Водоносные горизонты и подземные воды
Люди — не рыбы, но вода — необходимое условие для жизни человека, как, впрочем, и любого другого живого существа. А лёгкий к ней доступ, достаточное количество и надлежащее качество — основные условия комфорта и хорошего уровня жизни.
В среднем за 75 лет жизни современный гражданин развитых стран так или иначе, в качестве питьевой или на хозяйственно-гигиенические цели (стирка, мытьё, туалет и прочее), потребляет от 3,8 до 19 млн литров воды. То есть от 138 до 694 литров в сутки. Жители не слишком цивилизованных районов на собственные нужды расходуют в разы меньше — за 75 лет всего 380 тысяч литров воды, то есть около 13 литров (одно ведро) в день.
Б
льшая часть территории нашей страны не страдает от недостатка воды, но в мире существует немало мест, где живительная влага в принципе — редкость, а дефицит воды, пригодной для питья, существует не только в фантастических фильмах о судном дне. По данным последнего доклада ООН, к 2030 году более половины (67%) населения нашей планеты будут испытывать нехватку питьевой воды.
Как говорится в песенке из знаменитого советского фильма: «Ни побриться, ни попить, ни помыться, ни поплыть, человеку без воды — и ни туды и ни сюды!»
Вода — наша абсолютная необходимость
В загородном доме вопрос водоснабжения владельцу часто приходится решать собственными силами, потому что магистральный водопровод есть далеко не везде, да и качество водопроводной воды может не устраивать: например, напор слабый, а вода ржавая. И если горожанин вынужден мириться с тем, что ему поставляют коммунальные службы, используя локальные методы борьбы — устанавливая напорные насосы, расширительные баки и фильтры очистки, то землевладелец может попробовать решить проблему водоснабжения в свою пользу. Один из способов получения воды для бытовых нужд человека — это использование подземных вод.
Колодцы и скважины для добычи подземной воды используются людьми с давних пор. Не утратили они своего значения и по сей день: наличие воды на участке значительно повышает стоимость недвижимости. А возможность иметь
воду решает вопросы не только комфорта, приближенного к привычным городским условиям, но и позволяет землевладельцу стать автономным, независимым от капризов коммунальных служб.
Ads by
Вода на участке: откуда она берётся
Наша Земля — планета воды: более 70% её поверхности покрыто Мировым океаном
. Подземные воды — часть водных ресурсов планеты. Они составляют примерно 1,5% от всех мировых водных запасов и две трети от объёма всей воды суши. Объём воды, находящейся под землёй, в 50 тысяч раз превосходит количество воды, наполняющее все реки на Земле.
Вода — это жизнь
Водные ресурсы Земли представляют собой единый комплекс, находящийся в постоянном динамическом равновесии, называющимся круговоротом воды в природе. Их объём составляет 1 351 421 тысяч кубических километров, из которых:
Схема круговорота воды в природе
Подземными называют воды, находящиеся ниже уровня поверхности земли, в горных породах верхних областей земной коры в жидком, газообразном или твёрдом состоянии. Жидкую часть подземных вод, находящуюся в свободном состоянии, способную перемещаться под действием сил гравитации, гидрогеологи именуют фреатическими, то есть «наполняющими колодцы».
Фреатические воды, в зависимости от степени водопроницаемости, влагоёмкости и способности к водоотдаче горных пород, в которых они накапливаются, образуют водоносные горизонты, совокупность которых формирует водоносные комплексы.
Водоносный горизонт
Водоносным горизонтом (в иностранных источниках — аквифером) называют пласты осадочных горных пород, близкие по своему составу и происхождению, и имеющие определённую степень водопроницаемости. Существует четыре основных типа горных пород, составляющих аквиферы:
В рыхлых, несцементированных породах вода накапливается в порах, в уплотнённых — в трещинах и кавернах, в водорастворимых типа гипса, известняка или доломита — в карстах.
Водоносные горизонты подстилаются водонепроницаемыми или слабо водопроницаемыми пластами — массивами гранита, глины. Водонепроницаемые пласты называются водоупорами. Надо понимать, что полностью водонепроницаемых грунтов нет: вода дырочку найдёт. Говоря о том, что пласт водонепроницаем, имеют в виду его крайне слабую водопроницаемость.
Родник Соколовский ключ в Валдайском районе
В большинстве случаев водоносные горизонты скрыты под поверхностью почвы: для добычи воды аквиферы вскрывают с помощью колодцев или скважин. Но бывает, что они вскрываются естественным путём, обнажаясь на склонах холмов или оврагов. Такое место выхода подземной воды на поверхность называют
или
.
Откуда берётся вода в водоносном горизонте
Происхождение подземных вод различно в зависимости от глубины их залегания. В нижних слоях земной коры находятся
,
и
подземные воды. Они появились миллионы лет назад, во время формирования земной коры: при извержении вулканов (магматогенные), метаморфизма осадочных горных пород (метаморфогенные) или в результате выдавливания воды последующими наслоениями из иловых осадков древних морей (седиментогенные). Такие подземные источники воды представляют величайший интерес для геологов, гидрогеологов и палеонтологов, но совершенно бесполезны для дачников и владельцев загородных домов, мечтающих о водопроводе на собственном участке.
С точки зрения строительства колодцев и бурения скважин интересны верхние водоносные горизонты. Именно они и участвуют в круговороте воды в природе. Верхние водоносные горизонты пополняются в основном за счёт
(просачивания) атмосферных осадков: дождей и талых вод. В их питании участвуют и воды, фильтрующиеся из наземных источников — рек, озёр, болот.
Верхние водоносные горизонты пополняются за счёт инфильтрации атмосферных осадков, вод рек, озёр, болот.
Другой источник пополнения —
влаги из воздуха в трещинах и порах горных пород. Такой способ наиболее характерен для пустынных областей с резкими температурными колебаниями между днём и ночью. По водоупорным пластам подземные воды стекают в поверхностные водные источники (озёра, реки) или в моря и океаны. То есть то ведро воды, которое вы достали из колодца или подняли с помощью насоса из скважины, — малая часть 84 000 км³ подземных вод Земли.
Почвенные, грунтовые, межпластовые и артезианские подземные воды
Человек, планирующий копать колодец или бурить скважину, сталкивается с тем, что разновидностей подземных вод много. Они находятся на разной глубине под землёй, обладают различными свойствами. Кто-то категорически утверждает, что бурить нужно только «на известняк»
, другие считают, что «на песок»
тоже подойдёт. Верховодкой во многих случаях презрительно именуют неглубокие грунтовые воды, и применять их для питья категорически не рекомендуют. Как разобраться, какие бывают водоносные слои, на сколько колец стоит копать колодец и на какую глубину бурить скважину?
Итак, рассмотрим классификацию подземных вод. Стоит иметь в виду, что она, как и любая классификация, условна: чёткой границы между водоносными слоями нет. А толщина или влагоёмкость того или иного слоя зависит от геологии участка.
Почвенные воды
Почвенные воды составляют самый верхний уровень подземных вод: они располагаются в корнеобитаемой зоне почвы — в плодородном пласте, где размещаются корни травянистых растений и поверхностная корневая система деревьев. Запасы почвенной влаги пополняются дождевыми и талыми водами и активно испаряются в атмосферу, то есть её объём очень сильно зависит от процессов
и
.
Схема водоносных слоёв
Нижняя часть зоны почвенных вод называется подвешенной (
). Зона подвешенной воды насыщается и вода начинает под действием сил тяготения просачиваться в нижние слои грунта. Эта вода называется гравитационной. Если осадков было много, например, в дождливый осенний сезон или по весне при активном таянии снега, движение гравитационных вод усиливается. Почвенные воды имеют большое значение в жизни растений, но для нужд водоснабжения человека не используются.
Грунтовые воды
Водопроницаемые породы, находящиеся под плодородным слоем почвы, образуют первый постоянно существующий водоносный горизонт. Как правило, первый водоносный горизонт составляют несцементированные отложения. Вода в этом слое заполняет поры между частицами породы: это и есть тот уровень, который на профессиональном сленге бурильщиков называется «на песок»
.
Его насыщаемость влагой довольно сильно зависит от количества атмосферных осадков и температурных колебаний — в малодождливые годы уровень грунтовых вод может сильно понижаться. Кроме того, грунтовые воды могут загрязняться. Именно поэтому в санитарных требованиях по устройству туалетов с выгребными ямами запрещено делать негерметичные ёмкости для нечистот: в яме без дна загрязнения попадают непосредственно в первый водоносный горизонт.
Выгребная яма должна быть герметичной
Грунтовые воды, благодаря своему относительно неглубокому залеганию, легко доступны и широко используются для нужд водоснабжения частных домов, посёлков и небольших предприятий. Хотя, как уже говорилось выше, на интернет-ресурсах, где обсуждаются вопросы добычи воды, часто грунтовые воды называют
, не предназначенной для использования в качестве питьевой воды.
Добыча грунтовых вод производится с помощью колодцев и небольших скважин. Эти воды безнапорные: уровень в колодце устанавливается на уровне зеркала грунтовых вод.
Межпластовые воды
Ниже грунтовых вод, отделённые от них пластами водонепроницаемых или слабо проницаемых горных пород, составляющих водоупорный слой, располагается следующий слой водопроницаемых пород, образующий второй водоносный горизонт. Он слагается из более плотных пород, в которых вода заливается в трещины, образуя заполненные полости. Питание второго водяного горизонта осуществляется просачиванием (инфильтрацией) грунтовых вод через пласты со слабой проникающей способностью. Также это происходит в местах, где водовмещающие слои межпластовых вод выходят ближе к поверхности, в разрывах водоупорного слоя верхнего водяного горизонта.
Их уровень гораздо меньше подвержен колебаниям от воздействия атмосферных осадков или температур на поверхности земли. Глубокое залегание предохраняет межпластовые воды от загрязнений. Подземные воды, расположенные на большой глубине, под водоупорами, уже могут иметь гидростатическое давление. В этом случае они называются напорными. Межпластовые воды относятся к возобновимым полезным ископаемым, а значит, к государственной собственности (Закон РФ «О недрах»).
Выброс термальной воды и пара из скважины на Мутновской ГеоТЭС. Камчатка
Кроме хозяйственно-бытовых целей и технического водоснабжения (для промышленности, орошения земель, обводнения пастбищ), подземные воды используются в лечебных целях (минеральные воды
), в энергетической отрасли (геотермальные воды
) и в промышленности — для извлечения растворённых в них ценных веществ.
Артезианские воды
Артезианские воды — это разновидность межпластовых подземных вод. Их отличие в том, что они полностью заполняют водоносный горизонт и находятся в нём под давлением. Напорные воды обычно залегают в пределах геологических структур, имеющих вогнутое строение — в мульдах, флексурах, образуя артезианские бассейны.
Схема артезианского бассейна
При вскрытии такого водоносного горизонта уровень воды в скважине поднимается выше уровня зеркала грунтовых вод, иногда свободно изливаясь из скважины фонтаном. Артезианские воды, как правило, расположены на большой глубине — от 100 до 1000 метров. В некоторых интернет-источниках артезианскими называют все скважины, имеющие большую глубину, что не совсем правильно. Первоначально
называли именно фонтанирующие скважины
, сейчас термин «артезианские» относят ко всем напорным водам.
Артезианская фонтанирующая скважина
Для водоснабжения обычно используют два верхних водоносных горизонта. Вода, находящаяся на б
льших глубинах, чаще всего имеет повышенную минерализацию, да и добыча её спряжена с большими финансовыми расходами.
Верховодка
И, наконец, о верховодке. Специалисты и интересующиеся вопросом добычи подземных вод не рекомендуют использовать верховодку в качестве источника питьевой воды. И правильно делают, потому что верховодка не является постоянным водоносным горизонтом. Она появляется сезонно, во время весеннего таяния снега или в период продолжительных осенних дождей.
Верховодка характерна для глинистых и суглинистых почв. Появление её связано с накоплением воды над слабопроницаемыми для воды грунтами: глинистые почвы набухают от обильной влаги и перестают пропускать воду атмосферных осадков в лежащие ниже слои грунта.
Яма, наполненная «верховодкой»
На поверхности земли образуются скопления воды в естественных углублениях, вода появляется и ниже — в метре — полутора от поверхности. В песчаных грунтах верховодка более редка и образуется локально, на временных водоупорах — прослойках глины в основном песчаном грунте.
Использовать верхние воды для нужд водоснабжения загородного дома не стоит: они имеют ярко выраженный сезонный характер, количество их недостаточно. А самое главное — такие воды загрязнены. В силу своего неглубокого местоположения они ещё не успели очиститься, проходя через естественный фильтр — толщу земли. Верховодку можно использовать для полива, искусственно углубив природные понижения, где она скапливается по весне, как, например, на фото выше.
Верховодку можно спутать с высоко стоящим уровнем грунтовых вод. Первый водоносный горизонт может начинаться довольно неглубоко от поверхности земли: в северных регионах — от 50 см (в районе тундр). С перемещением на юг глубина расположения водоносного пласта увеличивается: от 3-5 метров в средней полосе до 15-20 в южных районах. В сельской местности, вдалеке от автострад и промзон, очень часто питьевые колодцы имеют небольшую глубину. Так, к примеру, в нашей деревне общественный колодец всего на три кольца.
Общественная водоразборная колонка
Вот и всё о том, какие бывают водоносные горизонты. А информацию, что лучше для дачного участка — колодец или скважина, на какую глубину следует копать или бурить, как определить уровень грунтовых вод, а так же о правовом аспекте добычи подземной воды читайте в других материалах.
