16302C
Титульный экран
3 ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ
3.1 Общие сведения о подземных водах, водные свойства горных пород
Вода в природе имеет широкое распространение. Она содержится в атмосфере, гидросфере и биосфере.
Горные породы по своему происхождению и вследствие вторичных процессов (выветривания, выщелачивания, тектонические подвижек и др.) 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 с 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).
Подземные воды образуются путем инфильтрации, преимущественно за счет просачивания в горные породы атмосферных осадков. Наряду с этим, как доказано А. Ф. Лебедевым, в образовании грунтовых вод также участвует и конденсационная вода, т. е. вода, образующаяся путем конденсации водяных паров из воздуха.
Выпадающие на поверхность земной коры атмосферные осадки распределяются следующим образом: часть их испаряется, возвращаясь обратно в атмосферу; другая часть стекает по поверхности в реки и озера (поверхностный сток); третья часть просачивается (инфильтрация - нисходящее движение гравитационной воды в ненасыщенных ею горных породах по порам и мелким трещинам) в толщу горных пород под действием силы тяжести и передвигается в них (подземный сток).
Испарение выпавших осадков в основном зависит от температуры и влажности воздуха над смоченной поверхностью, от наличия и характера растительности и от плотности горных пород. Чем выше температура воздуха и чем больше сила ветра, тем больше воды будет испаряться с поверхности, тем быстрее будет просыхать эта поверхность.
Сток и просачивание зависят от условий выпадения атмосферных осадков, рельефа местности, характера горных пород и от испарения. Атмосферные осадки могут выпадать в виде ливней или мелких затяжных дождей. В первом случае будет преобладать сток, просачивание же будет незначительным. Во втором случае просачивание чаще будет весьма значительным, а сток очень мал.
При равнинном характере рельефа атмосферная влага будет или просачиваться в толщу грунтов, или испаряться; при холмистом или же гористом рельефе будет преобладать сток, а испарение и просачивание будут крайне незначительными.
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 крупности, 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:
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 kф.
В зависимости от водопроницаемости горные породы делятся на три группы: водопроницаемые – галька, гравий, песок, трещиноватые горные породы (kф > 1 м/сут); полупроницаемые – лёсс, супеси, легкие суглинки, некоторые сильнопористые песчаники и известняки (kф = 1…0,001 м/сут); водонепроницаемые, или водоупорные – глины, тяжелые суглинки, плотные не трещиноватые горные породы (kф < 0,001 м/сут).