загрузка...

/> Рис. 8. Схема залегания подземных вод: А - верховодка; Б - грунтовые воды, образующие зону активного водообмена; В - безнапорные межпластовые воды; Г - напорные подземные воды; 1 - проницаемые породы; 2 - непроницаемые породы (водоупоры); 3 - буровые скважины и уровни воды в них, фонтанирующие скважины (артезианские); 4 - уровни воды (а - свободный уровень у грунтовых вод; б - напорный пьезометрический уровень); 5 - источник (родник) Воды зоны аэрации и грунтовые воды


Воды зоны аэрации и грунтовые воды залегают в верхней части геологического разреза: от поверхности Земли до глубин порядка 200-250 м, реже больше. В связи с этим условия их формирования наиболее тесно связаны с климатом территории, рельефом и поверхностными водами. Кроме того, в современных условиях их формирование в значительной мере определяется наличием различных видов антропогенного воздействия. Воды зоны аэрации
Зоной аэрации (зоной неполного насыщения) называется верхняя часть разреза земной коры, ограниченная сверху поверхностью Земли и снизу свободной поверхностью подземных вод первого водоносного горизонта. Мощность этой зоны изменяется от 0 до 200-250 м и более (см. § 2.4).
В соответствии с названием - зона неполного насыщения - свободное пространство в минеральном скелете пород зоны аэрации заполнено частично водой (связанные воды, капиллярные, свободные гравитационные, вода в виде пара, лед) и частично газами преимущественно атмосферного происхождения. При этом влажность пород зоны аэрации в плане (от участка к участку), в разрезе и во времени (по сезонам года и в годы различной водности) может меняться чрезвычайно сильно: в общем случае от уровня, соответствующего максимальной молекулярной влагоемкости (в условиях аридной зоны влажность пород зоны аэрации может быть и меньше значения ю ), до значений, соответствующих полному насыщению (W ).
Уровень влажности пород зоны аэрации и его изменения в разрезе определяются в первую очередь степенью увлажнения поверхности Земли (периоды выпадения атмосферных осадков, весеннее снеготаяние, орошение и др.) и проницаемостью пород зоны аэрации, определяющей условия просачивания воды через поверхность Земли и скорость ее перераспределения в разрезе. В свою очередь проницаемость, соотношение различных видов воды и, следовательно, влажность пород в решающей степени зависят от состава пород зоны аэрации (галечники, пески, супеси, суглинки, трещиноватые или закар- стованные породы, слоистый разрез зоны аэрации и др.).
В зоне аэрации, сложенной относительно слабопроницаемыми породами (супеси, суглинки), ее проницаемость и условия движения подземных вод в той или иной мере могут определяться скважностью, формирующейся в связи с развитием корневой системы растений и деятельностью животных.
В ненасыщенных породах зоны аэрации движение подземных вод может осуществляться движением парообразной, рыхлосвязанной воды и другими путями. Однако с точки зрения взаимодействия подземных вод зоны полного насыщения с поверхностью Земли в качестве основных видов движения воды через зону аэрации обычно рассматривается вертикальный влагоперенос, осуществляющийся под действием гравитационных и капиллярно-сорбционных сил.
Вертикальный влагоперенос осуществляется во-первых, нисходящим движением свободных гравитационных вод (просачивание) от поверхности Земли до уровня первого водоносного горизонта, формирующим инфильтрационное питание подземных вод, во-вторых, подъем подземных вод по системе капилляров от уровня водоносного горизонта до поверхности
Земли с последующим испарением (разгрузка грунтовых вод испарением).
По условиям залегания и особенностям водного режима в разрезе зоны аэрации обычно выделяют три характерных горизонта подземных вод: воды почвенного слоя, верховодку и воды капиллярной каймы (рис. 9).

Рис. 9. Схема залегания типов подземных вод зоны аэрации:
1 - породы зоны аэрации; 2 - породы грунтового водоносного горизонта; 3 - слабопроницаемые породы; 4 - почвенный слой; 5 - уровень грунтовых вод и капиллярная кайма; 6 - верховодка


Горизонт почвенных вод формируется в самой верхней части разреза вблизи от поверхности Земли, мощность его чаще всего изменяется от первых десятков сантиметров до 1-1,5 м, реже более. Горизонт не имеет под собой постоянного водоупора. Эти воды питаются атмосферными осадками, поэтому максимальное насыщение почв происходит в сезоны дождей или в периоды таяния снежного покрова, а минимальные запасы характерны для засушливых периодов и зим. Области распространения этих вод совпадают с областями их питания.
В связи с микроагрегатной структурой почв, высоким содержанием органики и другими факторами в почвенном слое формируются преимущественно прочносвязанные, рыхлосвязанные и капиллярные воды; в периоды интенсивного увлажнения почвенного слоя - свободные гравитационные воды. Основным видом движения почвенных вод является вертикальный влагоперенос под действием капиллярно-сорбционных и гравитационных сил (инфильтрация, испарение). В значительной степени режим горизонта почвенных вод определяется также расходом воды через корневую систему растений с последующей транспирацией (в зависимости от наличия и вида растительности, сезонов года и др.).
Верховодкой называются локально распространенные и, как правило, непостоянно существующие (сезоны основного увлажнения, многоводные годы и т.д.) скопления свободных гравитационных вод, формирующиеся на пространственно невыдержанных водоупорах в породах зоны аэрации, выше уровня грунтового водоносного горизонта (см. рис. 9). Подобные водоупоры могут быть связаны с невыдержанными относительно маломощными прослоями и линзами слабопроницаемых пород (глины, суглинки), горизонтами погребенных почв, породами сезонномерзлого слоя (CMC) и др. Формирование верховодки наиболее типично для территорий со значительной мощностью зоны аэрации (центральные части междуречных пространств, предгорные равнины, аридные районы с глубоким залеганием уровня грунтовых вод). При этом наиболее благоприятные условия образования верховодки характерны для участков с относительно интенсивным инфильтрацион- ным питанием, связанных с микропонижениями рельефа, орошаемыми массивами, участками сброса или складирования жидких промышленных отходов и т.д.
В зависимости от источников питания (инфильтрация, конденсация, орошение, сброс промышленных отходов и др.) водный режим и периоды существования горизонтов верховодки могут быть различными. Истощение запасов воды в горизонтах верховодки (разгрузка) связано с фильтрацией в нижележащие породы зоны аэрации (при сезонном прекращении питания), испарением и транспирацией, в ряде случаев - с интенсивным отбором воды. Климатические условия местности, состав пород почвенного слоя и зоны аэрации, источников питания и условий определяют химический состав и минерализацию воды.
Воды капиллярной каймы связаны непосредственно со свободной поверхностью первого водоносного горизонта (см. рис. 9). Мощность капиллярной каймы (высота подъема относительно уровня грунтовых вод) определяется гранулометрическим составом пород зоны аэрации и может быть различной (см. § 3.2). Перемещение вод капиллярной каймы в породах зоны аэрации обусловлено в основном изменением глубины залегания свободного уровня грунтовых вод в связи с сезонными и многолетними изменениями величин питания и разгрузки.

Наличие капиллярной каймы, ее мощность и положение относительно поверхности Земли имеют существенное значение для формирования водного режима (влажности) пород зоны аэрации и почвенного слоя, водоснабжения корневой системы растений и, следовательно, условий разгрузки грунтовых вод путем испарения и транспирации. Грунтовые воды
Грунтовыми водами (грунтовым водоносным горизонтом) называется первый от поверхности Земли постоянно существующий регионально распространенный водоносный горизонт со свободным уровнем. Понятия «постоянно существующий» и «регионально распространенный» подчеркивают различие между грунтовыми водами и верховодкой, которая также фиксируется как первый от поверхности водоносный горизонт. В отличие от верховодки существование грунтового водоносного горизонта обычно связано с наличием регионально (в пределах всего рассматриваемого района или значительной его части) распространенного пласта слабопроницаемых пород (см. гл. 4). Понятия «свободный уровень», «свободная поверхность» подчеркивают тот факт, что верхней границей грунтового водоносного горизонта является свободный уровень подземных вод (см. рис. 9). При вскрытии водоносного горизонта в этом случае отсутствует избыточное давление воды на его кровле (Р = Ратм) и уровень воды устанавливается на отметке вскрытия верхней границы горизонта. В связи с этим грунтовые воды не совсем верно называют также безнапорными. На участках, где в верхней части водоносного горизонта распространены линзы слабопроницаемых пород или покровные слабопроницаемые отложения, собственно водоносный горизонт фиксируется горными выработками ниже их подошвы. На таких участках наблюдается избыточное гидростатическое давление, под действием которого уровень воды устанавливается выше кровли водоносного горизонта. В этом случае подземные воды называются водами с местным напором или субнапорными. Поверхность грунтовых вод именуется зеркалом, реже скатертью.
В зависимости от геоморфологических условий, геологического строения и гидрогеологических особенностей выделяют грунтовой поток, грунтовой бассейн и сочетание грунтового потока с грунтовым бассейном.
Грунтовым потоком называют водоносный горизонт грунтовых вод (или его часть), движение воды в котором происходит под влиянием силы тяжести в направлении уклона их зеркала.
Бассейн грунтовых вод (грунтовой бассейн) обычно приурочен к понижению в водоупорном ложе, которое выполнено водопроницаемыми породами, насыщенными водой; зеркало его находится в горизонтальном положении. Эти бассейны образуются при таких условиях питания, когда поступающие ин- фильтрационные или конденсационные воды не полностью заполняют толщу пород. Нередко бассейном грунтовых вод называют также определенные геоморфологические элементы или геологические тела, в которых грунтовые воды широко распространены.
Формирование грунтовых вод, их режим во многом зависят от рельефа местности. Поэтому различают грунтовые воды междуречий, находящиеся на водораздельных равнинах, склонах долин, и грунтовые воды долин, заполняющие отложения аллювия. Эти воды распространены повсеместно. Особый вид грунтовых вод представляют воды ледниковых отложений, залегающие в моренах в виде линз и водоносных горизонтов. Их распространение связано с положением ледниковых образований, которые имеются и в Европе, и в Азии, и в Северной Америке. Запасы грунтовых вод ледниковых отложений, как правило, велики. Например, из конечных морен, относящихся к Валдайскому оледенению, берут начало такие крупные реки, как Волга, Днепр, Западная Двина (см. форзац).
Глубина залегания грунтовых вод увеличивается от пойм к водораздельным пространствам и от зон избыточного и достаточного увлажнения к засушливым. Даже во влажных областях отметка горизонта этих вод может опускаться до 20 м, а в зонах степей и пустынь она нередко превышает 30-40 м. При этом почвенные и почвенно-грунтовые воды могут вообще отсутствовать или существовать очень непродолжительное время. Грунтовые воды на больших глубинах чаще встречаются в виде линз, размеры которых бывают самыми различными. Например, в пустыне Каракумы размеры Ясханской линзы достигают 2000 км2, а ее мощность в центре более 70 м. Слабый водообмен в таких линзах приводит к возрастанию минерализации воды.
В горных областях грунтовые воды распространены в породах коры выветривания, а также в тектонических трещинах, разломах дочетвертичного периода. Такие воды называются трещинно-жильными. Увеличение количества выпадающих атмосферных осадков с высотой приводит к более интенсивному питанию подземных вод, которые, как правило, выклиниваются у подножий склонов речных долин и ущелий. Большие запасы грунтовых вод содержатся в межгорных впадинах и конусах выноса в предгорьях.
Таким образом, в пределах платформенных территорий гу- мидной зоны грунтовой водоносный горизонт залегает на глубинах до 10-15 м и формируется преимущественно в рыхлых отложениях четвертичного и неоген-четвертичного возраста. В аридной и полуаридной зонах с глубинами залегания грунтовых вод до 50 м и более, а также на участках с отсутствием или малой мощностью четвертичных отложений грунтовые воды могут быть связаны с отложениями любого возраста и состава. В массивах древних кристаллических пород и в горно-складчатых областях (кроме межгорных впадин и участков распространения рыхлых отложений значительной мощности) горизонт грунтовых вод связан, как правило, с верхней трещиноватой зоной горных пород (литифицированные осадочные, магматические, метаморфические породы). Для этих районов при интенсивной эрозионной расчлененности рельефа (горно-складчатые области) характерны максимальные глубины залегания грунтовых вод - до 200-250 м, возможно, больше (см. форзац).
Таким образом, сравнительно неглубокое залегание грунтовых вод на первом от поверхности водоупорном пласте, их тесная связь с поверхностными и метеорными водами определяют следующие их особенности: они безнапорные, имеют обычно свободную поверхность с давлением на ней, равным атмосферному, и передвигаются под действием силы тяжести в направлении уклона их зеркала; питание осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги в зоне аэрации, область питания совпадает с областью распространения; разгрузка происходит у основания склонов или в поверхностные водоемы и водотоки, с которыми грунтовые воды имеют гидравлическую связь;
вследствие непосредственного воздействия поверхностных факторов уровень, дебит, температура и другие параметры грунтовых вод подвержены сильным колебаниям во времени; неглубокое залегание и интенсивный подземный сток вызывают формирование преимущественно пресных грунтовых вод, но при недостаточном увлажнении территории они становятся минерализованными и солеными. 
<< | >>
Источник: Ю.А. Гледко. Гидрогеология. 2012

Еще по теме /> Рис. 8. Схема залегания подземных вод: А - верховодка; Б - грунтовые воды, образующие зону активного водообмена; В - безнапорные межпластовые воды; Г - напорные подземные воды; 1 - проницаемые породы; 2 - непроницаемые породы (водоупоры); 3 - буровые скважины и уровни воды в них, фонтанирующие скважины (артезианские); 4 - уровни воды (а - свободный уровень у грунтовых вод; б - напорный пьезометрический уровень); 5 - источник (родник) Воды зоны аэрации и грунтовые воды:

  1.   § 1. СОСТОЯНИЕ И ВИДЫ ВОДЫ В ГОРНЫХ ПОРОДАХ
  2. § 3. ГРУНТОВЫЕ II АРТЕЗИАНСКИЕ ВОДЫ
  3. § 4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  4. § 5. ИСТОЧНИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  5. § 8. ОСАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  6. ПУТЬ ВОДЫ
  7. § 6. ВОДЫ НЕФТЯНЫХ И ГАЗОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
  8. Непревзойденная красота природной воды
  9. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  10. § 1. ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ МАГМАТИЧЕСКИХ ГОРНЫХ ПОРОД
  11. 2. ВНУТРЕННИЕ МОРСКИЕ ВОДЫ И ТЕРРИТОРИАЛЬНОЕ МОРЕ
  12. Показатели качества воды и их контроль
  13. pH воды и почвы
  14. КАК ЗАСЕЛИЛИ ПРЕСНЫЕ ВОДЫ?
  15. § 3. ФОРМЫ И ЭЛЕМЕНТЫ ЗАЛЕГАНИЯ ОСАДОЧНЫХ ГОРНЫХ ПОРОД
  16. § 158. Б) Actio aquae pluviae arcendae (об удержании дождевой воды)
  17. Пассивное расселение течением воды
  18. ФОРМЫ ЗАЛЕГАНИЯ ГОРНЫХ ПОРОД (ЭЛЕМЕНТЫ ТЕКТОНИКИ)
  19. Macapy Эмото. Послания воды. Тайные коды кристаллов льда, 2005
  20. Открытие подземного пресного моря