что такое водоносные горизонты
Водоносный горизонт
Откуда появляется вода в кране? Из каких недр ее добывают для удовлетворения постоянно растущих потребностей человечества? В 21 веке достаточное количество воды является одним из основных условий комфортной жизни. Средний объем ежедневного потребления воды одним человеком составляет от 150 до 600 литров. В засушливых регионах, однако, этот показатель не превышает 15 литров.
Любой природный или созданный человеком водоем основан на подземных водоносных горизонтах. Именно от характеристик этих слоев нашей планеты зависит количество и качество воды, наполняющей колодец или скважину. Учеными давно изучены и детально описаны все слои пресной воды, содержащиеся в недрах нашей планеты. Стоит отметить, что на планете наблюдается неравномерное распределение таких слоев, вследствие чего в некоторых регионах фиксируются сложности с доступом к питьевой воде.
Водоносный горизонт – это грунт, в порах и трещинах которого залегает, а может и перемещаться вода. Во время бурения скважины очень важно найти именно такой горизонт, который гарантирует требуемый объем воды высокого качества. Запечатан такой водосодержащий слой водоупорными слоями, чаще всего глинистыми грунтами.
Первый водоносный горизонт
Как известно, водоносные горизонты пролегают в рыхлых, зернистых или пористых породах, полостях и трещинах твердых пластов, которые имеют способность накапливать влагу. Первый водоносный горизонт еще называют верховодкой. Глубина его залегания не превышает 0,5 м в северной тундре, однако может достигать 20-25 м в южных широтах. Состоит этот слой из несцементированных (рыхлых) осадочных пород. В толщину слой достигает 3-4 м. Верховодка не имеет кровли. Ее верхняя граница расположена в области аэрации, вследствие чего обеспечивается непосредственная связь водоносного горизонта с поверхностью. Почти весь объем горизонт получает путем инфильтрации с поверхности почвы. Единственное достоинство этого горизонта состоит в его легкой доступности.
Из минусов стоит отметить:
Верховодка может быть использована исключительно для полива и бытовых нужд. Без длительного кипячения вода не должна использоваться для употребления в пищу.
Во время бурения скважины, которая опускается ниже первого водоносного горизонта, нужно позаботиться о тщательной изоляции от попадания верховодки при помощи системы концентрических обсадных труб.
Грунтовый водоносный горизонт находится в первом водоносном горизонте. Его отличие заключается в расположении на ближайшем от поверхности земли водоупорном слое, в рыхлых или трещинных породах. Наполняет он вследствие просачивания осадков, таяния снегов, вод из рек, ручьев, озер, оросительных каналов.
Количество грунтовых вод меньше зависит от уровня осадков. Тем не менее, во время весеннего таяния снега или обильных дождей оно повышается. В сухое время года наблюдается его истощение. Эту особенность обязательно нужно принимать во внимание перед бурением скважины или копки колодца.
Для питья такая вода не пригодна без кипячения.
Второй водоносный горизонт
Второй подземный водоносный горизонт или межпластовый слой находится между двумя водоупорными пластами грунта. Его объем более стабилен. Наполнение горизонта происходит вследствие инфильтрации грунтовых вод через слабопроницаемые породы. По характеру движения существует две категории подземных вод:
Глубина водоносных горизонтов второго слоя может составлять от 30 до 100 метров. В процессе просачивания через мелкие поры, трещины и каверны вода проходит естественную природную очистку. Чаще всего она соответствует нормативам, прописанным в СанПиНе.
Исходя из типов пород, через которые просачивается жидкость, она будет насыщаться растворенным железом, солями кальция или магния, и прочими веществами. Вследствие этого, их количество может превышать предельно допустимую концентрацию (ПДК), которая прописана в санитарных правилах и нормах. В таком случае необходимо приобрести дополнительное оборудование для очистки воды.
Артезианский водоносный горизонт
Характеристика водоносных горизонтов артезианского типа основана на их глубине. Артезианский водоносный горизонт расположен в особых геологических структурах:
Этот слой расположен в пористых или щелевых породах, залегающих между двумя водоупорными слоями (известняк, гранит, песчаник). Следовательно, именно этот слой наилучшим образом защищен от действия внешних факторов. Наполнение слоя осуществляется удаленно. Источник питания может располагаться на расстоянии десятков и даже сотен километров. После прохождения таких расстояний, вода природным путем очищается от примесей и загрязнений.
Глубина залегания водоносных горизонтов артезианского происхождения составляет от 100 до 1000 метров.
Из плюсов артезианского горизонта стоит выделить:
В Законе Российской Федерации «О недрах» значится, что расположенные в артезианских водоносных горизонтах воды представляют собой государственный стратегический запас.
Сооружения для добычи воды
Методы определения глубины залегания
Определить глубину расположения водоносных горизонтов можно различными способами. К примеру, растения, которые нуждаются в избыточном количестве влаги, прекрасно демонстрируют местонахождение водоносных слоев. Если во время засухи, растения пышные и зеленые, значит, участок богат подземными водами.
Также можно ориентироваться на разновидность влаголюбивых растений. К примеру, если на участке растет камыш, значит, вода находится на глубине от метра до трех. Тогда как рогоза может расти в метре от поверхности водоносного горизонта. Черный тополь растет там, где вода залегает на глубине от полуметра до трех. Березняки и ольха также являются индикаторами присутствия водоносных слоев, а вот наличие сосны говорит совершенно об обратной ситуации.
Для выяснения глубины залегания водоносных жил успешно применяется ручное бурение. Этот способ подходит для земель с мягкими почвами. Бур нужно вести в землю и тщательно на каждом этапе заглубления осматривать почву на предмет появления чрезмерной влаги.
Если глубина скважины относительно небольшая, то ее можно установить своими силами. Но если речь идет о глубине в 30-50 м, то понадобятся специальные буровые установки.
Водоносный горизонт
Водоносный горизонт или аквифер (англ. aquifer ) — осадочная горная порода, представленная одним или несколькими переслаивающимися подземными слоями горных пород с различной степенью водопроницаемости. Из подземной прослойки водонапорной проницаемой горной породы или неконсолидированных материалов (гравий, песок, ил, глина) могут быть извлечены подземные воды с помощью скважины.
Слои частично состоят из рыхлых материалов: гравия, доломита, ила, известняка, мергеля или песка. Трещины или пустоты между слоями заполнены подземными водами. Горизонт ограничен либо двумя водоупорными пластами (обычно глиной), либо водоупорным пластом и зоной аэрации.
Содержание
Основные характеристики
Добыча воды
Для добычи воды из водоносных слоёв бурят скважины (буровые), которые являются составной частью водозаборных сооружений.
Поверхностные водоносные горизонты
Водоносные горизонты могут находиться на разной глубине. Те из них, что расположены ближе к поверхности, не только чаще других используются в качестве источников воды для потребления и ирригации, но и чаще пополняются дождями. Многие пустынные регионы имеют в своём составе известняковые холмы или горы, которые могут содержать грунтовые воды. Поверхностные водоносные горизонты, в которых добывается вода, имеются в отдельных частях гор Атлас в Северной Африке, на хребтах Ливан и Антиливан в Сирии, Израиле и Ливане, в части Сьерра-Невада и других горах на юго-западе США.
Чрезмерное использование может привести к снижению уровня грунтовых вод. Вдоль побережья некоторых стран, например Ливии и Израиля, рост населения и увеличившееся потребление воды привели к снижению уровня подземных вод и последующему их загрязнению солёной морской водой.
Типы аквиферов
Геологические материалы могут быть классифицированы как сцементирванные породы или неуплотнёные (свободные) отложения. Сцементированные породы могут быть образованы песчаником, сланцеватой глиной, гранитом и базальтом. Неуплотнённые породы содержат зернистые материалы как-то: песок, галечник, ил и глину. Четырьмя главными типами аквифера являются:
Движение подземных вод
Подземные воды в аллювиях находятся в поровом пространстве между частицами, а в уплотнённых породах — в трещинах. Количество воды, которое может вмещать аквифер зависит от его пористости, являющейся поровым пространством между зёрнами отложений или объёмом трещин в породе. Для движения воды в породе необходимо, чтобы поровые пространства были соединены между собой. Подземные воды движутся очень медленно внутри аквифера, и скорость движения зависит от размера пространств внутри грунта или породы, соединённости между собой этих пространств и градиента давления водной поверхности.
Проницаемость
Крупнозернистые отложения как песок и гравий обладают более высокой пористостью, чем мелкозернистые отложения как глина и ил, и лучшей соединённостью пор. Крупнозернистые материалы более проницаемы в виду того, что они обладают большими связанными пространствами или трещинами, позволяющими воде протекать.
В некоторых случаях поровые пространства могут быть заполнены мелкозернистыми отложениями, что уменьшает пористость и затрудняет движение воды, характеризуя аквифер слабопроницаемым. Очень важно уметь определять такие характеристики аквифера, как проницаемость для прогнозирования поведения подземных вод в аквифере.
Первый водоносный горизонт сколько метров
Классификация и особенности подземных вод
К подземным источникам относятся воды, располагающиеся в разных по своей структуре и глубине слоях земной коры. Как правило, водоносные горизонты находятся в рыхлых, зернистых или пористых породах, полостях и трещинах твердых пластов, способных аккумулировать влагу. Подпитываются они за счет талых вод, атмосферных осадков, просачивания воды из лож озер, русел рек и ручьев.
В зависимости от условий залегания поземных источников выделяют следующие их виды:
Почвенные воды — верховодка
Залегают в пределах метровой глубины, разливаясь в поверхностных слоях земли. В некоторых случаях верховодка может располагаться и гораздо ниже, но, не достигая горизонта грунтовых вод. Поскольку почвенные воды формируются из осадков и проникают в неглубокие слои их нельзя назвать полноценным водоносным слоем. Единственным достоинством данного горизонта является его легкая доступность.
Из недостатков верховодки можно выделить следующие:
ВНИМАНИЕ! Верховодку можно использовать только для полива и бытовых нужд. Без дополнительного кипячения вода совершенно непригодна для питья из-за своего микробиологического и химического состава.
Грунтовые воды
Как и верховодка, грунтовые воды относятся к первому водоносному горизонту. В отличие от первого вида такие источники располагаются на ближайшем от поверхности земли водоупорном слое, в рыхлых или трещинных породах. Сверху они не перекрываются водонепроницаемым пластом. Пополнение происходит за счет просачивания осадков, таяния снегов, вод из рек, ручьев, озер, оросительных каналов.
ВАЖНО! Объем ресурса грунтовых вод менее зависим от уровня осадков. Однако в период весеннего таяния и обильных дождей он растет. В период засухи происходит его истощение, степень пополнения которого очень сложно оценить. Этот факт необходимо учитывать при бурении скважин на воду или копки колодца.
Поскольку, грунтовые воды залегают глубже, то они в некоторой степени проходят частичную фильтрацию и очистку. На химический и бактериологический состав воды оказывают влияние толщина грунта и его состав. В связи с этим рекомендуется регулярно производить анализ проб воды в специализированных государственных лабораториях.
В целом для бытовых нужд вода, добытая из первого горизонта, годится во всех случаях, тогда как для питья не всегда. Все зависит от условий расположения водозабора и его глубины. Чем глубже находится водоносный слой, тем чище поднимаемая из него вода.
Межпластовые
Межпластовые водоносные слои или второй водоносный горизонт располагаются между двумя водоупорными пластами грунта и характеризуются большей стабильностью объема. Пополняется горизонт за счет инфильтрации грунтовых вод сквозь толщу слабопроницаемых пород. В зависимости от условий движения выделяют два типа подземных вод:
Глубина залегания такого ресурса в недрах земли составляет от 30 до 100 метров. Просачиваясь через мелкие поры, трещины и каверны влага подвергается естественной природной очистке. В большинстве случаев она соответствует нормам определенным СанПиНом.
ВАЖНО! В зависимости от пород, через которые проходит влага, может происходить ее насыщение растворенным железом, солями кальция и магния, а так же другими элементами. В результате чего их концентрация может превышать предельно допустимые показатели (ПДК), определенные санитарными правилами и нормами. При превышении ПДК потребуется дополнительное оборудование для очистки воды.
Артезианские
Артезианский водоносный горизонт находится в более глубоких подземных слоях. Встречается он в специфических геологических структурах:
Водоносный слой заключен в пористых или щелевых породах, находящихся между двумя водоупорными слоями (известняк, гранит, песчаник). Что делает пласт более защищенным от воздействия внешних факторов. Пополняется бассейн удаленно. Расстояние до источника подпитки может исчисляться десятками, а то и сотнями километров. Преодолевая такие расстояния, вода естественным путем очищается от примесей и загрязнений.
Глубина залегания артезианского горизонта от 100 до 1000 метров.
ИНТЕРЕСНО! Вогнутые и выгнутые геологические структуры, в пластах которых находятся артезианские водоносные слои, обуславливают постоянное статическое давление на горизонт. При бурении скважины уровень воды повышается, на много превышая уровень водоупорной кровли. В результате чего можно наблюдать фонтанирование.
К преимуществам артезианского горизонта относят:
Из недостатков можно выделить:
ВНИМАНИЕ! Согласно Закону Российской Федерации «О недрах» воды, находящиеся в артезианских водоносных горизонтах являются государственным стратегическим запасом.
Первый водоносный горизонт
Как известно, водоносные горизонты пролегают в рыхлых, зернистых или пористых породах, полостях и трещинах твердых пластов, которые имеют способность накапливать влагу. Первый водоносный горизонт еще называют верховодкой. Глубина его залегания не превышает 0,5 м в северной тундре, однако может достигать 20-25 м в южных широтах. Состоит этот слой из несцементированных (рыхлых) осадочных пород. В толщину слой достигает 3-4 м. Верховодка не имеет кровли. Ее верхняя граница расположена в области аэрации, вследствие чего обеспечивается непосредственная связь водоносного горизонта с поверхностью. Почти весь объем горизонт получает путем инфильтрации с поверхности почвы. Единственное достоинство этого горизонта состоит в его легкой доступности. Из минусов стоит отметить:
Верховодка может быть использована исключительно для полива и бытовых нужд. Без длительного кипячения вода не должна использоваться для употребления в пищу. Во время бурения скважины, которая опускается ниже первого водоносного горизонта, нужно позаботиться о тщательной изоляции от попадания верховодки при помощи системы концентрических обсадных труб. Грунтовый водоносный горизонт находится в первом водоносном горизонте. Его отличие заключается в расположении на ближайшем от поверхности земли водоупорном слое, в рыхлых или трещинных породах. Наполняет он вследствие просачивания осадков, таяния снегов, вод из рек, ручьев, озер, оросительных каналов. Количество грунтовых вод меньше зависит от уровня осадков. Тем не менее, во время весеннего таяния снега или обильных дождей оно повышается. В сухое время года наблюдается его истощение. Эту особенность обязательно нужно принимать во внимание перед бурением скважины или копки колодца. Для питья такая вода не пригодна без кипячения.
Основные сооружения для добычи воды
В зависимости от расположения на участке водоносных горизонтов, их глубины, наличия средств, потребностей в воде и целей ее использования выбирают соответствующие способ добычи.
Колодцы
Для бытовых и сельскохозяйственных нужд используют колодцы глубиной до 5 метров. Для получения питьевой воды шахты углубляют до 10…15 метров. Это наиболее бюджетный и простой вариант обустройства водозабора. Наличие такого сооружения позволит решить вопросы:
ВНИМАНИЕ! Для питьевых целей воду из колодца можно употреблять исключительно после кипячения. При копке шахты учитывайте объем воды, который способен выдать колодец. На нужды семьи в среднем берется объем порядка 250 литров. Рекомендуется для более легкой добычи воды использовать такое вспомогательное устройство как специальный водный насос.
Скважины
Для водоснабжения загородного дома используют в основном скважины на песок. В сравнении с артезианскими водозаборами, они менее затратны. К тому же их можно пробурить своими силами, не используя дорогостоящие машины.
Карта глубин в Московской области
карта залегания артезианских водоносных слоев в Московской области
Артезианский водоносный горизонт
Характеристика водоносных горизонтов артезианского типа основана на их глубине. Артезианский водоносный горизонт расположен в особых геологических структурах:
Этот слой расположен в пористых или щелевых породах, залегающих между двумя водоупорными слоями (известняк, гранит, песчаник). Следовательно, именно этот слой наилучшим образом защищен от действия внешних факторов. Наполнение слоя осуществляется удаленно. Источник питания может располагаться на расстоянии десятков и даже сотен километров. После прохождения таких расстояний, вода природным путем очищается от примесей и загрязнений. Глубина залегания водоносных горизонтов артезианского происхождения составляет от 100 до 1000 метров. Из плюсов артезианского горизонта стоит выделить:
В Законе Российской Федерации «О недрах» значится, что расположенные в артезианских водоносных горизонтах воды представляют собой государственный стратегический запас.
Напорные слои
Под определением напорные воды имеются в виду глубоко залегающие водные жилы, как бы зажатые водоупорными слоями земной коры, что образует давление, создает напор. Это артезианские водоносные горизонты. Они присутствуют в тектонических разломах, даже образуют целые подземные бассейны, в некоторых местах имеются очаги выхода на поверхность, от этого зависит мощность напора водного потока. Когда артезианская скважина сделана, при повышенном напоре поток воды легко минует водоупорную кровлю и даже возможно фонтанирование из скважины.
Преимущества и недостатки
Преимущество в качестве воды, недостаток в том, что мероприятие требует больших затрат и поэтому пригодно только как вариант для большого поселения. Однако, для большого поселения такое сооружение будет менее затратно, поскольку в отличие от колодца, откуда придется качать воду электронасосом, здесь затраты энергии будут существенно меньше и скважина помимо удобства быстро себя окупит.
Наблюдательность при поиске
Способность всё примечать и анализировать собранную информацию ещё никогда не была лишней.
Именно таким способом находили воду наши предки, которые ещё не были вооружены достижениями науки и техники. Какие же именно факты и явления природы помогут нам в поисках воды?
Наблюдение #1 — летние туманы
Туманы могут появиться на участке в теплое время года. Случается это природное явление или ранним утром, или поближе к вечеру.
Если вы наблюдаете туман на своём участке, обратите внимание на его плотность: она будет самой высокой в том месте, где вода ближе всего расположена к поверхности почвы.
Если рано утром вы увидите в своём саду туман, клубящийся или сконцентрированный в одном из его уголков, то можно с уверенностью говорить о том, что вода на вашем участке есть
Причиной возникновения такого тумана является испарение воды, которая находится под землей. На одном месте, как обычный туман, он стоять не будет. Пары влаги могут клубиться или стелиться очень низко над землей.
Наблюдение #2 — поведение животных
В отличие от людей, животные прекрасно знают, где именно находится подземная вода. Жаль, что они не могут рассказать об этом нам. Да, рассказать не смогут, но поделиться своими знаниями – пожалуйста.
Наблюдая за поведением домашних и диких животных и птиц, мы может получить всю необходимую информацию:
Даже мошкара ощущает близость воды. Если посмотреть на её поведение в сумерках, когда летний зной уже отступил, то мы увидим столбики из кружащихся в воздухе насекомых именно над теми местами, где прохладнее всего – там, где под землей есть то, что нам нужно.
Собаки, как и люди, с трудом переносят жару и засуху. Они стараются докопаться до самых прохладных слоев почвы, которые бывают именно над водоносной жилой
Наблюдение #3 — виды произрастающих растений
Кому же и знать о наличии или отсутствии воды на участке, как не растениям? Не удивительно, что их и используют в качестве индикаторов.
Если на вашем участке хорошо себя чувствуют ежевика, крушина, брусника, толокнянке, черемуха, мокрица и багульник, значит, имеет смысл искать водоносный слой – он обязательно присутствует.
Растения не всегда любят избыток воды. Если её слишком много, то они могут даже заболеть и перестать плодоносить
Кстати, наличие близких грунтовых вод – это не всегда благо для садоводов. Ведь вишни и яблоки предпочитают умеренную влажность: их переувлажнение может спровоцировать болезни деревьев и подгнивание плодов.
Наблюдение #4 — помощь друзей и соседей
Если ваш участок входит в состав садоводческого общества или у вас поблизости есть соседи, обязательно пообщайтесь с ними. Как правило, они уже решили те проблемы, над которыми сегодня бьетесь вы.
Очень может быть, что они заказывали геодезическое обследование местности или собираются это сделать.
С соседями всегда нужно поддерживать дружеские отношения: именно они первыми придут к вам на помощь, случись что, они же защитят ваше имущество от воришек
Постарайтесь выяснить не только нынешнее состояние местного водозабора, но и колебания уровня вод на протяжении года, а также состав воды.
Согласитесь, что не слишком приятно обнаружить весной свой участок подтопленным грунтовыми водами. Получайте жизненно-важную для вас информацию своевременно.
Безнапорные слои
Грунтовые воды, свободно разливающиеся по зазорам в почвенных слоях, глубже полутора метров, межпластовые воды, не имеют какого-либо напора, называются соответственно безнапорными водами, так как не сдавлены слоями горных пород. Только при залегании в виде линзообразных участков могут характеризоваться малым местным напором.
Они проходят по трещинам скальных участков земной коры, разливаются между почвами рыхло-зернистого типа. Наблюдаются в богатых водоносных участках нашей планеты, испещренных сеткой рек и ручьев.
Преимущества и недостатки
Необременительный доступ к таким водам наряду с ненадежностью этих источников в смысле санитарных норм делает оптимальным данный вид для использования как дополнительный. Также этот вариант будет уместен в случае, если речь идет о необходимости создания забора воды для нужд небольшого количества людей или же при недостатке средств дачного поселения, препятствиях в получении разрешения и регистрации артезианской скважины.
Главное же отличие напорных водоносных горизонтов от безнапорных заключается в том, что напорные воды могут образовывать точки выхода на поверхность, пробиваясь в виде ключей и родников, встречаясь чаще всего в разломах, оврагах, у подножий гор.
Способы определения глубины залегания
Там, где вода находится в ближайшем доступе, подойдет колодец, в местах же, где водоносные жилы залегают глубоко, лучшим вариантом будет скважина.
Колодец делается глубиной 10-15 м, тогда как скважина вбивается в почву на глубину существенно более чем 15 м, ее размер может доходить и до полусотни метров. Скважины сравнительно небольшой глубины можно поставить и своими силами, тогда как если речь идет о большей глубине 30-50 м, то здесь в ход идут уже буровые установки.
Скважина дает более качественную воду и является более стабильным источником акваресурса.
Колодец же более доступен, но дает менее качественную воду. К тому же, возможность добычи воды с помощью колодца есть не везде, тогда как поставить скважину будет более универсальным методом водозабора.
Размещение водоносных слоев в грунте
Воды размещается между пластами подземного грунта, которые не поддаются размыванию. Это либо скальные породы, либо глина. Подземные слои глины чередуются с отложениями песка, гравия или гальки, где и размещается чистая вода.
Для обустройства автономного источника воды именно до такого подземного слоя и надо добраться. От удачного выбора места бурения скважины зависит как конечный результат, так и итоговая стоимость работ.
Слой подземной воды имеет не только разную глубину залегания, но и конфигурацию расположения. В некоторых местах пласт шире и глубже, в других он значительно тоньше. Пласт может быть вертикальным, горизонтальным или иметь искривленную форму.