КЛАССИФИКАЦИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ВИДОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Из всех классификаций подземных вод наибольший интерес для решения строительных задач представляет геологическая классификация — их систематика по условиям залегания и распространения в земной коре. При этом следует заметить, что приповерхностная часть земной коры в зависимости от степени насыщения горных пород водой делится на две зоны: верхнюю — зону аэрации и нижнюю — зону насыщения.

Зона аэрации непосредственно связана с атмосферой, в ее пределах поры пород заняты как водой, так и воздухом, и через нее происходит просачивание воды от поверхности вглубь, к зоне насыщения. Мощность (толщина) зоны аэрации колеблется от нуля в заболоченной местности до 100 м и более в горных районах с сильно расчлененным рельефом.

Зону насыщения в гидрогеологии принято называть также водоносным горизонтом, причем под этим термином обычно понимают слой или несколько слоев водопроницаемых пород, в пределах которых все поры, пустоты и трещины заняты гравитационной водой. Толщина этой водонасыщенной зоны, т. е. расстояние по вертикали от практически водонепроницаемой породы (водоупора) до верхней границы водонасыщения, называется мощностью водоносного горизонта. Следует помнить, что «водоносный горизонт» — понятие не плоскостное, а объемное (трехмерное).

По условиям залегания и прежде всего в связи с чередованием проницаемых слоев горных пород и водоупоров по вертикали принято выделять три основных типа водоносных горизонтов: 1) верховодка; 2) грунтовый водоносный горизонт; 3) межпластовый водоносный горизонт. Соответственно подземные воды этих водоносных горизонтов называют верховодкой, грунтовыми и межпластовыми подземными водами.

Перечисленные виды подземных вод распространены повсеместно. Вместе с тем иногда встречаются подземные воды, прослеживающиеся только на отдельных, ограниченных по площади участках земной коры, к примеру, подземные воды карстовых пород, болот и др. Эти подземные воды можно называть локальными или азональными.

На рис. 39 показан геологический разрез местности, на котором четко видно, где залегают верховодка, грунтовая и межпластовые воды. Все эти воды находятся в водоносных слоях, отсчет которых ведут сверху вниз. В первом водоносном слое находятся верховодка и грунтовая вода. Межпластовая вода залегает между водоупорными слоями.

Ниже дана характеристика верховодке, грунтовой, межпластовой и некоторым азональным (карстовым, трещинным и др.) водам.

Верховодка. Это скопление воды в зоне аэрации, которое образуется на небольшой глубине в результате инфильтрации атмосферных осадков (см. рис. 39). Инфильтрующаяся вода временно задерживается на локальных водоупорах (или полуводоупорах), в роли которых выступают линзы глин, прослойки более плотных пород. Верховодки могут возникать даже при отсутствии каких-либо водоупоров, а образуются из-за малой проницаемости суглинков, в силу чего происходит временное скопление воды у поверхности земли. Через некоторое время это скопление рассасывается.

І і 1 І

Осадки

Верховодки обычно занимают малые площади, имеют небольшую мощность, безнапорны, чаще всего образуются в период снеготаяния или обильных дождей. В сухое время года они могут отсутствовать.

Для верховодок типичны территории равнин и понижений рельефа, на склонах они обычно отсутствуют. Этот вид подземных вод представляет значительную опасность для строительства автодорог и аэродромов. При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, возможность появления верховодок предсказать затруднительно. Их появление может быть неожиданным, а это приводит к подтоплению оснований дорог, обводнению дорожных насыпей и их деформации. Для водоснабжения верховодки большого интереса не представляют (воды мало, она временная, обычно загрязнена).

Грунтовая вода. Грунтовая вода залегает в первом от поверхности земли водопроницаемом слое, на первом водоупорном пласте грунтовые воды достаточно постоянны, обычно занимают значительные площади и пополняются водой в основном за счет атмосферных осадков. Грунтовые воды напором не обладают. Поверхность слоя грунтовой воды называется зеркалом. Это зеркало в какой-то мере отвечает рельефу данной местности. Зеркало в разрезе именуют уровнем грунтовой воды (УГВ) и на чертеже обозначают знаком перевернутого треугольника. Глубина залегания грунтовых вод от поверхности земли колеблется от 0 до 50 м и более. Ноль метров указывает на то, что зеркало соприкасается с поверхностью земли. Грунтовая вода лежит на поверхности водоупора, которая называется ложем. Расстояние между уровнем и ложем характеризует мощность слоя грунтовой воды, которая составляет от нескольких сантиметров до многих метров.

Глубины залегания и мощности слоев грунтовых вод зависят от климата и геологического строения данной местности.

Зональность грунтовых вод — это закономерное изменение глубины залегания, количества и качества грунтовых вод в зависимости от зональности климата и ландшафта. В европейской части России зоны с характерными природными условиями простираются в направлении с северо-запада на юго-восток, а в азиатской части — с севера на юг (с различными отклонениями в зависимости от местных условий). В этих направлениях уменьшается количество атмосферных осадков, повышается сухость воздуха и в связи с этим увеличиваются глубина залегания грунтовых вод и их минерализация. Зональность грунтовых вод во многом совпадает с дорожно-климатической зональностью.

Кроме зональных вод имеются азональные воды, не связанные с зональностью климата. К таким водам относятся грунтовые воды пойм речных долин, воды трещин скальных пород, карстовых районов, болот, солончаков, сельскохозяйственных орошаемых районов и вечной мерзлоты. Дадим некоторым из них краткую характеристику.

Трещинные воды циркулируют в трещинах горных пород, образуя единую гидравлическую систему. В зависимости от условий залегания они бывают как грунтовыми, так и межпластовыми.

Трещинно-грунтовые воды развиты в верхней зоне земной коры (до глубины 80—100 м), сложенной скальными и полускальными породами, питаются атмосферными водами, имеют большие колебания уровней во времени. Водоупором этих вод являются монолитные скальные массивы. В большинстве случаев это пресные воды гидро-карбонатно-кальциевого состава.

Карстовые воды циркулируют по трещинам и пустотам в массивах известняков, гипсов, солей и мергелей. Количество этих вод определяется степенью развития карстовых пустот, они отличаются интенсивным движением, особенно в верхней части карстовых массивов, непостоянством химического состава.

Грунтовые воды вечной (многолетней) мерзлоты подразделяются на два вида: 1) надмерзлотные (грунтовые воды) и 2) межмерзлотные и подмерзлотные (межпластовые).

Надмерзлотные воды образуют безнапорные водоносные горизонты типа верховодок и грунтовых вод, которые располагаются в верхней части вечномерзлой толщи — в так называемом деятельном слое. Водоупором для них служит собственно толща вечной мерзлоты. Питание эти воды получают за счет атмосферных осадков, таяния снега и льда.

Воды деятельного слоя зимой промерзают, летом оттаивают и могут использоваться для водоснабжения, но количество их бывает незначительным, а качество — не всегда хорошим. Лучшими качествами обладают надмерзлотные воды участков таликов, которые зимой не замерзают. Вода на этих участках имеет постоянный сток, пресная и очень холодная (до 0,5 °С), ее активно используют для водоснабжения.

Межпластовая вода. Эта вода заключена в водоносных горизонтах, расположенных между двух водоупоров. Ее объемы гораздо больше, чем грунтовой воды, однако она, как правило, залегает на значительных глубинах и в зону влияния транспортных сооружений попадает редко. Межпластовая вода в земной коре может быть безнапорной и напорной. Последнюю принято называть артезианской.

Безнапорные межпластовые воды встречаются редко. Они связаны с горизонтальным залеганием водоносных горизонтов, заполненных водой частично или полностью.

Напорные (артезианские) воды обязаны своим происхождением синклинальному (вогнутому) или моноклинальному (наклонному) характеру залегания водоносных слоев. В этом случае отдельные части водоносного горизонта располагаются на различных высотных отметках, что и создает напор подземных вод.

Геологические структуры синклинального типа, содержащие один или несколько напорных водоносных горизонтов и занимающие значительные площади, называют артезианскими бассейнами. Так, Московский артезианский бассейн включает в себя 15 водоносных горизонтов и занимает площадь около 500 тыс. км2. При моноклинальном залегании водоносных слоев образуется артезианский склон.

Влияние различных видов подземных вод (верховодки, грунтовых и межпластовых вод) на условия возведения и дальнейшую эксплуатацию различных инженерных сооружений различно.

Верховодки прежде всего влияют на свойства горных пород и могут вызывать специфические процессы и явления в грунтах, такие, например, как набухание и морозное пучение.

Влияние грунтовых вод более многообразно в силу их более широкого распространения и постоянного присутствия в горных породах. С ними связано не только изменение свойств грунтов, но и многочисленные отрицательные процессы и явления, о которых будет сказано ниже.

Межпластовые подземные воды, на первый взгляд, в меньшей степени влияют на условия возведения и эксплуатации таких инженерных сооружений, как аэродромы и автомобильные дороги. Однако если эти воды залегают относительно неглубоко, *то могут быть вскрыты дорожными выемками или котлованами различных аэродромных или дорожных сооружений и в этом случае могут вызвать проблемы, значительно превышающие трудности, связанные с верховодками или грунтовыми водами. В частности, даже сравнительно глубокозалегающие напорные межпластовые воды существенно осложняют строительство мостов через крупные реки и являются, по существу, основным препятствием при возведении и эксплуатации транспортных тоннелей.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ     След >