Условия залегания подземных вод в земной коре

При наличии источников питания залегание подземных вод в земной коре в значительной мере определяется геологическим строением местности: структурой и литологическим составом гор­ных пород. Чередование водопроницаемых и водоупорных пород создает условия для накопления свободных вод в толще водопроницаемых горных пород, залегающих на водоупорах.

В этих условиях на различных глубинах от поверхности земли формируются водоносные слои, или водоносные горизонты - насыщенные водой водопроницаемые слои гор­ных пород.

Вода может заполнять не всю толщу водопроницаемого слоя породы, а лишь до определенной поверхности. Если при вскрытии водоносного горизонта колодцем, шурфом или сква­жиной вода в них устанавливается на том же уровне, на котором она находится в породе, то эта уровенная поверхность является свобод­ной (безнапорной) и носит название зеркала или уровня под­земных вод.

Многие водоносные горизонты обладают со свободной поверхностью.

Свободная поверхность подземных вод не может быть идеально ровной. Над ней поднимаются капиллярные воды, увлажняющие до некоторой высоты вышерасположенный слой водоносной породы, называемый капиллярной каймой, которая гидравлически связана со всей остальной водной массой водоносного слоя и испы­тывает такие же колебания, как и уровень подземной воды. Высота капиллярной каймы над зеркалом подземных вод зависит от свойств водоносной породы и меняется в широких пределах: от нескольких сантиметров в грубозернистых песках до 4 м и более в суглинистых породах. Расстояние по вертикали от водоупорного ложа до зеркала подземных вод называется мощностью водоносного слоя.

При вскрытии водоносного пласта, перекрытого сверху водоупор­ной породой, уровень в скважине может установиться выше нижней поверхности водоупорного пласта. В этом случае воды, заполняю­щие водопроницаемую породу, находятся под гидростатическим на­пором, а водоносный горизонт называется напорным водонос­ным горизонтом.

Водообильность водоносных слоев, свойства вод и условия их передвижения различны и определяются, помимо геологической струк­туры и литологического состава, глубиной залегания и степенью изолированности водоносных горизонтов друг от друга и от поверх­ности земли.

Чем ближе подземные воды залегают к поверхности, тем значительнее они подвергаются воздействию климатических факторов и тем интенсивнее водообмен между подземными, почвен­ными и поверхностными водами.

Верхнюю часть земной коры в отношении распределения в ней подземных вод принято делить на две зоны: зону аэрации и зону насыщения.

В зоне аэрации вода обычно не заполняет полностью поры и пустоты породы, а если и заполняет, то временно и не везде. В этой зоне непосредственно у поверхности земли в почвах зале­гают почвенные воды.

В зоне насыщения поры породы заполнены водой и на различных глубинах в ней залегают грунтовые, межпла­стовые безнапорные и напорные воды. Подземные воды по степени подвижности и интенсивности водообмена с поверхностными водами (рек, озер, болот) различны. Наиболее подвижны воды зоны активного водообмена. Нижняя граница этой зоны на­мечается гидрогеологами на уровне базиса эрозии малых и средних рек. В этой зоне формируются грунтовые и межпластовые воды, без­напорные или с местным напором. Эти воды, дренируемые речными долинами и озерными котловинами, являются источником питания рек и озер и представляют собой наиболее устойчивую, зарегулиро­ванную часть речного стока.

Глубже расположены воды замедленного и весьма замедленного водообмена. В них формируются, как правило, напорные (артезианские) воды. Связь их с поверхностными водами затруднена и есте­ственный выход на земную поверхность, особенно вод зоны весьма замедленного водообмена, представляет собой редкое явление.

Вода в почве

Вода в почве находится в основном в связанном состоянии. Она удерживается на поверхности почвенных частиц и перемещается в по­чве под влиянием молекулярных и капиллярных сил. В местах избы­точного увлажнения в почве может находиться и свободная, проса­чивающаяся гравитационная вода. Встретив на своем пути водо­упорный или относительно водоупорный слой в пределах почвенного разреза или в подпочвенном слое ниже границы корнеобитаемого слоя, вода накапливается, заполняет поровое пространство вы­шележащего слоя и образует так называемый горизонт грави­тационной подпертой влаги.

Если эти воды находятся целиком в почвенном слое и не имеют гидравлической связи с ниже­расположенными грунтовыми водами, они называютсяпочвен­ными водами. Почвенные воды почти всегда являются временными. Они обра­зуются обычно весной, в отдельных местах осенью, при просачива­нии талых или дождевых вод. В степных районах они распростра­нены не повсеместно, чаще встречаются под «степными блюдцами», лесными полосами и в поймах рек.

Если эти воды гидравлически связаны с грунто­выми водами (постоянно или временно), они называются почвенно-грунтовыми. Почвенно-грунтовые воды ши­роко распространены в зоне избыточного увлажнения, где уровень грунтовых вод расположен близко к поверхности и иногда дости­гает ее, способствуя процессу заболачивания.

Иногда почвенные и почвенно-грунтовые воды называют верховодкой. К верховодке также относят спорадические, распространенные, вре­менные, обычно сезонные скопления грунтовых вод в зоне аэрации, расположенные в виде отдельных линз.

Почвенные воды, так же как и грунтовые, приобре­тают свойство гидростатической сплошности, способны передавать гидростатическое давление и вытекать из стенки естественного или искусственного разреза, а также стекать по уклону водоупорного слоя. Такое движение в почвенном слое называют внутрипочвенным стоком.

В теплую часть года, особенно в период вегетации, вода из почвы интенсивно расходуется на испарение и главные образом на транспирацию растениями. К концу лета запасы влаги в почве стано­вятся ограниченными, а сама влага порой недоступной для ра­стений.