Подземные воды: понятие, уровень и охрана грунтовых вод. Санитарно-гигиеническая характеристика водоисточников

Комментариев:

Вода является источником жизни на Земле, без нее трудно представить себе деятельность современного человека. Вода используется для разных целей: питьевых и хозяйственных нужд, водопоя скота. Те, кто проживает в частном секторе вдали от города, знают, что основными источниками питьевой воды являются колодцы, скважины или каптажи. В том или ином случае проводить воду необходимо собственными силами. Большое значение имеет определение точного расположения водоносной жилы. Расположение водоносных жил различается по глубине, от этого во многом зависит качество воды.

Каждый уровень водоноса имеет свои особенности. В зависимости от этого, различают несколько типов подземных жил: верховодку, грунтовые и межпластовые воды. Последние делятся на напорные и безнапорные. Они наиболее чистые, но, в тоже время, до них труднее всего добраться. Гидрогеологические особенности важны не только при проведении водопровода, но и в строительном деле. При этом большое значение имеет уровень стояния грунтовых вод. Рассмотрим более подробно, чем отличаются между собой верховодка, грунтовые и межпластовые воды, какова их глубина залегания.

Водоносные слои земли

В толще земли имеется несколько водоносных слоев. Вода скапливается в земле благодаря наличию водоупорных пластов. Последние образованы, в большей степени, глиной. Глина практически не пропускает воду, защищая тем самым водоносные горизонты от загрязнения. Реже в водоупорном пласте можно встретить камни. Интересен тот факт, что между глиняными пластами практически всегда находятся слои, образованные песком. Известно, что песок удерживает влагу (воду), в результате чего вода скапливается и тем самым образует водоносные недра земли. Необходимо знать, что водоносные слои могут быть защищены водоупорными пластами с обеих сторон или только с одной.

Самый глубокий водоносный пласт, который используется в современное время для водопотребления, образован артезианскими водами. Он может располагаться на глубине более 100 метров. Артезианские воды залегают не в толще песка, а в пласте, образованном известняком. Благодаря этому они имеют особый химический состав. Существуют и более доступные водоносные слои. К ним относится верховодка. Большое значение имеет то, что она не защищена сверху водоупорным слоем, поэтому не пригодна для питьевых нужд. Водоносные слои в одних участках местности могут быть тонкими, а в других – очень большими. Это наблюдается в результате излома водоупорных пластов. Такие участки имеют большой дебит.

Верховодка и ее особенности

Самый первый водоносный слой называется верховодкой. Свое название такая вода получила благодаря тому, что слой расположен очень близко к поверхности. Глубина, на которой она может обнаруживаться, составляет от 1 до 4 метров. Верховодка относится к безнапорным подземным водам. Такая вода есть не везде, поэтому представляет собой непостоянный водоносный слой. Верховодка образуется в результате фильтрования поверхностных вод или осадков через почву. В силу этого она не нашла широкого применения для питьевых нужд. Причин тому несколько:

низкий дебит и его непостоянство;
наличие большого количества загрязняющих веществ;
невозможность в полной степени обеспечивать нужды населения.

Верховодка образуется периодически. Это зависит от наличия осадков, паводков. В теплое время года (летом) найти данный источник воды очень сложно. Нередко она располагается на первом водоупорном слое, поэтому при выходе этого пласта может образоваться заболоченный участок. Вода этого водоносного слоя характеризуется тем, что является пресной, имеет низкую минерализацию. Кроме того, она загрязнена органическими веществами. В ряде случаев в ней содержится много железа. Она может быть пригодна для хозяйственных нужд в качестве дополнительного источника воды для полива или орошения растений.

Характеристика грунтовых вод

Определение уровня стояния грунтовых вод в частном строительстве наблюдается очень часто. Именно они чаще всего используются для водоснабжения жилого сектора. Для забора грунтовых вод строятся колодцы или каптажи. Скважины же чаще бурятся для межпластовых вод. Грунтовые воды образуют первый постоянный водоносный горизонт, который лежит на первом водоупорном слое земли. Они являются безнапорными. Это свидетельствует о том, что сверху они не защищены водоупорными породами грунта, а сам пласт земли при этом остается заполненным наполовину.

Они распространены практически повсеместно, в отличие от верховодки. Важно, что грунтовые воды во многом зависят от осадков, поэтому их дебит может меняться в зависимости от времени года. Весной и осенью он больше, нежели летом и зимой. Уровень этого слоя повторяет конфигурацию рельефа, поэтому на разных территориях толщина данного слоя разная. Вода, которая скапливается в аллювиальных недрах, широко используется для питья. Грунтовые воды залегают на уровне от нескольких метров до десятков. Химический состав и минерализация определяются расположением слоя. Если вблизи имеются поверхностные источники (реки, озера) с пресной водой, то подземные слои могут использоваться для питьевых нужд, стирки и других целей. Но при этом требуется их очистка (кипячение или фильтрование).

Межпластовые водоносные слои

При выборе водоносного слоя для будущего колодца или скважины необходимо знать, что межпластовые воды являются более качественными (чистыми) в отличие от грунтовых.

Межпластовые воды характеризуются тем, что они окружены сверху и снизу водоупорными слоями.

Глубина, на которой их можно обнаружить, составляет от 10 и более метров. Различают безнапорные и напорные межпластовые воды. Первые распространены не так широко, их очень трудно найти. Они встречаются в слоистых осадках, вверху геологического разреза. По своему химическому составу они более сбалансированные и чистые, поэтому используются для водоснабжения.

Наибольшую популярность имеют напорные воды, именуемые артезианскими. Установлено, что их химический состав постоянен. Они богаты различными минералами. Такую воду можно пить даже без предварительной обработки. Защита этого водоносного слоя осуществляется сверху и снизу. Их дебит всегда большой, и он постоянен. Глубина их расположения составляет около 100 метров и больше. Именно для получения артезианской воды производят бурение скважины. Артезианские воды относятся к полезным ископаемым, представляющим большую ценность.

Как зависит качество воды от глубины водоносного горизонта?

При расположении водоносных слоев считается, что качество воды улучшается по мере увеличения глубины. Это на самом деле так. В ходе частного строительства колодцев или скважин первая вода начинает появляться уже на глубине 2-3 метров от поверхности. Это вода первого водоносного горизонта. Она загрязнена химическими веществами, органикой, которая поступает с поверхности. Большое значение имеют сточные воды, которые легко проникают в первый водоносный горизонт. При возведении колодца оптимальная глубина копания составляет 15-20 метров.

Здесь залегают грунтовые воды и межпластовые. Для обнаружения артезианской жилы нужно копать дальше. При этом лучше использовать бурение. Таким образом, залегание водоносных горизонтов имеет огромное значение для водоснабжения населения. Многие регионы испытывают нехватку чистой воды, что служит поводом для поиска новых источников.

С целью водоснабжения могут быть использованы подземные воды, открытые водоемы и атмосферные воды.
1. Подземные воды
Подземные воды образуются главным образом за счет фильтрации атмосферных осадков через почву; небольшая часть их образуется в результате фильтрации воды открытых водоемов (рек, озер, водохранилищ и т. д.) через русло.

Накопление и движение подземных вод зависят от строения пород, которые по отношению к воде разделяются на водоупорные (водонепроницаемые) и водопроницаемые. Водоупорными породами являются гранит, глина, известняк; к водопроницаемым относятся песок, гравий, галечник, трещиноватые породы. Вода заполняет поры и трещины этих пород. Подземные воды по условиям залегания делятся на почвенные, грунтовые и межпластовые.

а) Почвенные воды (поверхностные или верховодка) наиболее близко залегают к земной поверхности в первом водоносном горизонте, не имеют защиты в виде водоупорного слоя, поэтому состав их резко меняется в зависимости от гидрометеорологических условий. Больше всего их накапливается весной, летом они высыхают, зимой промерзают. Они легко подвергаются загрязнению, так как находятся в зоне просачивания атмосферных вод и поэтому использовать их с целью водоснабжения не следует.

б) Грунтовые воды располагаются в последующих водоносных горизонтах; они скапливаются на первом водонепроницаемом слое, не имеют водоупорного слоя сверху и поэтому между ними и поверхностными водами происходит водообмен. Грунтовые воды безнапорные, их уровень в колодце устанавливается на уровне подземного слоя воды. Образуются они за счет просачивания атмосферных осадков и уровень воды подвержен большим колебаниям в различные годы и сезоны. Грунтовые воды отличаются более или менее постоянным составом и лучшим качеством, чем поверхностные. Фильтруясь через довольно значительный слой почвы, они становятся бесцветными, прозрачными, свободными от микроорганизмов. Глубина их залегания в различных местностях колеблется от 2 м до нескольких десятков. Грунтовые воды являются распространенным источником водоснабжения в сельских местностях.

Как-то на уроке географии учитель вызвал меня к доске и предложил нарисовать схему распределения воды в природе Земли . Я, слегка обидевшись на такое лёгкое задание, набросал рисунок планеты, обозначил части Мирового океана и принялся перечислять названия крупнейших морей, рек и озёр. «Всё?» – спросил учитель, когда я закончил. Я поднапрягся и вспомнил несколько водоёмов поменьше. Учитель продолжал вопросительно на меня смотреть. Я, покраснев, ляпнул про лужи и очень кстати вспомнил об атмосферной влаге. Учитель вздохнул и поставил мне четвёрку. «Ты совсем забыл про подземные воды », – объяснил он мою оценку. Конечно, сегодня я бы ответил на его задание совершенно иначе.

Общие сведения о подземных водах

Подземные воды – это часть гидросферы Земли, находящаяся в поверхностных слоях её коры . Несмотря на свою подземную природу, они встречаются в жидком, твёрдом и газообразном состояниях. По характеру залегания и циркуляции подземные воды делятся на поровые (в обломочных породах вроде песка), жильные (в скальных породах) и карстовые (в растворимых породах – известняках, гипсах и так далее).

По месту залегания подземные воды имеют следующую классификацию:

почвенные;
грунтовые;
межпластовые;
артезианские;
минеральные.

Что такое грунтовые воды

Грунтовые воды считаются водами первого от поверхности постоянно существующего водоносного горизонта (почвенные его не образуют). Как правило, грунтовые воды свободны и не имеют над собой непроницаемого слоя. Уровень этих вод постоянно колеблется из-за множества факторов: объёма выпадающих осадков, климатических условий (засуха их иссушает, а сильные морозы вполне способны вызвать промерзание), хозяйственная деятельность человека и так далее.

Что такое межпластовые воды и чем они отличаются от грунтовых

Межпластовые воды - «второй» этаж подземного водоносного горизонта . Их уровень более постоянен, нежели у грунтовых вод . Поскольку межпластовые воды «сжаты» сверху и снизу другими слоями, они находятся под давлением, иногда довольно значительным.

Можно выделить три основные различия межпластовых и грунтовых вод:

расположением (грунтовые находятся ближе к поверхности);
отсутствием напора у грунтовых ;
большей степенью загрязнения грунтовых .

Подземные воды находятся в верхней части земной коры. Эти воды питают реки, озёра и болота. Они имеют важное значение в жизни людей.

Образование подземных вод

После дождя вода просачивается через поры и трещины в рыхлых водопроницаемых осадочных породах (песках, галечниках). Там она накапливается в водоносных слоях над водоупорными породами (гранитом, мрамором, глиной), которые не пропускают или очень слабо пропускают воду. Подземные воды могут залегать на различной глубине, иногда до 12-15 километров, и находиться в жидком, твёрдом и парообразном состоянии.

Грунтовые и межпластовые воды

По характеру залегания подземные воды делятся на грунтовые и межпластовые. Грунтовыми водами называют воды первого от поверхности водоносного горизонта. Они лежат на водоупорном , а сверху перекрыты водопроницаемыми породами. Эти воды расположены относительно неглубоко, поэтому могут быть широко использованы в хозяйственных целях (колодцы), однако они легко загрязняются.

Между двумя водоупорными пластами лежат межпластовые воды. Иногда, залегая на большой глубине, межпластовые воды находятся под давлением. Если сделать скважину, они могут вырываться на поверхность в виде фонтана.

Источники

Выходы подземных вод на поверхность называются источниками (или родниками). Особую ценность представляют минеральные источники, воды которых содержат в себе растворённые газы и соли, а также термальные источники нагретых теплом Земли горячих (термальных) вод. Воды этих источников используют в лечебных целях.

В некоторых районах, где много действующих вулканов, на поверхность по трещинам в земной коре вырываются кипящие подземные воды и газы в виде гейзеров. Гейзер (от исландского слова gcysa - хлынуть) - источник, периодически выбрасывающий фонтаны горячей воды и пара. Гейзеры встречаются на , в , Северной Америке и . Тепло горячих подземных вод люди используют для отопления.

Значение и охрана подземных вод

Подземные воды регулируют уровень воды в реках и озёрах. Их используют для питьевого водоснабжения, для снабжения водой промышленных предприятий, а в засушливых районах для орошения.

Пополнение подземных вод происходит медленно, поэтому их интенсивное использование может привести к тому, что они иссякнут. Очистка подземных вод практически невозможна, из-за чего важно следить за тем, чтобы загрязнённые сточные воды не попадали на земную поверхность.

Межпластовые воды это подземные воды, залегающие между двумя водонепроницаемыми пластами.

По условиям залегания, межпластовые воды могут быть безнапорными и напорными-в последнем случае они называются артезианскими. Межпластовые безнапорные воды встречаются сравнительно редко и представляют скорее теоретический интерес, как возможный случай залегания подземных вод. Обычно безнапорные межпластовые воды залегают в пластах, лежащих выше базиса эрозии данной местности.

Межпластовые воды, как показывает само их название, перекрыты с поверхности водоупорной кровлей, отделяющей область питания от области их распространения. Поэтому температура межпластовых вод не подвержена таким резким колебаниям, как температура грунтовых вод и обычно заметны только годовые колебания температуры. Напорные воды испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в областях питания и выхода.Прямая линия, соединяющая уровень питания напорных вод с уровнем выхода, называется линией пьезометрического уровня (рис-1).

Рисунок-1. Схема артезианского бассейна:

а-область питания; б-область напора; в-область разгрузки; АВ-линия пьезометрического уровня.

Если в какой либо точке в месте залегания напорных вод будет пробурена скважина, то вода поднимается в ней до линии пьезометрического уровня. Следовательно, если линия пьезометрического уровня проходит выше дневной поверхности-будет происходить фонтанирование.

Читай также:

Для определения условий залегания грунтовых вод, как уже было сказано, хорошей иллюстрацией являются карты гидроизогипс.Для определения условий залегания артезианских вод такой иллюстрацией являются горизонтальные линии, соединяющие точки с одинаковым пьезометрическим уровнем -гидроизопьезы или пьезоизогипсы(рис-2).

Рисунок-2. Карта пьезоизогипс:

1-горизонтали земной поверхности; 2-горизонтали кровли водоносного горизонта; 3- пьезоизогипсы.

Кроме гидроизопьез на гидрогеологических картах показывают в изолиниях отметки кровли напорного водоносного горизонта.Такие изолинии называются изогипсами водоупорной кровли.Артезианские воды образуются при мульдообразном или синклинальном залегании слоев, а также в флексурах, свитах наклонных пластов и др.(рис-3).

В мульдообразных залеганиях артезианских вод возможно выклинивание водоносного пласта или его фациальное изменение, вследствие чего артезианский горизонт исчезает.при последующих дислокациях часть водоносного пласта может оказаться изолированной, содержащей так называемые погребенные воды.

Рисунок-3.Схемы образования артезианских вод:

а-артезианские воды в синклинали; б-фациальное изменение водоносного горизонта; в-образование напорных вод в моноклинали; г-выклинивание водоносного горизонта

Геологические структуры более или менее значительного размера, содержащие артезианские воды, носят название артезианских бассейнов. В европейской части СССР различают Подмосковный артезианский бассейн, Днепровско-Донецкий, Причерноморский и другие. Небольшие артезианские бассейны образуются в горных складчатых областях.

Напорность воды в таких областях обусловлена тем, что песчано-гравелистые образования предгорных шлейфов по мере удаления от гор перекрываются более глинистыми отложениями. Подобные бассейны встречаются в предгорных и междугорных равнинах, например в Закавказье и Средней Азии.Артезианские бассейны имеют большое значение для снабжения населения доброкачественной питьевой водой.

Трещинные и жильные воды

В массивных горных породах подземные воды могут находиться и передвигаться только в местах нарушения сплошности породы.Особенно склонны к образованию трещин слоистые породы -доломиты, песчаники, известняки, кристаллические сланцы.Водоносность трещиноватых пород может быть различной в зависимости от характера трещин, условий их образования и дальнейшего развития.Встречаются области, где многочисленные трещины в породах являются тончайшими и поэтому не водоносными, а широкие водоносные трещины располагаются на больших расстояниях одна от другой.В областях сильных тектонических движений образуется густая сеть мелких водоносных трещин.

Необходимо отметить, что очень часто крупные водоносные трещины впоследствии закупориваются оседающими глинистыми частицами или выпадающими из воды минеральными новообразованиями (окиси кремния, известкового шпата и других оксидов).Закупорка трещин, как правило, проявляется в зонах, лежащих ниже уровня наибольшего эрозионного размыва.Значительное количество трещинных вод относится к тектоническим трещинам, образовавшимся в результате движений земной коры.В породах, легко размываемых или растворяемых водой, водоносные трещины увеличиваются, и движение воды в них приобретает более интенсивный характер.

Трещинные воды, передвигающиеся в больших трещинах тектонического образования или в размытых трещинах осадочных пород, носят название жильных вод.Это относительно свободные водотоки небольшой мощности, подобные своему характеру водам, текущим в лотках и трубах.По характеру залегания жильные и трещинные воды могут относиться к грунтовым водам или к межпластовым, напорным или ненапорным.

Жильные грунтовые воды отличаются резкими колебаниями уровня и температуры даже в тех случаях, когда они залегают сравнительно глубоко. Часто они загрязнены микроорганизмами, взвешенными минеральными и органическими веществами. Жильные межпластовые воды обладают более устойчивым температурным режимом, но степень их загрязненности микроорганизмами остается по большей части такой же, как жильных грунтовых вод.

Родники или источники

Родниками, или источниками, называют естественные выходы подземных вод на дневную поверхность.Они образуются в результате пересечения водоносного горизонта поверхностью рельефа.Различают четыре типа источников, питающихся: верховодкой; грунтовыми водами; межпластовыми водами; жильными и трещинными водами.Источники питающиеся верховодкой, располагаются в зоне аэрации, выше уровня грунтовых вод.Режим таких родников непостоянен, иногда они совершенно исчезают, а потом возникают вновь.

В отличие от них источники, питающиеся грунтовыми водами, действуют постоянно.Обычно воды таких источников безнапорны, только в редких случаях появляется местный подпор.Поэтому грунтовые источники являются нисходящими, связанными с уклоном водоупорного пласта.Различают грунтовые источники эрозионные(рис-1), контактовые и переливающиеся. источники образования от вскрытия межпластового водоносного горизонта, являются постоянно действующими. Они перестают давать воду только в тех случаях, когда пересыхает водоносный горизонт.Кроме постоянно действующих источников могут возникнуть источники источники переливающиеся и сифонные (рисунок-1), действующие в тех случаях, когда вода полностью заполняет подземную чашу.

Рисунок-1. Схемы образования источников

а-образование эрозионного нисходящего источника при вскрытии грунтовых вод речной долины; б-образование контактного нисходящего источника при нарушении контакта водоносного слоя; в-образование переливающегося источника при мульдообразном залегании водоупорного слоя; г-образование сифонного источника; д-образование источников в долине, вскрывающей межпластовые воды синклинальной складки; е-образование источников у подошвы делювиального плаща, перекрывающего выход межпластовых вод; ж-образование восходящих источников при вскрытии артезианского горизонта; з=образование восходящих источников вдоль сбросовых трещин; И-источники.

Если на дневную поверхность выходят напорные воды, то образуется восходящий источник.К восходящим источникам относятся также и гейзеры в которых напор обусловлен действием растворенных в воде паров воды и газов.Восходящие источники могут возникать на артезианских склонах или в артезианских бассейнах, (как это показано на рисунке -1,ж) или подниматься вверх по напорным жилам(рис-1,з).Условия образования, залегания и режима подземных вод различны и зависит от гидрологических, гидрометеорологических и геологических факторов, поэтому для изучения подземных вод существенное значение имеет составление их классификации.