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.

Министерство образования Республики Беларусь

Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Геологии»

Реферат

На тему:”Характеристика грунтовых вод”

Выполнил: ст. гр. 112158 Сидоренко А.В.

Проверил: Колпашников Г.А.

Грунтовые воды

Грунтовые воды - это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водного горизонта, расположенного на первом водонепроницаемом слое (глины). Грунтовые воды имеют свободную водную поверхность, которая поднимается или опускается в зависимости от выпавших осадков.

Грунтовые подземные воды заполняют пески разной зерности и цвета, и как правило грунтовые воды залегают близко к поверхности. Выпадающие атмосферные осадки благодаря лёгкой водопроницаемости песков свободно просачиваются и накапливаются в их основании на глинистом ложе. Глубина залегания воды в первых от поверхности песках весьма различна - от 2-3м до 20-25м от поверхности.

Грунтовые воды, в следствии изменчивости пород их вмещающих (пески и супеси), а также выклинивания и замещения песков суглинистыми породами, часто находятся в сложной взаимосвязи между собой и с водами рек и озёр.

Положение зеркала воды грунтовых вод полностью определяется рельефом местности, количеством выпавших осадков и сезоном года. В весеннее и осеннее время года уровень воды на 1-2м выше, чем в летние месяцы. Значительное понижение уровня наблюдается также в зимний период, когда инфильтрация атмосферных осадков почти прекращается. Установлена одиннадцатилетняя цикличность колебания уровня грунтовых вод.

В воде многих колодцев, родников и скважин Минской области отмечено значительное содержание железа. При этом обогащение железом отмечается преимущественно там, где развиты болотные почвы, торфяники (болотные руды) или где в горной породе много железистых соединений. Отдельные анализы воды указывают на их местное загрязнение. Загрязнение воды обычно связано с плохим состоянием колодезных срубов или скважин и общими антисанитарными условиями близ колодцев.

Грунтовые воды используются преимущественно колодцами глубиной от 1-2 до 6-10м.

В условиях влажного климата развиваются интенсивные процессы инфильтрации и подземного стока, сопровождаемые выщелачиванием почв и горных пород. При этом легко растворимые соли - хлориды и сульфаты - выносятся из пород и почв; в результате длительного водообмена формируются пресные Г. в., минерализованные лишь за счёт относительно мало растворимых солей (преимущественно гидрокарбонатов кальция). В условиях засушливого тёплого климата (в сухих степях, полупустынях и пустынях) вследствие кратковременности выпадения и малого количества атмосферных осадков, а также слабой дренированности местности подземный сток Г. в. не развивается; в расходной части баланса Г. в. преобладает испарение и происходит их засоление.

Вблизи рек, водоемов, водохранилищ и т.п. грунтовые воды в значительной степени опреснены и по качеству могу удовлетворять нормам питьевой воды.

Вблизи свалок, скотомогильников, различного рода химических, радиоактивных захоронений Г.в. грунтовые воды заражены, таким образом являются показателем чистоты почв, местности.

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.

Грунтовые воды заключена в рыхлых и в слабосцементированных породах (вода пластового типа) или заполняет трещины в коре выветривания (вода трещинного типа). Область питания грунтовых вод обычно совпадает с областью её распространения. Для последних характерны зональности широтная на равнинных и вертикальная на высокогорных областях.

Режим грунтовых вод формируется под воздействием физико-геогрфических факторов (климата, рельефа, поверхностных вод и др.).

Так как области питания и распространения грунтовых вод обычно 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. Вблизи рек и водоёмов изменения уровня, расхода и химического состава грунтовых вод определяются характером гидравлической связи их с поверхностными водами и режимом последних. Величина стока грунтовых водр за многолетний период приблизительно равна количеству воды, поступившей путём инфильтрации.

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).

Грунтовые воды в силу относительно лёгкой доступности имеют большое значение для народного хозяйства как источники водоснабжения промышленных предприятий, городов, посёлков, населенных пунктов в сельской местности и т. д..

Строительство часто ведут в условиях, когда грунтовые воды встречаются на глубине 1-2 м от поверхности. В этих случаях грунт, пригодный для отсыпки основания, и подошва сооружения оказываются под уровнем грунтовых вод. Если нет возможности понизить этот уровень, то в дальнейшем могут возникнуть серьезные ошибки.

Площадка для фундамента, находящаяся под уровнем грунтовых вод, уже в процессе выемки грунта бывает затоптана и размыта; грунт становится рыхлым, теряет свои первоначальные свойства, в том числе несущую способность. Исходная расчетная площадь нарушенного грунта уже не будет достаточной, возникнут непредвиденные просадки, которые фундамент не выдержит, а также трещины, разрушения.

Перед проектированием фундамента необходимо получить информацию о составе грунта: не менее важно иметь точные данные об уровне грунтовых вод, их объеме. Допускает ошибку тот, кто пренебрегает такой информацией, отсутствие которой приводит к различным повреждениям.

Слои грунта имеют неодинаковую водопроницаемость. В таких слоях вода находится в состоянии покоя подчас на высоком уровне. Накопившиеся грунтовые воды не имеют стока и оказывают различное по величине давление на конструкции, фундаменты, погруженные в грунт. Например, на 1 м2 пола подвала, «погруженного» на 1 м в грунтовую воду, действует снизу вверх сила в 1 т. Чтобы противодействовать ей, необходимо уложить бетонную плиту толщиной около 0,46 м. Эта опасная особенность грунтовых вод далеко не всем известна, поэтому иногда не обращают на нее должного внимания.

Перед началом строительства следует определить заранее не только уровень грунтовых вод, но также другие опасные их свойства. Встречаются грунтовые воды, в которых растворены сульфаты, соли и другие химические вещества, например органические кислоты, угольная кислота; нередко в них содержатся различные щелочи.

Наиболее агрессивную среду создает вода с большим содержанием сульфатов; при воздействии на бетон она может его полностью разрушить. Имеющийся в воде серный ангидрид S03 вступает в химическую реакцию с составляющими цемента, в результате чего образуется сульфоалюминат кальция - так называемая «цементная бацилла». Эта двойная соль растворяет и разрыхляет бетон; одновременно материал кристаллизуется.

Для оценки возможного максимального загрязнения грунтовых вод нейтральными загрязнителями, которые не сорбируются почвами и породами зоны аэрации, следует воспользоваться самой простой моделью переноса загрязнения воды – моделью поршневого вытеснения, когда интенсивность движения фронта инфильтрующейся влаги через защитную зону совпадает с интенсивностью миграции загрязнения воды. Степень защищенности грунтовых вод будет определяться временем достижения фронтом инфильтрующейся влаги (tз) уровня грунтовых вод, для этого используем следующее выражение, заменив в нем недостаток насыщения пород на их естественную влажность:

где W - инфильтрационное питание грунтовых вод, м/год; θ - естественная влажность пород; М - мощность зоны аэрации – глубина залегания грунтовых вод (м).

Категории защищенности грунтовых вод от загрязнения выбирались в соответствии с требованиями к срокам действия водозаборов подземных вод. Были установлены следующие категории защищенности грунтовых вод от загрязнения нейтральными ЗВ:

Чрезвычайно слабо защищенные грунтовые воды (tз= 0-5 лет);

Слабо защищенные грунтовые воды (tз= 5-10 лет);

Средне защищенные грунтовые воды (tз= 10-25 лет);

Условно защищенные грунтовые воды (tз= 25-50 лет);

Защищенные грунтовые воды (tз >50 лет).

Грунтовые воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся (инфильтрующих) в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет по данным А.Ф.Лебедева, 15-20 % общего количества атмосферных осадков.

Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные.

Мониторинг геоэкологических процессов Москвы в 2008 году

Целевое назначение мониторинга геоэкологических процессов - изучение динамики и контроль развития опасных геоэкологических процессов для выработки предложений и рекомендаций по своевременному предотвращению их негативных последствий при принятии управленческих решений.

Особенности ведения геоэкологического мониторинга на территории города Москвы определяются двумя взаимосвязанными условиями:

сложностью геолого-гидрогеологического строения и интенсивностью развития городского хозяйства.

Мониторинг геоэкологических процессов в 2008 г. осуществлялся по следующим направлениям: мониторинг грунтовых вод и мониторинг экзогенных геологических процессов, который в свою очередь разделяется на мониторинг оползневых и мониторинг карстово-суффозионных процессов.

Основные задачи работ:

Ведение мониторинга грунтовых вод, оценка гидродинамического, температурного, гидрогеохимического режима грунтовых вод по скважинам и родникам на территории города;

Контроль состояния пунктов территориальной режимной сети (инспектирование), в том числе контрольные замеры глубины, чистка, мелкий ремонт с заменой оголовков наблюдательных скважин;

Ведение мониторинга экзогенных геологических процессов, оценка, контроль и прогноз развития оползневых, карстовых, суффозионных процессов;

Информационное обеспечение органов управления в области природопользования и охраны окружающей среды (Департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы) о развитии и активизации опасных геоэкологических процессов.

Мониторинг состояния грунтовых вод в Москве

Мониторинг грунтовых вод (гидрогеологический мониторинг) проводится по скважинам государственной территориальной наблюдательной сети (рис. 8.1.1), а также по родникам - естественным выходам подземных вод на поверхность.

В 2008 г. проводились наблюдения за уровнем и температурой грунтовых вод по 154 скважинам, пробы на химические анализы отбирались из 50 скважин и 55 родников, по 115 обследованным родникам замерялись расход (дебит) и температура воды. Выполнены лабораторные исследования на общий химический анализ (определение макрокомпонентов, рН, жесткости, минерализации, органолептических показателей, СПАВ, нефтепродуктов и пр.), масс-спектральный анализ (определение микрокомпонентов), радиологический (определение α и β радиоактивности), анализы на агрессивность для определения коррозионной активности воды-среды по отношению к бетонам, металлическим конструкциям и пр. Результаты гидрогеологического мониторинга в 2008 году практически подтверждают результаты 2007 года. Гидродинамический, температурный и гидрогеохимический режим на всей территории города нарушен. Но по данным трехлетних наблюдений можно уже выявить некоторые специфические особенности нарушенного режима.

Гидродинамический режим на территории города предопределен условиями техногенеза: естественное сезонное изменение положения уровней, условий питания и разгрузки грунтовых вод нарушены в результате площадного асфальтирования улиц, перепланировки поверхности, постоянного освоения подземного пространства, барражного эффекта, неравномерных водопонизительных работ при строительстве и работе дренажных сооружений, утечек из водонесущих сетей, прокладки новых коммуникаций и т.п. Влияние каждого из перечисленных факторов имеет локальный характер, однако, вследствие их совместного длительного воздействия, следует говорить о площадном техногенном изменении естественных гидрогеологических условий на территории мегаполиса. По данным режимных наблюдений в 2008 г., внутрисезонные изменения уровня подземных вод сопоставимы с аналогичными наблюдениями в 2005-2007 гг. В 2008 году амплитуда колебания уровней грунтовых вод (срочные замеры) по наблюдательной сети в целом по городу составила от 0,3 до 2,5 м.

Гидродинамический режим характеризуется как нарушенный и сильно нарушенный практически на всей территории города, менее 10% территории имеют, так называемый, слабо нарушенный режим, который приурочен к участкам, расположенным в лесопарковых зонах столицы.

Практически сохраняется соотношение типов температурного режима грунтовых вод: 87% замеренных скважин характеризуются значениями нарушенного и сильно нарушенного режима подземных вод (среднегодовая температура составляет от 8 до 12 и более 120С), 11% - слабо нарушенного режима (менее 80С); 3 скважины (две в Измайлове и одна в Новогирееве), что составляет менее 2% от опробованных скважин, имеют температуру грунтовых вод, близкую к естественным условиям - менее 70С.

Данные замеров температуры воды в родниках также указывают в основном на нарушенный температурный режим. В 56% от количества обследованных родников температура воды колеблется от 8 до 120С, в 4% - превышает 12-13С, 33% имеют слабонарушенный режим (7-80С), а температура в 7% обследованных родников близка к естественной: имеет 6-70С. Районы слабо нарушенного температурного режима приурочены, в основном, к территориям лесопарков (ВВЦ, Измайлово, Сокольники, Битцевский лесопарк и др.). Среднегодовая температура грунтовых вод не превышает здесь 8°С. Для районов со слабо нарушенным режимом характерны незначительные годовые амплитуды температуры - не более 0,2-0,5°С. Сильно нарушенный температурный режим характерен, в основном, для районов центральной части города и отдельных промзон; годовые амплитуды колебаний достигают 5-6°С. Повышенная температура грунтовых вод способствует увеличению их агрессивности, а следовательно, и активизации негативных процессов.

В 2008 году гидрогеохимический режим изучался по тем же 50 скважинам наблюдательной сети, что и в 2006-2007 гг., а также по 55 родникам. Опробование проводилось два раза в год: в конце весны - начале лета и осенью. В целом по городу наблюдается нарушенный гидрогеохимический режим грунтовых вод, обусловленный различными техногенными нагрузками. На застроенных территориях города Москвы преобладают грунтовые воды хлоридных типов (около 60% от всех опробуемых скважин). На слабо застроенных территориях парковых и лесопарковых зон преобладают воды гидрокарбонатных типов, потому более 70% родниковых вод гидрокарбонатные, поскольку родники расположены именно на таких территориях. Родниковые воды хлоридных типов составляют 19-20% от общего количества исследуемых источников.

Минерализация грунтовых вод в черте города колеблется от 0,3 до 2 г/л, местами до 6,5 г/л. В основном грунтовые воды пресные - имеют минерализацию до 1 г/л. Причем 6 опробованных скважин имеют постоянную повышенную минерализацию (во всех пробах на протяжении трех лет), 9 - случайную (в одной пробе или в одном году). Водородный показатель (рН) воды-среды изменяется от 5 до 9,5. В основной массе проб вода нейтральная (6-8). В 5-ти скважинах грунтовые воды слабокислые (рН<6). В одной пробе встречена слабощелочная реакция.

В прошлом году наблюдалось другое сочетание распределения показателя рН по скважинам. Постоянно кислую реакцию, наблюдаемую во всех пробах за три года, имеют пять скважин.

В 23 скважинах (в 2007 году - в 27), а это 46% от исследуемых, обнаружено содержание NH4, превышающее ПДК в несколько раз, что, возможно, связано с поступлением сточных вод непосредственно в грунтовые водоносные горизонты.

Результаты радиационного исследования показали наличие повышенной α- радиоактивности в 16 пробах из 100, а β-радиоактивности - в 1-ой. В сравнении с прошлыми периодами наблюдений не отмечается постоянства проявления и закономерности распределения по площади показателей радиоактивности.

Факт «случайности» распределения по пробам значений водородного показателя, повышенных значений минерализации, ионов NH4 +, Cl-, α- и β- радиоактивности подтверждает нарушение гидрохимического режима, связанное с локальными, но не постоянными техногенными нагрузками (источниками питания). В 67% исследованных скважин, так же как и в 2007 году, обнаружены нефтепродукты, кроме того, с 2007 года прослеживается тенденция увеличения концентрации от весенне-летних проб к осенним, чего не наблюдалось в предыдущий период.

Перманганатная окисляемость повышена в 28% проб. Более 50% проб имеют жесткие и очень жесткие воды: 6-9 и более 9 мг-экв/л. (Жесткость воды обусловливается содержанием в ней ионов кальция и магния.) Высокие концентрации хлора, нитратов, железа связаны с инфильтрацией техногенных загрязненных вод, повышенное содержание марганца, кальция может быть вызвано изменением кислотно-щелочного баланса, спровоцировавшего переход этих элементов в раствор из водовмещающих пород.

По результатам исследования в 2007 и 2008 годах агрессивности грунтовых вод отмечено, что все исследованные грунтовые воды в той или иной мере агрессивны по отношению к металлическим конструкциям, 24% из них агрессивны по отношению к бетонам нормальной проницаемости.

Агрессивная среда способствует коррозии и разрушению подземных коммуникаций и, как следствие, выводу их из строя, сопровождающемуся утечками и авариями, развитию и активизации опасных геоэкологических процессов: подтопления, суффозии, карста; агрессивные грунтовые воды способствуют увеличению агрессивности грунтов и почвенного покрова, деградации и плохой приживаемости зеленых насаждений в черте города.

Второй год проведения режимных наблюдений на родниках подтверждает нарушенность естественного гидродинамического, гидрогеохимического и температурного режима грунтовых вод, носящего характер, близкий к сезонному. В результате режимных наблюдений выявилось, что техногенное воздействие повлекло за собой изменение естественных условий питания и разгрузки родников, утратились закономерности, свойственные этому режиму. В меньшей степени естественный режим нарушен в лесопарках (Битцевский лесопарк, Бутовский лес, в Крылатском и др.).

В настоящее время пока еще в большинстве родников выявить закономерности гидродинамического режима не представляется возможным из-за малой продолжительности наблюдений.

По гидрохимическому составу 74% исследованных родников имеют гидрокарбонатный, гидрокарбонатно-сульфатный, гидрокарбонатно-хлоридный состав воды, 17% родников - хлоридно-гидрокарбонатный и хлоридно-сульфатный состав. И только 9% родников имеют сульфатно-гидрокарбонатный и сульфатно-хлоридный состав воды (то есть имеют повышенную минерализацию). По катионному составу воды не однородны, но с преобладанием кальций- и натрий-ионов.

Гидрохимическое опробование родниковых вод подтверждает тот факт, что качество родниковых вод на территории г. Москвы зависит от ряда природных и техногенных факторов, изменяется во времени и в большинстве случаев не соответствует требованиям ГН. 2.1.5. 1315-03 и СанПиНа 2.1.4. 1074-01.

Сопоставление характерных изменений химического состава, температуры, уровней грунтовых вод указывает на отсутствие общей природной закономерности их возникновения и распространения на территории мегаполиса, что может являться результатом влияния различных техногенных источников, действие которых различно по длительности и распространению.

Мониторинг экзогенных геологических процессов в 2008 г. проводился по двум основным направлениям: мониторинг оползневых и карстово-суффозионных процессов.

Ведение мониторинга глубоких оползней осуществлялось на 11 стационарных участках, расположенных в долинах рек Москвы и Сходни, а также в рамках Целевой среднесрочной экологической программы выполнялись работы по локальному мониторингу оползневых процессов на участках Воробьевы горы и Коломенское:

В СЗАО на участках Нижние Мневники, Хорошево-1, Хорошево-2, Щукино, Сходня;

В ЗАО на участках Фили-Кунцево, Поклонная гора, Серебряный бор, Воробьевы горы;

В ЮЗАО на участке Воробьевы горы;

В ЮАО на участках Коломенское и Москворечье;

В ЮВАО на участках Капотня и Чагино.

Мониторинг оползневых процессов в долинах малых рек проводился на всей территории города, но основное внимание уделялось западу и юго-западу столицы, где вышеназванные процессы развиты наиболее широко. Мониторинг карстово-суффозионных процессов проводился на территории СЗАО и САО.

Оползневые процессы активны на шести оползневых участках, расположенных на территории СЗАО, ЗАО, ЮЗАО и ЮАО: Воробьевы горы, Коломенское, Хорошево-1, Хорошево-2, Нижние Мневники, Москворечье, Серебряный Бор. На участке Хорошево-1 (СЗАО, возле Карамышевской набережной) продолжаются разрушения хозяйственных построек, расположенных на территории церкви Троицы Живоначальной. Инструментальный мониторинг и строительство противооползневых сооружений не ведется из-за приостановки финансирования. Между тем, нельзя исключать вероятность повторной активизации оползневого процесса с последующим отколом нового блока от плато, что может привести к серьезным разрушениям не только зданий, но и коммуникаций.

На участке Нижние Мневники (СЗАО) из-за активного развития оползневого процесса существует угроза разрыва Филевского водовода (часть его уже обнажена). В связи с этим, на данном участке необходимо организовать комплексный мониторинг и выполнить меры по инженерной защите склона.

В целях оперативного реагирования созданы дополнительные пункты наблюдений на оползневом участке Нижние Мневники, а выявленные данные направлены в Департамент жилищно-коммунального хозяйства и благоустройства города Москвы для принятия оперативных мер.

На Воробьевых горах (ЮЗАО, ЗАО) выполнен широкий комплекс исследований, позволивший детализировать структуру оползневого склона. Впервые выделены два крупных оползневых блока в верхней части склона, где расположены водовод, канатно-кресельная дорога (ККД), трамплин, а также возле метромоста. Ранее считалось, что эта часть массива не затронута оползнем. С помощью новейших методов получены характеристики прочностных свойств пород, слагающих склон, что является основой для проектирования противооползневых мероприятий. Кроме того, была организована уникальная наблюдательная сеть за подвижками массива, как на поверхности, так и на глубине. По данным лабораторных исследований, глубина зоны скольжения составляет 65-40 м. По данным геодезических наблюдений, продолжаются медленные подвижки грунта в районе ККД. За летний период горизонтальные смещения составили 30 мм в средней части склона, а вертикальные - 5-6 мм в верхней части склона. Смещения реперов в плане возрастают по мере уменьшения абсолютных отметок поверхности земли (вниз по склону).

На участке Коломенское (ЮАО) в 2008 г. по результатам инструментального мониторинга, по сравнению с 2007 г., возросла активность глубоких оползней. Экспериментально подтверждена неравномерность движения грунта - оползень смещается рывками, т.е. имеет место цикличность процесса. Максимальные смещения наблюдательных знаков на поверхности земли и в глубине массива были зафиксированы в центральной части оползневого амфитеатра вблизи набережной, при этом наибольшие вертикальные смещения были отмечены в подошве крутого склона. В целях предупреждения оползневых процессов на данном участке продолжаются наблюдения за смещениями поверхности земли. При обследовании участков Щукино, Поклонная гора, Чагино и Сходня признаков активизации глубоких оползней не выявлено.

В пределах ЦАО и Зеленоградского АО проявления оползневых и карстово-суффозионных процессов отсутствуют. При обследовании долин малых рек были выявлены проявления различных генетических типов экзогенных геологических процессов (ЭГП). Большинство из них приурочено к долинам рек, протекающих на западе и юго-западе столицы. На севере и северо-востоке выявлены лишь единичные проявления ЭГП.

В 2008 г. на Ходынском участке (СЗАО) в рамках мониторинга карстово-суффозионных процессов продолжилось нивелирование II класса по стенным маркам и визуальное обследование зданий, деформация стен которых рассматривается как результат взаимодействия грунтов оснований, самих зданий и различных процессов, протекающих в массивах грунта. В 2008 году было проведено обследование 75 зданий, причем в первую очередь обследовались здания, расположенные вблизи известных карстовых и карстово-суффозионных воронок, погребенных котловин, а также мест повышенных оседаний земной поверхности, выделенных по результатам нивелирования.

По степени деформированности здания можно разбить на 4 категории.

К 4 категории относятся здания высокой степени деформированности (трещины более 4 мм), 3-я категория (средней степени) включает в себя строения с трещинами от 1 до 4 мм, к 2-ой относятся здания с трещинами до 1 мм, 1-ая степень - отсутствие деформаций.

В зонах влияния карстово-суффозионных воронок наблюдается возобновление (проявления) трещинных деформаций после косметического ремонта. Подобные случаи отмечены в районе улиц Куусинена и Зорге, станции метро Полежаевская, 1-го Хорошевского проезда - мест средоточения известных карстово-суффозионных воронок.

В 2008 г. продолжено изучение суффозионного процесса на территории г. Москвы в местах наибольшей вероятности их проявления. Обследовалась территория САО вдоль Ленинградского шоссе между станциями метро Сокол и Речной вокзал. В ходе маршрутных обследований было выявлено более 100 проявлений суффозионных процессов, которые имели вид круглых или вытянутых по форме воронок. Размеры их диаметров колеблются от 1 до 100 м, а по глубине встречались воронки до 0,35 м. Как правило, проявления фиксировались на территориях с жилой застройкой и оседания наблюдались на поверхности асфальта. Некоторые проявления не имели четко выраженной формы и проявлялись в виде провалов поверхности грунта. Наибольшую опасность представляют собой воронки, частично находящиеся в контуре зданий. Весьма часто воронки встречались вблизи инженерных коммуникаций, что явно указывает на ведущую роль антропогенного фактора в процессе их образования.

Свойства грунтов. Особенные условия существования грунтовых вод в толщах рыхлых пород заставляют нас прежде всего остановиться на некоторых физических свойствах этих грунтов. Среди этих свойств особенное значение имеют: пористость пород, их влагоемкость, капиллярные свойства и водопроницаемость.

Пористость грунтов. Отношение пустот в грунте к объему всего сухого грунта называют пористостью грунта. Пористость обычно выражается в процентах. Определить ее можно так: сосуд объемом в 1 л нужно наполнить сухим песком. Затем осторожно из мензурки приливать воду в сосуд с песком до полного насыщения всего песка влагой. Допустим, что для этого требовалось 250 см 3 воды. Отношение 250/1000=0,25, или 25%, как раз и будет определять пористость взятого нами песка.

Пористость различных рыхлых пород далеко не одинакова. Так, у крупного речного песка пористость выражается приблизительно 15-25%, у гравия - 35%, у глины - 50-55%, у торфяного грунта - 80% и т. д.

Влагоемкость грунтов. От пористости пород в значительной степени зависит и их влагоемкость, т. е. способность породы удерживать в себе то или другое количество воды. Наименьшей влагоемкостью отличаются плотные каменные породы, а наибольшей - обломочные рыхлые породы, что хорошо видно из приведенной таблицы.

Капиллярные свойства грунтов. Огромную роль в жизни грунтовых вод играют размеры и форма тех зерен (или частичек), из которых состоит обломочная порода. Чем крупнее зерна, тем крупнее просветы между ними, и наоборот (рис. 98). А размеры просветов определяют капиллярные свойства породы.

Из физики известно, что высота поднятия воды в капиллярной трубке обратно пропорциональна диаметру трубки. Так, для трубки диаметром в 1 мм высота поднятия воды (при 15° С) равна 0,29 см, при диаметре 0,1 мм - 29 см, при диаметре 0,01 мм - 2 м.

Опыты, производившиеся над различными грунтами (рис. 99), показали, что высота поднятия воды в грунтах зависит от размеров зерна (или, точнее, от размеров тех просветов, которые между этими зернами образуются). Так, высота поднятия воды в обломочных породах, диаметр зерна которых колеблется от 1 до 0,5 мм, равна 1,31 см, для зерен диаметром 0,2-0,1 мм - 4,82 см, для зерен диаметром 0,1-0,05 мм - 10,5 см и т. д.

Различное состояние воды в грунтах. Вода в грунтах может находиться в трех основных состояниях: твердом, жидком и газообразном. Твердая вода может находиться только при температурах ниже 0°. Она

неподвижна и в данном случае нас мало интересует. Гораздо важнее жидкая и газообразная вода, которая находится в движении.

Жидкая вода в грунтах может быть в виде пленочной и гравитационной.

Пленочная вода, как мы уже имели случай упоминать, обволакивает каждую частичку грунта. Толщина водяной пленки зависит от влажности породы, но имеет предел, который определяется величиной молекулярных сил. (Минимальная толщина пленки равна диаметру молекулы воды). Пленочная вода движется, как и жидкость, но передвижение ее не зависит от сил тяжести. Пленочная вода удерживается каждой частицей грунта с большой силой и может быть удалена только с трудом (например, путем испарения).

Гравитационная вода в отличие от пленочной не попадает в радиус эффективного действия молекулярных сил, а движется вниз под влиянием сил тяжести через поры, находящиеся между зернами (или частичками) породы. Скорость передвижения гравитационной воды во много раз превосходит скорость движения пленочной воды. Гравитационная вода движется в сторону накло-на поверхности водоупорного пласта и только под влиянием гидростатического давления может иметь и восходящее движение.

Само собой разумеется, что гравитационная вода представляет для нас наибольший интерес, ибо она как раз и составляет главную массу подземных потоков, озер, источников и колодцев.

Газообразная вода может находиться только в порах грунта (в просветах между зернами породы). В тех случаях, когда водяные пары насыщают «подземную атмосферу», упругость водяных паров в просветах и порах влажной породы будет зависеть только от температуры. Последнее обстоятельство имеет большое значение в процессе увлажнения грунта путем конденсации водяных паров, поступающих из воздуха.

Согласно наблюдениям, производившимся в окрестностях Одессы проф. А. Ф. Лебедевым, почва указанным путем получает в год от 15 до 25% общего количества выпадающих здесь атмосферных осадков. Эта величина настолько значительна, что заслуживает большого внимания. В пустынях и полупустынях ночью условия конденсации паров в почве особенно благоприятны. Таким образом, было доказано, что значительная часть грунтовых вод образуется не только из атмосферных осадков, но также и путем непосредственной конденсации в грунте водяных паров из воздуха.

Как бы переходом между жидкой и газообразной водой в грунтах является вода гигроскопическая. Гигроскопическая вода окружает каждую частицу породы не сплошным слоем изолированных молекул.

В тех случаях, когда водяных молекул бывает много, они сливаются в сплошную пленку, толщина которой равна диаметру одной молекулы.. Это так называемая максимальная гигроскопичность, которая наблюдается при относительной влажности «подземной атмосферы» в 100%. Переход водяного пара в гигроскопическую воду сопровождается выделением тепла. Гигроскопическая вода перемещается из одних слоев грунта а другие, только переходя в парообразное состояние.

Парообразная и гигроскопическая вода особенный интерес представляет для почвоведения.

Происхождение грунтовых вод. Человек с давних пор широко использовал грунтовые воды в хозяйственных целях, а потому, естественно, очень давно стал задумываться над их происхождением. Первые «теории» происхождения грунтовых вод носили чисто фантастический характер. Говорилось, например, что земля «родит» воду, что в земле существуют особые неиссякаемые озера, откуда вода выходит на поверхность. Существовало даже и такое мнение, что вода океанов проникает в грунт материков и дает грунтовую воду. Последний взгляд пользовался особенно широким распространением и держался в науке почти до начала XVIII в.

Наряду с фантастическими гипотезами существовали объяснения, приближающиеся к истине. Так, по мнению Аристотеля, дождевые и снеговые воды частью испаряются, частью впитываются горными породами и образуют источники. Еще ближе к истине подходил римлянин Марк Витрувий Поллин, который говорил, что грунтовые воды образуются повсюду из вод атмосферных осадков. Однако только в начале XVIII в. эти объяснения стали проникать в европейскую науку.

В конце XVII в. (1686 г.)французский физик Мариотт впервые, на основании тщательных наблюдений, сумел доказать, что грунтовые воды происходят из атмосферных осадков, просачивающихся в землю. Выводы Мариотта, дополненные и уточненные последующими исследователями, все прочнее и прочнее входили в науку и в настоящее время упрощенно могут быть выражены в следующем виде. Вода, падающая на сушу в виде атмосферных осадков, частью стекает в ручьи и реки, частью испаряется и частью просачивается в грунт. Вода, проникшая в грунт, доходит до водоупорного слоя, и здесь ее движение вглубь прекращается. Накопляясь на поверхности водоупорного слоя, она обильно пропитывает вышележащие породы и образует так называемый водоносный слой. Эта теория, объясняющая происхождение грунтовых вод путем просачивания в глубь земли вод атмосферных осадков, носит название инфильтрационной.

Однако указанный способ происхождения грунтовых вод нельзя считать единственным. Трудами наших русских ученых (А. Ф. Лебедев и другие) было доказано, что подземные воды могут получаться еще путем конденсации водяных паров непосредственно в толще грунтов. Грунтовая вода, образованная путем конденсации водяных паров атмосферы непосредственно в грунтах, носит название конденсационной.

Мы уже говорили о том, что подземные воды, достигнув водоупорного слоя, прекращают свое движение вглубь и, собираясь на поверхности водоупорного слоя, образуют так называемый водоносный слой или водоносный горизонт. Водоносный слой снизу ограничен поверхностью водоупорного слоя, форма которой может быть весьма различна (рис, 101). Верхняя поверхность водоносного слоя обычно бывает плоская и носит название «зеркала» грунтовых вод. Это «зеркало» мы имеем возможность видеть в любом колодце.

Строго говоря, зеркало грунтовых вод имеет горизонтальную поверхность только на небольших сравнительно однородных пространствах. На больших же участках, при различии пород, различии геологического строения и рельефа горизонтальность зеркала в большей или меньшей степени нарушается. Возьмем простейший пример: ряд песчаных дюн, приблизительно однородных по своему строению. Зеркало грунтовых вод здесь будет (несколько ослаблено) повторять форму рельефа (рис. 102).

Причины этого довольно сложны: большее уплотнение песков под гребнями дюн создает иные условия капиллярности, что способствует более высокому стоянию грунтовых вод; оказывает влияние также различная степень испаряемости и т. д. Приблизительно то же, только в более сложных формах, мы можем видеть и на других примерах (рис. 103). Последнее необходимо учитывать как при поисках мест для рытья колодцев, так особенно при сооружении подземных хранилищ, погребов, блиндажей и т. д.

Движение грунтовых вод.В тех случаях, когда водоупорный слой имеет форму обширного вогнутого бассейна, грунтовая вода, заполняя бассейн, приобретает характер подземного озера. Понятно, что ряд колодцев, вырытых в районе подобного озера, будет иметь зеркало на одном уровне (рис. 104). Но значительно чаще водоупорный слой бывает наклонен в ту или другую сторону. При отмеченных нами условиях грунтовые воды, подчиняясь силе тяжести, медленно движутся в сторону наклона, образуя подземный поток (рис. 105). Ряд колодцев, вырытых вдоль потока, имеют зеркала на разных глубинах. Понятно, что чем больше колодцев, тем точнее мы можем определить направление и характер подземного потока. В местностях, где нет колодцев или количество их недостаточно, забивают буровые скважины, опускают в скважины трубы и по высоте воды в трубах определяют характер подземного потока.

При изучении подземных потоков важно бывает определить не только направление, но и скорость потока. Для определения скорости течения потока применяется обыкновенная поваренная соль. Ее бросают в колодец в верхней части подземного потока, а потом определяют, через сколько времени соленая вода появляется в других, ниже расположенных колодцах. Раствор азотнокислого серебра (А gNO 3 ) позволяет заметить даже ничтожную примесь хлористого натрия в воде исследуемых колодцев (получается ясный белый осадок хлористого серебра). Иногда для определения

скорости подземного потока вместо соли применяют бактерии, которые по своей малой величине легко проходят через поры грунтов. Скорость течения подземных потоков зависит от угла наклона водоупорного пласта и еще более от характера грунта. Так, в мелких песках скорость течения подземного потока достигает приблизительно 1 м в сутки, в крупных песках 2-3 и даже 5 м. В толще галечника, щебня и по трещинам твердых каменных пород подземные потоки движутся значительно быстрее, по нескольку километров в сутки. В глинах, наоборот, скорость проникновения воды даже вглубь не превышает 20 см в год, что и позволяет считать глину практически водонепроницаемой.

Источники. Источники образуются на месте выхода подземных потоков на земную поверхность. Источники (ключи, родники) по своему характеру могут быть весьма различны. В одних случаях это едва заметные ключики, иногда только увлажняющие почву. Места выходов таких источников можно узнать по характеру растительности (осока, тростник, хвощ, мхи). В других случаях это крупные источники, вода которых выбивает и сразу же образует значительный ручей. Однако нередки случаи, когда даже крупные источники не выходят на поверхность, а продолжают течь в толще грунта очень близко от земной поверхности. Подобные скрытые источники можно обнаружить по зарослям камышей, тростников и других водных растений. Действительно, если в таком месте вырыть небольшое углубление, то оно довольно быстро заполняется водой.

Источники с древнейших времен и до наших дней широко используются человеком. Это совершенно понятно, ибо они дают наиболее чистую и наиболее здоровую воду. Чтобы предохранить источник от загрязнения его закрепляют деревянным срубом, каменной кладкой или бетонными сооружениями. В местах, где поставщиками воды являются главным образом источники, их принимают в особые крытые бассейны, откуда по трубам они направляются на места их использования. Примеры подобных сложных сооружений мы можем видеть на южном побережье Крыма. Приблизительно так же используются крупные источники, дающие воду для снабжения городов, только сооружения здесь носят еще более сложный характер. Площадь питания подобных источников огораживается изгородью, куда не может заходить скот. Такая мера гарантирует здоровую воду источников.

Подземные потоки, прежде чем выйти на земную поверхность,

нередко проделывают большие и сложные пути под землей. Здесь прежде всего различают источники нисходящие и восходящие (рис. 106).

По температуре воды источники делятся на:

1) обычные, температура которых приблизительно равна средней годовой температуре данного

места,

2) холодные, температура которых ниже средней годовой, и

3) теплые, температура которых выше средней годовой.

Чем ближе подземный поток к земной поверхности, тем сильнее отзываются на нем колебания температуры воздуха. Так, годовые колебания достигают 5-10°, а в отдельных случаях и больше.

Холодные источники встречаются редко, и то главным образом в горах, где они питаются талыми водами снегов и ледников.

Теплые источники связаны чаще всего с местами недавнего вулканизма.

Особое место занимают так называемые артезианские колодцы. Пробитые на большую глубину буровые скважины дают выход глубоко лежащим подземным водам (рис. 107). Эти воды, находясь под сильным гидростатическим давлением, нередко бьют фонтанами и дают много воды (самые сильные - до 10-15 м 3 в минуту).

Минеральные источники. Во время своих подземных перемещений грунтовые воды встречают на своем пути различные вещества, которые могут растворяться в воде. K числу таких веществ относятся известняки, гипсы, поваренная соль, углекислый газ, сероводород и многие другие. Чаще всего в грунтах встречаются известняки (СаСОз) и гипс (CaSO 4 ). Вода, содержащая в растворе гипс или известь, почти не изменяет вкуса, но отличается тем, что плохо растворяет мыло (плохо мылится). Такую воду люди в общежитии называют «жесткой». При кипячении известь из воды выделяется и образует на стенках сосуда так называемую «накипь», которая всем хорошо известна.

Грунтовые воды, соприкасаясь с засоленными грунтами (в сухих степях и пустынях) или с залежами поваренной соли, растворяют эту соль и приобретают соленый вкус. Соленые источники и колодцы встречаются очень часто и являются хорошими показателями содержания соли в толщах грунтов той или другой местности. Примерами могут служить соленые источники и колодцы Соликамска, Березников, Илецкой Защиты и многие другие.

Нередко в подземных водах бывают растворены соли железа, углекислый натр, углекислый газ, сероводород и др.

Количество растворенных в воде солей и газов может быть различно. В тех случаях, когда растворенных солей и газов мало, вкус и запах воды не меняется и воду в этих случаях называют пресной. В тех же случаях, когда растворы на 1 л воды содержат не менее 1 г солей или газов, придающих воде различные вкусы и запахи,- воду называют минеральной, источники же, выделяющие минеральную воду,- минеральными источниками. В зависимости от химического состава минеральных источников их делят на группы:

Грунтовые воды в условиях вечной мерзлоты. За полярным кругом на глубине 50-100 см обычно залегает мерзлый горизонт, не проницаемый для воды. При этих условиях водоносный слой располагается над мерзлым горизонтом, т. е. у самой поверхности почвы. Столь высокое положение грунтовых вод создает исключительно благоприятные условия для заболачивания, что и наблюдается в тундрах в широких размерах.

Однако вечномерзлые горизонты встречаются не только за полярным кругом. Так, в Сибири (за Енисеем) они известны южнее 60-й и даже 50-й параллели. Вечная мерзлота в Сибири залегает на разных глубинах, но чаще всего на глубине 2-4 м. Таким образом, грунтовые воды здесь также залегают очень неглубоко, что, естественно, приводит к заболоченности даже при очень малом количестве осадков (рис. 108). На заболоченных местах обычно растут торфяные мхи, осоки, карликовые березы и ивы, лиственницы и корявые березы. По распространению этой растительности во многих случаях можно судить о налички вечной мерзлоты в данном месте.

В зимнее время, когда почвы промерзают сверху, грунтовые воды оказываются зажатыми между двумя водоупорными горизонтами. Подобное положение грунтовых вод приводит к ряду весьма своеобразных явлений. Так, на склонах, особенно в нижней их части, воды испытывают огромное гидростатическое давление, в результате которого вода прорывает мерзлую почву трещинами и выливается наружу. Ввиду того что явления эти протекают при сильных морозах, выливающаяся из трещин вода

замерзает. Излияние вод и последующее их замерзание повторяется неоднократно, что приводит к увеличению толщины льда до 4-5 и более метров. В результате нарастают огромные ледяные бугры, известные под названием наледей (рис. 109).

Наледи особенно сильно вредят дорогам. По одной только шоссейной Амуро-Якутской магистрали (728 км) за зиму 1927-1928 гг. зарегистрировано свыше сотни наледей. Из них 24 наледи имели площади свыше 1 км 2 . Толщина льда наледей доходит до 3-5 и более метров. Ввиду того что промерзание грунтов (сверху) к концу зимы постепенно увеличивается, растет и количество наледей. По наблюдениям, производившимся в районе той же Амуро-Якутской магистрали, в декабре образовалось 110 наледей, в январе 150, в феврале 350, в марте 575, в апреле 500. (В мае не образовалось ни одной.)

Случается, что грунтовые воды не могут сразу прорвать верхнего мерзлого горизонта. Тогда под давлением грунтовых вод поверхность земли выпучивается наподобие гриба (рис. 110). Эти «выпучивания» разрушают постройки, портят дороги и мосты.

K концу зимы земля сверху промерзает настолько, что верхний мерзлый слой нередко соединяется с нижним, и грунтовые воды полностью замерзают. В северных районах это явление наступает раньше, в южных позже. Вследствие сплошного промерзания вода ключей и колодцев иссякает, что создает большие затруднения для жителей. Понятно также, что и питание рек в зимний период в районах распространения вечной мерзлоты очень резко снижается. Летом же, наоборот, после каждого сильного дождя реки разливаются.

Подземные воды вулканических областей. Застывшие лавы благодаря своей трещиноватости и пористости хорошо пропускают воду. Еще лучше пропускают воду вулканические туфы, состоящие из рыхлых продуктов извержения. В силу этого обстоятельства атмосферные осадки, даже при большом их количестве, нередко нацело поглощаются вулканическими образованиями и не дают поверхностных водостоков. В результате поверхность лавовых покровов обычно имеет вид безжизненной пустыни, лишенной воды и растительности. Темная или даже черная окраска лав усиливает безотрадность открывающейся перед зрителем картины.

Воды, проникающие в толщу вулканических пород, достигают, наконец, водоупорных подстилающих пород и образуют здесь значительные скопления подземных вод. При большой мощности вулканических образований грунтовые воды оказываются очень глубоко, и, чтобы добраться до них, приходится рыть колодцы в

десятки метров глубиной. Эти грунтовые воды обычно выступают по краям лавовых плато в виде чистых, иногда очень многоводных источников...

Ювенильные воды. Магма, проникающая в толщу земной коры, выделяет большое количество водяных паров, которые, конденсируясь под землей, дают так называемую ювенильную воду. Ювенильные воды образуют источники, которые особенно широко распространены в областях недавнего вулканизма. Ювенильные источники чаще всего бывают горячими или теплыми и нередко минеральными.

Особое место среди горячих источников занимают гейзеры. Гейзеры периодически бурно вскипают и выбрасывают струи горячей воды и пара. Гейзеры встречаются сравнительно редко и связаны всегда с вулканическими областями. Наибольшей известностью пользуются гейзеры о. Исландии, Иеллоустонского национального парка США, Калифорнии и Новой Зеландии. Большое количество крупных гейзеров находится на Камчатке, несколько южнее группы Кроноцких вулканов. Высота выбрасываемых струй воды и пара некоторых камчатских гейзеров достигает 15-20 и более метров.

Вода представляет собой наиболее распространенное вещество на нашей планете, благодаря которому поддерживается на ней жизнь. Она находится и в литосфере, и в гидросфере. Биосфера Земли состоит на ¾ из воды. Важную роль в кругообороте данного вещества играют его подземные виды. Здесь она может образовываться из мантийных газов, в процессе стока и т. д. В данной статье мы рассмотрим виды подземных вод.

Понятие

Под подземными водами понимают последние, находящиеся в земной коре, расположенные в горных породах, находящихся ниже поверхности Земли в различных агрегатных состояниях. Они составляют часть гидросферы. Как считает В. И. Вернадский, данные воды могут располагаться на глубине до 60 км. Расчетный объем подземных вод, расположенных на глубине до 16 км, составляет 400 млн кубических км, то есть треть от вод Мирового океана. Они расположены в двух этажах. В нижнем из них находятся метаморфические и магматические горные породы, поэтому здесь количество воды лимитированное. Основная масса воды расположена в верхнем этаже, в котором расположены осадочные породы.

Классификация по характеру обмена с поверхностными водами

В нем выделяют 3 зоны: верхнюю — свободного; среднюю и нижнюю — замедленного водного обмена. Виды подземных вод по составу в разных зонах различны. Так, в верхней из них располагаются пресные воды, использующиеся для технических, питьевых и хозяйственных целей. В средней зоне расположены древние воды различного минерального состава. В нижней части находятся высокоминерализованные рассолы, из которых добывают различные элементы.

Классификация по минерализации

Выделяют следующие виды подземных вод по минерализации: ультра-, пресные, имеющие относительно повышенную минерализацию - только последняя группа может достигать уровня минерализации 1,0 г/куб. дм; солоноватые, соленые, повышенной солености, рассолы. У последних минерализация превышает 35 мг/ куб. дм.

Классификация по залеганию

Выделяют следующие виды подземных вод по условиям залегания: верховодку, грунтовые, артезианские и почвенные воды.

Верховодка в основном формируется на линзах и выклинивающихся пластах слабопроницаемых или водоупорных горных пород в зоне аэрации при инфильтрации поверхностных и атмосферных вод. Иногда она образуется за счет иллювиального горизонта под почвенным слоем. Формирование данных вод связано с процессами конденсации водных паров помимо перечисленных выше. В некоторых климатических зонах они формируют достаточно большие запасы качественной воды, но в основном образуются маломощные водоносные горизонты, исчезающие при засухе и образующиеся в периоды интенсивных увлажнений. В основном данный вид подземных вод характерен для суглинков. Его мощность достигает 0,4-5 м. Существенное влияние на образование верховодки оказывает рельеф. На крутых склонах она существует короткое время или отсутствует вовсе. На плоских степях с понижениями в виде блюдец и плоских водоразделах, на поверхности речных трасс формируется более устойчивая верховодка. Она не имеет гидравлической связи с речными водами, при этом легко загрязняется иными водами. При этом она может питать грунтовые воды, а может расходоваться на испарение. Верховодка может быть пресной или слабоминерализованной.

Грунтовые воды - это часть подземных вод. Они расположены на первом водоносном горизонте от поверхности, залегают на первом водоносном пласте, выдержанном по площади. В основном они - безнапорные воды, небольшой напор могут иметь в участках с локальным водоупорным перекрытием. Глубина залегания, их химические и физические свойства подвержены периодическим колебаниям. Распространены повсеместно. Питаются посредством инфильтрации осадков из атмосферы, фильтрации из поверхностных источников, конденсации водных паров и внутригрунтового испарения, дополнительного питания, поступающего из нижерасположенных водоносных горизонтов.

Артезианские воды - это часть подземных вод, имеющих напор, залегающих в водоносных горизонтах между относительно водоупорными и водоупорными пластами. Они залегают глубже грунтовых. У них в большинстве случаев области питания и создания напора не совпадают. Вода появляется в скважине ниже установившегося уровня. Свойства данных вод менее подвержены колебаниям и загрязнениям по сравнению с грунтовыми.

Почвенные воды представляют собой таковые, которые приурочены к почвенному водному слою, принимают участие в снабжении растений данным веществом, связаны с атмосферой, верховодкой и грунтовыми водами. Они оказывают существенное влияние на химсостав грунтовых вод при их глубоком залегании. Если последние расположены неглубоко, то почва переувлажняется и начинается заболачивание. Гравитационная вода не формирует отдельного горизонта, передвижение осуществляется сверху вниз под действием капиллярных сил или сил тяжести в различных направлениях.

Классификация по формированию

Основными видами подземных вод являются инфильтрационные, которые формируются из-за просачивания атмосферных осадков. Помимо этого они могут образовываться в результате конденсации водяного пара, который попадает в трещиноватые и пористые породы вместе с воздухом. Помимо этого выделяют реликтовые (погребенные) воды, которые были в древних бассейнах, но были захоронены мощными слоями осадочных пород. Также отдельным видом идут термальные воды, которые образовались на последних этапах магматических процессов. Эти воды образуют магматогенные или ювенильные виды.

Классификация движения рассматриваемых объектов

Выделяют следующие виды движения подземных вод (см. рисунок).

Просачивание и осадков из атмосферы происходит в зоне аэрации. При этом данный процесс подразделяется на свободно осуществляемый и нормальную инфильтрацию. Первый предполагает осуществление движения сверху вниз под влиянием силы тяжести и капиллярных сил по неким канальцам и капиллярным порам, при этом пористое пространство не насыщается водой, что способствует сохранению движения воздуха. При нормальной инфильтрации к перечисленным выше силам присоединяются градиенты гидростатического давления, что приводит к тому, что поры полностью заполняются водой.

В зоне насыщения действуют гидростатическое давление и сила тяжести, что способствует перемещению свободной воды по трещинам и порам в стороны, уменьшение напора либо уклона поверхности горизонта, несущего воду. Такое движение называют фильтрацией. Наибольшая скорость движения воды наблюдается в подземных карстовых пещерах и каналах. На втором месте идут галечники. Гораздо более медленное перемещение наблюдается в песках — скорость составляет 0,5-5 м/сутки.

Виды подземных вод в зоне вечной мерзлоты

Данные подземные воды классифицируют на надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные. Первые располагаются в толще многолетней мерзлоты на водоупоре в основном в подножии склонов или на дне речных долин. Они, в свою очередь, делятся на сезонно промерзающие, верховодку, расположенную в деятельном слое; на сезонно частично промерзающие, с верхней частью в активном слое, на сезонно непромерзающие, залегание которых отмечается ниже сезонно промерзающего слоя. В некоторых случаях может происходить разрыв деятельного слоя различных грунтов, что приводит к выходу некоторой части надмерзлотных вод на поверхность, где приобретает вид наледи.

Межмерзлотные воды могут присутствовать в жидкой фазе, но наибольшее распространение получили в твердой фазе; как правило, не подвержены сезонным процессам оттаивания/промерзания. Данные воды в жидкой фазе обеспечивают водообмен с над- и подмерзлотными водами. Могут выходить на поверхность как родники. Подмерзлотные воды являются артезианскими. Они могут быть от пресных до рассолов.

Виды подземных вод России те же, что были рассмотрены выше.

Загрязнение рассматриваемых объектов

Выделяют следующие виды загрязнения подземных вод: химическое, которое, в свою очередь, подразделяется на органическое и неорганическое, тепловое, радиоактивное и биологическое.

В качестве химических загрязнителей в основном выступают жидкие и твердые отходы промышленных предприятий, а также пестициды и удобрения от сельхозтоваропроизводителей. Тяжелые металлы, другие токсичные элементы в наибольшей степени поражают грунтовые воды. По водоносным горизонтам они распространяются на значительные расстояния. Подобным образом ведет себя и загрязнение радионуклидами.

Биологическое загрязнение вызывает патогенная микрофлора. Источниками загрязнения обычно выступают скотные дворы, неисправная канализация, выгребные ямы и др. Распространение микрофлоры определяется скоростью фильтрации и выживаемостью данных организмов.

Является увеличением температуры подземных вод, возникающим при эксплуатации водозабора. Оно может возникать на участках сброса отработанных сточных вод или при расположении водозабора вблизи водоема с более нагретыми поверхностными водами.

Использование недр

Добыча подземных вод как вид пользования недрами регулируется ФЗ «О недрах». На добычу данных объектов требуется получение лицензии. Она выдается по отношению к подземным водам на срок до 25 лет. Срок пользования начинает исчисляться с момента госрегистрации лицензии.

Работы по добыче нужно зарегистрировать в Росреестре. Далее составляют проект и передают его на госэкспертизу. Затем готовят проект организации санохрзоны подземного водозабора, оценивают запасы этих вод и передают расчеты в госэкспертизу, фонд геоинформации и Росгеолфонд. Далее к полученным документам прикладывают свидетельства о праве собственности на землю, после чего подается заявка на лицензию.

В заключение

Какие виды подземных вод есть в России? Те же самые, что и в мире. Площадь нашей страны достаточно большая, поэтому в ней есть и мерзлотные, и артезианские, и грунтовые, и почвенные воды. Классификация рассматриваемых объектов достаточно сложна, и в данной статье она отражена неполная, здесь показаны самые основные ее моменты.