Почему важно знать, какой тип подземных вод распространен в зоне аэрации?

Что это такое?

Загрязнение подземных вод – изменение их качественного состава к худшему, если произошло смешивание с водами, которые при отсутствии фактора антропогенной деятельности не стали бы источником их пополнения, так как природными они не являются.

Чаще всего это означает их несоответствие критериям, согласно которым вода признается питьевой.

Нередко воды, пострадавшие от загрязнения, не подходят даже для использования в хозяйстве, быту.

• Бытовым. Провоцируется отходами повседневной жизнедеятельности людей, а также попаданием в подземные водные бассейны канализационных стоков.
• Атмосферным. Разновидность считается относительно безопасной, хотя дожди, снег неизбежно «впитывают» поднимающиеся в верхние слои атмосферы газообразные выбросы промышленных объектов.
• Производственным. Уровень загрязнения использованных в промышленности вод, наличие и концентрация в них определенных макро- и микроэлементов – прямое следствие того, чем занимается предприятие. Тип примесей, «насыщенность» загрязнения определяют, можно ли эту «отработанную» воду выпустить в открытые водоемы или необходима предварительная фильтрация, чистка.

Многие вещества из стоков, загрязняющих подземные водоносные бассейны, обладают способностью растворяться в воде. Это еще осложняет решение проблемы их загрязнения и борьбу с ним, если оно все-таки происходит.

Как формируются подземные источники питьевой воды

Подземные источники питьевой воды формируются за счет атмосферных осадков (это не только дождь или снег — сюда входят иней, роса, град), которые образуются за счет испарения влаги из водоемов и почвы и при выпадении проникают в грунт (отсюда их название), где и фильтруются. Слой породы, в котором аккумулируются и перемещаются грунтовые воды, называется водоносным пластом; водонепроницаемые слои, залегающие ниже него,— водо-упором.

Попутно заметим, что мнение если не о стерильности, то, по крайней мере, о высокой чистоте атмосферной воды относится к области заблуждений (можно говорить только об относительной чистоте). Дело в том, что капли воды загрязняются микроорганизмами и различными веществами, присутствующими в воздухе. Но достоинство у этих вод есть — мягкость, поскольку в них содержится минимальное количество минеральных солей.

Атмосферная вода минует водопроницаемые слои грунта и доходит до плотного водоупорного слоя (горизонта), образованного отложениями жирной глины, причем если они имеют выраженный уклон, то грунтовые воды заполняют более низкие места, в результате чего образуются ключи. В некоторых случаях вода собирается между водоупорными пластами и, находясь под их давлением, выходит струйками. Если на поверхности земли она появляется на ровном месте и выбрасывается под небольшим напором, то такие ключи носят название восходящих; если вода стекает в низменные участки, например в овраг или обрыв, то образующийся ключ называется нисходящим.

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?

Какой процент использования в России?

Процент использования подземных вод зависит от их разновидности и степени минерализации. Водоотбор из разведанных месторождений составляет 15,6% их общего запаса в России. Доля альтернативных источников в системе водоснабжения мегаполисов, крупных городов должна составлять не менее 30%.

Применение в России:

• питьевые и хозяйственные нужды – 15,97% от общего объема добычи;
• экономика, социальная сфера – 6,47%;
• потери воды – 1,2%;
• сброс воды при добыче полезных ископаемых – 4,3%.

В последние 20 лет количество подземных вод, использующихся для промышленных нужд, снижается в среднем на 0,60 млн м3/сутки. Но общий показатель их добычи не изменился.

То есть происходит увеличение потребления для питья и орошения, но снижение их использования в производстве. Это связано с более экономным и рациональным применением полезных ископаемых.

Охрана от засорения и истощения

Необходимые для их защиты от загрязнений мероприятия разрабатываются на уровне федеральной представительной и исполнительной власти.

Общие положения и принципы сформулированы в Водном кодексе РФ, Федеральном Законе «Об охране окружающей среды» и СанПиН 2.1.4.027-95.

Также приняты Санитарные правила СП 2.1.5.1059-1. Они так и называются: «Гигиенические требования к охране подземных вод от загрязнения».

Сформулированные в этом нормативно-правовом акте предписания и требования относятся ко всем подземным водам, которые уже используются или могут быть использованы для питья, снабжения населенных пунктов и промышленных объектов по системе водопроводов, как лечебные.

Их должны соблюдать все лица, каким бы то ни было образом влияющие на состояние подземных вод или потенциально имеющие такую возможность.

В указанном нормативно-правовом акте перечислены следующие мероприятия, призванные обеспечить санитарную охрану залегающих под землей вод:

• создание на поверхности зон санитарной охраны (ЗСО), окружающих подземные бассейны питьевой воды;
• разработка регламентов и процедур для получения лицензии потенциальными водопользователями и для начала любой деятельности, способной повлиять на их состояние;
• проверка с помощью экспертизы на соответствие санитарно-эпидемиологическим нормам технологий, строительных проектов, разработок по модернизации и реконструкции, реально или потенциально затрагивающих подземные воды;
• установление ответственности за нарушение требований нормативно-правовых актов в области водопользования;

Что это означает для лиц, деятельность которых так или иначе влияет на состояние:

• неукоснительное следование требованиям законодательства в том, что затрагивает вопросы водопользования, касается суточных лимитов водозабора и условиям соглашения, являющегося неотъемлемым приложением к лицензии водопользователя;
• организация и соблюдение границ ЗСО;
• разработка и внедрение в практику системы мероприятий, цель которой – предотвращение и ликвидация утечек промышленных вод и защита подземных водоносных горизонтов от прочих источников загрязнения;
• непрерывное усовершенствование технологических процессов и оборудования для чистки промышленных и сточных вод;
• мониторинг изменений состава подземных вод, которые потенциально могут пострадать от находящихся неподалеку промышленных объектов;
• складирование и захоронение отходов производства с соблюдением требований безопасности и только в согласованных с компетентными органами местах.

Качество подземной H2O определяется, исходя из их соответствия следующим критериям:

• предельно допустимая концентрация химикатов или их ориентировочный допустимый уровень;
• допустимый уровень содержания отдельных микроорганизмов;
• нормы обеспечения радиационной безопасности.

Мониторинг в целях проверки качества подземных вод возлагается как на подразделения Государственной санитарно-эпидемиологической службы, так и на организации, ИП, деятельность которых прямо или косвенно может спровоцировать загрязнение подземных водоносных пластов.

Роль подземных вод в жизни людей

Подземные воды играют большую роль в жизни человека, так как являются источником пресной воды, без которой жизнь людей невозможна. Кроме того, они обеспечивают влагой и питанием растения и принимают участие в образовании рельефов. Без ПВ Земля не сможет нормально функционировать.

Эти воды не только позволяют людям иметь доступ к пресной воде, но и служат для коммунальных нужд. Термальные воды, например, используют для отопления и подачи горячего водоснабжения. Кроме того, подземные воды применяют для орошения земли в сельском хозяйстве.

Большую роль для человека имеет минеральная вода, которую используют в целебных целях. В некоторых городах России есть специальные санатории, в которых питье такой воды является частью оздоровительного процесса.

От чего зависит их состав?

Структура зависит от состава слоев, между которыми они залегают. Поскольку данные источники находятся внутри земной коры, то в их составе присутствуют такие же химические элементы, что и в земле.

Компонентами подземных вод являются железо с марганцем и фтором. Также в них присутствуют натрий с магнием и калий. Источники содержат в себе кальций.

На составе артезианских вод сказывается время их залегания внутри земной коры. Такие источники могут находиться в водонепроницаемых слоях на протяжении не одной тысячи лет. Это влияет на их химический состав.

Не сказываются на их составе и осадки с паводками

Артезианские воды насыщены солями различных металлов, входящих в состав земли. Обычно это соли кальция, железа и магния, а также марганца.

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.

Схема образования

Реки и озера в недрах земли образуются благодаря способности осадочных пород пропускать и фильтровать поступающую в них воду.

Горные пласты, хорошо пропускающие сквозь себя воду, называются водопроницаемыми. Они состоят из:

• песка,
• гравия,
• щебня,
• песчаника в различных сочетаниях.

Водоупорные породы состоят из гранита и других плотных минералов, на этих пластах происходит основное скопление воды. Их пропускная способность крайне низкая, но влага способна пробить себе дорогу дальше через микротрещины и поры.

Для характеристики подземных вод важно учитывать уровень, на котором они залегают. По глубине расположения они подразделяются на:

• почвенные
• верховодка;
• грунтовые;
• межпластовые (артезианские).

Почвенные воды – сезонное явление, проникают на небольшую глубину, питаясь атмосферными осадками. Они испаряются под солнечными лучами, впитываются растениями. Вглубь переходят только при обильных поступлениях влаги.

Верховодка образуется на уплотненных глинистых и суглинистых почвах. После продолжительных дождей или бурного таяния снега глина разбухает и препятствует дальнейшему проникновению осадков. Глубина залегания – 1-2,5 м.

Из-за несоответствия санитарным нормам верховодку не рекомендуют использовать для приготовления пищи.

Основные запасы подземных вод располагаются на двух водоносных горизонтах. Первый постоянный слой образуют грунтовые воды, которые полностью насыщают собой пространство между песчинками, галькой.

Наполненность горизонта меняется от количества выпавших осадков и активности человеческой деятельности.

Следующий водоносный горизонт заключен между пластами водоупорных пород. Подпитку получает от грунтовых вод, нашедших путь сквозь трещины гранита, базальта.

Глубоко расположенные воды второго горизонта (до 1000 м) находятся под большим давлением, вырываются на поверхность фонтаном, с сильным напором.

При бурении промышленных скважин давление падает, иногда наблюдается незначительное снижение запасов бассейна.

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.

Отличие от верховодки

Верховодка – это локальное, скопление подземных вод, находящееся выше уровня вод грунтовых. Это обусловлено сезонным фактором и носит временный характер. Именно это и является её отличием.

В определённые периоды (например, сильные дожди или обильное снеготаяние) это явление заметно и ощутимо, а в сухой период, практически полностью сходит на нет.

Уровень грунтовых вод также подвержен небольшому колебанию, но не такому значительному, да и полностью этот слой исчезнуть не может.

Верховодка отсутствует на склонах и песчаных участках, т.к. в этих случаях имеются возможности для её естественного отвода.

От чего зависит количество?

Не все воды, что расположены под землей, являются грунтовыми. К ним относятся только те, что не высыхают и текут постоянным потоком.

Однако их объём и полноводность зависят от нескольких факторов:

• Осадки – чем больше дождя и снега, тем полноводнее поток. Мелкий и долгий грибной дождь запасает больше влаги, нежели мимолетный ливень.
• Местность – течение зависит от наклона поверхности, поэтому по склонам атмосферные осадки стекают в реки и озера.

  Равнины и впадины накапливают больше воды, так как она здесь задерживается и впитывается в землю.

• Растительный покров – в лесах грунтовые воды более полноводны, так как корни деревьев и кустарников задерживают влагу, способствуют её проникновению в нижние слои.

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:

• глубиной 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.

Способы борьбы с загрязнением вод

Для борьбы с загрязнением вод предусмотрены профилактические и экстренные мероприятия. В первом случае затраты на предупреждение загрязнения подземных водных объектов будут небольшими. Необходимость в экстренных действиях может возникнуть при появлении фактической угрозы или уже произошедшего сброса загрязнителей. В этих случаях производится попытка блокировать распространение загрязнения путём сооружения специальных заслонов или стенок, а также использования дренажных систем и, где это возможно, откачки загрязнённой воды.

Для предупреждения загрязнения вод создаются санитарно-защитные зоны (СЗЗ) вокруг потенциально опасных объектов.

Добыча подземных вод

Первым этапом в добыче подземных вод являются геологоразведочные работы, в ходе которых специалисты ведут поиск ПВ, принимают решения о значимости месторождения, подготавливают его для последующей добычи. Кроме того, подсчитываются запасы воды в недрах.

В РФ существует несколько законов, согласно которым подземные воды принадлежат государству. При этом есть специальные лицензии на добычу ПВ:

• лицензия на право пользования недрами для геологического изучения недр – дает право на поиск и оценку месторождения ПВ;
• лицензия на добычу ПВ – дает право выкачивать их из земных недр. Ее достаточно иметь, если объем добычи не превышает 100 м3 в сутки.

Лицензия не нужна, если вода используется для личных нужд (не для предпринимательской деятельности).

Зачем необходимо определение залегания?

Заранее узнать, какова глубина залегания грунтовых вод на приусадебном участке, просто необходимо. В идеале принимать решение о его покупке нужно, только располагая соответствующими сведениями. На что он может повлиять:

1. Строительство. Подходящие близко к поверхности подземные воды обуславливают конструктивные особенности фундамента любых строений: его глубину, наличие систем отведения воды, дренажа, гидроизоляции.

   Если не учитывать этот фактор, фундамент быстро просядет, строение рухнет. При высоком уровне грунтовых вод на участке не получится соорудить подпол для хранения овощей, смотровую яму в гараже, даже поставить надежный забор.

2. Система водоснабжения. Вода для питья, хозяйственно-бытовых, прочих личных нужд в собственном саду или огороде жизненно необходима. От того, насколько далеко под землей она залегает, зависит принципиальное решение относительно конструкции источника водоснабжения (скважина это будет или колодец), глубина бурения или необходимое число колец.
3. Канализация. Здесь все определяется даже не желаниями и предпочтениями собственников. Санитарные нормы прямо запрещают копать выгребную яму или сооружать колодцы для фильтрации, траншеи, поля септика ниже уровня грунтовых вод. Они являются базой для водоснабжения данной территории, поэтому их загрязнение недопустимо.
4. Садоводство. Большая проблема для выращивания сельскохозяйственных культур – и глубоко залегающие, и находящиеся почти под поверхностью земли грунтовые воды. Но если в первом случае можно все же компенсировать их дефицит регулярными поливами, то во втором корни растений «задыхаются», гниют и гибнут в переувлажненном грунте. А еще ежегодное весеннее подтопление грядок смывает с них плодородный слой почвы.

Если на участке планируется строительство, собственнику больше интересен наивысший уровень грунтовых вод (когда они стоят максимально близко к поверхности земли).

При сооружении колодца и иных источников водоснабжения – напротив, важна самая большая глубина, на которую они уходят. Исходя из этого, измерения нужно делать соответственно весной либо осенью или летом.