Межпластовые воды

Запреты на строительство

Встретить на площадке верховодку или грунтовые воды не очень радостное событие для застройщика.

Подземные воды могут наносить вред объекту при его строительстве и в последствии при эксплуатации. При таких обстоятельствах существуют ограничения на строительство.

При обнаружении высоких грунтовых вод, специалисты даже могут дать рекомендации по отказу от строительства объекта.

С верховодкой еще можно найти методы борьбы. Например, дно траншей и котлована выложить гидроизоляцией в несколько слоев, залить бетонные полы высокой маркой цемента.

Уж если и тогда будет подтапливаться подвал или цокольный этаж строения, то это будет происходить в сезон дождей и паводковых вод. В засушливое лето верховодка уходит вниз, через грунт или по водоупорному слою, залегающему под углом.

На песчаном грунте проблем с верховодкой нет. В таких местах воды существенного влияния на постройки не оказывают, а вот на сельскохозяйственные работы очень даже.

Проблемы возникают при строительстве зданий в низине, на берегу реки. Для ликвидации верховодки принимают необходимые меры по проведению осушительных мероприятий. Система отвода вод поможет справиться с этим явлением.

Именно грунтовые воды создают препятствия строителям. Особенно при наличии в составе почвы глинистых сланцев и тонкозернистых песков, которые под воздействием воды реформируются в плывуны.

Чем выше расположение УГВ, тем меньше сопротивление грунта. Уровень грунтовых вод считается высоким, если водоносный слой встречен на глубине до 2 м.

По строительным стандартам необходимо выполнение требования в плане расположения УГВ. Он должен находиться ниже, чем уровень промерзания грунтов. В соответствие с СНиП, нижний уровень основания здания и грунтовые воды должны быть расположены на расстоянии порядка 0,5 м.

Высокие грунтовые воды размывают бетонные конструкции и строительные сооружения.

Отведение грунтовых вод — дорогостоящее и кропотливое мероприятие, поскольку они постоянные, агрессивные, имеют большой объем.

Здесь уже необходима целая система водоотлива. От уровня грунтовых вод зависят затраты по строительству, расходам на обслуживание и эксплуатацию строения.

Проектирование фундаментов строений без геологического отчета не допускается. Поэтому, чтобы подземные воды не стали неожиданностью, необходимо выполнить изыскательские работы.  Для этого заключают договор с геологоразведочной фирмой.

Заканчиваются они составлением отчета, который будет содержать информацию:

• о присутствии и типах водоносных слоев;
• о качестве и содержании воды;
• об уровне притока;
• о структуре грунтов.

Не предусмотрено проведение изыскательских работ в летний или зимний период. Исследования выполняют весной и осенью, в этот период УГР достигает максимальной отметки.

География

§ 41. Подземные воды

Вспомните

Что происходит с водой, выпавшей на землю с дождем? Через какие горные породы вода просачивается быстрее — пески или глины? Что такое родники (ключи)? Почему в роднике вода холодная даже летом?

Как образуются подземные воды. Вода в земной коре находится в трех состояниях: жидком, газообразном и твердом. Вода и водяной пар заполняют промежутки между частицами горных пород.

Вода в твердом состоянии — это кристаллики и прослойки льда в промерзших породах.

Подземные воды — это воды, находящиеся в горных породах земной коры.

Подземных вод намного больше, чем поверхностных вод суши — рек, озер, болот. Они возникают за счет просачивания в глубь земли атмосферных осадков. Важнейшее условие образования подземных вод — способность горных пород пропускать воду. Различают водопроницаемые и водонепроницаемые (водоупорные) породы (рис. 142).

Рис. 142. Водопроницаемость горных пород

Горные породы, которые пропускают воду, называются водопроницаемыми. Это рыхлые пористые (песок, галька, гравий) или твердые, но трещиноватые породы (известняк, песчаник, сланец). Чем крупнее частицы и поры, тем лучше водопроницаемость. Горные породы, не пропускающие воду, — водонепроницаемые, или водоупорные. Это глины или любые нерастрескавшиеся твердые породы.

Вода с поверхности просачивается через водопроницаемые породы до тех пор, пока не встречает на своем пути водоупорные слои. Здесь она задерживается, постепенно заполняя поры или трещины водопроницаемых пород. Пласты, насыщенные водой, образуют водоносные слои (рис. 143). Вода в них течет вниз по наклоненной поверхности водоупорного слоя.

Какими бывают подземные воды. Из-за чередования пород с разной водопроницаемостью в земной коре на разной глубине может быть несколько водоносных слоев. Рыхлые и пористые породы сменяются водоупорными, затем снова водопроницаемыми и вновь водоупорными. В зависимости от положения водоносных слоев различают грунтовые и межпластовые подземные воды (см. рис. 143).

Рис. 143. Подземные воды

Воды верхнего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое, называются грунтовыми. Межпластовые воды располагаются между двумя водоупорными слоями. Сюда вода с поверхности попадает только через те места, где водоносные слои выходят на поверхность.

Глубина и толщина слоя грунтовых вод зависят от геологического строения территории, рельефа и климата. На равнинах с холодным и влажным климатом грунтовые воды могут подходить к самой поверхности, способствуя образованию болот. Если климат жаркий и сухой, грунтовые воды располагаются на большой глубине. Глубина слоя грунтовых вод может меняться по сезонам года. В России весной грунтовые воды располагаются ближе к поверхности, а летом — дальше от нее.

В пористых породах недр величайшей пустыни мира Сахары имеются огромные запасы подземных пресных вод. Их так много, что они могут обеспечить потребности всех стран, расположенных на территории пустыни. Однако эти воды залегают на глубине 150—200 м от поверхности.

Грунтовые воды часто выходят на поверхность, образуя источники (родники, ключи) в понижениях рельефа: речных долинах, оврагах. Межпластовые воды добывают с помощью специально пробуренных скважин. Иногда вода бьет через скважину фонтаном. Такие воды называют артезианскими (рис. 144).

Рис. 144. Артезианские воды

Артезианские воды образуются в вогнутых слоях горных пород. Вода оказывается здесь под большим давлением, поэтому она фонтанирует при вскрытии скважины.

Не все подземные воды пресные. Некоторые из них содержат много растворенных веществ и газов. Такие воды называют минеральными. На больших глубинах в толще земной коры возрастает температура. Поэтому здесь подземные воды становятся теплыми и даже горячими.

Если толщи земной коры сложены легко растворимыми породами (известняками, гипсом, солями), то подземные воды вымывают в них многочисленные пустоты, полости, пещеры (рис. 145). Такое явление природы, а также формы рельефа на поверхности и в толщах горных пород называются карстом.

Рис. 145. Формы карста

Вода не просто создает карстовые пещеры. Она украшает их живописными каменными «скульптурами». Из капель, просачивающихся с потолка пещер, как сосульки, нарастают вниз сталактиты. Из капель, падающих на пол пещеры, снизу постепенно растут столбики — сталагмиты. Эти формы иногда срастаются друг с другом в единые колонны.

Вопросы и задания

1. Откуда вода попадает в толщу земной коры?
2. Назовите виды подземных вод.
3. Что такое источник? Где он образуется?
4. Где образуются карстовые пещеры?

Классификация по залеганию

Выделяют следующие виды подземных вод по условиям залегания: верховодку, грунтовые, артезианские и почвенные воды.

Верховодка в основном формируется на линзах и выклинивающихся пластах слабопроницаемых или водоупорных горных пород в зоне аэрации при инфильтрации поверхностных и атмосферных вод. Иногда она образуется за счет иллювиального горизонта под почвенным слоем. Формирование данных вод связано с процессами конденсации водных паров помимо перечисленных выше. В некоторых климатических зонах они формируют достаточно большие запасы качественной воды, но в основном образуются маломощные водоносные горизонты, исчезающие при засухе и образующиеся в периоды интенсивных увлажнений. В основном данный вид подземных вод характерен для суглинков. Его мощность достигает 0,4-5 м. Существенное влияние на образование верховодки оказывает рельеф. На крутых склонах она существует короткое время или отсутствует вовсе. На плоских степях с понижениями в виде блюдец и плоских водоразделах, на поверхности речных трасс формируется более устойчивая верховодка. Она не имеет гидравлической связи с речными водами, при этом легко загрязняется иными водами. При этом она может питать грунтовые воды, а может расходоваться на испарение. Верховодка может быть пресной или слабоминерализованной.

Грунтовые воды — это часть подземных вод. Они расположены на первом водоносном горизонте от поверхности, залегают на первом водоносном пласте, выдержанном по площади. В основном они — безнапорные воды, небольшой напор могут иметь в участках с локальным водоупорным перекрытием. Глубина залегания, их химические и физические свойства подвержены периодическим колебаниям. Распространены повсеместно. Питаются посредством инфильтрации осадков из атмосферы, фильтрации из поверхностных источников, конденсации водных паров и внутригрунтового испарения, дополнительного питания, поступающего из нижерасположенных водоносных горизонтов.

Артезианские воды — это часть подземных вод, имеющих напор, залегающих в водоносных горизонтах между относительно водоупорными и водоупорными пластами. Они залегают глубже грунтовых. У них в большинстве случаев области питания и создания напора не совпадают. Вода появляется в скважине ниже установившегося уровня. Свойства данных вод менее подвержены колебаниям и загрязнениям по сравнению с грунтовыми.

Почвенные воды представляют собой таковые, которые приурочены к почвенному водному слою, принимают участие в снабжении растений данным веществом, связаны с атмосферой, верховодкой и грунтовыми водами. Они оказывают существенное влияние на химсостав грунтовых вод при их глубоком залегании. Если последние расположены неглубоко, то почва переувлажняется и начинается заболачивание. Гравитационная вода не формирует отдельного горизонта, передвижение осуществляется сверху вниз под действием капиллярных сил или сил тяжести в различных направлениях.

3.2. Мероприятия на территории ЗСО подземных источников водоснабжения*

3.2.1. Мероприятия по первому поясу

3.2.1.1. Территория первого пояса ЗСО должна
быть спланирована для отвода поверхностного стока за ее пределы, озеленена,
ограждена и обеспечена охраной. Дорожки к сооружениям должны иметь твердое
покрытие

_________

* Целью
мероприятий является сохранение постоянства природного состава воды в
водозаборе путем устранения и предупреждения возможности ее загрязнения.

3.2.1.2. Не допускается: посадка высокоствольных
деревьев, все виды строительства, не имеющие непосредственного отношения к
эксплуатации, реконструкции и расширению водопроводных сооружений, в т.ч.
прокладка трубопроводов различного назначения, размещение жилых и
хозяйственно-бытовых зданий, проживание людей, применение ядохимикатов и
удобрений.

3.2.1.3. Здания должны быть оборудованы
канализацией с отведением сточных вод в ближайшую систему бытовой или
производственной канализации или на местные станции очистных сооружений,
расположенные за пределами первого пояса ЗСО с учетом санитарного режима на
территории второго пояса.

В исключительных случаях при отсутствии
канализации должны устраиваться водонепроницаемые приемники нечистот и бытовых
отходов, расположенные в местах, исключающих загрязнение территории первого
пояса ЗСО при их вывозе.

3.2.1.4. Водопроводные сооружения,
расположенные в первом поясе зоны санитарной охраны, должны быть оборудованы с
учетом предотвращения возможности загрязнения питьевой воды через оголовки и
устья скважин, люки и переливные трубы резервуаров и устройства заливки
насосов.

3.2.1.5. Все водозаборы должны быть
оборудованы аппаратурой для систематического контроля соответствия фактического
дебита при эксплуатации водопровода проектной производительности,
предусмотренной при его проектировании и обосновании границ ЗСО.

3.2.2. Мероприятия по второму и третьему
поясам

3.2.2.1. Выявление, тампонирование или
восстановление всех старых, бездействующих, дефектных или неправильно
эксплуатируемых скважин, представляющих опасность в части возможности
загрязнения водоносных горизонтов.

3.2.2.2. Бурение новых скважин и новое
строительство, связанное с нарушением почвенного покрова, производится при
обязательном согласовании с центром государственного
санитарно-эпидемиологического надзора.

3.2.2.3. Запрещение закачки отработанных вод в
подземные горизонты, подземного складирования твердых отходов и разработки недр
земли.

3.2.2.4. Запрещение размещения складов
горюче-смазочных материалов, ядохимикатов и минеральных удобрений, накопителей
промстоков, шламохранилищ и других объектов, обусловливающих опасность
химического загрязнения подземных вод.

Размещение таких объектов допускается в
пределах третьего пояса ЗСО только при использовании защищенных подземных вод,
при условии выполнения специальных мероприятий по защите водоносного горизонта
от загрязнения при наличии санитарно-эпидемиологического заключения центра
государственного санитарно-эпидемиологического надзора, выданного с учетом
заключения органов геологического контроля.

3.2.2.5. Своевременное выполнение необходимых
мероприятий по санитарной охране поверхностных вод, имеющих непосредственную
гидрологическую связь с используемым водоносным горизонтом, в соответствии с
гигиеническими требованиями к охране поверхностных вод.

3.2.3. Мероприятия по второму поясу

Кроме мероприятий, указанных в разделе 3.2.2,
в пределах второго пояса ЗСО подземных источников водоснабжения подлежат
выполнению следующие дополнительные мероприятия.

3.2.3.1. Не допускается:

• размещение кладбищ, скотомогильников, полей
ассенизации, полей фильтрации, навозохранилищ, силосных траншей,
животноводческих и птицеводческих предприятий и других объектов,
обусловливающих опасность микробного загрязнения подземных вод;

• применение удобрений и ядохимикатов;

• рубка леса главного пользования и
реконструкции.

3.2.3.2. Выполнение мероприятий по санитарному
благоустройству территории населенных пунктов и других объектов (оборудование
канализацией, устройство водонепроницаемых выгребов, организация отвода
поверхностного стока и др.).

Добыча

Артезианская вода добывается бурением. Процесс проходит следующие этапы:

1. Проводится разведки местности на предмет залегания на ее территории подземных вод.
2. Составляется карта разведки.
3. Проводится разведывательное бурение на основании данных карт.
4. Определение глубины скважины на основании геодезических тестов.
5. Высчитывание запаса воды и времени, в течение которого будущую скважину можно будет использовать.
6. Фиксация труб с фильтрами и последующая монтировка специальной бурильной установки.

Бурение скважин чаще осуществляется вращательным способом. Попутно делается прямая промывка. При достижении буром источника влаги под давлением она может начать фонтанировать.

Качество воды

Что касается гигиенических требований к источникам воды, то следует отметить, что существуют определенные стандарты, которым должна соответствовать вода в них. Если стандарты качества ниже, необходимо будет рассмотреть системы водопочистки.

Качество воды в источниках водоснабжения, должно соответствовать СанПиН 1.2.3685-21 Гигиенические нормативы и требования к обеспечению безопасности и (или) безвредности для человека факторов среды обитания

Как упоминалось выше, самая чистая вода находится в межслойных слоях. А главное требование к девелоперам и операторам проектов — не снижать его качество на стадии добычи и транспортировки. Понятно, что самая грязная вода добывается из поверхностных источников.

Следует отметить, что технологии лечения постоянно совершенствуются. Но на каждом этапе времени используются те, которые имеют технологическое и экономическое обоснование.

Например, существуют технологии, с помощью которых даже самая грязная вода может быть доведена до максимально чистого уровня. Но такие технологии стоят дорого, что не окупит затраты на их приобретение и внедрение.

Систематизация по условиям расположения

Водные ресурсы, которые находятся под землей, составляют запасы общим объемом около 60 млн км³. Специалисты учитывают их как полезное ископаемое. Классификация подземных вод:

• почвенные;
• верховодка;
• грунтовые;
• артезианские;
• минеральные.

Почвенные и верховодка

Под верхним слоем земной коры располагаются почвенные воды. Они заполняют поры и трещины, а перемещаются под действием силы тяжести. По определению эта жидкость отличается небольшой глубиной залегания, она пропитывает собой природный массив, занимая очень большие площади.

Ее пополнение происходит в результате инфильтрационного просачивания дождевых вод через грунт и песок. Происходит это в течение длительного периода, за который вода насыщается органическими веществами. Некоторый объем жидкости протекает вглубь по участку, который обладает хорошей водопроницаемостью, а часть задерживается ближе к поверхности.

Верховодка представляет собой временную концентрацию гравитационных вод в областях аэрации почв и пород. В этом случае происхождение подземных вод случается после атмосферных осадков, паводков и таяния снегов. Кроме того, она может образовываться в результате внутрипочвенного испарения из искусственных водоемов. Верховодка обладает свойствами:

• сезонной неустойчивостью;
• ограниченным объемом расширения;
• резкими изменениями уровня.

Грунтовые и артезианские

К грунтовым относятся воды первого от поверхности земли водоносного горизонта. Они образуются в основном просачиванием через почву после атмосферных осадков, из рек, озер и других водоемов. Ученые заметили, что даже вечная мерзлота за полярным кругом не мешает грунтовым водам подпитывать моря.

Обычно это свободная и безнапорная жидкость, которая всегда остается на уровне вскрытия. Грунтовая вода подпитывается и распространяется в одной области. В течение сезона уровни сильно различаются в зависимости от атмосферных осадков и температуры грунта.

Когда отсутствуют дожди, а почва постоянно находится под солнечными лучами, то вода сильно подогревается, и уровень ее падает

Она имеет важное значение для народного хозяйства в России как источник водоснабжения промышленных предприятий и населенных пунктов.. Межпластовые или артезианские залежи расположены между нижними и верхними водоупорными слоями

Основное их отличие — это отсутствие источников подпитки. Жидкость, находящаяся под давлением плотных слоев грунта, достигает поверхности в качестве родников.

Межпластовые или артезианские залежи расположены между нижними и верхними водоупорными слоями. Основное их отличие — это отсутствие источников подпитки. Жидкость, находящаяся под давлением плотных слоев грунта, достигает поверхности в качестве родников.

Если пробурить пласты, то эта вода из-под земли забьет фонтаном, поэтому ее добыча осуществляется буровой установкой на автомобильном шасси. В буровую скважину вставляется труба, устанавливается фильтр и опускается погружная помпа.

Во время разработки месторождений случаются прорывы, которые мешают при прохождении горных пород и требуют специальной охраны выработок от воды. Подземные месторождения глубокого залегания хорошо подходят для обеспечения населения, промышленных и сельскохозяйственных объектов.

Минеральные месторождения

В этих месторождениях находится тип подземной воды с неизменным химическим составом и биоактивными минеральными или органическими элементами. Жидкость с такими характеристиками обладает лечебными свойствами для внутреннего и наружного использования. Ее разделяют:

• по химическому составу;
• уровню минерализации;
• способу применения.

В состав практически любой жидкости из-под земли входят минеральные соли и другие полезные элементы. Она отличается от пресной тем, что ее состав формируется в течение нескольких лет под воздействием некоторых факторов. Ее структура никогда не изменяется и напрямую зависит от источника.

В промышленных целях минеральную воду добывают с помощью каптажей, которые представляют собой комплекс инженерных сооружений. Очень часто источники сами выходят наружу в виде родников и ключей. Обычно в таких местах строятся бальнеологические лечебницы и курорты.

Как человек использует?

Подземные воды широко используют в хозяйственной деятельности человека. Требования к качеству, объему предварительной обработки зависят от сферы их применения.

В пищевой промышленности

По данным Европейской экономической комиссии подземные воды – основной источник хозяйственно-питьевого водоснабжения в большинстве европейских стран.

Их доля в общем непромышленном потреблении составляет 48% от их общего объема, использующегося для хозяйственной деятельности человека.

В пищевой промышленности разрешается использовать некондиционные, загрязненные воды. Но только после предварительной очистки, дезинфекции и, при необходимости, дистилляции.

В пищевой промышленности они применяется следующим образом:

• в качестве сырья – для производства столовых, очищенных питьевых вод, при приготовлении газировок, восстановлении соков;
• ликероводочная промышленность – и как источник сырья, и как моющее средство;
• для дезинфекции и очистки оборудования, зданий, сооружений;
• в качестве теплоносителя в системах отопления и хладагента.

Для питья

Человеку при соблюдении правил здорового питания требуется от 1,5 до 3 л воды в день. Это зависит от возраста, веса и его вида деятельности.

Преимуществом подземных вод в этом случае является экологичность. Они меньше подвергаются воздействию антропогенной деятельности человека, чем поверхностные источники.

Например, подземные источники в Мюнхене покрывают 100% потребности города в питьевой воде. В прочих мегаполисах этот показатель варьируется от 11 до 48%.

В сельском хозяйстве

Подземные воды широко применяются для орошения в странах с пустынным и полупустынным климатом, в зонах рискованного земледелия.

Например, в США – до 45%, а в Ливии – 100% сельскохозяйственных угодий обрабатывается с применением ресурсов из подземных горизонтов. В ряде стран разработано строгое водоохранное законодательство.

В первую очередь высококачественные ресурсы применяются для питья, нужд пищевой промышленности. Для орошения – только после удовлетворения потребностей защищенных отраслей народного хозяйства.

Кроме этого, учитывается объем поверхностных источников и возможность их использования для орошения сельскохозяйственных угодий.

В штате Калифорния 85% воды, получаемой из подземных горизонтов, уходит на полив угодий.

В медицине

В медицине подземные воды применяются как для обслуживания лечебных учреждений, так и для терапии различных заболеваний.

Сферы использования:

• обеспечение хозяйственной деятельности стационара, поликлиники;
• приготовление пищи и питьевые нужды;
• дезинфекция;
• изготовление лекарственных препаратов;
• получение дистиллята для обработки инструмента;
• лечебные минеральные и термальные – при санаторно-курортном лечении, для профилактики рецидивов хронических заболеваний.

В промышленности

В промышленности подземные воды используют в качестве сырья для получения полезных ископаемых и для обслуживания производства.

В первом случае количество добываемых микроэлементов должно быть экономически выгодно.

В Варне из рассолов получают хлористый кальций, углекислый и едкий натр. В Германии – рубидий и цезий, в Италии – йод.

Термальные источники, гейзеры – применяют в качестве альтернативного и возобновляемого источника энергии для отопления, производственных нужд.