Геологическая деятельность подземных вод (стр. 3 из 8)

Грунтовые воды. Грунтовые воды пользуются большим распространением. Это воды первого от поверхности постоянного водоносного горизонта, залегающего на первом более или менее выдержанном водонепроницаемом слое. Они могут накапливаться как в рыхлых пористых антропогеновых и доантропогеновых породах, так и в трещиноватых твердых горных породах. Отсутствие водоупорной кровли обусловливает питание их на всей площади распространения, или, иначе, область питания грунтовых вод совпадает с областью их распространения.

В грунтовых водах следует различать верхнюю поверхность, или зеркало грунтовых вод, и водоупорное ложе (водонепроницаемая горная порода, подстилающая грунтовые воды) (см. рис. 3). Порода, насыщенная водой, называется водоносным слоем или водоносным горизонтом. Мощность водоносного слоя — расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупорного ложа. Грунтовые воды по своим гидравлическим особенностям — безнапорные или обладающие небольшим местным напором. Уровень грунтовых вод подвержен достаточно резким колебаниям в зависимости от метеорологических условий. К зеркалу грунтовых вод примыкает капиллярная кайма, в которой поры породы лишь частично заполнены водой, поднимающейся по капиллярам.

Движение грунтовых вод. Зеркало грунтовых вод редко бывает горизонтальным. Часто оно повторяет, в несколько сглаженном виде, рельеф поверхности и имеет четко выраженный наклон в сторону пониженных мест. Происходит это вследствие того, что подземные воды находятся в непрерывном движении. Они двигаются в виде грунтового потока, подчиняясь силе тяжести, в направлении к оврагам, рекам, морям и другим понижениям рельефа, где происходит их разгрузка в виде источников. Эти области называются областями разгрузки, или областями дренирования. Грунтовые воды движутся по порам и нешироким трещинам в виде отдельных тонких струек, параллельных друг другу. Такой вид движения называется ламинарным. Скорость движения подземных вод зависит от водопроводимости горных пород, а также от гидравлического уклона зеркала воды. Под уклоном понимается отношение

где h — превышение уровня воды в одной точкенад уровнем воды в другой; l — расстояние между двумя точками. Уклон зеркала грунтовых вод называют также напорным градиентом и обозначают буквой I. Действительная скорость движения грунтовых вод в сравнении со скоростями течения рек относительно невелика. В песках мелкозернистых и однородных скорости движения воды при больших уклонах могут достигать 1—5 м/сут, в крупнозернистых гравийных песках— 15—20 м/сут, а в галечниках и сильно трещиноватых закарстованных известняках 100 м/сут, а иногда значительно больше.

Режим грунтовых вод. Уровень, количество и качество грунтовых вод с течением времени меняется. Они чувствительно реагируют на изменение внешних гидрометеорологических условий, будучи тесным образом связаны с водным режимом Земли.

Основным ведущим фактором при этом являются климатические условия и особенно количество атмосферных осадков. В многоводные годы, когда атмосферных осадков выпадает много, уровень грунтовых вод повышается, в маловодные годы, наоборот, понижается. Иногда колебания уровня имеют резко выраженный сезонный характер и в течение года достигают нескольких метров. При этих колебаниях некоторыеслои пород периодически то заполняются водой, то осушаются. Таким образом, па пространстве от поверхности Земли до водоупорного ложа отчетливо выделяются 8 зоны: 1) зона аэрации, располагающаяся над уровнем грунтовых вод, она не заполнена водом, и атмосферные осадки через нее лишь просачиваются в нижележащие, зоны; 2) зона п е р и о д и ч е с к о г о п а с ы щ е н и я в од о и, расположенная между минимальным уровнем подземных вод, соответствующим засушливым периодам, и наивысшим, устанавливающимся в многоводные периоды.

Рис. 4. Схема залегания и движения грунтовых вод в

междуречном массиве:

1 — песок; 2 — суглинок; 3 — минимальный уровень грунтовых вол; 4 — максимальный уровень грунтовых вод

Рис. 5. Различные случаи соотношения поверхностных и

грунтовых под (но М. Л. Вевиоровской):

А—зеркало грунтового потока наклонено к реке (обратное соотношение наблюдается только в период паводков);

Б—зеркало грунтового потока наклонено от реки, питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации речных вод; 1— водопроницаемые породы; 2 — водонепроницаемые породы; 3 — уровень грунтовых вод

Эта зона характеризуется периодическим смачиванием и осушением; 3) зона полного насыщения между наинизшим уровнем грунтовых вод и водоупорным ложем (рис. 4). Вместе с изменением уровня грунтовых вод изменяется дебит источников и химический состав воды. В природных условиях наблюдается гидравлическая связь грунтовых вод с поверхностными водотоками, или водоемами (реками, озерами, и т. п.).

В районах с влажным и умеренным климатом реки как правило дренируют грунтовые воды, зеркало которых наклонено к реке. Однако соотношение уровней грунтовых и речных вод изменяется в разноевремя года. Во время паводков в реке, когда уровень воды в ней резко повышается, происходит поднятие уровня грунтовых вод в прибрежной полосе и возникает обратный уклон его (от реки) (рис. 5, А). При спаде уровня паводковых вод уровень грунтовых вод в прибрежной полосе также снижается и в конце концов приобретает свой обычный уклон.

В районах с засушливым климатом часто наблюдается обратная картина, уровень грунтовых вод понижается от реки и, следовательно, питание их происходит речными водами (рис. 5, Б). Это имеет место у рек Амударьи и Сырдарьи и других, получающих основное питание от таяния ледников и снега в горах. При пересечении ими пустынных пространств, они теряют часть своего расхода на питание подземных вод. Следует отметить, что в настоящее время для многих районов фактором, оказывающим существенное влияние на режим грунтовых вод, является хозяйственная деятельность человека (отбор воды для -водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов, мелиоративные мероприятия, гидротехническое строительство и т. п.). Изменение режима грунтовых вод имеет большое практическое значение при решении ряда народнохозяйственных задач, поэтому изучению его уделяется огромное внимание. При решении вопроса о водоснабжении какого-либо населенного пункта необходимо учитывать наиболее низкое положение уровня грунтовых вод, ниже которого и следует закладывать эксплуатационные скважины и колодцы. Иначе нужно подходить к оценке изменения уровня грунтовых вод при строительстве различного рода сооружений. Здесь особое значение приобретает правильная оценка возможных повышений уровня. Всякое заключение о влиянии грунтовых вод на фундаменты сооружений должно учитывать сведения о наиболее высоком стоянии грунтовых вод для данной местности. При устройстве различных водохранилищ необходимо учитывать величину подпора грунтовых вод в берегах и его влияние па различные сооружения. В комплекс исследований подземных вод неотъемлемой частью входит изучение их режима во времени. Исследования сводятся к длительным (многолетним) стационарным наблюдениям над уровнем грунтовых вод, их температурой, химическим составом, над количеством выпадающих атмосферных осадков и температурой воздуха и над изменением уровня воды в поверхностных водоемах и реках, с которыми обычно связаны грунтовые воды. В настоящее время в различных районах СССР организованы и работают специальные,государственные режимные гидрогеологические станции и, кроме того, существует много ведомственных станций.

Рис. 6. Схема залегания межпластовых ненапорных вод:

1 — водонепроницаемые породы; 2 — водопроницаемые породы; 3 — грунтовые воды; 4 — межпластовые воды; 5 — область питания; 6 — источник

Безнапорные межпластовые воды. Помимо грунтовых вод иногда выделяются безнапорные межпластовые воды, отличающиеся от грунтовых вод тем, что находятся между двумя выдержанными ведоупорными пластами (рис.6). Питание их происходит не на всей площади распространения водоносного слоя, а только в месте выхода его на поверхность (а).

Обычно такие воды развиты в условиях расчлененного рельефа и залегают, выше базиса эрозии (местной гидрографической сети). «Они не заполняют полностью водоносного слоя, не имеют соприкосновения с водонепроницаемой кровлей и характеризуются свободной ненапорной поверхностью. На береговых склонах оврагови рек часто образуются источники, или родники, при вскрытии контакта водоносных и водоупорных пород. Таким образом, межпластовые воды являются проточными и по условиям передвижения аналогичны грунтовым нисходящим водам,, подчиняющимся законам силы тяжести.

Рис. 8.7. Схема залегания артезианских вод:

1 — область питании; 2—водоносный слой; 3— одотчфоппцаеыые слон; 4 — самоизливающийся колодец; 5— колодец, в котором напорная вода не изливается; 6 — пьезометрический уровень напорных вод (рис. Н. П. Костенко)