскрытии напорных вод горными выработками их уровень под действием избыточного напора поднимается и устанавливается выше водоупорной кровли, соответственно положению пьезометрической поверхности напорного водоносного горизонта.

Схема артезианского бассейна

а — область питания; б — область напора; в — область разгрузки; г — область воз­можного самоизлива напорных вод; 1,2 — пьезометрический уровень напорных вод первого горизонта; 3 — восходящий источник; 4 — участок возможной гидрав­лической взаимосвязи напорных горизонтов (гидрогеологическое «окно»); 5 — на­порные водоносные горизонты

Величину напора обычно определяют по положению пьезомет­рического уровня водоносного горизонта относительно горизон­тальной плоскости сравнения О — О. Напорные воды располо­жены, как правило, ниже горизонтов грунтовых вод и характеризу­ются своеобразными условиями залегания, распространения, питания и разгрузки. Наличие водоупорной кровли, перекрыва­ющей водоносный пласт, затрудняет питание и разгрузку напорных вод и их взаимосвязь с поверхностными водами и атмосферой.

Питание напорных водоносных горизонтов оказывается воз­можным лишь в области выхода водопроницаемого пласта на по­верхность, где создаются условия для проникновения в пласт путем инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод. Как уже говорилось, эта область, имеющая меньшие размеры, чем область распространения напорных вод, называется областью питания . Она обычно расположена на наиболее высоких отметках, нередко на значительном удалении от областей распространения и раз­грузки напорных вод.

В области питания подземные воды имеют свободную поверх­ность и тесную гидравлическую взаимосвязь с поверхностными во­дами. Область, в пределах которой подземные воды имеют избы­точный над перекрывающей их водоупорной кровлей напор, назы­вается областью напора (или областью распространения напорных вод). В этой области подземные воды, как правило, не получают питания по пути их движения (так как они изолированы в разрезе водоупорами) и расход их не изменяется. На отдельных участках возможен самоизлив напорных вод при вскрытии их скважинами там, где отметки пьезометрического уровня превышают отметки земной поверхности.

Разгрузка напорных вод происходит в области их выхода на по­верхность (на пониженных по сравнению с областью питания участках), а также на участках естественного (реки, овраги, балки и т.п.) и искусственного (скважины, колодцы, шахты, карьеры и т.п.) вскрытия напорных вод.

В естественных условиях напорные воды, разгружаясь, образуют восходящие источники, ключи, грифоны и т.п., питают реки и другие поверхностные водоемы. Движутся напорные воды в на­правлении от областей питания к областям разгрузки. Интенсив­ность их движения уменьшается по мере увеличения глубины и удаления от областей питания.

Положение пьезометрической поверхности напорных вод ха­рактеризуется картой пьезоизогипс (гидроизопьез), которая состав­ляется аналогично карте гидроизогипс грунтовых вод и представ­ляет собой систему изолиний, соединяющих точки с одинаковыми отметками пьезометрического уровня. На карты пьезоизогипс на­носят также изолинии отметок поверхности кровли и подошвы рас­сматриваемого напорного горизонта, что облегчает решение многих практических задач. Например, по карте пьезоизогипс определяют направления движения напорных вод, гидравлические уклоны, на­поры, участки возможного самоизлива вод. Если известны мощ­ность напорного горизонта и его фильтрационные свойства, то можно определить скорость фильтрации подземных вод и расход потока.

Напорные воды, изолированные от атмосферы (связь имеется лишь в области питания и разгрузки), характеризуются меньшей зависимостью их режима от климатических факторов, относи­тельным постоянством уровней температуры и химического со­става, меньшей загрязненностью и лучшим санитарным качеством воды. Поэтому их можно использовать для различных видов водо­снабжения (хозяйственно-питьевого, производственно-техничес­кого, лечебно-питьевого, термального и др.) и орошения. При экс­плуатации высоконапорных вод, находящихся в пластах под значи­тельным давлением, большое практическое значение имеют их упругие запасы, высвобождающиеся из водоносных пластов при частичном снятии давления благодаря разуплотнению ранее сжатых пород и воды. Несмотря на незначительную сжимаемость воды и горных пород, упругие запасы напорных вод довольно велики, так как содержащие их водонапорные системы занимают значи­тельные пространства.

В реальных природных условиях схема распространения, пи­тания и разгрузки напорных вод зависит от геолого-структурных, тектонических, литологических, климатических и других особен­ностей того или иного района. В частности, напорные воды могут питаться и разгружаться на участках, где возможна их гидравли­ческая взаимосвязь с соседними напорными и безнапорными водо­носными горизонтами через литологические гидрогеологические «окна», тектонические нарушения и участки с размывом разделя­ющих их водоупорных отложений.

Их интенсивная разгрузка возможна также на участках, где на­порные воды вскрываются карьерами, котлованами, шахтами, во­дозаборными сооружениями, а в естественных условиях — через русловые и донные отложения рек, озер, морей (скрытая разгрузка). Пласты с напорными водами могут соединяться друг с другом или выклиниваться (исчезать), что обеспечивает своеобразные условия накопления и распространения напорных вод.

Напорные воды часто называют артезианскими, а вмещающие их геологические структуры (мульды, синклинали, моноклинали, впадины и др.) — артезианскими бассейнами.

В пределах артезианского бассейна могут иметься один или не­сколько напорных водоносных горизонтов или комплексов, взаи­мосвязанных или изолированных друг от друга водоупорными от­ложениями. Положение пьезометрических поверхностей, входящих в состав бассейна напорных водоносных горизонтов, зависит от вы­сотного расположения областей их питания и разгрузки, а также от степени гидравлической взаимосвязи напорных горизонтов.

Пьезометрическая поверхность глубоко залегающих водоносных горизонтов в значительной мере определяется геостатическим дав­лением толщи вышележащих отложений. Значительно более вы­сокие давления в центральных частях бассейнов, чем в краевых, могут вызывать движение подземных вод от центральных частей к краевым, т.е. к периферийным областям питания артезианских бассейнов.

Своеобразные бассейны напорных вод встречаются в пред­горных и горных районах, где имеются моноклинальное залегание и выклинивание водовмещающих отложений, способствующие об­разованию так называемых артезианских склонов.

Схема артезианского склона

а — область питания; 6 — область напора; в — область разгрузки; 7 — свободный уровень подземных вод в области питания; 2 — пьезометрический уровень под¬земных вод в области напора; 3 — источники нисходящего и восходящего типов в области разгрузки

Формирующиеся в области питания артезианского склона под­земные воды разгружаются в виде источников восходящего и нис­ходящего типов в непосредственной близости от области питания. Напорный характер воды артезианского склона имеют в зоне их пе­рекрытия водоупорными отложениями. Гипсометрически область напора находится на более низких абсолютных отметках, чем об­ласть разгрузки. В артезианских бассейнах с интенсивным движе­нием подземных вод распространены, как правило, пресные ин- фильтрационные воды с невысокой минерализацией (зона интен­сивного водообмена) . Мощность зоны интенсивного водообмена в благоприятных условиях может составлять 1000 м и более.

В крупных артезианских бассейнах с небольшими по площади областями питания пресные воды приурочены к неглубоко залега­ющим водоносным горизонтам и комплексам. В более глубоко за­легающих горизонтах, не охваченных интенсивным водообменом, широко распространены минерализованные и высокоминерализо­ванные подземные воды различного состава (гидрокарбонатно­сульфатные, сульфатные, сульфатно-хлоридные). Обычно эту зону называют зоной затрудненного водообмена.

В артезианских бассейнах с неблагоприятными условиями водо­обмена (незначительная разница в высотном положении областей питания и разгрузки, глубокое залегание и широкое региональное распространение напорных вод, закрытый характер водовмеща­ющих структур и т.д.) ниже этой зоны находится зона весьма за­трудненного водообмена , в пределах которой в водоносных гори­зонтах сохраняются седиментационные древние воды (воды мор­ского происхождения). Таким образом, для артезианских бассейнов характерны определенные гидродинамическая и гидрохимическая зональности. Наличие и мощность каждой из зон и их взаимное расположение зависят от конкретных условий бассейна и совокуп­ности факторов, определяющих формирование, накопление, дви­жение и расходование подземных вод.

Напорные воды артезианских бассейнов имеют большое прак­тическое значение не только как источник водоснабжения. В зави­симости от их химического и газового состава, наличия в них био­логически активных и промышленных микрокомпонентов, их тем­пературы и других показателей напорные подземные воды широко используют в курортно-санаторном деле (минеральные воды), для промышленного извлечения солей и ценных микрокомпонентов (промышленные воды), для целей теплофикации, теплоэнергетики и теплично-парникового хозяйства (термальные воды). Примерами крупных артезианских бассейнов платформенного типа являются Западно-Сибирский, Московский, Прибалтийский, Днепровско- Донецкий и др.

Поровые воды — это воды, которые насыщают пористые породы (галечники, пески, слабо сцементированные песчаники, супеси, суглинки и т.п.). Количество воды, которое можно извлечь из таких пород в единицу времени, т.е. их дебит, зависит от гранулометри­ческого состава, структуры и типа пористости породы, которые определяют скорость подтока воды к колодцу или скважине. Чем больше пор в горных породах, тем быстрее откачивается из им* вода, так как ее движение происходит свободнее. Скорость дни жения подземного потока обычно достигает в лёссе и суглинистыч породах 0,1—0,3 м/сут, в супесях и мелкозернистых песках — 0,5—1, 0 м/сут, в грубозернистых песках и мелком галечнике — от 1,5 до 10 м/сут.

Виды вод на участке

Если на участке скапливается вода, прежде, чем отводить ее, нужно понять, к какому типу она относится. Специалисты компании «Мос-дренаж» рекомендуют проводить гидрогеологические изыскания до начала инженерной подготовки территории. Они помогут оценить строение грунта, источники, уровень, напор и другие характеристики подземных вод, точно определить причины увлажнения участка. Оно может происходить из-за вод двух типов: подземных и поверхностных.

Поверхностные воды

Они скапливаются после сильного или долгого дождя, таяния снега, после разлива паводковых вод на территориях рядом с водоемами. Чтобы определить, будут ли они мешать, оценивают характеристики участка:

• рельеф. При наличии уклона воды будут быстро стекать. Если поверхность ровная или территория является низинной, находится под склоном, есть риск, что влага будет застаиваться на ней;
• проницаемость грунта. На глинистом грунте талые и дождевые воды будут застаиваться даже при наличии уклона: стоки впитываются в грунт, и земля долго не просыхает. Если почва песчаная, супесчаная, они будут быстро впитываться, уходить в глубокие слои грунта;
• гидрологические условия. Риск подтопления, заболачивания поверхностными водами появляется, если на участке есть транзитный сток (через него стекают воды с вышележащих территорий), если рядом есть водоем, который может разливаться в паводковый период, если грунтовые воды подходят близко к поверхности и могут подниматься после обильных дождей или быстрого таяния снега.

Для отвода поверхностных стоков используют ливневую канализацию. Она состоит из открытых каналов, сформированных бетонными или пластиковыми лотками (желобами). Каналы закрывают пластиковыми или металлическими решетками, дополнительно используют пескоуловители, чтобы защитить систему от засорения. В отдельных местах могут устанавливаться дождеприемники (под стояками кровельных водостоков, в низинах). Открытые каналы и дождеприемники объединяют с системой подземных труб, по которым стоки направляются к точке водосброса или к водоприемнику.

При организации отвода поверхностных стоков важно правильно спланировать ливневую канализацию. Она должна работать эффективно, обеспечивать вывод стока за пределы участка, исключая его просачивание в грунт. Если допустить такое просачивание, поверхностный сток преобразуется в подземные воды. Это опасно постоянным повышением УГВ, из-за которого участок может стать непригодным для строительства или выращивания растений.

Подземные воды

К ним относят верховодку, грунтовые и капиллярные воды.

Капиллярное увлажнение. Возникает при определенных условиях, если над грунтовыми водами находится грунт с подходящим фракционным составом, а температура обеспечивает капиллярное поднятие влаги. Грунт над водоносным пластом будет намокать, капиллярно увлажняться в любом случае. Различается только толщина влажного слоя:

• глина: капиллярное увлажнение может распространяться на слой грунта толщиной 6,5-12 м;
• суглинок: зона увлажнения — 3,5-6,5 м от верхней границы водоносного пласта;
• песок: увлажняется на высоту не более 1,2 м (крупнозернистый намокает меньше, мелкозернистый больше).

Если в зоне капиллярного увлажнения оказываются строительные конструкции, они могут ржаветь, гнить, разрушаться. Такая влага опасна и для растений (могут погибать). Чтобы убрать ее, выше водоносного пласта на глубине, соответствующей подошве фундамента, выполняют отсыпку слоя щебня. Он «разрывает» слой грунта, впитывающего влагу, и она не поднимается выше. Чтобы щебень не смешивался с грунтом, его отделяют слоем геотекстиля.

Грунтовые воды. Содержатся в водоносном пласте в глубоких слоях почвы. Их уровень (расстояние от водоносного пласта до поверхности земли) может меняться, обычно заметная динамика прослеживается по сезонам. Самый высокий уровень обычно регистрируют через 2-3 недели после таяния снегов. Грунтовые воды имеют определенное направление потока, источники питания, зону разгрузки (оттока). Они могут быть напорными, и тогда на заглубленные строительные конструкции будут действовать дополнительные нагрузки. Чтобы определить границы водоносного пласта, выполняют бурение. Реже могут применяться геофизические методы. Чтобы понизить уровень грунтовых вод, используют дренаж.

Верховодка. Это — стоки, которые скапливаются в верхних слоях почвы. Они появляются, если верхний слой грунта является проницаемым, а под ним находится слой с низкой проницаемостью. Влаге некуда уходить или впитываться, и она остается в верхнем слое. Верховодкой считают и стоки, скапливающиеся в траншеях, подтапливающие подвалы, накапливающиеся в слоях отсыпки под фундаментами, отмостками, подпорными стенками. Источниками верховодки могут быть дождевые, талые, паводковые воды, течи коммуникаций, избыточный полив, переливы водных объектов. Часто она появляется из-за ошибок при благоустройстве территории. Чтобы стоки не скапливались в верхних слоях грунта, нужно:

• правильно выполнять вертикальную планировку участка, предусматривая возможность стока с территории;
• устраивать отмостки по всему периметру зданий;
• при выполнении обратной засыпки траншей и котлованов уплотнять ее послойно и как можно более качественно;
• при устройстве ливневой канализации обязательно отводить воду от кровельных водостоков.

Если верховодка все-таки появляется на участке, устраивают дренаж, который должен располагаться по нижней границе инфильтрационного слоя грунта. Дренажная система должна собрать и отвести воду, которая застаивается в почве. По периметру зданий устраивают пристенный дренаж, вдоль траншей, линий прокладки коммуникаций прокладывают сопутствующий дренаж, если нужно осушить площадки, лужайки, зоны отдыха, укладывают дренаж мелкого заложения. Его стоит дополнять ливневой канализацией, которая будет собирать стоки, не давая им впитываться в почву.