Грунтовые воды. Определение, характеристика, зональность и их применение

Грунтовые воды – это гравитационные подземные воды первого от поверхности Земли постоянного водоносного горизонта, располагающегося на региональном водоупоре.

Образуются главным образом за счет инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков и вод рек, озер, водохранилищ, оросительных каналов. В районах речных долин запасы грунтовых вод пополняются восходящими водами более глубоких горизонтов (например, водами артезианских бассейнов), а также за счет конденсации водяных паров.

Основные классы подземных вод

Подземная вода бывает разная. перечисли основные виды подземных вод.

Подземные воды и грунтовые воды 1648

Почвенная вода

Почвенная вода содержится в почве, заполняя промежутки между ее частицами, или поровое пространство. Почвенная вода может быть свободной (гравитационной) и подчиняться только силе тяжести, и связанной, то есть удерживаться силами молекулярного притяжения.

Грунтовая вода

Грунтовая вода и ее подвид, называемый верховодкой – это ближайший к поверхности земли водоносный горизонт, залегающий на первом водоупоре. (Водоупор, или водоупорный слой грунта — это почвенный слой, который практически не пропускает воду. Фильтрация сквозь водоупор или очень низкая, или же слой полностью водонепроницаем – например, толщи скальных грунтов). Грунтовая вода крайне непостоянна по многим факторам, и именно грунтовая вода влияет на условия строительства, диктует выбор фундамента и технологии при проектировании сооружений. Дальнейшая эксплуатация созданных руками человека построек также находится под неустанным влиянием меняющегося поведения грунтовой воды.

Межпластовая вода

Межпластовая вода – находится ниже грунтовой воды, под первым водоупором. Эта вода ограничена двумя водоупорными слоями и может находиться между ними под значительным давлением, заполняя водоносный горизонт полностью. Отличается от грунтовой воды большим постоянством своего уровня, и конечно, большей чистотой, причем чистота межпластовой воды может быть следствием не только фильтрации.

Артезианская вода

Артезианская вода – так же, как и межпластовая, заключена между слоями водоупоров и находится там под давлением, то есть относится к напорным водам. Глубина залегания артезианских вод – примерно от ста до тысячи метров. Различные геологические подземные структуры, мульды, впадины и т.п., располагают к образованию подземных озер – артезианских бассейнов. Когда такой бассейн вскрывается при бурении шурфов или скважин, артезианская вода под давлением поднимается выше своего водоносного пласта и может дать очень мощный фонтан.

Минеральная вода

Минеральная вода — интересна для строителя, наверное, только в одном случае, если ее источник окажется на участке, хотя и не вся эта вода полезна для человека. Минеральная вода – это вода, содержащая растворы солей, биологически активных веществ и микроэлементы. Состав минеральной воды, ее физика и химия — очень сложный, это система коллоидов и связанных и несвязанных газов, и вещества в этой системе могут находится как недиссоциированными, в виде молекул, так и в виде ионов.

Подземные воды и грунтовые воды 1649

Грунтовые воды

Грунтовые воды – это первый от поверхности почвы постоянный водоносный горизонт, находящийся на первом водоупоре. Поэтому поверхность этого слоя – свободна, за редкими исключениями. Иногда над потоками грунтовых вод встречаются участки плотных пород – водонепроницаемая кровля.

Залегают грунтовые воды недалеко от поверхности, и поэтому очень зависят от погоды на поверхности земли – от количества атмосферных осадков, движения поверхностных вод, уровня водоемов, все эти факторы влияют на питание подземной воды. Особенность и отличие грунтовой воды от других видов – она безнапорная. Верховодка, или скопления воды верхнего водонасыщенного грунтового слоя над водоупорами из глин и суглинков с малой фильтрацией – это разновидность грунтовой воды, проявляющаяся временно, по сезонам.

На грунтовую воду и непостоянство ее состава, поведения и мощности горизонта влияют как природные факторы, так и деятельность человека. Горизонт грунтовой воды непостоянный, он зависит от свойств горных пород и их водосодержания, близости водоемов и рек, климата местности – температуры и влажности, связанных с испарением и т. далее.

Но серьезное и все более опасное влияние на грунтовую воду оказывает человеческая деятельность – мелиорация и гидротехническое строительство, подземные работы по добыче полезных ископаемых, нефти и газа. Не менее результативной в контексте опасности стала агротехника с применением минеральных удобрений, пестицидов и ядохимикатов, и конечно, промышленные стоки.

Грунтовая вода очень доступна, и если роют колодец или бурят скважину – то в большинстве случаев получают именно грунтовую воду. И свойства ее могут оказаться весьма негативны, поскольку эта водичка зависит от чистоты почвы и служит ее показателем. Все заражения от канализационных протечек, свалок, пестициды с полей, нефтепродукты и прочие результаты деятельности человека попадают в грунтовые воды.

Подземные воды и грунтовые воды 1650

Грунтовая вода и проблемы для строителей

Морозное пучение грунтов находится в прямой и непосредственной зависимости от присутствия грунтовой воды. Разрушения от сил морозного пучения могут быть огромны. При замерзании глинистые и суглинистые грунты получают питание в том числе и от нижнего водоносного горизонта, и в результате этого подсоса могут образовывать целые прослойки из льда.

Подземные воды и грунтовые воды 1651

Давление на подземные части сооружений может достигать огромных величин – 200 Мпа, или 3,2 тн/см2 далеко не предел. Сезонные подвижки грунтов на десятки сантиметров нередки. Возможные последствия действия сил морозного пучения, если их не предусмотрели или учли недостаточно, могут быть: выталкивание фундаментов из земли, затопление подвалов, разрушение дорожных покрытий, затопление и размывание траншей и котлованов и много еще разного негатива.

Подземные воды и грунтовые воды 1652

Кроме физического влияния, грунтовые воды способны разрушать фундаменты и химически, все зависит от степени их агрессивности. При проектировании эта агрессивность исследуется, проводятся как геологические, так и гидрологические изыскания.

Характеристики

Естественные природные условия способствуют образованию не загрязненных грунтовых вод, пригодных для питьевого водоснабжения. Уровень загрязненности обуславливается близким расположением населенных пунктов и неглубоким залеганием водного пласта к поверхности.

По степени минерализации грунтовых вод различают следующие типы:

  • пресные – гидрокарбонатные кальциевые воды – это доминирующий вид воды по химическому типу. Абсолютный сухой остаток – до 1 г/л;
  • слабосолоноватые – сульфатные, иногда хлоридные. Сухой остаток – 1-3 г/л;
  • солоноватые – сульфатные, иногда хлоридные. Сухой остаток – 3-10 г/л;
  • соленые – сульфатные либо хлоридные. Сухой остаток – 10-15 г/л;
  • рассолы – хлоридно-натриевые. Сухой остаток – свыше 50 г/л.

По жесткости, которая обусловлена наличием в воде ионов магния и кальция, различают:

  • жесткость общую, рассчитанную по сумме миллиграммов эквивалента ионов магния и кальция в воде;
  • жесткость карбонатную, вычисленную по количеству карбонатных и гидрокарбонатных ионов в воде;
  • жесткость некарбонатную, основанную на вычете из жесткости общей жесткости карбонатной.

В свою очередь, общая жесткость воды подразделяется на пять следующих типов:

  • очень мягкую – менее 1,5 мг экв./л;
  • мягкую – от 1,5 до 3 мг экв./л;
  • умеренно-жесткую – от 3 до 6 мг экв./л;
  • жесткую – от 6 до 9 мг экв./л;
  • очень жесткую – свыше 9 мг экв./л.

Бывают заражены грунтовые воды неподалеку от разнообразных радиоактивных, химических захоронений, скотомогильников, свалок. По показателю грунтовых вод можно определить общую загрязненность или чистоту местности и почв.

Методы минимизации рисков от грунтовых вод


Но даже в тех случаях, когда имеется информация о неагрессивности грунтовых вод к бетону в данной местности, отмена устройства гидроизоляции подземных частей здания чревата хорошим уменьшением срока службы бетонных конструкций. Слишком большое влияние оказывают на природу, в том числе грунтовую воду и степень ее агрессии техногенные факторы. Возможность близкого строительства – это одна из причин подвижек грунта и как следствие, изменения поведения грунтовых вод. А химия и ее «накопление», в свою очередь, находится в прямой зависимости от близости сельскохозяйственных угодий.

Подземные воды и грунтовые воды 1665

Учет уровня грунтовых вод, а также сезонных изменений этого уровня – для частной стройки архиважен. Высокая грунтовая вода — это ограничение в выборе. От нее зависит если не вся, то огромная доля экономики индивидуального строителя. Без учета поведения и высоты грунтовой воды нельзя выбирать тип фундамента для дома, принимать решения о возможности устройства подвала и подвального помещения, устраивать погреба и канализационный септик. Дорожки, площадки и все благоустройство участка, включая и озеленение, также требуют на стадии проектирования серьезнейшего учета влияния грунтовой воды. Дело осложняется тем, что ее поведение находится в тесной связи со структурой и видами грунтов на участке. Воду и грунты надо изучать и рассматривать в комплексе.

Подземные воды и грунтовые воды 1654

Верховодка, как разновидность грунтовой воды, может создавать огромные проблемы, и не всегда сезонные. Если у вас песчаные грунты, а дом построен на высоком берегу реки, то сезонных верховодок вы можете и не заметить, вода уйдет быстро. Но если рядом озеро или река, и дом стоит на низком берегу, то даже при наличии песочка в основании участка вы будете на одном уровне с водоемом – как сообщающиеся сосуды, и в этом случае борьба с верховодкой вряд ли будет успешной, как и любая борьба с природой.

Подземные воды и грунтовые воды 1657

В случае, когда грунт – не песок, водоемы и реки далеко, но грунтовая вода очень высокая, ваш вариант – это создание эффективной дренажной системы. Каким будет ваш дренаж — кольцевым, пристенным, пластовым, самотечным или с использованием откачивающих насосов, решается индивидуально, и учесть надо многие факторы. Для этого надо иметь информацию о геологии участка.

Подземные воды и грунтовые воды 1662

В некоторых случаях дренаж не поможет, например, если вы находитесь в низине, а мелиорационного канала поблизости нет и воду отводить некуда. Также не всегда под первым водонесущим слоем оказывается безнапорный слой, в который возможно отвести верховодку, эффект от бурения скважины может быть и обратный – вы получите ключ или фонтан. В случаях, когда устройство дренажа не принесет результата, прибегают к устройству искусственных насыпей. Поднять участок на уровень, где грунтовые воды не достанут вас и ваш фундамент — затратное экономически, но иногда единственно верное решение. Каждый случай индивидуален, и решения хозяин принимает исходя из гидрогеологии своего участка.

Подземные воды и грунтовые воды 1655

Но в очень многих случаях вопрос решается именно дренажом, и важно правильно выбрать его систему и грамотно организовать водоотвод.

Подземные воды и грунтовые воды 1656

Узнать уровень грунтовой воды у себя на участке и отслеживать его изменения – с этими вопросами владельцы индивидуальных участков справляются самостоятельно. Весной и осенью обычно УГВ выше, чем зимой и летом, это связано с интенсивным снеготаянием, сезонностью атмосферных осадков, возможно с затяжными дождями в осенний период. Узнать уровень грунтовой воды можно, измерив его в колодце, шурфе или скважине, от водяного зеркала до поверхности грунта. Если пробить несколько скважин у себя на участке, по его границам, то несложно отследить сезонные изменения УГВ, а на полученных данных возможно принимать решения по строительству — начиная от выбора фундамента и систем водоотвода, и заканчивая планированием огородных посадок, разбивки сада, благоустройством, а также разработкой ландшафтного дизайна.

Подземные воды и грунтовые воды 1660

Что это такое?

Грунтовыми называются ПВ, которые находятся в первом, начиная от поверхности земли, водоносном слое.

Справка. Водоносным слой – это часть грунта, содержащая воду. Водоупорным слоем или водоупором называют относительно водонепроницаемый (с малой фильтрацией) слой грунта.

При этом порода, покрывающая водоносный слой сверху, называется водоупорной кровлей, а лежащая под ним – водоупорным ложем. Поверхность грунтовых вод называют горизонтом, зеркалом или скатертью. Грунтовые воды – основной источник для питья и технических нужд.

Они имеют свои особенности, отличающие их от других видов подземных и верховых вод:

  • Грунтовые воды. Определение, характеристика, зональность и их применениеЗначительны по площади и постоянны по времени. В отличие от верховодки существуют всегда, в любом сезоне.
  • Образуются за счет атмосферных осадков и водоемов (озер, рек, морей).
  • Подвержены загрязнению.
  • Их горизонт колеблется (имеет слабоволнистую поверхность) в зависимости от времени года и климатических условий. Обычно амплитуда колебаний не превышает 2,5-3,0 м. Но в исключительных условиях (в долинах горных рек, например) может достигать 10-15 м.
  • Зимой могут промерзать.
  • Заполняют водопроницаемый пласт не на полную толщину, поэтому не имеют напора. При бурении скважины или копании колодца зеркало останавливается на той глубине, на которой было при вскрытии.

    Лишь в некоторых случаях при локальном расположении над ними водонепроницаемой кровли и повышенном уровне воды в соседних областях может создаваться небольшой напор, проявляющийся в виде ключей или родников.

  • Режим и состояние (химический состав, температура) грунтовых вод зависит от метеорологических условий (температуры, атмосферного давления, интенсивности испарения, атмосферных осадков) и состояния питающих их водоемов.

Химический состав ПВ обуславливается географическим положением и климатом. В лесах и степях находятся в основном слабо минерализованные или пресные воды.

В полупустынях и пустынях – преимущественно соленые. При влажной погоде происходит растворение и вынос легкорастворимых солей (хлоридов и сульфатов) и опреснение. В сухое время, когда испарение преобладает, происходит засоление.

Отличия и сходства с подземными

Подземными называются все воды, расположенные в глубине земли. Грунтовые, как уже было сказано, располагаются в первом от поверхности грунта водоносном слое.

Подземные межпластовые воды отличаются от грунтовых следующими параметрами:

  • Грунтовые воды. Определение, характеристика, зональность и их применениеглубиной залегания (межпластовые расположены ниже грунтовых);
  • наличием избыточного давления – межпластовые находятся под давлением, грунтовые за редким исключением нет;
  • физико-географическим режимом – межпластовые ПВ стабильны во времени (отсутствуют выраженные сезонные колебания глубины залегания), по температуре и составу, менее подвержены загрязнению, в связи с чем могут использоваться для питья без предварительной очистки.

Основное сходство подземных межпластовых и грунтовых вод состоит в том, что и те и другие являются пресными, и могут использоваться как для технических нужд, так и для питья.

В деталях разбираем отличия грунтовых и межпластовых подземных вод в этой статье.

Виды

Грунтовые воды классифицируются по местоположению (виду грунта, в котором находятся), агрессивности, минерализации и жесткости.

По местоположению

В зависимости от местоположения в земле грунтовые воды подразделяют на:

  • пластового типа – располагаются в слабо сцементированных или рыхлых породах;
  • трещинного – заполняют собой трещины в хорошо сцементированных породах;
  • порового – находятся в порах породы.

Важной особенностью грунтовых вод является их легкодоступность, в связи с чем могут использоваться простые способы доступа к ним. В частности, копание колодцев.

По агрессивности

Агрессивность воды – это ее способность разрушать сооружения из бетона, металла и других материалов, а также отрицательно воздействовать на животный и растительный мир водоемов. Агрессивность обуславливается наличием некоторых химических элементов и соединений.

По их виду и количеству различают следующие типы:

  • Грунтовые воды. Определение, характеристика, зональность и их применениеОбщекислотные. Параметром кислотности является уровень pH. Наибольшей агрессивностью обладает вода с pH меньше 4-х (кислая среда), наименьшей – с pH = 6,5.

    Если pH меньше 6,5, в этом случае говорят об общекислотности.

  • Выщелачивающие. Характеризуются большим (более 0,4-1,5 мг экв.) содержанием гидрокарбонатов. Выносят из бетонных сооружений гидроксид кальция.
  • Сульфатные. Содержащиеся в них в большом количестве сульфатные ионы приводят к вспучиванию и разрушению бетона.
  • Углекислотные. Содержат значительное количество углекислоты, приводящей к растворению гидрокарбоната кальция и разрушению бетона.

По минерализации

Минерализация показывает общее количество растворенных в воде соединений. Определяется выпариванием 1 л воды с получением сухого остатка. По его величине и составу определяют минерализацию.

В зависимости от нее вода бывает:

  • пресной,
  • слабосолоноватой,
  • солоноватой,
  • сульфатной.

По жесткости

Жесткость обуславливается наличием ионов магния и кальция. Различают следующие виды жесткости:

  • общую;
  • карбонатную;
  • некарбонатную.

По общей жесткости бывают очень мягкими, мягкими, умеренно жесткими, жесткими.

Классификация по уровню залегания

По уровню залегания различают верховодку, грунтовые и межпластовые (артезианские) воды.

Термин «артезианские» произошел от названия французской провинции Артезия (сейчас она называется Артуа), где впервые был пройден колодец, из которого самопроизвольно начала фонтанировать вода.

Впоследствии «артезианскими» стали называть все межпластовые воды, находящиеся под избыточным давлением. Они расположены между водонепроницаемыми слоями, что и создает напор.

Грунтовые воды. Определение, характеристика, зональность и их применение

Как понять, что на участке – верховодка или грунтовые воды?

Верховодкой называются временные скопления атмосферных осадков в верхнем почвенном слое над грунтовыми водами.

Верховодка образуется после дождей или снеготаяния, и накапливается над плохо водопроводящим грунтом – глиной, суглинками, плотными породами. В последующие дни она частью испаряется, частью проникает в нижележащие слои.

Признаки, которые характерны для верховодки:

  • малая мощность и небольшая площадь водного слоя;
  • наличие на участке глины, суглинков или других пород, плохо пропускающих воду. В легко водопроницаемых породах, таких как песок, верховодка не собирается;
  • сильная зависимость от сезонности (летом и зимой верховодка обычно исчезает, весной и осенью появляется);
  • зависимость от влажности климата (появляется во влажный период, исчезает в сухой).

Мощность верховодки, как правило, невелика, и составляет 0,5-1 м. Лишь в редких случаях достигает 3-5 м. Обычно она собирается в степных районах, в местах пониженных поверхностей. В горной местности верховодка не образуется, стекает вниз.

Как определить уровень на участке?

Существуют следующие способы определения:

  • Проверка горизонта в ближайших колодцах.
  • Обращение в службу землеустройства, где должны иметься карты ПВ.
  • Бурение шурфов. Бурить нужно в разных местах участка с выниманием грунта. Глубина шурфов должна быть не менее 2-х метров.

    Проверять уровень нужно через сутки после бурения в течение нескольких дней. Лучшее время для проверки – весна после схода снега или поздняя осенью, когда минуют дожди. Летом и зимой уровень бывает минимальным.

  • Изучение растительности на участке. Маркером неглубокого залегания воды может служить ярко-зеленый цвет растительности, а также наличие некоторых растений. В частности, рогоза (его присутствие говорит, что до зеркала около 1 м), полыни (3-5 м), солодки (1,5 м). Обильная роса на растениях также сообщает о близкой к поверхности земли воде.
  • Наблюдение за насекомыми и животными. Наличие большого количества комаров, слизней, улиток, лягушек говорит о повышенной влажности. Отсутствие муравейников и мышиных нор – довольно красноречивое свидетельство того, что ПВ расположены близко к поверхности.

Образование по вечерам тумана при отсутствии рядом водоемов также служит признаком высокого расположения воды.

Недостатки грунтовых вод

  • Повышенное содержание в воде коллоидов, взвешенных и зернистых частиц, требует обязательной очистки от механических примесей, которые накапливаются чаще всего за счет мутных поверхностных и ливневых вод;
  • наличие в воде микроорганизмов (включая патогенных) обуславливает бактериологические свойства. Как правило, пробы воды показывают присутствие в жидкости от нескольких сотен до миллионов бактерий на каждый кубический сантиметр;
  • жесткость является самой распространенной проблемой, характерной для качества грунтовых вод, что связано с наличием в воде магния и кальция, в связи, с чем в канализационных системах и на водопроводных трубах появляются мыльные своеобразные отложения, уменьшающие со временем диаметр труб;
  • крайне не желательно, а в некоторых случаях даже недопустимо использование мутной воды. Мутность меняется в зависимости от сезона и появляется в воде в связи с присутствием в ней мельчайших взвешенных частиц;
  • наличие в питьевой воде гумусовых частиц придает ей цветность, показатель которой не должен быть выше 20 град. (в исключительных случаях до 35 град.);
  • растворенные в грунтовых водах органические вещества, микроорганизмы, минеральные соли и газы способны придавать своеобразный запах и привкус, которые часто проявляются сильнее с повышением температуры жидкости;
  • избыточное содержание марганца или железа часто придает грунтовым водам металлический или «ржавый» вкус;
  • атмосферные осадки наделяют грунтовые воды азотом, некоторое его количество попадает в жидкость за счет неполного его использования растениями, аккумулирующими этот газ в своих корнях. Как следствие в воде присутствуют основные азотсодержащие соединения: нитраты, нитриты и аммиак, избыток которых представляет опасность для человека;
  • диоксид кремния, попадающий в почву из-за разрушения силикатных минералов, несмотря на безвредность для человеческого организма, наносит вред коммуникациям, так как приводит к образованию окалин в водопроводных трубах. Что способствует затруднению поступления воды, а также мешает удалению из субстанции марганца и железа;
  • для воды, перенасыщенной сероводородом, характерен запах тухлых яиц. Но, присутствующие в воде сульфиды, не только вызывают неприятный запах и вкус, они способствуют еще и видимому потемнению жидкости наряду с коррозией водопроводных труб.

Поэтому, возможность достичь высокого качества питьевой воды заключается в ее исключительно надежной обработке и кондиционировании. К примеру, избавиться от:

  • марганца и железа можно с помощью установки для умягчения воды (при минимальном их содержании) или способом аэрации, хлорирования, добавления пероксида водорода или озона. В данном случае применяют также специальные марганцевые фильтры с глауконитовым песком;
  • бороться с избыточным содержанием азота можно с помощью системы обратного осмоса с специально предназначенными фильтрами от нитратов и нитритов либо при помощи насыщения воды кислородом, что избавит ее от присутствия аммиака в незначительных количествах;
  • серосодержащие соединения извлекаются из воды с помощью насыщения воды пероксидом водорода или озона, аэрации, фильтрации с предварительным хлорированием, установки системы отрицательно заряженного ионообменника или нанофильтрации, установки системы обратного осмоса;
  • при значительном количестве растворенных в воде твердых примесей (солей, минералов) применяются системы обратного осмоса и системы умягчения воды.
  • Избавление от иных типов загрязнителей.

Сохраните статью в соцсети:

Alex,28 апреля 2016.

Задайте свой вопрос по статье

Как защитить постройки?

Грунтовые воды. Определение, характеристика, зональность и их применениеНаилучшим способом защиты строений при высоком уровне грунтовых вод является гидроизоляция их фундаментов.

Технология классической гидроизоляции практически не изменилась с давних пор. Наружная поверхность фундамента покрывается разогретым битумом.

На него укладываются два слоя промазанного им же рубероида. Сверху наносится еще один слой битума. Под бетонированное дно подвальных помещений также следует уложить 2-3 слоя рубероида на подложку из песка.

Эффективность гидроизоляция возрастает при сочетании ее с дренажом. А именно, по периметру постройки на расстоянии 1,5 м от фундамента устраивается дренажная канава с перфорированными трубами и гравием.

С этой канавой соединяются трубы ливневой канализации. В сторону пониженной части участка выкапывается еще одна канава, один конец которой соединяется с системой дренажа, а другой – с дренажным колодцем, натуральным или искусственным водоемом, или просто пониженным местом, подходящим для водоотвода.

Читайте в нашей статье подробно о проникающей гидроизоляции от грунтовых вод.

Все секреты гидроизоляции фундамента расскажет автор видео-ролика:


Поделитесь в соц.сетях:

Оцените статью:

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)
Загрузка...

Добавить комментарий