ВОДА
В этой части речь пойдет о воде. Вода в природе имеет широкое распространение. Она содержится в атмосфере, гидросфере и биосфере. Горные породы по своему происхождению и вследствие вторичных процессов не являются монолитными, а содержат в себе поры, пустоты и трещины самых различных форм и размеров.
Это облегчает инфильтрацию атмосферных осадков и конденсацию паров воды в коре выветривания, способствуя образованию в ней водоносных горизонтов.
Воды, находящиеся в верхней части литосферы, называют подземными. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях атмосферными и поверхностными водами, называют гидрогеологией.
Подземные воды играют большую роль в жизни и хозяйственной деятельности человека. Для строителей подземные воды служат либо источником водоснабжения, или выступают как фактор, затрудняющий строительство.
Особенно сложно производство земляных и строительных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, и т.д. Появление подземных вод в рыхлых породах ведёт к ухудшению их физико-механических свойств. В глинистых породах насыщение водой, как правило, приводит к текучести, а в песчаных – к плывучести. В известняках, гипсах, каменной соли подземные воды вызывают растворение вещества с образованием крупных пустот.
Это облегчает инфильтрацию атмосферных осадков и конденсацию паров воды в коре выветривания, способствуя образованию в ней водоносных горизонтов.
Воды, находящиеся в верхней части литосферы, называют подземными. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях атмосферными и поверхностными водами, называют гидрогеологией.
Подземные воды играют большую роль в жизни и хозяйственной деятельности человека. Для строителей подземные воды служат либо источником водоснабжения, или выступают как фактор, затрудняющий строительство.
Особенно сложно производство земляных и строительных работ в условиях притока подземных вод, затапливающих котлованы, карьеры, и т.д. Появление подземных вод в рыхлых породах ведёт к ухудшению их физико-механических свойств. В глинистых породах насыщение водой, как правило, приводит к текучести, а в песчаных – к плывучести. В известняках, гипсах, каменной соли подземные воды вызывают растворение вещества с образованием крупных пустот.
Вода в условиях земной поверхности находится в постоянном движении. В природе происходит постоянный круговорот воды – большой, малый и внутренний. При большом круговороте испаряющаяся с поверхности Мирового океана влага переносится на сушу, где выпадает в виде осадков, которые вновь возвращаются в океан в виде поверхностного и подземного стоков. При малом круговороте испарившаяся с поверхности океана влага выпадает в виде осадков на ту же водную поверхность. В ходе внутреннего круговорота испарившаяся с поверхности суши влага вновь выпадает на сушу в виде атмосферных осадков.
В процессе круговорота воды в природе наиболее активно возобновляются речные воды. Интенсивность водообмена подземных вод различна и зависит преимущественно от глубины их залегания.
В верхней части земной коры различают зоны интенсивного (преимущественно пресные воды, расположенные до глубины 300-400 м), замедленного (солоноватые и соленые воды, располагаются до глубины 600-2000 м) и весьма замедленного водообмена (воды типа рассолов, полностью изолированы от поверхностных вод и атмосферных осадков).
В процессе круговорота воды в природе наиболее активно возобновляются речные воды. Интенсивность водообмена подземных вод различна и зависит преимущественно от глубины их залегания.
В верхней части земной коры различают зоны интенсивного (преимущественно пресные воды, расположенные до глубины 300-400 м), замедленного (солоноватые и соленые воды, располагаются до глубины 600-2000 м) и весьма замедленного водообмена (воды типа рассолов, полностью изолированы от поверхностных вод и атмосферных осадков).
Весьма важным фактором в распределении атмосферных осадков, выпавших на поверхность Земли, является состав и свойства пород, слагающих поверхностную толщу земной коры. Многие горные породы состоят из твердых частиц различной величины, между которыми содержатся пустоты или поры.
Общий объем и размеры этих пор и пустот в разных породах весьма различны и зависят от размера частиц и степени их уплотнения. Так, например, глины могут содержать пустот 45–55%, а песок 27–40%. Однако по своим размерам пустоты могут быть крупными и мелкими. Просачивание воды в толщу горных пород происходит главным образом по крупным пустотам. По отношению к воде горные породы характеризуются следующими показателями:
В зависимости от водопроницаемости горные породы делятся на три группы:
Общий объем и размеры этих пор и пустот в разных породах весьма различны и зависят от размера частиц и степени их уплотнения. Так, например, глины могут содержать пустот 45–55%, а песок 27–40%. Однако по своим размерам пустоты могут быть крупными и мелкими. Просачивание воды в толщу горных пород происходит главным образом по крупным пустотам. По отношению к воде горные породы характеризуются следующими показателями:
- влагоемкость – способность породы вмещать и удерживать в себе воду;
- водоотдача – способность насыщенных водой пород, отдавать гравитационную воду в виде свободного стока;
- водопроницаемость – способность горных пород пропускать гравитационную воду, главным образом зависит от характера пустот и трещин в породах, характеризуется коэффициентом фильтрации.
В зависимости от водопроницаемости горные породы делятся на три группы:
- водопроницаемые – галька, гравий, песок, трещиноватые горные породы;
- полупроницаемые – лёсс, супеси, легкие суглинки, некоторые сильнопористые песчаники и известняки;
- водонепроницаемые, или водоупорные – глины, тяжелые суглинки, плотные не трещиноватые горные породы.
Характеристика типов подземных вод
Подземные воды по условиям залегания в земной коре подразделяют на: грунтовые воды, верховодку и межпластовые воды.
Верховодка – временное скопление подземных вод в зоне аэрации, над ограниченными по площади водоупорами, представленными линзами глин, суглинков в песке, прослойками более плотных пород. Чаще всего верховодка образуется в период обильных дождей и снеготаяния. При инженерно-геологических изысканиях верховодка не всегда обнаруживается, поэтому представляет значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений может вызвать их подтопление. Кроме того, при возникновении аварийных ситуаций, например, утечке водонесущих коммуникаций, возникает техногенная верховодка.
Межпластовые подземные воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. По режиму (гидравлическому состоянию) эти воды делятся на ненапорные и напорные. Ненапорные межпластовые воды характеризуются наличием свободной поверхности, устанавливаемой под влиянием силы тяжести. Напорные воды имеют повышенное гидростатическое давление и стремятся повысить свой уровень в выработках, что связано с отсутствием свободного выхода воды в условиях изогнутости водоносного пласта и наличия водонепроницаемых кровли и подошвы.
Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем. Высотное положение уровня связано с характером залегания водоносных слоев. Он может быть выше поверхности земли или ниже ее. В первом случае, выходя через буровые скважины, вода фонтанирует, во втором поднимается лишь до пьезометрического уровня.
Верховодка – временное скопление подземных вод в зоне аэрации, над ограниченными по площади водоупорами, представленными линзами глин, суглинков в песке, прослойками более плотных пород. Чаще всего верховодка образуется в период обильных дождей и снеготаяния. При инженерно-геологических изысканиях верховодка не всегда обнаруживается, поэтому представляет значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений может вызвать их подтопление. Кроме того, при возникновении аварийных ситуаций, например, утечке водонесущих коммуникаций, возникает техногенная верховодка.
Межпластовые подземные воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. По режиму (гидравлическому состоянию) эти воды делятся на ненапорные и напорные. Ненапорные межпластовые воды характеризуются наличием свободной поверхности, устанавливаемой под влиянием силы тяжести. Напорные воды имеют повышенное гидростатическое давление и стремятся повысить свой уровень в выработках, что связано с отсутствием свободного выхода воды в условиях изогнутости водоносного пласта и наличия водонепроницаемых кровли и подошвы.
Напорность вод характеризуется пьезометрическим уровнем. Высотное положение уровня связано с характером залегания водоносных слоев. Он может быть выше поверхности земли или ниже ее. В первом случае, выходя через буровые скважины, вода фонтанирует, во втором поднимается лишь до пьезометрического уровня.
Для характеристики грунтовых вод данной местности устанавливают уровень грунтовых вод, а также направление и скорость движения воды в породе. При пересечении уровня грунтовых вод какой-либо выработкой (шурф, котлован, буровая скважина и пр.) с ее стен сочится вода, которая с течением времени заполняет часть выработки.
Уровень грунтовых вод не является постоянным. В зависимости от погодных условий (дождливая погода, сухой период года и пр.) глубина залегания грунтовых вод повышается или понижается.
Особенно сильно подвержены колебаниям грунтовые воды, лежащие близко к дневной поверхности.
Линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней грунтовых вод называют гидроизогипсами.
На специальных гидрогеологических картах – картах гидроизогипс, гидроизогипсы проводятся, как горизонтали на топографических картах, через 1, 2, 3 и 5 м в зависимости от количества наблюдений и необходимой точности.
Уровень грунтовых вод не является постоянным. В зависимости от погодных условий (дождливая погода, сухой период года и пр.) глубина залегания грунтовых вод повышается или понижается.
Особенно сильно подвержены колебаниям грунтовые воды, лежащие близко к дневной поверхности.
Линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или относительными отметками уровней грунтовых вод называют гидроизогипсами.
На специальных гидрогеологических картах – картах гидроизогипс, гидроизогипсы проводятся, как горизонтали на топографических картах, через 1, 2, 3 и 5 м в зависимости от количества наблюдений и необходимой точности.
Гидрогеологическая съемка
Для правильного понимания гидрогеологических условий необходимо иметь четкое представление о геологическом строении и геоморфологии района.
Гидрогеологическая съемка выполняется в основном с помощью маршрутных исследований – комплексных полевых исследований гидрогеологических условий с целью их картирования. С ее помощью обосновывают выбор участка водозабора и выявляют запасы подземных вод и пр.
Различают следующие масштабы съемки:
Результатом съемочных работ является гидрогеологическая карта территории и отчет по съемке. Гидрогеологические разрезы к карте отражают изменение этих условий по глубине.
Для составления сводной гидрогеологической карты используют различные вспомогательные гидрогеологические карты, имеющие самостоятельное значение, например, карты гидроизогипс.
Гидрогеологическая съемка выполняется в основном с помощью маршрутных исследований – комплексных полевых исследований гидрогеологических условий с целью их картирования. С ее помощью обосновывают выбор участка водозабора и выявляют запасы подземных вод и пр.
Различают следующие масштабы съемки:
- крупномасштабные или специальные – они применяются для решения специальных, конкретных вопросов;
- среднемасштабные, мелкомасштабные или общие – для общей оценки гидрогеологических условий районов и пр.
Результатом съемочных работ является гидрогеологическая карта территории и отчет по съемке. Гидрогеологические разрезы к карте отражают изменение этих условий по глубине.
Для составления сводной гидрогеологической карты используют различные вспомогательные гидрогеологические карты, имеющие самостоятельное значение, например, карты гидроизогипс.