ВИДЫ И УСЛОВИЯ ЗАЛЕГАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

ВОДЫ ЗОНЫ АЭРАЦИИ

В земной коре вода встречается почти повсеместно и характеризуется многообразием условий залегания. При этом решающую роль играют физико-географические, геологические, термодинамические условия. Классификационные схемы по условиям залегания подземных вод разрабатывались многими учеными-гидрогеологами —

О. Мейнцером, С. Дэвисом, В.И. Вернадским, Ф.П. Саваренским, О.К Ланге, И.К. Зайцевым, А.М. Овчинниковым, Н.И. Толсти-хиным. Эти схемы основаны на разных принципах, но их объединяет сходство в выделении двух главных зон в литосфере — зоны аэрации и зоны насыщения, содержащих тот или иной тип вод, разделяющихся по характеру их использования, по гидравлическому признаку или по условиям залегания. Расположение основных типов подземных вод в литосфере приведено на рис. 4.1.

Зона аэрации — зона неполного насыщения — самая верхняя часть литосферы, ограниченная сверху поверхностью Земли,

Атмосферные

осадки

Рис. 4.1. Основные типы подземных вод по условиям залегания

а снизу — свободной поверхностью грунтовых вод первого водоносного горизонта. В зоне аэрации, соприкасающейся с атмосферой, часть пор заполнена воздухом, часть — водой и частично водой в виде пара. Мощность зоны колеблется от нуля (там, где грунтовые воды достигают дневной поверхности) до нескольких сот метров (в горах, сложенных массивными проницаемыми породами и пустынях). Через эту зону происходит просачивание атмосферных и поверхностных вод. В зоне аэрации выделяют три пояса, рассмотренных далее.

1. Пояс почвенной влаги содержит почвенные воды — все воды почвенного слоя (в подпочвенный слой вода не доходит) в виде пара, влаги, льда и газообразной форме, образующиеся за счет увлажнения почв атмосферными осадками и конденсации влаги из воздуха (по А.М. Овчинникову). Это висячие воды, не подстилаемые водоупорными горизонтами и определяющие структуру, свойства и режим почв. Они имеют большое значение для питания растений и в процессах выветривания содержащихся в почве минералов, но хозяйственного значения не имеют (рис. 4.2).

Почвенные воды

Водопроницаемая горная порода

Уровень грунтовых вод

Выход

грунтовых вод или заболачивание

Водоупорные горные породы Водоносный горизонт с напорными водами

Уровень верховодки Линза водоупорных вод

Рис. 4.2. Распространение вод в зоне аэрации

Характерными особенностями почвенных вод являются:

• • это безнапорные воды;
• • связаны с атмосферой, грунтовыми водами и верховодкой;
• • имеют агрономическое значение, служат для снабжения растений водой, влияют на плодородие почв;
• • содержат много органических веществ и микроорганизмов;
• • запасы вод невелики.
• 2. Промежуточный слой зоны аэрации располагается ниже зоны почвенных вод и представляет собой толщу практически сухих пород, содержащих в небольших количествах пленочную воду. Если в этой толще имеются прослои (линзы) водоупоров, то в периоды обильной инфильтрации (просачивания) атмосферных и поверхностных вод (периоды дождей, таяния снега, половодий и проч.) над ними образуются временные скопления гравитационных вод. Мощность пород, насыщенных такими водами, обычно не превышает 1—3 м. Эти временные водоносные горизонты называются «верховодки».

Верховодка — небольшие скопления подземных вод сезонного характера, залегающих на небольшой глубине в виде линз, где чередуются водоупоры глин, суглинки и водопроницаемых пород песков. Проникающие сверху инфильтрационные воды задерживаются в этих линзах. Накопление верховодки происходит также при таянии снега, льда, обилии дождей. Воды верховодки называются еще подвешенными водами (рис. 4.3).

5

Рис. 4.3. Схема залегания грунтовых вод и верховодки:

/ — зона аэрации; 2 — зона насыщения; 3 — водоупорные глины; 4 — капиллярная

кайма; 5 — верховодка

Характерными особенностями верховодки являются:

• • небольшие глубина залегания и мощность (1 —3 м);
• • локальное развитие и небольшая площадь распространения;
• • сезонность (временность) существования;
• • ограниченность запасов и их зависимость от климатических условий и хозяйственной деятельности человека;
• • резкие колебания режима вод — температуры, уровня и химического состава;
• • низкая минерализация вод — от пресных 0,1 — 1,0 г/дм³ до слабоминерализованных 3 г/дм³;
• • разнообразие химического состава, повышенное содержание ОВ и микроэлементов Ре, ЭЮ₂;
• • легкая загрязняемость и непригодность для постоянного водоснабжения.
• 3. Пояс капиллярной каймы расположен в самом нижнем слое зоны аэрации на границе с зоной насыщения. Здесь тонкие волосные капиллярные поры заполнены собственно капиллярной водой (или капиллярно-поднятой водой), а крупные поры свободны. Воды капиллярной каймы образуются в результате подъема воды по капиллярным пустотам над свободным уровнем подземных вод. Высота капиллярного поднятия (мощность капиллярной каймы) зависит от размера пустот, структуры порового пространства, гранулометрического состава и дисперсности горных пород и изменяется от 2—3,5 см (крупнозернистые пески) до 65—120 см (глина) (рис. 4.4).

Рис. 4.4. Капиллярная кайма #_кап в грунте:

1 — водоупор (глина); 2 — грунтовая вода; 3 — зона аэрации; 4 — здание; 5 — суглинок; УГВ — уровень грунтовых вод

Воды капиллярной каймы:

• • имеют тесную гидравлическую связь с грунтовыми водами;
• • не перемещаются под действием силы тяжести;
• • могут передавать гидростатическое давление;
• • не замерзают при температуре ниже 0 °С, а замерзают при температуре ниже — 12°С;
• • перемещение верхней границы капиллярной каймы зависит от колебания уровня грунтовых вод;
• • характеризуются непостоянством режима;
• • имеют важное значение для формирования водного режима пород зоны аэрации, почвенного слоя и водоснабжения растений.

Зона насыщения расположена ниже зоны аэрации. Здесь поры

и пустоты почти сплошь заполнены водой — грунтовой, пластовой

и артезианской. Мощность зоны насыщения колеблется в широких пределах, достигая 10—12 км; примером может служить сверхглубокая Кольская скважина, вскрывшая обводненные зоны в кристаллическом фундаменте на глубине 11 км. Нижняя граница зоны насыщения определяется температурными условиями, т.е. критической температурой 374 °С, ниже которой вода не может находиться в жидкой фазе.