Грунтовые воды: процесс образования, водоносные слои, характеристики и влияние на строительство

Вода под землей

Режим подземных вод – это изменения, происходящие с ними в зависимости от времени года, количества осадков, антропогенных и геологических процессов. От всего этого зависит их количество и состав.

Формирование подземных горизонтов

Существует несколько теорий о том, откуда берется вода из-под земли. Все они имеют право на существование, поскольку наблюдения показывают наличие всех из них. Весь вопрос в соотношении действующих факторов в разных водоносных горизонтах. Существуют следующие способы формирования подземных водоносных горизонтов:

1. Инфильтрация. Влага после осадков просачивается вниз, стекает по трещинам и капиллярам.
2. Конденсация в породах водяного пара из атмосферы.
3. Седиментация, когда поверхностный водный бассейн закрывается горными породами во время геологических катастроф.
4. Эндогенное образование воды. Встречается на больших глубинах, где осадочные породы под давлением становятся метаморфическими. Это высвобождает H2O.

Скорость этих процессов различна, как и особенности их формирования в том или ином регионе. Так, в горных районах, где раньше была бурная вулканическая деятельность, по мере продвижения вниз вода минерализуется. В остальных местах минерализация развита меньше, но тоже имеет место. При этом соседние водоносные горизонты могут иметь разный химический состав.

Водоносные слои

Аквафер, или водоносный горизонт, представляет собой слой осадочной породы, характеризующийся определенной водопроницаемостью. Эти слои ограничены водостойкими слоями, обычно глиной. Слой над водоносным горизонтом называется кровлей, ниже – подошвой.

Существуют различные классификации акваферов, но среди них интерес представляют те, которые имеют наибольшую экономическую значимость; Законодательство также играет важную роль.

Водоносные горизонты делятся на:

1. Напорный, или межпластовый. Они находятся под давлением и залегают на глубинах, требующих бурения. Давление может быть большим, и скважина будет фонтанировать. Такая вода называется артезианской.
2. Недавление, или земля. Эти воды подлежат аэрации, поскольку не имеют водонепроницаемой крыши.

Первый тип воды является минеральным ресурсом, и для его добычи требуется лицензия. Остальные вы можете брать в любом количестве. Законодательство четко регламентирует забор воды, которая служит источником централизованного водоснабжения, и артезианская вода является таковой.

Это не означает, что водоносные горизонты каким-то образом не сообщаются друг с другом. На практике они всегда связаны. Каждый межпластовый слой имеет зону питания, зону давления и зону разгрузки, при этом питание осуществляется именно за счет влаги почвы. Зону разгрузки можно представить несколькими способами:

• источник, выходящий на поверхность;
• инфильтрация артезианской воды в грунтовые воды в месте прорыва кровли;
• подводные источники, питающие водоёмы; есть целые озера именно с таким характером питания.

Таким образом, верхний водоносный горизонт, занимая промежуточное положение между поверхностью и промежуточным слоем, служит источником питания для обоих и зависит от них.

В одной из деревень хозяин участка решил пробурить колодец «на песке». Участок куплен не так давно и переведен из категории земель сельскохозяйственного назначения в категорию индивидуального жилого строительства. После бурения из колодца вышла вода, но для питья и полива огорода она была непригодна: содержание солей превышало все пределы, а по степени минерализации вода подпадала под понятие «лечебная». Рядом была зона разгрузки пласта минеральных вод, но владелец этого не учел. Оказалось, что он ошибся всего на два метра.

Отличия и сходства с подземными

Грунтовые воды – это все воды, находящиеся глубоко в земле. Почва, как уже говорилось, залегает в первом водоносном горизонте от земной поверхности.

Подземные межпластовые воды отличаются от подземных вод следующими параметрами:

• глубина залегания (промежуточные слои расположены ниже земли);
• наличие избыточного давления – межпластовые находятся под давлением, грунты за редким исключением – нет;
• физико-географический режим — межпластовые ПВ стабильны во времени (нет выраженных сезонных колебаний глубины залегания), по температуре и составу менее подвержены загрязнению, поэтому могут быть использованы для питья без предварительной очистки.

Основное сходство подземных межпластовых и подземных вод состоит в том, что обе они пресные и могут использоваться как для технических нужд, так и для питья.

Свойства воды в грунте

Поскольку именно с безгерметичным резервуаром человеку чаще всего приходится иметь дело, есть смысл поговорить о нем.

Ненапорный водоносный горизонт имеет различную толщину. Оно определяется средним расстоянием от водонепроницаемой подошвы до верхнего уровня, которое можно наблюдать в колодцах.

Уровень грунтовых вод

Это непостоянная величина. Насколько далеко вода окажется от поверхности земли, зависит от нескольких факторов:

• количество осадков;
• уровень воды в водоеме, водоразделе, к которому относится конкретный горизонт;
• время года;
• наличие близлежащих горнодобывающих предприятий;
• мелиорация земель;
• наличие дренажных систем.

Таким образом, УГВ повышается весной, когда сезонная вечная мерзлота оттаивает и начинаются паводки. При сильном дожде она также увеличивается, но скорость инфильтрации осадков, образующих так называемую стоячую воду, зависит от водопроницаемости почвы. Например, песок быстро впитывает влагу, а суглинок медленно. Почва между поверхностью почвы и верхним слоем грунтовых вод называется зоной аэрации, а все, что находится ниже, — зоной насыщения.

Леса поддерживают влажность на более высоком уровне. При этом режим подземных и поверхностных вод региона с долинами рек тесно связан. Если вдоль реки вырубить леса, река постепенно мелеет; сказывается как уменьшение площади водосбора, так и засорение русла прибрежными камнями во время осадков.

Снижению УГВ способствуют добыча полезных ископаемых и установка очистных сооружений, причем во втором случае это делается целенаправленно, а в первом случае это побочный эффект.

Химический состав

Как известно, дистиллированная вода есть только в лабораториях. Подземелья имеют разное количество полезных ископаемых и по содержанию делятся на пять степеней минерализации:

• свежие, с содержанием соли до 1 г/л;
• легкий физиологический раствор, 1-3 г/л;
• солоноватый, 3-10 г/л;
• соль – 10–15 г/л;
• рассол, более 50 г/л.

Практическое значение имеет не только количество растворенных веществ, но и их состав. Это зависит от состава фильтрующих слоев в почве и режима ГВ. Таким образом, химический состав воды с разными направлениями и скоростями течения различен.

Некоторые компоненты воды могут разрушить камень, металл и бетон. Скорость разрушения различна, но в любом случае агрессивная среда сокращает срок службы подземной части здания, поэтому перед закладкой фундамента следует провести исследование химического состава воды.

Нормативный показатель кислотности среды для бетонных конструкций – pH=6. Понижение или превышение его чревато разрушением металла и бетона. Это приводит к активности следующих веществ:

1. Углекислый газ. Он может выводить из бетона как карбонат кальция CaCO3, так и гидроксид Ca(OH)2. Неравновесное содержание углекислого газа в почве приводит к тому, что часть фундамента постепенно «худеет» и теряет кальций.
2. Сульфации. Соли серной кислоты сильно диссоциируют в воде, а ионы SO4 реагируют с компонентами бетона, которые увеличиваются в объеме (набухают).
3. Хлорид магния MgCl2 усиливает действие угольной кислоты и образует водорастворимый хлорид кальция.
4. Свободный кислород. Повышенное количество приводит к коррозии металла.
5. Соли натрия, калия и других металлов.

Предельные значения пороговых значений концентрации этих веществ сильно различаются. Все зависит от фильтрационной способности почвы и типа используемого бетона.

причинами, повышающими агрессивность ГВ, чаще всего являются природные явления. Так обилие известняка в почве не может не влиять на содержание кальция и углекислого газа в воде, а наличие болота делает ее кислой. Деятельность человека также влияет на химический состав ГВ; иногда оно носит непосредственный характер, особенно в районах расположения промышленных предприятий горнодобывающего комплекса, а иногда является результатом недостатка знаний.

В прибрежных районах можно встретить такое явление, как соленая вода в колодцах. Он поступает туда в тех случаях, когда пресная вода бесконтрольно откачивается и запас воды пополняется за счет инфильтрации из моря. Чем ближе источник к морю, тем меньше времени приходится воде на то, чтобы освободиться от солей и в конечном итоге стать непригодной для питья. В связи с этим в некоторых странах, например в Израиле, контролируют уровень НВ, что очень важно в условиях сухого климата.

Фундаменты и вода

При строительстве необходимо учитывать как УГВ, так и состав воды и грунта. Важнейшими параметрами, влияющими на тип конструкции фундамента и используемые материалы, являются соотношение УГВ и глубины промерзания, а также химические свойства воды.

Определение глубины залегания

Многим жителям средней полосы России знакомо такое явление, как морозное пучение почвы. Это вызвано замерзанием влаги в порах и капиллярах глины и песка. Песчаные и каменистые почвы не подвержены пучению. Морозное пучение может разрушить неправильно заложенный фундамент.

Если на участке имеются такие грунты, следует определить два параметра: глубину промерзания на вашем участке и уровень грунтовых вод. Если грунтовые воды находятся ниже глубины промерзания, подошва фундамента может находиться выше нее, насколько позволяет несущая способность грунта относительно веса вашего дома. При высоком УГВ есть несколько решений:

1. Подошву фундамента можно расположить на 20 см ниже глубины промерзания. Такое решение применимо для тяжелых зданий из-за большей несущей способности нижележащих слоев.
2. Понизить уровень воды можно, осушив участок и слив его в ливневую канализацию. Эта мера хорошо зарекомендовала себя там, где такая канализация имеется или ее легко построить.
3. Поднимите уровень площадки щебнем и песком так, чтобы УГВ был ниже нуля. Вынужденная и дорогостоящая мера, но не альтернатива, если участок находится в низине.
4. Утепление грунта возле дома провести с помощью теплоизоляционных плит, а недостаточную несущую способность компенсировать шириной подошвы, вплоть до залива одинарной монолитной подкладки.

Как повысить или понизить уровень?

Уровень грунтовых вод колеблется в широких пределах — от 2-3 до 30 м. Его высокое положение приводит к переувлажнению почвы, ухудшению условий для роста культурных растений и быстрому разрушению подземных сооружений построек. Борются с этим опусканием горизонта до грунтовых вод.

Понижение

Понизить уровень грунтовых вод можно двумя способами:

• осушить участок;
• выкопать пруд.

Классическая схема дренажа предусматривает обустройство дренажной канавы по периметру участка, в которой уложены дренажные трубы из пластика или асбестоцемента.

Затем траншея заполняется гравием, песком и почвой. Это свидетельствует об избытке стоячей воды за пределами участка.

Устройство искусственного водоёма в самой нижней части участка также способствует сбору воды и понижению уровня.

Повышение

К искусственному поднятию уровня грунтовых вод обычно не прибегают. Но если рассматривать эту возможность чисто гипотетически, то наиболее эффективным способом является повышение уровня строительства водохранилищ.

Например, после строительства Цимлянского водохранилища уровень грунтовых вод на прилегающих территориях поднялся на 5-7 м.

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

Верховодка – это временное скопление осадков в верхнем слое почвы над грунтовыми водами.

Верховодка образуется после дождя или таяния снегов и скапливается на плохо проводящей почве – глине, глине, плотных камнях. В последующие дни он частично испаряется, а частично проникает в нижележащие слои.

Признаки, характерные для окуня:

• малая мощность и небольшая площадь водного слоя;
• наличие на участке глины, суглинка или других пород, плохо пропускающих воду. В легкопроницаемых породах, например в песке, вода не скапливается;
• сильная зависимость от сезонности (поднятая вода обычно исчезает летом и зимой, появляется весной и осенью);
• зависимость от влажности климата (появляется в влажный период, исчезает в засушливый период).

Мощность стоячей воды обычно невелика и составляет 0,5-1 м. Лишь в редких случаях она достигает 3-5 м. Обычно она собирается в степных районах, в местах с пониженной поверхностью. В горных районах застойная вода не образуется, она стекает вниз.

Классификация по уровню залегания

По уровню залегания различают стоячие, подземные и межпластовые (артезианские) воды.

Термин «артезианский» происходит от названия французской провинции Артезия (ныне называемой Артуа), где впервые был проложен колодец, из которого самопроизвольно начала течь вода.

Впоследствии «артезианскими» стали называть все межпластовые воды, находящиеся под избыточным давлением. Их размещают между водонепроницаемыми слоями, что создает давление.

Виды

Грунтовые воды классифицируются по местоположению (типу почвы, в которой они находятся), агрессивности, минерализации и жесткости.

По местоположению

В зависимости от расположения в грунте подземные воды подразделяют на:

• коллекторский тип – расположен в слабосцементированных или рыхлых породах;
• трещина – заполняют трещины в хорошо сцементированных породах;
• пористый – расположенный в порах породы.

Важной особенностью подземных вод является их легкая доступность, поэтому можно использовать простые способы доступа к ним. Особенно рытье колодцев.

По агрессивности

Агрессивность воды заключается в ее способности разрушать конструкции из бетона, металла и других материалов, а также негативно влиять на флору и фауну водоемов. Агрессивность обусловлена ​​наличием определенных химических элементов и соединений.

По типу и количеству различают следующие виды:

1. Общая кислота. Параметром кислотности является уровень pH. Самая агрессивная вода имеет pH менее 4 (кислая среда), наименее – с pH = 6,5.Если pH меньше 6,5, в этом случае говорят об общей кислотности.
2. Вымывание. Для них характерно высокое (более 0,4-1,5 мг эквивалента) содержание бикарбонатов. Удалить гидроксид кальция из бетонных конструкций.
3. Сульфат. Сульфаты, содержащиеся в них в больших количествах, приводят к набуханию и разрушению бетона.
4. Углекислый газ. Содержит значительное количество углекислого газа, что приводит к растворению гидрокарбоната кальция и разрушению бетона.

По минерализации

Минерализация показывает общее количество растворенных в воде соединений. Определяют путем выпаривания 1 л воды до получения сухого остатка. Минерализация определяется ее размерами и составом.

В зависимости от этого вода бывает:

• свежий,
• немного соли,
• пар,
• сульфат.

По жесткости

Жесткость обусловлена ​​присутствием ионов магния и кальция. Различают следующие виды жесткости:

• общий;
• карбонат;
• некарбонатный.

По общей жесткости они бывают очень мягкими, мягкими, умеренно твердыми, твердыми.

Улучшаем почву — строим дренажный водоем

Если уровень грунтовых вод на вашем участке превысил отметку до метра или часть почвы просто заболочена, можно соорудить сооружение для оттока лишней влаги – дренажный резервуар. Для этого нужно взять дорожки с участка, накрыть их полиэтиленовой пленкой и проследить, чтобы вода стекала по дорожкам в одно заранее выбранное место, оно должно быть как можно ниже.

Тогда есть вероятность, что грунтовые воды постепенно уйдут с вашего участка, образовав уже не подземное, а внешнее озеро или болото. В дальнейшем поверхность будущего водоема сама будет вытягивать воду из почвы за счет активного испарения влаги из зеркала, а значит, чем больше по площади водоем, тем большую часть площади вы сможете вернуть обратно в нормальный.

Важно! Подачу воды необходимо сделать так, чтобы она располагалась в самой нижней части участка и не мешала соседям.

Застой воды на поверхности места с большим количеством грунтовых вод

Оборудуем дренажные каналы в будущем саду

Дренажные каналы нужны целой сетью, они должны буквально опоясывать участок, можно даже перекинуть мосты через эти каналы и двигаться по ним к основному участку, который будет постепенно осушаться.

Прежде чем строить дренажные каналы, необходимо определить, в какую сторону наклонен ваш участок. Приняв решение, постарайтесь убедиться, что каналы расположены точно по направлению уклона. Выкопав их, обязательно выложите все плотной полиэтиленовой пленкой, она защитит каналы от зарастания. В конечном итоге все каналы должны сойтись в одном месте и образовать нечто вроде пруда, который будет служить испарителем лишней влаги. Из него можно будет брать воду для полива.

Важно! Глубина вырытых вами каналов должна быть не меньше той глубины, на которую обычно промерзает почва в вашем регионе, например, в центре России почва может промерзать до одного метра.

В том случае, если нет возможности построить дренажный пруд, необходимо как минимум сделать дренажный колодец, также вывести в него все каналы с участка. Но в этом случае придется использовать насос, которому время от времени приходится откачивать воду с участка и осушать колодец.

Как определить уровень грунтовых вод на своем участке самостоятельно?

Во-первых, нужно правильно выбрать время, чтобы определить уровень грунтовых вод на участке. Это ранняя весна, обычно в это время уровень грунтовых вод достигает максимума.

Уровень грунтовых вод можно определить визуально, просто подойдите к ближайшему колодцу и загляните, если он сухой, то грунтовые воды глубокие и опасности нет, можно сажать, а если колодец полон воды, то это это предупредить. Обычно вода в колодец может поступать из подземного источника. Расстояние от поверхности воды до поверхности земли можно определить, опустив туда рулетку или веревку.

Еще один вариант определения уровня доступности грунтовых вод – по растениям, произрастающим на данной территории. Допустим, место выглядит совершенно сухим, но если оно покрыто пышной растительностью, которая любит влагу и растет пышно и пышно, то, скорее всего, где-то у поверхности скрываются грунтовые воды.

Например, вас должна насторожить крапива, осока, болиголов, камыш, наперстянка и подобные растения, растущие на участке. В этом случае максимальное залегание уровня грунтовых вод будет равно двум метрам (но это в лучшем случае).

Если на участке «уши» полынь или солодка, можно вздохнуть спокойно: до грунтовых вод, скорее всего, три метра, и на этом месте можно посадить что угодно, ну, кроме грецких и маньчжурских орехов.

Можно заметить близость грунтовых вод и цвет растений, растущих на этом участке, где они будут максимально сочными и ярко-зелеными, без малейшего намека на недостаток влаги в почве.

Он поможет определить уровень грунтовых вод на участке и разных комаров: если комары каждый день кружатся и вьются над одним и тем же участком, значит, вода очень близко. Даже кошки, справившись, обычно выбирают места пересечения водных жил, а вот собаки, наоборот, предпочитают отдыхать на участках с максимально высоким уровнем грунтовых вод. Если грунтовые воды расположены близко, на этом участке вы не увидите муравейника, червоточины или мышиной норы.

Обратите внимание на место вечером, если над ним стелется туман, грунтовые воды находятся как можно ближе к поверхности, и два метра в этом случае будут пределом. Также на участках с близлежащими грунтовыми водами роса скапливается активнее и в значительно большем количестве.

Конечно, если вы хотите как можно точнее узнать уровень расположения грунтовых вод, вам необходимо выкопать яму или пробурить колодец. Последнее стоит денег, но зато вам не придется тратить время и силы на выкапывание, возможно, очень глубокой ямы. Бур обязательно с точностью до сантиметра подскажет вам уровень расположения грунтовых вод. А потом можно посмотреть на оставшийся колодец: если он не наполнен водой, то все в порядке.

Важно! Многие халатно относятся к оценке уровня грунтовых вод, ряд садоводов не учитывают воду. Но даже пик воды способен погубить все косточковые культуры, сохраняя корневую шейку влажной в течение нескольких месяцев. Этого будет достаточно, чтобы она раздулась, а деревья погибли.

Если вы решили посадить растения на почве с высоким уровнем грунтовых вод, то высаживайте кустарники и сердцевинные растения, которые необходимо прививать на карликовые подвои, ведь их корневая система находится близко к поверхности почвы и даже метра сухой земли вполне может хватить для них.

Но все же, прежде чем закладывать сад из саженцев на карликовых подвоях и кустах, на почве с высокой емкостью грунтовых вод, необходимо принять ряд мер, позволяющих минимизировать риск гибели растений.

Важно! Никогда не сажайте растения в нижней части склона, по сути это водосбор: там всегда избыток влаги; не сажайте растения на крутых склонах, не оборудованных препятствиями для стока воды, не игнорируйте советы продавцов рассады, которые рекомендуют покупать растения на карликах и суперкарликах.

Как определить уровень на участке?

Существуют следующие способы определения:

1. Проверка горизонта в близлежащих скважинах.
2. Обратитесь в землеустроительную службу, где должна быть карта ФВ.
3. Сверление отверстий. Необходимо бурить в разных местах участка с выносом грунта. Глубина ям должна быть не менее 2 метров.Вы должны проверить уровень через день после сверления в течение нескольких дней. Лучшее время для проверки — весна, после таяния снега, или поздняя осень, когда прошли дожди. Летом и зимой уровень минимальный.
4. Изучение растительности на участке. Признаком мелководья может быть ярко-зеленый цвет растительности, а также наличие некоторых растений. Особенно рогоз (его наличие говорит о том, что до зеркала он находится примерно в 1 м), полынь (3-5 м), солодка (1,5 м). Обильная роса на растениях также указывает на наличие воды у поверхности почвы.
5. Наблюдение за насекомыми и животными. Наличие большого количества комаров, слизней, улиток, лягушек свидетельствует о повышенной влажности. Отсутствие муравейников и мышиных нор является весьма красноречивым свидетельством того, что СП расположены вблизи поверхности.

Признаком высокого расположения воды также служит образование тумана в вечернее время при отсутствии поблизости водоемов.

Проводим улучшение состава почвы

Почвы со стоячими грунтовыми водами, а тем более болотные, как правило, довольно бедны, и если вам удастся их высушить, то перед посадкой растений на этом участке все равно придется их улучшить. Кроме того, почву необходимо проверить на pH: возможно, почва на участке очень кислая. Затем под зиму добавьте от 300 до 400 г извести на квадратный метр или столько же мела, все тщательно перекопайте и весной снова измерьте уровень pH, и делайте это до тех пор, пока почва не станет нейтральной.

Кроме того, в идеале поверх имеющегося грунта нужно насыпать привозной грунт. Таким образом вы поднимете участок и повысите плодородность.

Кроме того, участок необходимо перекопать, перемешав почву и добавив доломитовую муку в количестве 300 г на сотку земли. Перед посадкой рассады (если посадка весной, идеальна только осенняя подкормка) нужно внести 250-300 г древесной золы на квадратный метр, ведро перегноя и чайную ложку с горошкой суперфосфата и сернокислого калия. (все это для копания, хотя участок придется копать заново).

Прокладка дренажного канала в месте с высокими грунтовыми водами

Читайте также: Выровнять пол своими руками — инструкция