Определение
В зависимости от интенсивности осадков, геологических характеристик местности, времени года, близости природных водоемов и еще большого перечня причин влажная земля может появиться на разной глубине при копке колодца. К такому определению относится первый устойчивый водоносный слой. Он располагается над глиной в области песка. Основным источником пополнения данного ресурса являются дождь, таяние снега, стекание потоков с горных вершин. Стоит разделить две главных проблемы – способность почвы к пучению, что сильно влияет на характеристики фундаментов строения, и другой важный фактор – размер колодца и его продуктивность.
Преимущества межпластовой воды
Наличие ложа и кровли в межпластовой структуре и длительная фильтрация, защищает содержимое горизонта от загрязнений.
В идеальном случае, в такой воде отсутствуют микробные и токсичные составляющие. Надежность перекрытия, постоянный химический состав и стабильный дебит придают влаге явное преимущество в сравнении с другими источниками.
С точки зрения гигиены, ей присущи высокие физиологические качества, низкое содержание химических элементов и безопасность использования без предварительной очистки. Глубокое залегание, дебит и чистота не зависят от времени года.
Но главное достоинство заключается в обширности зоны залегания и стабильной производительности пласта.
Поверхностные грунтовые воды
В заболоченной низинной местности, например, в Санкт Петербурге, первый водоносный уровень может располагаться менее, чем в метре в глубину почвы, а может и вовсе находиться на поверхности. Это так называемые грунтовые воды, несущие сильное загрязнение и не прошедшие должной очистки, зато располагающие достаточным количеством кислорода и питательных веществ для размножения микроорганизмов, бактерий, водорослей. Высоко стоящий водоносный слой появляется на глинистых и суглинистых землях, в результате наличия водонепроницаемого глиняного пласта, по которому стекает дождевая вода, не проникая вглубь почвы. Для питьевых целей грунтовые воды непригодны.
Следующий водоносный слой обычно располагается на глубине 3-5 метров. Вода в нем годится для бытовых нужд, полива огорода, растений. Вода, пригодная для питьевых целей обычно залегает глубже, на глубине 8-15 метров, где располагаются мощные песчаники, обеспечивающие хорошую очистку и фильтрацию.
Систематизация по условиям расположения
Водные ресурсы, которые находятся под землей, составляют запасы общим объемом около 60 млн км³. Специалисты учитывают их как полезное ископаемое. Классификация подземных вод:
- почвенные;
- верховодка;
- грунтовые;
- артезианские;
- минеральные.
Почвенные и верховодка
Под верхним слоем земной коры располагаются почвенные воды. Они заполняют поры и трещины, а перемещаются под действием силы тяжести. По определению эта жидкость отличается небольшой глубиной залегания, она пропитывает собой природный массив, занимая очень большие площади.
Ее пополнение происходит в результате инфильтрационного просачивания дождевых вод через грунт и песок. Происходит это в течение длительного периода, за который вода насыщается органическими веществами. Некоторый объем жидкости протекает вглубь по участку, который обладает хорошей водопроницаемостью, а часть задерживается ближе к поверхности.
Верховодка представляет собой временную концентрацию гравитационных вод в областях аэрации почв и пород. В этом случае происхождение подземных вод случается после атмосферных осадков, паводков и таяния снегов. Кроме того, она может образовываться в результате внутрипочвенного испарения из искусственных водоемов. Верховодка обладает свойствами:
- сезонной неустойчивостью;
- ограниченным объемом расширения;
- резкими изменениями уровня.
Грунтовые и артезианские
К грунтовым относятся воды первого от поверхности земли водоносного горизонта. Они образуются в основном просачиванием через почву после атмосферных осадков, из рек, озер и других водоемов. Ученые заметили, что даже вечная мерзлота за полярным кругом не мешает грунтовым водам подпитывать моря.
Обычно это свободная и безнапорная жидкость, которая всегда остается на уровне вскрытия. Грунтовая вода подпитывается и распространяется в одной области. В течение сезона уровни сильно различаются в зависимости от атмосферных осадков и температуры грунта.
Когда отсутствуют дожди, а почва постоянно находится под солнечными лучами, то вода сильно подогревается, и уровень ее падает
Она имеет важное значение для народного хозяйства в России как источник водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов
Межпластовые или артезианские залежи расположены между нижними и верхними водоупорными слоями. Основное их отличие — это отсутствие источников подпитки. Жидкость, находящаяся под давлением плотных слоев грунта, достигает поверхности в качестве родников.
Если пробурить пласты, то эта вода из-под земли забьет фонтаном, поэтому ее добыча осуществляется буровой установкой на автомобильном шасси. В буровую скважину вставляется труба, устанавливается фильтр и опускается погружная помпа.
Во время разработки месторождений случаются прорывы, которые мешают при прохождении горных пород и требуют специальной охраны выработок от воды. Подземные месторождения глубокого залегания хорошо подходят для обеспечения населения, промышленных и сельскохозяйственных объектов.
Минеральные месторождения
В этих месторождениях находится тип подземной воды с неизменным химическим составом и биоактивными минеральными или органическими элементами. Жидкость с такими характеристиками обладает лечебными свойствами для внутреннего и наружного использования. Ее разделяют:
- по химическому составу;
- уровню минерализации;
- способу применения.
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.
В промышленных целях минеральную воду добывают с помощью каптажей, которые представляют собой комплекс инженерных сооружений. Очень часто источники сами выходят наружу в виде родников и ключей. Обычно в таких местах строятся бальнеологические лечебницы и курорты.
Чистота
В последнее время о качестве воды верхнего слоя стали задумываться на государственном уровне. Из-за высокой интенсивности хозяйственной деятельности в источники проникают самые экзотические загрязнители. В результате работы сельхозпредприятий в неё попадают удобрения, пестициды и продукты разложения от ферм. Более опасными считаются промышленные загрязнители, так как они с трудом подлежат естественной переработке и содержат соли тяжелых металлов. Одной из проблем является наличие простейших микроорганизмов и вирусов. Благодаря органике и кислороду вода из колодцев и ключей имеет большое количество бактерий.
Чем грунтовые воды отличаются от межпластовых
Земля накапливает и удерживает в пустотах и расщелинах подземные воды, пополняющие пресные водоемы, их накопления являются жизненно необходимыми для снабжения водой городов и сел.
Основные ресурсы пополнения подземных пресных бассейнов :
- Талые воды.
- Осадки.
- Реки.
Подземные бассейны рассматривают, как грунтовые и межпластовые.Места формирования пластов грунтовых вод:
- Области ледниковых шельфов.
- Междуречные массивы.
- Речные долины.
- Котловины и впадины в горах.
- Песчано-галечные слои рек, протекающих в горах.
Чем отличаются грунтовые источники от межпластовых
Поверхность земли составляют водоустойчивые и водопроницаемые осадочные породы, чередующиеся между собой и залегающие неравномерно, изгибами, горизонтально или вертикально.
Вода, просачивающаяся через водопроницаемую породу, например, песок, стекает на слой глины и скапливается там, образуя слой грунтовых вод, не закрытый сверху водонепроницаемой осадочной породой.
Медленнотекущие, просачивающиеся сквозь поры грунтовые воды образуют родники и пополняют колодцы.
Межпластовые слои воды накапливаются по-другому, медленно и долго, так как проникают в водонепроницаемые слои в местах, где плотный грунт выходит на поверхность. Чтобы добыть воду, залегающую в непроницаемых слоях, бурят скважины, через которые вода вытекает под напором. Межпластовые источники влаги залегают глубже, чем грунтовые и меньше подвержены загрязнению.
Межпластовые водоносные слои более постоянны и менее подвержены изменениям, чем грунтовые, они являются ценным источником питьевой артезианской воды, в особенности там, где они выбиваются на поверхность, образуя природные родники, вода из которых считается целебной.
Уровни грунтовых вод
Скапливающаяся возле водоемов, под поверхностью земли, масса грунтовых вод образует так называемое зеркало или уровень. В дождливых горных районах с большим количеством осадков грунтовые воды близки к поверхности, в засушливых регионах, с малым количеством осадков и сильными испарениями, водоносные слои достаточно глубоко.
Ценным источником воды являются линзы, залегающие в слоях аэрации, выше основного водоносного слоя. Их основной недостаток – они легко загрязняются и требуют очистки.
Линзы скапливаются на песке или гравии, если при раскопке колодца нарушить этот слой, вся линза стечет вниз, и источник станет недоступным. Определение уровня грунтовых вод производят весной, замеряя его в пробных скважинах или колодцах.
Залегание межпластовых источников чистой воды
Глубина залегания водоносного источника напорного или безнапорного может находиться на уровне десяти метров или глубже.
Напорные воды образуются в прогибах коры или в пластах залегания горных пород, они наполняют скважины под давлением, иногда бьют фонтаном.
Безнапорные слои более чистые и имеющие качественный химический состав найти тяжело, но именно безнапорные воды идеально подходят в качестве воды для хозяйственных целей.
Напорные воды, доступные для подачи в скважины, называют артезианские, они имеют постоянный химический и минеральный состав.
Защищенные плотными слоями сверху и снизу артезианские источники, являющиеся полезными ископаемыми, не загрязнены бактериями и микробами, поэтому воду можно употреблять без предварительной очистки.
Выявленные в межгрунтовых водах вредные примеси и микроорганизмы говорят о факте загрязнения грунтовыми водами.
Прорывая слои грунта артезианская вода, может вытекать на поверхность, образуя источники питьевой воды, без примесей и совершенно чистые в гигиеническом плане.
Межпластовые напорные воды в большом объеме имеют название артезианские бассейны. Вода из них используется для технических и бытовых целей.
Строение артезианского бассейна:
- Область поступления воды.
- Напорная часть.
- Сток.
Различия межпластовых и грунтовых вод
Исходя из характеристик подземных водоносных слоев, получаем ответ на вопрос: в чем отличие межпластовых и грунтовых вод.
Основная разница между межпластовыми водами и грунтовыми:
- Глубина залегания.
- Устойчивость минерального состава.
- Чистота.
- Пригодность для питья и приготовления пищи.
- Низкая температура.
- Скорость перемещения.
- Неизменный уровень.
- Минерализация.
Отличие важное для жизнедеятельности человечества: межпластовые воды являются ценным источником минерализованной, питьевой воды, не требующей дополнительной очистки
Как определить уровень на участке?
Существуют следующие способы определения:
- Проверка горизонта в ближайших колодцах.
- Обращение в службу землеустройства, где должны иметься карты ПВ.
- Бурение шурфов. Бурить нужно в разных местах участка с выниманием грунта. Глубина шурфов должна быть не менее 2-х метров. Проверять уровень нужно через сутки после бурения в течение нескольких дней. Лучшее время для проверки – весна после схода снега или поздняя осенью, когда минуют дожди. Летом и зимой уровень бывает минимальным.
- Изучение растительности на участке. Маркером неглубокого залегания воды может служить ярко-зеленый цвет растительности, а также наличие некоторых растений. В частности, рогоза (его присутствие говорит, что до зеркала около 1 м), полыни (3-5 м), солодки (1,5 м). Обильная роса на растениях также сообщает о близкой к поверхности земли воде.
- Наблюдение за насекомыми и животными. Наличие большого количества комаров, слизней, улиток, лягушек говорит о повышенной влажности. Отсутствие муравейников и мышиных нор – довольно красноречивое свидетельство того, что ПВ расположены близко к поверхности.
Образование по вечерам тумана при отсутствии рядом водоемов также служит признаком высокого расположения воды.
Подземные воды
Подземные воды являются частью водных ресурсов планеты. С точки зрения геологии такие воды рассматривают как подземные ископаемые. Подземные воды разделяют на три вида: грунтовые, почвенные и межпластовые.
Между частицами почвы под землей находятся почвенные воды. Такие воды могут быть гравитационными (такими, которые могут перемещаться из-за влияния силы тяжести), либо связанными (теми, что удерживаются молекулярной силой).
Межпластовые воды расположены ниже других подземных вод. Они находятся между двумя слоями. От грунтовых вод межпластовые отличаются тем, что они имеют более постоянный уровень и меньше подвержены различным временным изменениям.
Эту разновидность вод различают по условиям, а которых они движутся в водоносных слоях. Они движутся в:
- Слои гальки, песка, гравия
- В трещинах сцементированных (скальных) пород
По глубине залегания подземные воды разделяются на три категории:
- Карстовые (в гипсах, доломитах, известняке)
- Жильные (в граните, песчаниках)
- Поровые (в обломочных породах, песках)
Для обнаружения подземных вод проводятся мероприятия по геологической разведке. Обнаружить воду под землей можно следующими способами:
- исследование температур
- бурение опорных скважин
- взрывные работы, цель которых – определить скорость распространения и отражения звука
- проведением опытных откачек
- геоморфологическая оценка
- радоновый метод
Где применяются
Широкое распространение такой ресурс имеет в обеспечении бытовых нужд. В каждом поселении рядом с домом копается шахта небольшой глубины для использования воды на кухне и для полива растений. Из-за сильных вкусовых отличий хозяйки предпочитают брать влагу для приготовления пищи из определенных точек. То есть химический состав может быть разным даже на одной улице.
В промышленных объемах использование ограничено из-за сезонных перепадов уровня и малой мощности. В большинстве случаев количество растворенных примесей не соответствует нормам. Кроме того, излишне активная эксплуатация способна нарушить естественный водный баланс, и этим повлиять на характер растительности на местности, так как часть флоры получает питание с большой глубины.
Вода под землей
Режим подземных вод — это те изменения, которые происходят с ними в зависимости от сезона, осадков, антропогенных и геологических процессов. От всего этого зависит и их количество, и состав.
Формирование подземных горизонтов
Существует несколько теорий того, откуда берется вода под землей. Все они имеют право на существование, поскольку наблюдения показывают наличие их всех. Весь вопрос в пропорции действующих факторов в разных водоносных горизонтах. Выделяют следующие пути образования подземных водоносных горизонтов:
- Инфильтрация. Влага просачивается вниз после осадков, стекает по трещинам и капиллярам.
- Конденсация в породах водяного пара из атмосферы.
- Седиментация, когда поверхностный водный бассейн во время геологических катаклизмов закрывается горными породами.
- Эндогенное образование воды. Оно происходит на больших глубинах, где под давлением осадочные породы становятся метаморфическими. При этом выделяется H2O.
Скорость этих процессов различна, как и особенности формирования в отдельно взятом регионе. Так, в горных районах, где в прошлом была бурная вулканическая деятельность, по мере продвижения вниз вода минерализуется. В других местах минерализация менее развита, однако тоже имеет место. При этом соседние водоносные слои могут иметь разный химический состав.
Водоносные слои
Аквафер, или водоносный горизонт, представляет собой слой осадочной горной породы, которая характеризуется определенной водопроницаемостью. Эти слои разграничены водоупорными слоями, чаще всего глиняными. Слой над водоносным горизонтом называется кровлей, под ним — подошвой.
Существуют различные классификации акваферов, но среди них интересны те, что имеют наибольшее хозяйственное значение; немаловажную роль играет и законодательное регулирование.
Водоносные горизонты делят на:
- Напорные, или межпластовые. Они находятся под давлением и расположены на глубинах, требующих бурения. Напор может быть большим, и скважина будет фонтанировать. Такие воды называют артезианскими.
- Безнапорные, или грунтовые. Эти воды подвержены аэрации, поскольку не имеют водоупорной кровли.
Первый тип вод является полезным ископаемым, и на их добычу требуется лицензия. Второй вы можете брать в любых количествах. Законодательством регулируется именно забор воды, служащей источником централизованного водоснабжения, а таковой является именно артезианская.
Нельзя сказать, что водоносные горизонты никак между собой не сообщаются. На практике они всегда взаимосвязаны. Любой межпластовый слой имеет область питания, область напора и область разгрузки, при этом питание осуществляется именно за счет грунтовой влаги. Область разгрузки может быть представлена несколькими вариантами:
- источник, выходящий на поверхность;
- инфильтрация артезианских вод в грунтовые на месте разрыва кровли;
- подводные ключи, питающие водоемы; существуют целые озера именно с таким характером питания.
Таким образом, верхний водоносный горизонт, занимающий промежуточное положение между поверхностным и межпластовым, служат источником питания тех и других и сами от них зависят.
В одной из деревень хозяин участка решил пробурить скважину «на песок». Участок был куплен не так давно и переведен из категории земель сельхозназначения в категорию ИЖС. После бурения из скважины пошла вода, но для питья и полива огорода она не годилась: содержание солей превышало все пределы и по степени минерализации вода подходила под понятие «лечебная». Недалеко была зона разгрузки пласта минеральной воды, но хозяин этого не учел. Как оказалось, ошибся он всего на два метра.
Грунтовые воды
Ближайший к дневной поверхности водоупор формирует постоянный водоносный слой. Воды, насыщающие его, называются грунтовыми. Глубина залегания грунтовых вод зависит от глубины водоупора и широтном расположении. В тундровой зоне – близко к поверхности, в южных регионах достигает 40 м. Грунтовые воды пополняются за счет сезонных осадков и просачивания речной и озерной воды.
В горной породе, сквозь которую просачивается вода, имеется множество капилляров. По ним вода поднимается к почве. По более крупным порам, образованными корнями растений и ходами животных, вода опускается вниз. Если в промежутке между грунтовыми водами и почвенным слоем встречаются линзы глин, они задерживают влагу. Формируются временные скопления подземных вод – верховодка. Оттуда часть воды поднимается к почве, часть постепенно стекает вниз и присоединяется к горизонту грунтовых вод.
Простейшие колодцы углубляются до грунтовых вод или верховодки. Воду из них можно употреблять для хозяйственных нужд, для приготовления пищи требуется кипячение из-за возможного загрязнения поверхностными стоками.
Каково значение подземных вод для человека
Переоценить его практически невозможно. Что еще больше вызывает недоумение – почему человечество так небрежно относится к источнику жизни на Земле, загрязняет реки и озера, отравляет грунт различными химикатами, неразлагающимся мусором. В зависимости от того, к какой категории относится водный ресурс, он имеет такое значение:
- Питьевое и промышленное. Все скважины, которые мы используем при гидродобычи, питают грунтовые ископаемые. Поэтому вода необходима просто для жизни, а также для развития сельского хозяйства (орошение полей, наполнение поилок для скота), производственных мощностей.
- Бальнеологическое, то есть оздоровительное. К этой категории относятся минерализованные и термальные источники, которые применяются в санаториях и на других курортах.
- Энергетическое. За это отвечают высокотермальные ключи.
Таким образом, большинство сфер нашей жизни так или иначе связано с этим водным ресурсом, даже (или особенно?) если вы проживаете в городе и не задумываетесь, откуда появляется холодное водоснабжение.
Происхождение подземных вод — Инфильтрационная теория.
Происхождение инфильтрационных подземных вод связано с просачиванием (инфильтрацией) в грунт атмосферных осадков и воды из рек, озер, болот и т.п. Просочившаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается, насыщая пористые и пористо-трещинноватые породы. Так образуются водоносные слои или горизонты подземных вод. Наглядно этот способ происхождения подземных вод можно пронаблюдать при помощи колодцев, уровень воды в которых в дождливую погоду становится ощутимо выше и меняется по химическому составу.
Происхождение подземных вод способом инфильтрации является одним из основных источников пополнения запасов подземных вод.
Количество просачивающейся воды зависит от многих факторов:
- количества осадков – причем долгий моросящий дождь больше способствует образованию подземных вод, нежели обильный, но недолговременный ливень.
- рельефа местности – по крутым склонам выпавшая в виде осадков вода быстро стекает в ближайший водоем, на равнинах же и во впадинах вода задерживается и постепенно просачивается в грунт.
- наличия растительного покрова – лес или обильная растительность задерживают поверхностный сток воды, препятствуют испарению и способствуют просачиванию в грунт влаги и тем самым происхождению подземных вод.
