Понятие в геологии

Как геологическое понятие уровень грунтовых вод — это условная черта, ниже которой порода до предела насыщена водой. После дождя или таяния снегов большое количество воды через поры в грунте уходит под землю. Уровень, на котором эта вода останавливается, поскольку ниже все поры ею уже заполнены, и является уровнем грунтовых вод в чистом виде.

Глубина такого уровня во многом зависит от рельефа местности, а также от наличия вблизи реки или озера. В гористой местности глубина залегания грунтовых вод может превышать глубину в 100 м, тогда как в болотистых низинных местностях она может становиться 1-2 м, а в некоторых местах — всего несколько сантиметров от поверхности.

Уровень грунтовых вод не является статичным показателем, а может колебаться в зависимости от времени года и интенсивности осадков, причем эти колебания могут быть достаточно значительными и достигать нескольких метров.

Самый низкий уровень грунтовых вод обычно отмечается зимой.

Именно зимой в землю попадает минимальное количество воды. Замерзший грунт становится непроницаем для осадков. Да и сами осадки выпадают в подавляющем большинства в виде снега, который не растает до весеннего тепла.

Если отойти от научного определения, то уровень грунтовых вод — это слой воды, который находится ближе всего к поверхности земли и отделен от нижних водоносных слоев слоем камня или глинистой почвы, который не дает этой воде просачиваться глубже.

Понятно, что такое определение неточно, поскольку геология различает три типа грунтовых вод:

• верховодку, глубина залегания которой 2-3 м от поверхности и которая имеет свойство исчезать зимой и в засушливую погоду;
• безнапорные грунтовые воды — это слой воды, который залегает под землей выше первого водонепроницаемого слоя. Уровень таких вод целиком зависит от атмосферных осадков и остается относительно стабильным, поскольку напор в этом слое воды отсутствует;
• артезианские воды — это слой воды, который расположен между двумя водоупорными пластами. Если пробить верхний водоупорный пласт, то вода из этого слоя под давлением будет подниматься вверх. Воду из этого водоносного слоя используют для обустройства артезианских скважин.

Но поскольку именно грунтовые безнапорные воды доставляют строителям больше всего хлопот при устройстве котлованов под фундаменты и подвалы, то именно по этому слою определяют уровень грунтовых вод. Поэтому для практической работы такое определение УГВ вполне подходит.

Грунтовые воды

Строительство любого сооружения, при котором необходима постройка фундамента, должно начинаться с определения уровня грунтовых вод. Существует закономерность: чем выше расположены грунтовые воды, тем меньше становится несущая способность грунта.

В некоторых случаях от строительства лучше отказаться. Например, если между водоупорным слоем и поверхностью почвы расположен слой тонкозернистых песков с примесью илистых частиц, то при попадании в него грунтовых вод он превращается в плавун. Если же на этом уровне расположен слой глинистого сланца, то при попадании в него воды он размягчается и теряет устойчивость.

Принято считать, что если залегание грунтовых вод обнаружено на глубине меньше 2 м, то это высокий уровень грунтовых вод. При таком уровне от любого строительства, требующего устройства глубокой траншеи или котлована, лучше отказаться, поскольку расходы на возведение нулевого цикла будут несоизмеримо высокими. Ведь подземные воды в этом случае просто зальют вырытый котлован, и сделать заливку фундамента будет невозможно.

Даже если откачать воду и сделать надежную гидроизоляцию, то и тогда проблема не устраняется полностью. Эти меры только на короткое время дадут необходимый эффект понижения уровня грунтовых вод.

Но сами грунтовые воды никуда не денутся и через непродолжительное время восстановят свой первоначальный уровень, в результате чего сделанный фундамент или обустроенный подвал окажутся залитыми.

Именно поэтому в строительстве существует норма, что от основания фундамента до залегания грунтовых вод должно быть расстояние, превышающее 0,5 м. Поэтому уровень грунтовых вод обязательно нужно определить еще до начала строительства.

Определение уровня

Существует несколько способов, как определить уровень грунтовых вод. Но есть общее правило: измерения нужно проводить ранней весной, сразу же после того, как растает снег, потому что в этот период залегания грунтовых вод находятся на максимуме.

Самый простой, но в то же время самый точный и эффективный способ — определить его по уровню воды в находящихся рядом с участком колодцах. Вода в глубине колодца поступает только из грунтовых вод, поэтому по расстоянию от верха колодца до зеркала воды можно с точностью определить, на каком расстоянии от поверхности они находятся. Для более точной картины лучше такие замеры выполнить не в одном, а в 2-3 колодцах.

Второй способ, который часто применяют при строительстве частных домов, особенно если поблизости нет вырытых колодцев, — бурение пробных скважин. При этом способе в качестве рабочего инструмента используют обычный садовый бур. Этим буром по периметру строительного участка бурят 3-4 пробных скважины на глубину 2-2,5 м. Если на протяжении 1-2 дней в этих скважинах не появляется вода, то это означает, что она находится достаточно глубоко, при строительстве ее можно не опасаться.

Есть и старинные способы. Например, клочок шерсти нужно хорошо промыть и высушить. Затем нужно взять этот клочок, сырое куриное яйцо (обязательно свежеснесенное, еще теплое) и глиняный горшок.

В выбранном на участке месте нужно аккуратно снять дерн, на дно образовавшейся ямки положить шерсть, на шерсть положить яйцо и накрыть их перевернутым глиняным горшком. Сверху горшок нужно аккуратно накрыть куском снятого дерна.

Результаты этот своеобразный индикатор покажет на следующее утро, как только взойдет солнце. Нужно убрать дерн, аккуратно снять горшок и обратить внимание на образовавшуюся под ним росу. Если роса есть не только на шерсти, но и на яйце, то можете быть уверены, что до воды в этом месте не очень глубоко. Если роса образовалась только на шерсти, а на яйце ее нет, то она находится на порядочной глубине. Если же в результате и шерсть, и яйцо остались сухими, то вода в этом месте находится очень глубоко, если она здесь есть.

Определить, что грунтовые воды находятся близко, можно и без проведения земляных работ на участке. Достаточно просто осмотреть его внимательно. Если в засуху на вашем участке растет густая зелено-изумрудная трава или много мха, а по вечерам над своим участком вы постоянно видите туманы, хотя вблизи участка нет реки или озера, то с большой вероятностью можно утверждать, что воды стоят высоко.

Можно также определиться и по растущим на участке растениям. Если среди них преобладают болиголов, крапива, конский щавель, наперстянка, осока, камыш, то от поверхности грунта до воды наверняка не более 3 м. А если преобладают полынь или солодка, то меньше чем через 4-5 м влагу вы не найдете.

Итак, способов определения глубины залегания грунтовых вод существует много. Не все они одинаково точны, но общее представление о водоносных слоях на своем участке вы с их помощью можете составить. Если вы хотите знать точную картину, то закажите специальное геологическое обследования вашего участка. Ведь точную карту подземных вод можно составить только с помощью выполненного профессионалами бурения скважин.

Приобретая землю под строительство, нужно обязательно обратить внимание на то, на каком уровне расположилась здесь грунтовая вода. Поскольку близкое расположение таких водоносных пластов чревато массой проблем как для будущей постройки, так и для самого хозяина.

Причём определить месторасположение всех коммуникаций на участке гораздо проще, чем выяснить уровень грунтовых вод на глазок. Для этого необходимо делать геодезическую экспертизу. А поэтому не стесняйтесь просить у бывших хозяев земли подобный документ. Иначе придётся потратиться дополнительно.

Важно: высокие грунтовые воды чаще всего пролегают в грунтах, расположенных по принципу спуска или на территориях, которые уже находятся в низине относительно всего посёлка. Близкое расположение водоёма к вашей земле также может свидетельствовать о возможном нахождении пласта с живительной влагой близко к поверхности.

Грунтовые воды - водоносные пласты толщиной от 1 до 10 метров, расположившиеся в недрах грунта. Чаще всего они служат источниками влаги для оборудования колодцев, скважин на участке.

Различают такие грунтовые воды:

• Артезианские пласты . Самый низкий слой водоносной жилы. Как правило, располагается на уровне от 25 метров и ниже от поверхности земли. В основном такая вода залегаем между пластами известняка и безнапорных жил. Артезианские пласты используют для оборудования скважин в частных владениях. Такие жилы не оказывают пагубного влияния на постройки и растительность на участке.
• Безнапорные грунтовые воды . Такой пласт располагается на отметке от 5 до 20 метров от уровня земли. Такие жилы не подвержены изменениям уровня воды в результате сезонных осадков. Динамика такого пласта остается неизменной. За счет безнапорной жилы происходит наполнение близлежащих к вашей территории водоёмов. Стоит знать, что безнапорные воды оказывают очень пагубное влияние на фундамент готового здания и все проложенные под землей коммуникации.
• Верховодка . Эти грунтовые воды являются самыми сложными в плане обустройства территории. Подобный пласт с жидкостью располагается, как правило, на уровне до 3 метров от поверхности грунта. Верховодные жилы очень пагубно влияют на садово-огородные насаждения на участке, и при этом затрагивают фундамент и коммуникации. Хотя все сугубо индивидуально для каждого куска земли.

Образование «вредной» верховодки

Возможно, некоторых интересует вопрос образования верховодного пласта. Стоит сказать, что подобные жилы образуются под воздействием выпадения сезонных осадков. В комплекс образования водоносного пласта также включается уровень промерзания грунта и его последующее пучение. Итак, образование пласта воды выглядит примерно так:

• Грунт имеет свойство замерзать и размерзаться в результате перепадов температур. Там где почва мерзнет и оттаивает, она становится более рыхлой. Через неё просачиваются осадки в виде дождя и снега.
• Затем нижний слой грунта, не подверженный замерзаниям, трамбуется в течение сотен лет, превращаясь в непроницаемый пласт. Это и есть дно водоносной жилы.
• Таким образом, вода скапливается в своеобразной камере, формируя направление своего движения под воздействием своей же силы.
• Позже, в зависимости от сезона, воды сожжет стекать по жилам в сторону водоема или просачиваться вверх почвы к растениям, испаряясь таким образом, через их питание. Именно поэтому летом на переувлажненных участках даже в жару зелень более сочная и насыщенная.

Негативное влияние воды на грунт

Высокий уровень грунтовых вод - это проблема, с которой можно и нужно бороться. Иначе затраты на обслуживание участка вырастут в разы.

Чем вредят близкорасположенные водоносные пласты:

• На суглинистых, песчаных и сланцевых почвах такие жилы способны постоянно размывать грунт, что приведет к проседанию фундамента, а впоследствии и стен дома. Возможно окончательное обрушивание всей конструкции.
• Кроме того, вышеназванные типы грунта под воздействием близрасположенных пластов с водой со временем могут преобразоваться в плывун. А это более сложная проблема, с которой практически невозможно справиться.
• Вся растительность в саду и огороде на купленной территории будет просто гнить, если уровень грунтовых вод будет слишком высоким. В этом случае придется прибегать к специальным ухищрениям вроде подъема грядок путем досыпа грунта. Деревья придётся спасать методом высадки на специальных земляных насыпях.

Важно: определить близкий уровень воды к поверхности земли можно по уже имеющемуся на земле зданию. В этом случае дом будет отличаться осыпавшейся штукатуркой по углам, сложно открывающимися/закрывающимися окнами и дверями, трещинами на стеклах.

Все это свидетельство того, что фундамент и сам дом претерпевают деформацию в результате негативного воздействия влаги на фундамент.

Определяем уровень воды на участке

Первичная оценка участка на уровень грунтовых вод может быть проведена, что говорится, на глаз. Для этого сначала используют дедовские способы и примечают растительность:

• Так, если вы не знаете, как определить уровень грунтовых вод, то обращаем внимание на кустарники и траву на купленной земле. Там где грунтовые воды-верховодка расположены очень близко к поверхности, будут преобладать крапива, хвощ, мать-и-мачеха, осока, наперстянка и пр. То есть все влаголюбивые растения. При этом на первый взгляд территория может казаться не переувлажненной.
• Стоит присмотреться и к деревьям с кустарниками. Если воды расположились на грунте на глубине залегания до 5 метров, то вы увидите камыш, тополь, тростник и прочие подобные растения.
• Если вода залегла на уровне до 3 метров, то частыми растениями здесь будут полынь, солодка и пр.
• Стоит также знать, что вдоль водоносных жил всегда растут береза, верба, клен и ольха. Причём они всегда делают уклон в сторону жилы.
• Дубы всегда располагаются на пересечении жилы с водой.
• А можно определить близкорасположенные грунтовые воды и путем наблюдения за насекомыми. Так, большое скопление комаров и другой летающей «нечисти» присуще тем местам, где расположилась жила. То есть над ней всегда есть клубок насекомых в воздухе.
• Можно просто опросить соседей и полюбопытствовать об уровне воды в их колодцах и скважинах, а также о динамике изменения зеркала воды в связи с сезонами.
• Механическим способом определить уровень грунтовых вод на участке можно методом бурения. Для этого простым садовым шнеком нужно вынуть грунт на величину, равную глубине залегания воды. То есть бурить нужно в нескольких местах и до тех пор, пока не наткнетесь на воду. Исходя из полученных данных, делаем анализ глубины залегания водоносных пластов в грунте. При этом бурение нужно проводить исключительно ранней весной, когда пласт поднимается на максимально высокий уровень.

Важно: и все же лучшим решением для частного владения будет своевременное проведение геодезической экспертизы. Таким образом, удастся защитить постройку от возможных проблем.

Боремся с водой

Известно, что воды в почве требуют действий, направленных на их устранение. Иначе все труды по территории будут напрасными. Бороться с грунтовой водой нужно только способом её отведения. То есть оборудовать хорошую систему дренажа.

• Самым распространенным считается открытый дренаж. Используется в том случае, если грунтовые воды мешают насаждениям. Для этого в саду нужно выкопать специальные канавы для дренажа. Их глубина должна быть не менее 40 см, при этом они все должны смотреть в сторону уклона участка. На огороде между культурами роют канавки глубиной не более 10-15 см. Эта система отлично справится с отводом воды с огорода, но не является совершенной. Минус системы в том, что уход за садом и огородом усложнен, а конструкция дренажной системы может быть нарушена в результате ветров, домашних животных и пр.
• Можно использовать просто способ водопонижения на грунте. Для этого необходимо вырыть котлован, через дно которого будет уходить вода. То есть, уровень грунтовых вод будет снижаться за счет снижения уровня дна котлована. Но такой способ не подходит, если частицы грунта вымываются с водой. Узнать это можно также через бурение или проведение геодезического анализа почвы.
• Закрытая система дренирования. Используется в том случае, если уровень грунтовых вод мешает надежной и долговечной эксплуатации здания. Такая система отвода воды с территории скрыта от посторонних глаз, но при этом имеет существенный минус - быстрое заиливание. В такой системе главными составляющими являются траншеи по всему периметру участка, и уложенные в них гофрированные трубы с перфорацией. Вода будет попадать в рукава, и уходить по трубам в намеченное место.
• Можно использовать и более сложную установку для отведения воды с грунта. Здесь будут использоваться игло-фильтровая система и мощные насосы. Последний будет откачивать воду, и направлять её в систему отведения.

• Считается, что нет непригодных для застройки участков. Поэтому если бороться с водой вы не можете по ряду причин, то есть смысл изменить проект дома с тем, чтобы он был более устойчив на переувлажненном грунте. В качестве альтернативы можно использовать фундамент на сваях или фундамент-плиту.
• Если все же решите проводить геодезический анализ, будьте готовы к большим затратам. Стоимость выполнения таких работ будет в пределах 500 у.е. за надел земли. Сумма может варьироваться в обе стороны в зависимости от типа грунта и сложности рельефа.
• Если принято решение обустраивать открытую систему дренажа, то все работы нужно проводить весной. В это время вода залегает выше всего, и её отведение будет более эффективным. При этом стоит знать, что копать траншеи нужно с низшей точки территории по направлению к высшей.
• Для большего удобства монтажа дренажной системы в продаже можно найти трубы, одна сторона которых выполнена в виде решётки. Это избавит от дополнительных работ.

Важно: все дренажные системы даже на кажущемся идеально ровном куске земли необходимо делать с учетом уклона в сторону отвода воды. Узнать направление уклона можно простой оценкой рельефа либо с применением геологической оценки территории.

Среди вод суши наибольшие запасы приходятся на подземные воды, общие запасы которых составляют 60 млн км 3 . Подземные воды могут находиться в жидком, твердом, парообразном состоянии. Они располагаются в почве и в горных породах верхней части земной коры.

Способность горных пород пропускать воду зависит от размеров и количества пор, пустот, трещин.

По отношению к воде все горные породы подразделяют на три группы: водопроницаемые (хорошо пропускают воду), водонепроницаемые (задерживают воду) и растворимые.

Растворимые породы - это калийная и поваренная соли, гипс, известняк. Когда подземные воды растворяют их, на глубине образуются большие пустоты, пещеры, воронки, колодцы (это явление называется карстом).

Водопроницаемые породы можно подразделить на две категории: проницаемые во всей их массе (однородно проницаемые) и относительно проницаемые (полупроницаемые). Примерами хорошо проницаемых горных пород служат галечники, гравий, песок. К полупроницаемым относятся мелкозернистый песок, торф и др.

Кроме этого, водопроницаемые породы могут быть влагоемкими и не влагоемкими.

Невлагоемкие породы - это горные породы, которые свободно пропускают воду, не насыщаясь ею. Это, например, пески, галечник и др.

Влагоемкие - это горные породы, которые удерживают в себе какое-то количество воды (например, один кубический метр торфа удерживает свыше 500 л воды).

К водонепроницаемым горным породам относятся глины, массивные кристаллические и осадочные породы. Однако эти породы могут быть разбиты трещинами и в естественных условиях стать проницаемыми.

Слои водонепроницаемых пород, над которыми залегают водоносные породы, называют водоупорными.

На водоупорных породах просачивающаяся вниз вода задерживается и заполняет промежутки между частицами вышележащей водопроницаемой породы, образуя водоносный горизонт.

Слои водопроницаемых пород, которые содержат воду, называются водоносными.

На равнинах, сложенных осадочными горными породами, обычно чередуются водопроницаемые слои и водоупорные.

Подземные воды залегают слоями (рис. 1). Их можно разделить на три горизонта:

• Верхний горизонт — это пресные воды, залегающие на глубине от 25 до 350 м.
• Средний горизонт - воды, залегающие на глубине от 50 до 600 м. Они обычно минеральные, или соленые.
• Нижний горизонт — вода, нередко погребенная, в высокой степени минерализованная, представлена рассолами. Залегает на глубине от 400 до 3000 м.

Глубокие горизонты вод могут быть ювенильным и (магматического происхождения) или реликтовыми. Вода нижних горизонтов в большинстве случаев образовалась в период формирования заключающих их осадочных пород.

По условиям залегания подземные воды подразделяют на почвенные, верховодку и воды насыщения — грунтовые и межпластовые (рис. 2).

Почвенные воды и верховодка

Почвенные воды заполняют часть промежутков между частицами почвы. Они необходимы для нормальной жизни растений.

Верховодка залегает неглубоко, существует временно, малообильна. В наших климатических условиях она появляется весной после таяния снега, иногда осенью.

Рис. 1. Слои подземных вод

Рис. 2. Виды вод по условиям

Грунтовые воды

Грунтовые воды образуют водоносный горизонт на первом от поверхности водоупорном слое. Поверхность грунтовых вод называется зеркалом грунтовых вод. Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного слоя называют мощностью водоупорного слоя.

Грунтовые воды питаются просочившимися атмосферными осадками, водами рек, озер, водохранилищ.

В связи с неглубоким залеганием от поверхности уровень грунтовых вод испытывает значительные колебания по сезонам года: он то повышается после выпадения осадков или таяния снега, то понижается в засушливое время. В суровые зимы грунтовые воды могут промерзать.

Так как глубина залегания грунтовых вод определяется прежде всего климатическими условиями, в разных природных зонах она различна. Так, в тундре уровень грунтовых вод практически совпадает с поверхностью, а в полупустынях находится на глубине 60-100 м, причем не повсеместно, и эти воды не обладают достаточным напором.

Большое влияние на глубину залегания грунтовых вод оказывает степень расчлененности рельефа территории. Чем она сильнее, тем глубже находятся грунтовые воды.

Грунтовые воды значительно подвержены загрязнению.

Межпластовые воды

Межпластовые воды — нижележащие водоносные горизонты, заключенные между двумя водоупорными слоями. В отличие от грунтовых уровень межпластовых вод более постоянен и меньше изменяется во времени. Межпластовые воды более чистые, чем грунтовые.

Особую группу подземных вод составляют напорные межпластовые воды. Они полностью заполняют водоносный горизонт и находятся под давлением. Напором обладают все воды, заключенные в слоях, залегающих в вогнутых тектонических структурах.

Вскрытые скважинами и поднимающиеся вверх, они изливаются на поверхность или фонтанируют. Так устроены артезианские колодцы (рис. 3).

Рис. 3. Артезианский колодец

Химический состав подземных вод неодинаков и зависит от растворяемости прилегающих пород. По химическому составу различают пресные (до 1 г солей на 1 л воды), слабоминерализованные (до 35 г солей на 1 л воды) и минерализованные (до 50 г солей на 1 л воды) подземные воды. При этом верхние горизонты подземных вод обычно пресные или слабоминерализованые, а нижние горизонты могут быть сильноминерализованными. Минеральные воды по своему составу могут быть углекислыми, щелочными, железистыми и т. д. Многие из них имеют лечебное значение.

Температура подземных вод

По температуре подземные воды подразделяются на холодные (до +20 °С) и термальные (от +20 до +1000 °С). Термальные воды обычно отличаются высоким содержанием различных солей, кислот, металлов, радиоактивных и редкоземельных элементов.

Естественные выходы подземных вод (обычно грунтовых) на поверхность земли называется источниками (родниками, ключами). Они образуются обычно в пониженных местах, где земную поверхность пересекают водоносные горизонты.

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).

Значение и охрана подземных вод

Подземные воды имеют большое значение в природе: являются важнейшим источником питания , болот; растворяют различные вещества в породах и переносят их; при их участии формируются карстовые и оползневые формы рельефа; при близком залегании к поверхности могут вызывать процессы заболачивания; снабжают растения влагой и растворенными в них элементами питания и т. д. Они широко используются человеком: являются источниками чистой питьевой воды; применяются для лечения целого ряда заболеваний человека; обеспечивают производственный процесс водными ресурсами; используются для орошения полей; из термальных вод получают большое количество различных химических веществ (йод, гауберову соль, борную кислоту, различные металлы); тепловая энергия подземных вод может служить для обогрева зданий, теплиц, получения электроэнергии и др.

На сегодняшний день во многих регионах состояние подземных вод оценивается как критическое и имеющее опасную тенденцию дальнейшего ухудшения. Несмотря на то что запасы подземных вод велики, возобновляются они крайне медленно, и это необходимо учитывать при их расходовании. Не менее важна и охрана подземных вод от загрязнений.

Подземные воды (причем не только поверхностные, но и глубинные) вслед за другими элементами окружающей среды испытывают загрязняющее влияние хозяйственной деятельности человека: от предприятий гор но-добываю щей промышленности, хранилищ химических отходов и удобрений, свалок, животноводческих комплексов, населенных пунктов и др. Среди загрязняющих подземные воды веществ преобладают: нефтепродукты, фенолы, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Площади очагов загрязнения подземных вод достигают сотен квадратных километров. Происходит ухудшение качества питьевой воды.

Грунтовые воды - первый от земной поверхности, выдержанный по распространению, водоносный горизонт, расположенный на первом от поверхности водоупорном . Водоносными являются пористые осадочные породы (пески, супеси, суглинки), трещиноватые плотные осадочные или галогенные породы; водоупорными (водоупорами) - глины и плотные осадочные или гипогенные массивные породы. Выделяют также относительные водоупоры с низкой водопроницаемостью, над которым может накапливаться вода.

Области питания и распространения грунтовых вод обычно совпадают. При ровном залегании водоупоров могут образоваться относительно мощные водоносные горизонты, при вогнутом залегании формируется бассейн грунтовых вод, а при наклонном залегании - могут возникать их потоки.

Пространство между земной поверхностью и горизонтом грунтовых вод называют зоной аэрации. В нем имеется влага, насыщающая капиллярные поры, не имеющая связи с грунтовыми водами, которую называют подвешенной (капиллярной) влагой, характерной для почв. В зоне аэрации нередко встречаются верховодки - водоносные горизонты небольшой мощности и протяженности, расположенные над водоупорами. Помимо гравитационной (свободной) и капиллярной влаги различают влагу сорбированную, пленочную (тонкие пленки, толщиной в несколько молекул) и рыхлосвязанную (толстые водные пленки вокруг почвенных частиц).

Сорбированная и пленочная влага недоступна для растений, из-за прочной связи с почвами, остальные формы доступны. Подвижность влаги возрастает по мере ослабления её сцепления с частицами: сорбированная - почти неподвижна, пленочная - способна к медленному передвижению под влиянием силы тяжести. Влага зоны аэрации и грунтовых вод динамична: испаряется, конденсируется, инфильтруется, двигаясь в виде пленок, по капиллярам, в виде грунтового потока, замерзает и оттаивает. В зависимости от поступления или убывания влаги уровень грунтовых вод и объемы других форм влаги колеблются, а одни формы переходят в другие.

Грунтовые воды образуются, в основном, в результате просачивания дождевых и талых вод, которое происходит фронтально только на песчаных породах, или через так называемые окна, приуроченные обычно к понижениям в рельефе. В пористых породах при колебаниях температур небольшое количество влаги (не более 10–15 %) образуется в результате конденсации из подземного воздуха. В отдельных участках грунтовые воды могут иметь потоковое происхождение (приток со стороны) и глубинное - при подъеме (излиянии) с глубин подземных вод. Выходы грунтовых вод на поверхность в понижениях рельефа или на склонах называют источниками (родниками, ключами).

Близко к поверхности грунтовые воды располагаются в долинах рек, где они могут иметь большую мощность в мощных песчаных отложениях. Распространение, близость к поверхности, запасы грунтовых вод повышаются с ростом годового количества осадков, уменьшением испарения и оттока, наличием пористых водовмещающих пород и хороших водоупоров. Напротив, уменьшение количества осадков, усиление дренированности местности - главные факторы понижения (заглубления) уровня грунтовых вод и уменьшения их запасов.

Пригодность грунтовых вод для водоснабжения и использования животными ограничивается, главным образом, количеством растворенного органического вещества (болотные воды), засолением и антропогенным загрязнением.
В основу карты положена следующая иерархия характеристик грунтовых вод.

За основную характеристику грунтовых вод принята глубина залегания грунтовых вод от земной поверхности, показанная цветом. Глубина определяет их роль в природе, она отражает климатические и геолого-геоморфологические условия их формирования, процессы выщелачивания подвижных компонентов из пород, испарительного концентрирования, генезис и динамику грунтовых вод.

Минерализация и химизм грунтовых вод показаны совместно штриховкой и значками. Они определяются количеством , засоленностью пород, испарением, длительностью пути миграции.
Выделены грунтовые воды также по степени кислотности и кислородности-глеевости, которая определяется наличием кислорода в водах и связана с интенсивностью водообмена (от интенсивного до застойного), обилием разлагающегося органического вещества, деятельностью микроорганизмов.

Грунтовые воды по фазовому состоянию разделены следующим образом: в немерзлотных областях распространены постоянно жидкие грунтовые воды, в областях сплошной мерзлоты - сезонно-талые воды, в областях разобщенной мерзлоты с таликами - преимущественно сезонно-талые воды, в областях островной мерзлоты преобладают постоянно жидкие воды, но встречаются и сезонно-талые воды.

Далее выделяются формы грунтовых вод по вмещающим их породам и условиям рельефа: на равнинах преобладают рыхлые осадочные породы с расположенными в них пластовыми водами; в горах преобладают плотные породы с трещинными водами, встречаются также пластовые воды в делювиальных отложениях.
Контуры грунтовых вод с различными свойствами вод объединены в 12 провинций, которые отражают природную зональность грунтовых вод. На зональные закономерности накладывается степень дренированности территории. Грунтовые воды горных систем немерзлотных областей азональны.

Водную оболочку Земли — гидросферу — формируют подземные воды, атмосферная влага, ледники и поверхностные водоемы, в том числе океаны, моря, озера, реки, болота. Все воды гидросферы взаимосвязаны между собой и находятся в беспрерывном круговороте.

Основной состав гидросферы — соленые воды. На пресную воду приходится менее 3% всего объема. Цифры условны, так как в расчетах учтены только разведанные запасы. Между тем, по предположениям гидрогеологов, в глубинных слоях Земли находятся колоссальные хранилища подземных вод, месторождения которых еще предстоит открыть.

Подземные воды как часть водных ресурсов планеты

Подземные воды — воды, содержащиеся в водовмещающих осадочных породах, слагающих верхний слой земной коры. В зависимости от окружающих условий, таких как температура, давление, виды горных пород, воды находятся в твердом, жидком или парообразном состоянии. Классификация подземных вод прямым образом зависит от грунтов, слагающих земную кору, их влагоемкости и глубины залегания. Слои водонасыщенных пород носят название «водоносные горизонты».

Водоносные горизонты с пресной водой считаются одним из важнейших стратегических ресурсов.

Характеристики и свойства подземных вод

Различают безнапорные водоносные горизонты, ограниченные пластом водонепроницаемых пород снизу и называемые грунтовыми водами, и напорные, расположенные между двумя водоупорными пластами. Классификация подземных вод по типу водонасыщенных грунтов:

• поровые, залегающие в песках;
• трещинные, наполняющие пустоты твердых скальных пород;
• карстовые, находящиеся в известняках, гипсах и подобных им водорастворимых породах.

Вода, универсальный растворитель, активно поглощает вещества, входящие в состав пород, и насыщается солями и минералами. В зависимости от концентрации растворенных в воде веществ различают пресную, солоноватую, соленую воду и рассолы.

Виды воды в подземной гидросфере

Вода под землей находится в свободном или связанном состоянии. К свободным подземным водам относятся напорные и безнапорные воды, способные перемещаться под действием гравитационных сил. В числе связанных вод:

• кристаллизационная вода, химически входящая в кристаллическую структуру минералов;
• гигроскопическая и пленочная вода, физически связанная с поверхностью частичек минералов;
• вода, находящаяся в твердом состоянии.

Запасы подземных вод

На подземные воды приходится около 2 % от объема всей гидросферы планеты. Под термином «запасы подземных вод» подразумевается:

• Количество воды, содержащееся в водонасыщенном слое грунта — естественные запасы. Пополнение водоносных горизонтов происходит за счет рек, атмосферных осадков, перетока воды из других водонасыщенных пластов. При оценке запасов подземных вод учитывается среднегодовой объем подземного стока.
• Объем воды, который может быть использован при вскрытии водоносного горизонта — упругие запасы.

Еще один термин — «ресурсы» — обозначает эксплуатационные запасы подземных вод или объем воды заданного качества, который возможно добыть из водоносного горизонта в единицу времени.

Загрязнение подземных вод

Эксперты классифицируют состав и вид загрязнения подземных вод следующим образом:

Химические загрязнения

Неочищенные жидкие стоки и твердые отходы предприятий индустрии и сельского хозяйства содержат различные органические и неорганические вещества, в том числе тяжелые металлы, нефтепродукты, токсичные ядохимикаты, почвенные удобрения, дорожные реагенты. Химические вещества проникают в водоносные горизонты через грунтовые воды и неправильно изолированные от смежных водонасыщенных пластов скважины. Химические загрязнения подземных вод отличаются широким распространением.

Биологические загрязнения

Неочищенные хозяйственно-бытовые стоки, неисправные канализационные магистрали и поля фильтрации, расположенные вблизи водозаборных скважин, могут стать источниками заражения водоносных горизонтов болезнетворными микроорганизмами. Чем выше фильтрационная способность грунтов, тем медленнее распространяется биологического загрязнение подземных вод.

Решение проблемы загрязнения подземных вод

Учитывая, что причины загрязнения подземных вод носят антропогенный характер, мероприятия по охране подземных водных ресурсов от загрязнения должны включать мониторинг бытовых и промышленных стоков, модернизацию систем очистки и утилизации сточных вод, ограничение сбросов стоков в поверхностные водоемы, создание водоохранных зон, усовершенствование технологий производства.