5. Основы общей гидрогеологии и динамики подземных вод

5.1. Общие сведения о подземных водах

Воды верхней части земной коры называют подземными. Науку о подземных водах, их происхождении, условиях залегания, законах движения, физических и химических свойствах, связях с атмосферными и поверхностными водами называют гидрогеологией.

Подземные воды служат источником водоснабжения или затрудняют строительство при затоплении котлованов, карьеров, траншей. Они ухудшают механические свойства рыхлых и глинистых грунтов, могут являться агрессивной средой для строительных материалов, размывать и растворять породы с образованием пустот. Строители должны использовать подземные воды в производственных целях, уметь бороться с ними при строительстве и эксплуатации зданий и сооружений.

Вода в земле находится в постоянном движении. Круговорот воды в природе способствует постоянному возобновлению природных вод, в том числе и подземных. В круговороте воды на Земле ежегодно участвует более 500 тыс. км³ воды. Наиболее активно возобновляются речные воды.

Подземные воды образуются преимущественно путем инфиль-трации. Атмосферные осадки, речные и другие воды за счет гравитации просачиваются по крупным порам и трещинам пород. На глубине они задерживаются на водоупоре, возникают горизонты подземных вод. Количество воды зависит от многих факторов: характера рельефа, состава и водопроницаемости грунтов, климата, растительного покрова, деятельности человека.

Воды земной коры постоянно пополняются ювенильными водами, возникшими в глубине земли с выходом на поверхность Земли в виде паров и горячих источников при вулканической деятельности. В зонах замедленного водообмена образуются минерализованные (соленые) воды так называемого седиментационного происхождения из древних морских осадков в начале геологической истории земной коры.

5.2. Водные свойства грунтов

Влагоемкость — способность грунта вмещать и удерживать в себе воду. Когда все поры грунта заполнены водой, такую влажность называют полной влагоемкостью w_п.в..

Грунты подразделяют на весьма влагоемкие (торф, суглинки, глины), слабо влагоемкие (мергель, мел, рыхлые песчаники, мелкие пески, лёсс) и невлагоемкие (галечник, гравий, песок).

Водоотдача w_в — способность насыщенных водой грунтов отдавать ее в виде свободного стока. Физически связанная вода из грунта не вытекает. Наибольшей водоотдачей обладают крупнообломочные грунты, пески и супеси, а в глинах она близка к нулю.

Водопроницаемость — способность пропускать гравитацион-ную воду через поры грунтов и трещины скальных грунтов. Чем больше размер пор и трещин, тем выше водопроницаемость пород. Песок способен пропускать воду, а глина её не пропускает.

Водопроницаемость грунтов (или их фильтрационные свойства) характеризуется коэффициентом фильтрации К_ф (см/с, м/ч или м/сут), представляющим собой скорость движения подземной воды при гидравлическом градиенте, равном 1.

По величине К_ф грунты разделяют на: 1) водопроницаемые – К_ф > 1 м/сут (галечники, гравий, песок, трещиноватые породы); 2) полупроницаемые – К_ф= 1 – 0,001 м/сут (глинистые пески, лёсс, торф, рыхлые разности песчаников, реже пористые известняки, мергели); 3) непроницаемые – К_ф < 0,001 м/сут (скала, глины).

Непроницаемые грунты являются водоупорами, а полупроницаемые и водопроницаемые – водоносными горизонтами.