Подземные воды и грунтовые воды, классы подземных вод.
Не все подземные воды – грунтовые. Отличие грунтовых вод от других видов подземной воды состоит в условиях их залегания в толще горных пород.
Название «подземные воды» говорит само за себя – это вода, которая находится в под землей, то есть в земной коре, в верхней ее части, причем находиться там она может в любом из своих агрегатных состояний – в виде жидкости, льда или газа.
Основные классы подземных вод
Подземная вода бывает разная. перечисли основные виды подземных вод.
Почвенная вода
Почвенная вода содержится в почве, заполняя промежутки между ее частицами, или поровое пространство. Почвенная вода может быть свободной (гравитационной) и подчиняться только силе тяжести, и связанной, то есть удерживаться силами молекулярного притяжения.
Грунтовая вода
Грунтовая вода и ее подвид, называемый верховодкой – это ближайший к поверхности земли водоносный горизонт, залегающий на первом водоупоре.
(Водоупор, или водоупорный слой грунта — это почвенный слой, который практически не пропускает воду. Фильтрация сквозь водоупор или очень низкая, или же слой полностью водонепроницаем – например, толщи скальных грунтов). Грунтовая вода крайне непостоянна по многим факторам, и именно грунтовая вода влияет на условия строительства, диктует выбор фундамента и технологии при проектировании сооружений. Дальнейшая эксплуатация созданных руками человека построек также находится под неустанным влиянием меняющегося поведения грунтовой воды.
Межпластовая вода
Межпластовая вода – находится ниже грунтовой воды, под первым водоупором. Эта вода ограничена двумя водоупорными слоями и может находиться между ними под значительным давлением, заполняя водоносный горизонт полностью. Отличается от грунтовой воды большим постоянством своего уровня, и конечно, большей чистотой, причем чистота межпластовой воды может быть следствием не только фильтрации.
Артезианская вода
Артезианская вода – так же, как и межпластовая, заключена между слоями водоупоров и находится там под давлением, то есть относится к напорным водам.
Глубина залегания артезианских вод – примерно от ста до тысячи метров. Различные геологические подземные структуры, мульды, впадины и т.п., располагают к образованию подземных озер – артезианских бассейнов. Когда такой бассейн вскрывается при бурении шурфов или скважин, артезианская вода под давлением поднимается выше своего водоносного пласта и может дать очень мощный фонтан.
Минеральная вода
Минеральная вода — интересна для строителя, наверное, только в одном случае, если ее источник окажется на участке, хотя и не вся эта вода полезна для человека. Минеральная вода – это вода, содержащая растворы солей, биологически активных веществ и микроэлементы. Состав минеральной воды, ее физика и химия — очень сложный, это система коллоидов и связанных и несвязанных газов, и вещества в этой системе могут находится как недиссоциированными, в виде молекул, так и в виде ионов.
Грунтовые воды
Грунтовые воды – это первый от поверхности почвы постоянный водоносный горизонт, находящийся на первом водоупоре.
Поэтому поверхность этого слоя – свободна, за редкими исключениями. Иногда над потоками грунтовых вод встречаются участки плотных пород – водонепроницаемая кровля.
Залегают грунтовые воды недалеко от поверхности, и поэтому очень зависят от погоды на поверхности земли – от количества атмосферных осадков, движения поверхностных вод, уровня водоемов, все эти факторы влияют на питание подземной воды. Особенность и отличие грунтовой воды от других видов – она безнапорная. Верховодка, или скопления воды верхнего водонасыщенного грунтового слоя над водоупорами из глин и суглинков с малой фильтрацией – это разновидность грунтовой воды, проявляющаяся временно, по сезонам.
На грунтовую воду и непостоянство ее состава, поведения и мощности горизонта влияют как природные факторы, так и деятельность человека. Горизонт грунтовой воды непостоянный, он зависит от свойств горных пород и их водосодержания, близости водоемов и рек, климата местности – температуры и влажности, связанных с испарением и т.
далее.
Но серьезное и все более опасное влияние на грунтовую воду оказывает человеческая деятельность – мелиорация и гидротехническое строительство, подземные работы по добыче полезных ископаемых, нефти и газа. Не менее результативной в контексте опасности стала агротехника с применением минеральных удобрений, пестицидов и ядохимикатов, и конечно, промышленные стоки.
Грунтовая вода очень доступна, и если роют колодец или бурят скважину – то в большинстве случаев получают именно грунтовую воду. И свойства ее могут оказаться весьма негативны, поскольку эта водичка зависит от чистоты почвы и служит ее показателем. Все заражения от канализационных протечек, свалок, пестициды с полей, нефтепродукты и прочие результаты деятельности человека попадают в грунтовые воды.
Грунтовая вода и проблемы для строителей
Морозное пучение грунтов находится в прямой и непосредственной зависимости от присутствия грунтовой воды. Разрушения от сил морозного пучения могут быть огромны.
При замерзании глинистые и суглинистые грунты получают питание в том числе и от нижнего водоносного горизонта, и в результате этого подсоса могут образовывать целые прослойки из льда.
Давление на подземные части сооружений может достигать огромных величин – 200 Мпа, или 3,2 тн/см2 далеко не предел. Сезонные подвижки грунтов на десятки сантиметров нередки. Возможные последствия действия сил морозного пучения, если их не предусмотрели или учли недостаточно, могут быть: выталкивание фундаментов из земли, затопление подвалов, разрушение дорожных покрытий, затопление и размывание траншей и котлованов и много еще разного негатива.
Кроме физического влияния, грунтовые воды способны разрушать фундаменты и химически, все зависит от степени их агрессивности. При проектировании эта агрессивность исследуется, проводятся как геологические, так и гидрологические изыскания.
Влияние грунтовых вод на бетон
Агрессивность грунтовых вод к бетону различают по типам, рассмотрим их ниже.
По общекислотному показателю
При водородном числе рН менее 4 агрессивность к бетону считают наибольшей, при значении рН более 6,5 – наименьшей. Но малая агрессивность воды вовсе не отменяет необходимости защиты бетона устройством гидроизоляции. Кроме того, имеется сильная зависимость влияния агрессии воды от видов бетона и его вяжущего, в том числе от марки цемента.
Выщелачивающие, магнезиальные и углекислотные воды
Все так или иначе разрушают бетон или способствуют процессу разрушения.
Сульфатные воды
Сульфатные воды относят к наиболее агрессивным к бетону. Ионы сульфатов проникают в бетон и реагируют с соединениями кальция. Образующиеся кристаллогидраты вызывают вспучивание и разрушение бетона.
Методы минимизации рисков от грунтовых вод
Но даже в тех случаях, когда имеется информация о неагрессивности грунтовых вод к бетону в данной местности, отмена устройства гидроизоляции подземных частей здания чревата хорошим уменьшением срока службы бетонных конструкций.
Слишком большое влияние оказывают на природу, в том числе грунтовую воду и степень ее агрессии техногенные факторы. Возможность близкого строительства – это одна из причин подвижек грунта и как следствие, изменения поведения грунтовых вод. А химия и ее «накопление», в свою очередь, находится в прямой зависимости от близости сельскохозяйственных угодий.
Учет уровня грунтовых вод, а также сезонных изменений этого уровня – для частной стройки архиважен. Высокая грунтовая вода — это ограничение в выборе. От нее зависит если не вся, то огромная доля экономики индивидуального строителя. Без учета поведения и высоты грунтовой воды нельзя выбирать тип фундамента для дома, принимать решения о возможности устройства подвала и подвального помещения, устраивать погреба и канализационный септик. Дорожки, площадки и все благоустройство участка, включая и озеленение, также требуют на стадии проектирования серьезнейшего учета влияния грунтовой воды. Дело осложняется тем, что ее поведение находится в тесной связи со структурой и видами грунтов на участке.
Воду и грунты надо изучать и рассматривать в комплексе.
Верховодка, как разновидность грунтовой воды, может создавать огромные проблемы, и не всегда сезонные. Если у вас песчаные грунты, а дом построен на высоком берегу реки, то сезонных верховодок вы можете и не заметить, вода уйдет быстро. Но если рядом озеро или река, и дом стоит на низком берегу, то даже при наличии песочка в основании участка вы будете на одном уровне с водоемом – как сообщающиеся сосуды, и в этом случае борьба с верховодкой вряд ли будет успешной, как и любая борьба с природой.
В случае, когда грунт – не песок, водоемы и реки далеко, но грунтовая вода очень высокая, ваш вариант – это создание эффективной дренажной системы. Каким будет ваш дренаж — кольцевым, пристенным, пластовым, самотечным или с использованием откачивающих насосов, решается индивидуально, и учесть надо многие факторы. Для этого надо иметь информацию о геологии участка.
В некоторых случаях дренаж не поможет, например, если вы находитесь в низине, а мелиорационного канала поблизости нет и воду отводить некуда.
Также не всегда под первым водонесущим слоем оказывается безнапорный слой, в который возможно отвести верховодку, эффект от бурения скважины может быть и обратный – вы получите ключ или фонтан. В случаях, когда устройство дренажа не принесет результата, прибегают к устройству искусственных насыпей. Поднять участок на уровень, где грунтовые воды не достанут вас и ваш фундамент — затратное экономически, но иногда единственно верное решение. Каждый случай индивидуален, и решения хозяин принимает исходя из гидрогеологии своего участка.
Но в очень многих случаях вопрос решается именно дренажом, и важно правильно выбрать его систему и грамотно организовать водоотвод.
Узнать уровень грунтовой воды у себя на участке и отслеживать его изменения – с этими вопросами владельцы индивидуальных участков справляются самостоятельно. Весной и осенью обычно УГВ выше, чем зимой и летом, это связано с интенсивным снеготаянием, сезонностью атмосферных осадков, возможно с затяжными дождями в осенний период.
Узнать уровень грунтовой воды можно, измерив его в колодце, шурфе или скважине, от водяного зеркала до поверхности грунта. Если пробить несколько скважин у себя на участке, по его границам, то несложно отследить сезонные изменения УГВ, а на полученных данных возможно принимать решения по строительству — начиная от выбора фундамента и систем водоотвода, и заканчивая планированием огородных посадок, разбивки сада, благоустройством, а также разработкой ландшафтного дизайна.
Классификация подземных вод по условиям залегания
|
|
В условиях континентального климата умеренного пояса она появляется весной после снеготаяния, иногда осенью.
Зональность грунтовых вод проявляется в глубине их залегания от поверхности и соответственно в их чистоте и температуре, а также химическом составе и степени их минерализации. В зонах избыточного и достаточного увлажнения – тундре и лесах (Kув≥1) – грунтовые воды залегают неглубоко, они ультрапресные и пресные, гидрокарбонатно-кальциевые. В зонах умеренно-недостаточного (неустойчивого) увлажнения – лесостепях и степях (Kув=1,0-0,3) – залегание вод глубже, они пресные или слабо минерализованные, постепенно становятся сульфатными. В зонах недостаточного увлажнения – полупустынях (Kув=0,3-0,1) и крайне недостаточного увлажнения – пустынях (Kув<0,1) – воды глубоко залегающие, минерализованные, обычно хлоридные.
Они могут быть напорные и ненапорные. Ненапорные воды не полностью насыщают водоносный пласт, имеют свободную поверхность и стекают как грунтовые по уклону ложа. Напорные воды залегают в вогнутых тектонических структурах, насыщают весь водоносный слой и обладают гидростатическим напором. Вскрытые скважинами, они могут изливаться на поверхность или даже фонтанировать. Такие воды называют артезианскими. Как и грунтовые воды, межпластовые могут иметь разный химический состав и степень минерализации, которая увеличивается с глубиной. Для страны в целом химический и биологический характер подземных вод приемлем для большинства целей. Вода является растворителем и растворяет минералы из горных пород, с которыми она вступает в контакт. Грунтовая вода может содержать растворенные минералы и газы, которые придают ей острый вкус, которым наслаждаются многие люди. Без этих минералов и газов вода была бы пресной на вкус. Вода обычно считается нежелательной для питья, если количество растворенных минералов превышает 1000 мг/л (миллиграммов на литр). Вода с содержанием растворенных минералов в несколько тысяч мг/л считается слабосоленой, но ее иногда используют в районах, где менее минерализованная вода недоступна. Вода из некоторых колодцев и родников содержит очень большие концентрации растворенных минералов и не переносится людьми, другими животными или растениями. Многие части страны находятся на глубине из-за сильно соленых грунтовых вод, которые имеют очень ограниченное применение. Растворенные минеральные компоненты могут быть опасны для животных или растений в больших концентрациях; например, слишком много натрия в воде может быть вредным для людей, у которых есть проблемы с сердцем. Бор — это минерал, который полезен для растений в небольших количествах, но токсичен для некоторых растений лишь в немного больших концентрациях. Вода, содержащая много кальция и магния, считается жесткой. Жесткость воды выражается количеством карбоната кальция — основного компонента известняка — или эквивалентных минералов, которые образовались бы при испарении воды. Вода считается мягкой, если ее жесткость составляет от 0 до 60 мг/л, умеренно жесткой — от 61 до 120 мг/л, жесткой — от 121 до 180 мг/л, очень жесткой — более 180 мг/л. Очень жесткая вода нежелательна для многих бытовых нужд; он оставит чешуйчатый налет внутри труб, котлов и резервуаров. Жесткую воду можно смягчить по довольно разумной цене, но не всегда желательно удалять все минералы, которые делают воду жесткой. Чрезвычайно мягкая вода может разъедать металлы, хотя она предпочтительнее для стирки, мытья посуды и купания. Грунтовые воды, особенно кислые, во многих местах содержат избыточное количество железа. Железо оставляет красноватые пятна на сантехнике и одежде. Как и жесткость, чрезмерное содержание железа можно уменьшить путем обработки. Критерием кислотности воды является рН, который является мерой концентрации ионов водорода. В последние годы рост промышленности, технологий, населения и водопользования увеличил нагрузку как на наши земельные, так и на водные ресурсы. В некоторых местах качество подземных вод ухудшилось. Муниципальные и промышленные отходы и химические удобрения, гербициды и пестициды, не содержащиеся должным образом, попали в почву, проникли в некоторые водоносные горизонты и ухудшили качество грунтовых вод. Другие проблемы загрязнения включают утечку канализации, неисправную работу септиков и фильтраты на свалках. Как интенсивная откачка грунтовых вод может вызвать проникновение соленой воды в прибрежные водоносные горизонты. Признавая возможность загрязнения, в коммунальных и промышленных системах водоснабжения регулярно проводятся биологические и химические анализы. Федеральные, государственные и местные агентства предпринимают шаги по усилению мониторинга качества воды. Аналитические методы были усовершенствованы, чтобы можно было заранее предупреждать и реализовывать планы по смягчению или предотвращению опасностей, связанных с качеством воды. Следующая страница Грунтовые воды Главная Грунтовые воды Откуда появляются грунтовые воды Качество грунтовых вод Оценка национальных ресурсов подземных вод Глоссарий |
Качество подземных вод в некоторых частях страны, особенно неглубоких, меняется в результате деятельности человека. Подземные воды менее подвержены бактериальному загрязнению, чем поверхностные воды, потому что почва и горные породы, через которые проходят грунтовые воды, защищают от большинства бактерий. Однако бактерии время от времени попадают в грунтовые воды, иногда в опасно высоких концентрациях. Но отсутствие бактериального загрязнения само по себе не означает, что вода пригодна для питья. Многие невидимые растворенные минеральные и органические компоненты присутствуют в грунтовых водах в различных концентрациях. Большинство из них безвредны или даже полезны; хотя происходят нечасто, другие вредны, а некоторые могут быть очень токсичными.
Наиболее распространенными растворенными минеральными веществами являются натрий, кальций, магний, калий, хлорид, бикарбонат и сульфат. В химии воды эти вещества называются общими составляющими.
Шкала рН колеблется от 0 до 14. рН 7 указывает на нейтральную воду; больше 7 – вода основная; меньше 7 – кислая. Изменение pH на одну единицу соответствует 10-кратной разнице в концентрации ионов водорода. Например, вода с pH 6 содержит в 10 раз больше ионов водорода, чем вода с pH 7. Щелочная вода может образовывать накипь; кислая вода может вызывать коррозию. Согласно критериям Агентства по охране окружающей среды США, вода для бытовых нужд должна иметь рН от 5,5 до 9..
В некоторых прибрежных районах интенсивная откачка пресных грунтовых вод привела к попаданию соленой воды в пресноводные водоносные горизонты.Качество подземных вод | Геологическая служба США
• Школа водных наук ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА • Темы грунтовых вод • Темы качества воды •
Качество подземных вод
Источники/Использование: Некоторое содержимое может иметь ограничения.
Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.
Подземные воды обычно выглядят кристально чистыми, но прежде чем их пить, необходимо убедиться, что они не содержат растворенных химических веществ, которые могут быть вредными.
Кредит: Говард Перлман, Геологическая служба США
То, что у вас есть скважина , которая дает много воды, не означает, что вы можете пойти вперед и просто выпить. Потому что вода такая отличная растворитель может содержать много растворенных химикатов. А поскольку подземные воды движутся сквозь горные породы и подземный грунт, у них есть много возможностей растворять вещества по мере своего движения. По этой причине подземные воды часто содержат больше растворенных веществ, чем поверхностных вод .
Несмотря на то, что земля является отличным механизмом для фильтрации твердых частиц, таких как листья, почва и жуки, растворенные химические вещества и газы все еще могут присутствовать в грунтовых водах в достаточно больших концентрациях, вызывая проблемы.
Подземные воды могут загрязняться промышленными, бытовыми и сельскохозяйственными химикатами с поверхности. Сюда входят химические вещества, такие как пестициды и гербициды, которые многие домовладельцы применяют для обработки своих газонов.
Загрязнение подземных вод дорожной солью вызывает серьезную озабоченность в северных районах США. Соль разбрасывают по дорогам, чтобы растопить лед, а поскольку соль настолько растворима в воде, избыток натрия и хлора легко переносится в подземные грунтовые воды. Наиболее распространенной проблемой качества воды в сельском водоснабжении является бактериальное загрязнение из септиктенков, которые часто используются в сельской местности, где нет системы очистки сточных вод. Сток (перелив и протечка) из септика может просачиваться (просачиваться) до уровня грунтовых вод и, возможно, в собственный колодец домовладельца. Как и в случае с городским водоснабжением, для уничтожения опасных бактерий может потребоваться хлорирование.
Источники/использование: общественное достояние.
Геологическая служба США (USGS) занимается мониторингом запасов подземных вод в стране. Существует национальная сеть наблюдательных колодцев для регулярного измерения уровня воды в колодцах и изучения качества воды.
Загрязнители могут быть естественными или антропогенными
Просмотрите длинный список химических веществ и загрязнителей , которые можно найти в подземных водах.
Природные загрязняющие вещества присутствуют в горных породах и отложениях. По мере прохождения подземных вод через отложения металлы, такие как железо и марганец, растворяются и позже могут быть обнаружены в воде в высоких концентрациях. Промышленные сбросы, городская деятельность, сельское хозяйство, откачка грунтовых вод и удаление отходов — все это может повлиять на качество грунтовых вод. Загрязняющие вещества из протекающих топливных баков или разливов топлива или токсичных химических веществ могут попасть в грунтовые воды и загрязнить водоносный горизонт.
Пестициды и удобрения, применяемые для газонов и сельскохозяйственных культур, могут накапливаться и мигрировать в грунтовые воды.
Источники/использование: общественное достояние. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.
Одна модель Геологической службы США, основанная на общенациональных данных, была разработана для оценки риска загрязнения нитратами неглубоких грунтовых вод в Соединенных Штатах. Модель объединяет поступление азота и уязвимость водоносного горизонта с использованием технологии географической информационной системы (ГИС). Поступления азота включают нормы внесения коммерческих удобрений и навоза, атмосферные поступления и плотность населения (последние представляют собой жилые и городские источники азота, такие как септические системы, удобрения и отходы домашних животных). Уязвимость водоносного горизонта представлена характеристиками дренажа почвы — легкостью, с которой вода и химические вещества могут просачиваться в грунтовые воды, — и степенью, в которой лесные массивы перемежаются с пахотными землями.
Кредит: USGS
Подземные воды могут содержать сероводород или другие встречающиеся в природе химические вещества. Подземные воды также могут содержать нефть, органические соединения или другие химические вещества, появившиеся в результате деятельности человека. Загрязнение подземных вод может произойти, если колодец расположен рядом с землей, используемой в сельском хозяйстве, где для выращивания сельскохозяйственных культур применяются определенные виды химикатов, или рядом с заправочной станцией с протекающим резервуаром для хранения. Утечки из септиктенков и/или мест захоронения отходов также могут загрязнять грунтовые воды. Септик может занести в воду бактерии, а пестициды и удобрения, просачивающиеся в обрабатываемую почву, могут в конечном итоге попасть в воду, взятую из колодца. Или колодец мог быть размещен на земле, которая когда-то использовалась для чего-то вроде свалки мусора или химикатов. В любом случае целесообразно проверить воду из скважины на наличие загрязнений.
Физические свойства водоносного горизонта , такие как толщина, тип породы или отложений и местоположение, играют большую роль в определении того, попадут ли загрязняющие вещества с поверхности земли в грунтовые воды. Риск загрязнения больше для безнапорных (уровень грунтовых вод) водоносных горизонтов, чем для замкнутых водоносных горизонтов, поскольку они обычно расположены ближе к поверхности земли и не имеют вышележащего водоупорного слоя, препятствующего движению загрязняющих веществ. Поскольку подземные воды медленно движутся в недрах и многие загрязняющие вещества поглощаются отложениями, восстановление загрязненного водоносного горизонта затруднено и может потребовать годы, десятилетия, столетия или даже тысячелетия.
Многие американцы пьют подземную воду из собственных колодцев
Если вы едете по сельской дороге почти в любой точке страны, вы можете увидеть небольшие ограждения, похожие на собачьи будки, или металлические трубы во дворах многих домов.
и трейлерные парки. Это небольшие колодцы, которые снабжают бытовой водой отдельные и небольшие группы семей.
Если вы спросите их, интересует ли их возможное загрязнение подземных вод, они должны будут ответить «да». Так обстоит дело с десятками миллионов людей по всей стране. На приведенной ниже карте показан процент населения каждого штата, который использует воду из собственного колодца для домашнего использования. Проценты варьируются от 1 процента в Пуэрто-Рико до 44 процентов в штате Мэн, при этом средний показатель по стране составляет 14 процентов. Вы можете просмотреть эту и другие карты и соответствующие данные из публикации Геологической службы США « Расчетное использование воды в США, 2015 г. «.
Источники/использование: общественное достояние. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.
Значительный процент населения каждого штата снабжает себя водой из колодцев.
Некоторая информация на этой странице взята из Грунтовые воды и сельский домовладелец , Брошюра Геологической службы США, 1982 г.