Расположение подземных вод: Подземные воды

Содержание

Расположение водоносных слоев: верховодка, грунтовые и межпластовые

Вода является источником жизни на Земле, без нее трудно представить себе деятельность современного человека. Вода используется для разных целей: питьевых и хозяйственных нужд, водопоя скота. Те, кто проживает в частном секторе вдали от города, знают, что основными источниками питьевой воды являются колодцы, скважины или каптажи. В том или ином случае проводить воду необходимо собственными силами. Большое значение имеет определение точного расположения водоносной жилы. Расположение водоносных жил различается по глубине, от этого во многом зависит качество воды.

Схема залегания подземных вод.

Каждый уровень водоноса имеет свои особенности. В зависимости от этого, различают несколько типов подземных жил: верховодку, грунтовые и межпластовые воды. Последние делятся на напорные и безнапорные. Они наиболее чистые, но, в тоже время, до них труднее всего добраться. Гидрогеологические особенности важны не только при проведении водопровода, но и в строительном деле. При этом большое значение имеет уровень стояния грунтовых вод. Рассмотрим более подробно, чем отличаются между собой верховодка, грунтовые и межпластовые воды, какова их глубина залегания.

Водоносные слои земли

Карта глубин залегания грунтовых вод.

В толще земли имеется несколько водоносных слоев. Вода скапливается в земле благодаря наличию водоупорных пластов. Последние образованы, в большей степени, глиной. Глина практически не пропускает воду, защищая тем самым водоносные горизонты от загрязнения. Реже в водоупорном пласте можно встретить камни. Интересен тот факт, что между глиняными пластами практически всегда находятся слои, образованные песком. Известно, что песок удерживает влагу (воду), в результате чего вода скапливается и тем самым образует водоносные недра земли. Необходимо знать, что водоносные слои могут быть защищены водоупорными пластами с обеих сторон или только с одной.

Самый глубокий водоносный пласт, который используется в современное время для водопотребления, образован артезианскими водами. Он может располагаться на глубине более 100 метров. Артезианские воды залегают не в толще песка, а в пласте, образованном известняком. Благодаря этому они имеют особый химический состав. Существуют и более доступные водоносные слои. К ним относится верховодка. Большое значение имеет то, что она не защищена сверху водоупорным слоем, поэтому не пригодна для питьевых нужд. Водоносные слои в одних участках местности могут быть тонкими, а в других – очень большими. Это наблюдается в результате излома водоупорных пластов. Такие участки имеют большой дебит.

Вернуться к оглавлению

Верховодка и ее особенности

Схема движения грунтовых вод.

Самый первый водоносный слой называется верховодкой. Свое название такая вода получила благодаря тому, что слой расположен очень близко к поверхности. Глубина, на которой она может обнаруживаться, составляет от 1 до 4 метров. Верховодка относится к безнапорным подземным водам. Такая вода есть не везде, поэтому представляет собой непостоянный водоносный слой. Верховодка образуется в результате фильтрования поверхностных вод или осадков через почву. В силу этого она не нашла широкого применения для питьевых нужд. Причин тому несколько:

низкий дебит и его непостоянство;
наличие большого количества загрязняющих веществ;
невозможность в полной степени обеспечивать нужды населения.

Верховодка образуется периодически. Это зависит от наличия осадков, паводков. В теплое время года (летом) найти данный источник воды очень сложно. Нередко она располагается на первом водоупорном слое, поэтому при выходе этого пласта может образоваться заболоченный участок. Вода этого водоносного слоя характеризуется тем, что является пресной, имеет низкую минерализацию. Кроме того, она загрязнена органическими веществами. В ряде случаев в ней содержится много железа. Она может быть пригодна для хозяйственных нужд в качестве дополнительного источника воды для полива или орошения растений.

Вернуться к оглавлению

Характеристика грунтовых вод

Схема слоев грунта.

Определение уровня стояния грунтовых вод в частном строительстве наблюдается очень часто. Именно они чаще всего используются для водоснабжения жилого сектора. Для забора грунтовых вод строятся колодцы или каптажи. Скважины же чаще бурятся для межпластовых вод. Грунтовые воды образуют первый постоянный водоносный горизонт, который лежит на первом водоупорном слое земли. Они являются безнапорными. Это свидетельствует о том, что сверху они не защищены водоупорными породами грунта, а сам пласт земли при этом остается заполненным наполовину.

Они распространены практически повсеместно, в отличие от верховодки. Важно, что грунтовые воды во многом зависят от осадков, поэтому их дебит может меняться в зависимости от времени года. Весной и осенью он больше, нежели летом и зимой. Уровень этого слоя повторяет конфигурацию рельефа, поэтому на разных территориях толщина данного слоя разная. Вода, которая скапливается в аллювиальных недрах, широко используется для питья. Грунтовые воды залегают на уровне от нескольких метров до десятков. Химический состав и минерализация определяются расположением слоя. Если вблизи имеются поверхностные источники (реки, озера) с пресной водой, то подземные слои могут использоваться для питьевых нужд, стирки и других целей. Но при этом требуется их очистка (кипячение или фильтрование).

Вернуться к оглавлению

Межпластовые водоносные слои

При выборе водоносного слоя для будущего колодца или скважины необходимо знать, что межпластовые воды являются более качественными (чистыми) в отличие от грунтовых.

Межпластовые воды характеризуются тем, что они окружены сверху и снизу водоупорными слоями.

Конструкция артезианской скважины.

Глубина, на которой их можно обнаружить, составляет от 10 и более метров. Различают безнапорные и напорные межпластовые воды. Первые распространены не так широко, их очень трудно найти. Они встречаются в слоистых осадках, вверху геологического разреза. По своему химическому составу они более сбалансированные и чистые, поэтому используются для водоснабжения.

Наибольшую популярность имеют напорные воды, именуемые артезианскими. Установлено, что их химический состав постоянен. Они богаты различными минералами. Такую воду можно пить даже без предварительной обработки. Защита этого водоносного слоя осуществляется сверху и снизу. Их дебит всегда большой, и он постоянен. Глубина их расположения составляет около 100 метров и больше. Именно для получения артезианской воды производят бурение скважины. Артезианские воды относятся к полезным ископаемым, представляющим большую ценность.

Вернуться к оглавлению

Как зависит качество воды от глубины водоносного горизонта?

При расположении водоносных слоев считается, что качество воды улучшается по мере увеличения глубины. Это на самом деле так. В ходе частного строительства колодцев или скважин первая вода начинает появляться уже на глубине 2-3 метров от поверхности. Это вода первого водоносного горизонта. Она загрязнена химическими веществами, органикой, которая поступает с поверхности. Большое значение имеют сточные воды, которые легко проникают в первый водоносный горизонт. При возведении колодца оптимальная глубина копания составляет 15-20 метров.

Здесь залегают грунтовые воды и межпластовые. Для обнаружения артезианской жилы нужно копать дальше. При этом лучше использовать бурение. Таким образом, залегание водоносных горизонтов имеет огромное значение для водоснабжения населения. Многие регионы испытывают нехватку чистой воды, что служит поводом для поиска новых источников.

Карта глубин подземных вод

Если вы стали счастливым обладателем дачного или приусадебного участка, то перед началом строительства необходимо произвести геодезические исследования территории, результатом которых должны стать: карта глубин залегания подземных вод; схема размещения на участке основных видов почв, с толщиной плодородного слоя и глубиной промерзания.

Карта глубин подземных вод — это схема расположение и глубины залегания на участке подземных вод различного типа.

Зачем знать на какой глубине залегает вода?

Карта глубин подземных вод необходима по целому ряду причин:

Определение типа и глубины залегания фундамента строения. Если ошибиться с выбором типа основания здания и заглубить его в водоносном слое, деформации дома неизбежны вплоть до разрушения;
Очевидная причина – выкопать колодец или заказать бурение скважин на участке. По карте определяется оптимальное место для устройства септика и ливневки;
Устройство системы полива и/или дренажной сети.

Классификация подземных вод

Даже если карта глубин составлена профессионалами, владельцу необходимо разбираться в типах подземных вод, чтобы наиболее полно использовать их потенциал, возможности строительства на участке и ведения домашнего хозяйства. Заказать разработку карты глубин или бурение скважин в СПб и Ленинградской области можно у компании ООО «Вода Drill».

Различают четыре главных разновидности грунтовых вод, классифицируют их по глубине залегания. Целесообразность применения зависит от множества факторов, состава почв, климата и др. В Ленинградской области водоносные горизонты имеют значительную разницу, от 15 до 250 метров.

Разновидности грунтовых вод и их размещение в толще земли

Верховодка – этот водоносный горизонт находится не глубже 4-5 м. от поверхности. Поступление воды осуществляют атмосферные осадки. Его использование нецелесообразно по целому ряду причин. Во-первых, даже в Ленинградской области в засушливый летний сезон водоносный горизонт такого типа практически всегда пересыхает. Во-вторых – незначительный слой грунта не успевает отфильтровывать поступающую от осадков воду. Для ее использования в быту понадобятся довольно дорогостоящие фильтровальные устройства.
Межпластовые – горизонт залегания воды находится в диапазоне 10-100 м. Расположение – между двумя водонепроницаемыми, плотными слоями. Зачастую, верхний слой бывает проницаем, обеспечивая межпластовым водам дополнительную подпитку от грунтовых. Это оптимальный вариант получения воды. Скважина имеет достаточную глубину под землей, чтобы не пересыхать и отфильтровывать вредные примеси, попадающие с поверхности. Количество воды в горизонте достаточно для интенсивного использования в летний период. Для личного потребления достаточно небольшого бытового фильтра.
Грунтовые воды – как правило, залегают на глубине до 10 м. Располагаются в глинистом водонепроницаемом пласте. Допускается ограниченное использование в технических целях. Рекомендуется разрабатывать если глубина залегания максимальная, около 10 м. При залегании на 4-6 м. вода не успевает отфильтровываться, в особо жаркие летние периоды могут пересыхать. При верхнем горизонте залегания происходят дополнительные загрязнения поверхностными техническими водами.
Артезианская вода – залегает на глубинах более 100 метров. Для доступа к слою бурится скважина. Качество воды наилучшее, она фактически не нуждается в фильтровании. Однако в некоторых случаях возможно превышение допустимых значений минералов: магния, калия, железа и других неорганических соединений. В качестве водоносной породы выступает известняк. Он является естественным фильтром для поступающей с поверхности воды. В Ленинградской области для обеспечения водой частных подворий артезианские скважины используется редко. Причин несколько, но основные – это высокая стоимость буровых работ, и дальнейшего обустройства, оборудования и монтажа. Так же, количество и интенсивность поступления воды из артезианских слоев для частного потребителя совершенно излишняя.

Как гидрологи находят подземные воды?

Как гласит несуществующая пословица: » Люди живут не только поверхностными водами. » На протяжении тысячелетий люди также полагались на подземные воды для удовлетворения всех своих потребностей. Подземные воды бесценны для многих целей, от орошения до питьевого водоснабжения. Но вы не можете видеть подземные воды, так как же ученые-гидрологи знают, где они находятся, чтобы иметь возможность бурить скважины и откачивать их для использования?

• Школа водных наук ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА • Темы подземных вод •

Как гидрологи находят подземные воды?

Использование научных методов для определения местонахождения воды

Для точного определения местонахождения грунтовых вод и определения глубины, количества и качества воды необходимо использовать несколько методов, а целевая область должна быть тщательно протестирована и изучена для определения гидрологических и геологические особенности, важные для планирования ресурсов и управления ими. Ландшафт может подсказать гидрологу наличие неглубоких грунтовых вод. Условия для большого количества поверхностных грунтовых вод более благоприятны под долинами, чем под холмами. В некоторых регионах — например, в частях засушливого юго-запада — наличие «водолюбивых» растений, таких как тополя или ивы, указывает на то, что грунтовые воды находятся на небольшой или умеренной глубине. Области, где вода находится на поверхности, как родники , просачивания, болота или озера отражают наличие подземных вод, хотя и не обязательно в больших количествах или пригодного для использования качества.

Трудно представить воду под землей. Некоторые люди считают, что грунтовые воды собираются в подземных озерах или текут в подземных реках. По сути, грунтовые воды — это просто подповерхностные воды, которые полностью насыщают поры или трещины в почвах и горных породах. Подземные воды пополняются за счет атмосферных осадков и в зависимости от местного климата и геологии распределяются неравномерно как по количеству, так и по качеству. Когда идет дождь или тает снег, часть воды испаряется, часть — выделяется растениями, часть протекает по суше и собирается в ручьях, а часть проникает в поры или трещины почвы и горных пород. Первая вода, которая попадает в почву, заменяет воду, которая была испарена или использована растениями в предшествующий засушливый период. Между поверхностью земли и водоносным горизонтом находится зона, которую гидрологи называют ненасыщенной зоной. В этой ненасыщенной зоне обычно есть хотя бы немного воды, в основном в более мелких отверстиях почвы и скалы; большие отверстия обычно содержат воздух вместо воды. После сильного дождя зона может быть почти насыщена водой; после долгой засухи она может быть почти сухой. Часть воды удерживается в ненасыщенной зоне на прилипание и сцепление , и он не будет течь к скважине или входить в нее. Подобные силы удерживают достаточно воды во влажном полотенце, чтобы оно стало влажным после того, как с него перестало капать.

Источники/использование: общественное достояние.

Поиск подземных вод

Подземные воды — это просто подземные воды, которые полностью насыщают поры или трещины в почвах и горных породах. Водоносные горизонты пополняются просачиванием атмосферных осадков , выпадающих на сушу, хотя они могут и искусственно пополняться людьми. Существует множество геологических, метеорологических, топографических и человеческих факторов, которые определяют степень и скорость пополнения водоносных горизонтов водой.

Ландшафт предлагает полезные подсказки. Неглубокие подземные воды чаще встречаются в больших количествах под долинами, чем под холмами, потому что подземные воды подчиняются закону гравитации и текут вниз точно так же, как и поверхностные воды. В засушливых районах наличие «водолюбивых» растений свидетельствует о наличии грунтовых вод на небольшой глубине. Любая территория, где вода выходит на поверхность в родниках, просачиваниях, болотах или озерах, должна иметь некоторое количество грунтовых вод, хотя и не обязательно в большом количестве или пригодного для использования качества.

Камни являются наиболее ценными подсказками для всех сцементированных образований, таких как песчаник, известняк или гранит, а также для рыхлых рыхлых отложений, таких как гравий или песок. «Водоносный горизонт» — это любое тело горной породы, содержащее полезный запас воды. Хороший водоносный горизонт должен быть достаточно пористым, чтобы удерживать воду, и достаточно проницаемым, чтобы обеспечить непрерывную подачу воды в колодец.

Гравий, песок, песчаник и известняк являются одними из лучших водоносных горизонтов, но они составляют лишь часть горных пород в земной коре. Большинство горных пород мелкозернистые или иным образом «плотные» и содержат или переносят мало воды.

В качестве первого шага в поиске грунтовых вод гидролог готовит геологическую карту, показывающую места, где различные породы выходят на поверхность земли. Некоторые скалы могут быть настолько треснувшими и сломанными, что они обеспечивают хорошие отверстия для отвода воды под землю. Однако породы могут быть настолько складчатыми и смещенными, что трудно проследить их местонахождение под землей.

Затем гидролог собирает информацию о колодцах в этом районе — их местоположении, глубине до воды, количестве перекачиваемой воды и породах, через которые они проходят. Поскольку искатель воды не всегда может позволить себе пробурить тестовую скважину для получения информации, записи скважин из уже пробуренных представляют большую ценность.

Если в районе нет скважин или недостаточно информации о существующих скважинах, гидролог может заключить договор с бурильщиком скважин на бурение пробных скважин. В этих скважинах будет проводиться откачка или испытание водоносного горизонта. Эти тесты показывают водоносные свойства водоносного горизонта, вскрытого скважиной. По результатам испытаний гидролог может определить количество воды, проходящей через водоносный горизонт, объем воды, который может попасть в колодец, и влияние откачки на уровень воды в других колодцах в этом районе.

Для человека, использующего воду, качество так же важно, как и количество. Гидролог возьмет пробы воды из различных скважин и проведет их химический анализ.

Отчет гидролога и геологическая карта покажут, где можно найти воду, ее химический состав и в целом, сколько имеется. Это научный подход, используемый Геологической службой США, государственными агентствами по ресурсам и инженерами-консультантами при проведении исследований подземных вод. Информацию о местных условиях грунтовых вод можно найти в офисах, которые Отдел водных ресурсов Геологической службы США имеет во всех 50 штатах.

Источники/Использование: Некоторое содержимое может иметь ограничения. Посетите СМИ, чтобы узнать подробности.

Вы думаете, что знаете о подземных водах?
Пройдите наш тест Верно/неверно для грунтовых вод , часть нашей деятельности Центр .

Источники и дополнительная информация:

Оценка национальных водных ресурсов, USGS Общая информация.0101

_{Значок викторины, созданный mynamepong с сайта www.flaticon.com}

Источники/использование: общественное достояние.

Хотите узнать больше о том, как гидрологи находят подземные воды? Следуйте за мной на веб-сайт Геофизики для исследований взаимодействия подземных и поверхностных вод Геологической службы США!

Водоносные горизонты: Подземные хранилища пресной воды

Когда вы совершаете покупку по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.

(Изображение предоставлено: Environment Canada/USGS)

Водоносные горизонты — это подземные слои горных пород, насыщенные водой, которую можно доставить на поверхность из природных источников или с помощью насосов.

Подземные воды, содержащиеся в водоносных горизонтах, являются одним из наиболее важных источников воды на Земле: по данным Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA), около 30 процентов жидкой пресной воды составляют подземные воды. Остальное находится на поверхности в ручьях, озерах, реках и водно-болотных угодьях. Большая часть мировых запасов пресной воды — около 69процентов — заперты в ледниках и ледяных шапках. На веб-сайте Геологической службы США есть карта важных водоносных горизонтов на территории Соединенных Штатов.

Подземные воды можно найти в различных типах горных пород, но наиболее продуктивные водоносные горизонты находятся в пористых, проницаемых горных породах, таких как песчаник, или в открытых полостях и пещерах известняковых водоносных горизонтов. Подземные воды легче проходят через эти материалы, что позволяет быстрее откачивать воду и использовать другие методы извлечения воды. Водоносные горизонты также можно найти в регионах, где горная порода состоит из более плотного материала, такого как гранит или базальт, если эта порода имеет трещины и разломы.

«Водоносные горизонты бывают разных форм и размеров, но на самом деле они представляют собой замкнутое подземное хранилище воды», — сказал Стивен Филлипс, гидролог из Геологической службы США (USGS) в Сакраменто, Калифорния.

Плотный, непроницаемый материал, такой как глина или сланец, может действовать как «водоупор», т. е. слой породы или другого материала, почти непроницаемого для воды. Подземные воды могут двигаться через такой материал, но очень медленно (если вообще двигаться). По словам Филлипса, разломы или горы также могут блокировать движение пресных грунтовых вод, как и океан.

Водоупор может задерживать грунтовые воды в водоносном горизонте и создавать артезианскую скважину. Когда грунтовые воды текут под водоупором с возвышенности на низину, например, со склона горы на дно долины, давления на грунтовые воды может быть достаточно, чтобы вытеснить воду из любой скважины, пробуренной в этом водоносном горизонте. Такие скважины известны как артезианские скважины, а водоносные горизонты, в которые они выходят, называются артезианскими водоносными горизонтами или замкнутыми водоносными горизонтами.

Движение подземных вод

Когда новые поверхностные воды попадают в водоносный горизонт, они «подзаряжают» запасы подземных вод. По словам Филлипса, подпитка в основном происходит вблизи гор, и подземные воды обычно стекают с горных склонов к ручьям и рекам под действием силы тяжести. По данным Environment Canada, в зависимости от плотности горных пород и почвы, через которые проходят грунтовые воды, они могут ползти со скоростью всего несколько сантиметров за столетие. В других районах, где скалы и почва более рыхлые и проницаемые, грунтовые воды могут перемещаться на несколько футов в день.

Вода в водоносном горизонте может удерживаться под поверхностью Земли в течение многих столетий: по оценкам гидрологов, воде в некоторых водоносных горизонтах более 10 000 лет (это означает, что она выпала на поверхность Земли в виде дождя или снега примерно за 6 000 лет до того, как Египет была построена Великая пирамида в Гизе). Самая старая из когда-либо обнаруженных подземных вод была обнаружена на глубине 2 миль (2,4 км) в канадской шахте и находилась там между 1,5 и 2,64 миллиарда лет назад.

Но чем глубже копать воду, тем более соленой становится жидкость, сказал Филлипс. «Подземные воды могут быть очень, очень глубокими, но в конечном итоге это рассол», — сказал он. «Для пресной воды глубины очень ограничены».

Большая часть питьевой воды, от которой зависит жизнь общества, содержится в неглубоких водоносных горизонтах. Например, водоносный горизонт Огаллала — огромный резервуар подземных вод площадью 174 000 квадратных миль (450 000 квадратных километров) — обеспечивает почти одну треть сельскохозяйственных подземных вод Америки, и более 1,8 миллиона человек зависят от водоносного горизонта Огаллала в качестве источника питьевой воды.

Точно так же Техас получает почти 60 процентов воды из подземных вод; во Флориде подземные воды обеспечивают более 90 процентов пресной воды штата. Но эти важные источники пресной воды подвергаются все большей опасности.

Сельское хозяйство и растущее население предъявляют значительные требования к истощению водоносных горизонтов. (Изображение предоставлено Shutterstock)

Угрозы водоносным горизонтам

Согласно исследованию, проведенному в 2013 году Канзасским государственным университетом, к 2010 году около 30 процентов подземных вод Огаллальского водоносного горизонта было использовано. Некоторые части водоносного горизонта Огаллала в настоящее время пересохли, а уровень грунтовых вод в других районах снизился более чем на 300 футов. Исследование показало, что более двух третей подземных вод этого водоносного горизонта Огалалла может быть осушено в течение следующих нескольких десятилетий.

«Уровень воды только что падал, падал, падал,» сказал Филипп. «Большая часть этой системы была перезаряжена 10 000 лет назад во время последнего ледникового периода, и сейчас мы занимаемся добычей воды. Мы забираем старую воду, которая не пополняется».

Та же проблема все чаще встречается во всем мире, особенно в районах, где быстро растущее население предъявляет повышенные требования к ограниченным ресурсам водоносного горизонта — в этих местах откачка может превысить способность водоносного горизонта пополнять свои запасы подземных вод.

Когда откачка грунтовых вод приводит к понижению уровня грунтовых вод, уровень грунтовых вод может упасть так низко, что окажется ниже глубины колодца. В таких случаях колодец «высыхает», и вода не может быть удалена до тех пор, пока грунтовые воды не пополнятся, что в некоторых случаях может занять сотни или тысячи лет.

Когда грунт проседает из-за откачки грунтовых вод, это называется проседанием. В долине Сан-Хоакин на юге Калифорнии, где фермеры полагаются на колодцы для орошения, поверхность земли опустилась на 28 футов (8,5 метра) между 1920-е и 1970-е годы, по данным НАСА, которое использует спутниковые данные для отслеживания опускания.

«Оседание земли представляет угрозу для водоносных горизонтов, а также для инфраструктуры на поверхности», — сказал Филлипс.

В дополнение к уровню грунтовых вод качеству воды в водоносном горизонте может угрожать вторжение соленой воды (особая проблема в прибрежных районах), биологические загрязнители, такие как навоз или выбросы из септических резервуаров, а также промышленные химикаты, такие как пестициды или нефтепродукты. И как только водоносный горизонт загрязнен, его, как известно, трудно восстановить.