Грунтовые воды. Их образование и уровень

Грунтовые воды (4) попадают в проницаемые горные породы через так называемую зону временного насыщения. Этот слой может недолго удерживать грунтовые воды после продолжительных дождей, поскольку он быстро высыхает. Ниже располагается горизонт, поры или трещины которого заполнены водой. Это зона насыщения. Обычно она начинается на глубине около 30 см от поверхности, а снизу ограничена слоем непроницаемой породы, через которую не может просочиться вода. Этот горизонт водонепроницаемой породы называется водоупором.

4. Грунтовые воды просачиваются через зону временного насыщения (1) до тех пор, пока не достигнут водонепроницаемых пластов, над ними образуется зона насыщения, или водоносный горизонт (2, 10). Верхняя поверхность водоносного горизонта образует уровень, или зеркало, грунтовых вод (3, 13), над которым расположена капиллярная кайма (6). Колодцы (7) должны достигать уровня грунтовых вод, так как капиллярная кайма не насыщена водой. Поток грунтовых вод может быть перегорожен дайкой (8).

В однородном материале вода движется как бы по дуге (4), сначала вниз, а потом вверх, к ближней реке. Если же водоносный горизонт заключен в серию пластов разных пород, среди которых Имеются и несколько водоупорных (11), может образоваться подвешенная линия грунтовых вод (12). Водоносный горизонт, заключенный между двумя водонепроницаемыми слоями, называют замкнутым или артезианским (14, 15). Если поверхностный водоток расположен ниже уровня грунтовых вод, он питается за их счет (5), а если выше, то вода из него просачивается в зону насыщения (9).

Верхняя граница водоносного горизонта - уровень, или зеркало, грунтовых вод - в общем виде повторяет неровности рельефа. Под холмами она обычно поднимается, под низменностями опускается, но расположена здесь ближе к поверхности. Изменяется положение зеркала грунтовых вод и в течение года в зависимости от режима выпадения атмосферных осадков.

В некоторых местах уровень грунтовых вод выходит на поверхность, и там образуются оазисы (6), болота, озера и родники. Родники (5) - это излияние или просачивание воды, которое чаще всего происходит у подножия склона или в долине. Они образуются там, где водоносный горизонт подпружен водонепроницаемыми породами, например вулканической дайкой.

5. Источники образуются там, где уровень грунтовых вод пересекается с земной поверхностью: А-источник, возникает когда контакт водоносного горизонта с водоупорным слоем проходит по тектоническому нарушению; Б - напор воды создает артезианский источник в тектонически ослабленной зоне; В - вода просачивается через трещины в известняках и выходит на поверхность, достигнув водоупорного горизонта; Г - источники образуются там, где слои проницаемой породы залегают на водоупоре; Д - водонепроницаемая преграда может привести к образованию целой серии источников

Родниковая вода обычно пресная и чистая, так как проходит через мелкие поры таких пород, как песчаники (2), где вся грязь отфильтровывается (точно так же бытовую воду пропускают через искусственные песчаные фильтры).

Известняки тоже водопроницаемы, хотя и не относятся к пористым породам; вода просачивается через «их по многочисленным трещинам и пустотам (3). Дождевая вода постепенно расширяет эти каналы, поскольку содержит углекислый газ, а слабая углекислота растворяет известняки. В отличие от пористых пород известняки не играют роли фильтра, и не случайно в XVIII в. во Франции часто вспыхивали эпидемии холеры и тифа в районах, где источники питьевой воды бьют из известняков. Было установлено, что ключевая вода заражалась от свалок мусора, которым засыпали карстовые воронки и колодцы, находившиеся за десятки километров от источников.

Некоторые источники благодаря высокому содержанию минеральных веществ являются целебными. Вокруг них вырастают курорты, особенно если эти источники к тому же и горячие. Самый нижний уровень грунтовых вод, где вода имеется и в наиболее сухие сезоны, называется постоянным уровнем. Именно до этого уровня бурят колодцы, чтобы в них круглый год была вода. В артезианских колодцах (7) вода выбивается на поверхность под гидростатическим напором, т.к. сруб колодца или устье скважины расположены ниже уровня грунтовых вод данной водосборной площади.

7. Артезианские источники и колодцы располагаются там, где грунтовые воды находятся под напором. Уровень грунтовых вод (1) в артезианском водоносном горизонте (2), ограниченном сверху и снизу водонепроницаемыми слоями (3), располагается вблизи вершины погружающихся пластов. Устье скважины 4, пробуренной через верхний водонепроницаемый горизонт (3), находится выше уровня гидростатического напора (6), поэтому скважина не является артезианской.

Из таких колодцев воду приходится выкачивать или черпать. Устье артезианской скважины (5) расположено ниже уровня гидростатического напора, и поэтому вода здесь изливается на поверхность. Артезианские источники (8) обычно располагаются вдоль трещин или разломов (7), где гидростатический напор достаточен, чтобы заставить воду подниматься по плоскости разлома. Площади с артезианскими скважинами называются артезианскими бассейнами. Однако запасы воды в таких бассейнах могут истощиться, как это произошло в Лондонском и Парижском артезианских бассейнах, где уровень грунтовых вод упал ниже уровня устьев колодцев.