Верховодка

Верховодка — это ненапорные подземные воды зоны аэрации, залегающие на небольшой глубине от поверхности Земли выше уровня грунтовых вод и имеющие ограниченное распространение.

Если в толще водопроницаемых пород залегает линза водонепроницаемых пород, то проникающие сверху осадки, достигая линзы, задерживаются, скапливаются, образуя самостоятельный водоносный горизонт — верховодку. Верховодка обычно насыщает различные пористые породы. Она встречается также в верхней части коры выветривания скальных пород. Кроме того, верховодка распространена в районах многолетней мерзлоты, где она в зимнее время полностью перемерзает. Мощность пород, насыщенных верховодкой, обычно невелика (в среднем 14-1,0 м), местами она достигает 2-5 м.

Заметное влияние на формирование верховодки оказывает характер рельефа. Так на склонах, особенно крутых, где благоприятны условия для поверхностного стока и неудовлетворительны для инфильтрации, верховодка не формируется. Наилучшие условия для верховодки создаются на плоских водоразделах, особенно в понижениях микрорельефа (западинах, степных блюдцах и т.п.). На территориях больших городов образованию верховодки способствуют также многочисленные понижения, ямы, старые котлованы.

Ввиду незначительной мощности и распространения водоупорных линз верховодка образует лишь временное скопление воды, которое исчезает в засушливое время года. Поэтому вода верховодки используется лишь для водоснабжения отдельных хозяйств сельской местности или снабжения мелких предприятий.

Качество вод верховодки различно. В районах избыточного увлажнения они слабо минерализованы, в засушливых районах — сильно минерализованы. На территориях городов воды верховодки, вследствие неглубокого залегания от поверхности, сильно загрязняются.

При строительных работах воды верховодки являются неблагоприятным фактором и для устранения вредного влияния верховодки применяется дренаж-осушение.

При инженерно-геологических изысканиях следует учитывать следующие особенности:

1)верховодка может образовываться даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупорных пропластков, например, когда в толщу суглинков обильно поступает вода, но из-за их низкой водопроницаемости просачивание происходит замедленно и в верхней части толщи может образоваться верховодка, которая затем, через некоторое время, рассасывается;

2)в сухое время года верховодка не всегда обнаруживается при изысканиях, поэтому, чтобы предотвратить ее внезапное появление в период строительства, следует выполнять вероятностный инженерно-геологический прогноз ее появления, в том числе, с привлечением методов имитационного моделирования особенно на просадочных (лессовых, протаивающих многолетнемерзлых) и набухающих глинистых грунтах.

11. Грунтовая вода́ — гравитационная вода первого от поверхности Земли постоянно существующего водоносного горизонта, расположенного на первом водоупорном слое. Имеет свободную водную поверхность. Обычно над ней нет сплошной кровли из водонепроницаемых пород. Грунтовые воды оказывают разрушающее влияние на бетон и другие строительные материалы.

При возведении сооружений грунтовые воды исследуют на агрессивность. Различают следующие типы агрессивности.

· Общекислотная. Водородный показатель воды меньше 6. Повышается растворимость карбоната кальция. В зависимости от марки цемента и значений pH агрессивность воды различна: при pH < 4 наибольшая, при pH = 6,5 — наименьшая.

· Выщелачивающая. Вода содержит более 0,4—1,5 мг экв. гидрокарбоната. Проявляется в растворении карбоната кальция и выносе из бетона гидроксида кальция. Степень агрессивности воды определяется растворимостью карбоната кальция. Вынос гидроксида кальция увеличивается в присутствии хлорида магния, который вступает в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя хорошо растворимый хлорид кальция.

· Магнезиальная. Вода содержит более 750 мг/л магния двухвалентного. Предел допустимой концентрации ионов магния зависит от марки цемента, условий, конструкции сооружения, содержания сульфатных ионов и изменяется в широких пределах: от 1,0 до 2,5 %.

· Сульфатная. Вода содержит свыше 250 мг/л сульфатных ионов. Присутствующие в воде в больших концентрациях сульфатные ионы, проникая в бетон, при кристаллизацииобразуют кристаллогидрат сульфата кальция, являющийся причиной вспучивания и разрушения бетона.

· Углекислотная. Вода содержит свыше 3—4 мг/л углекислоты. Растворение карбоната кальция под воздействием растворённого диоксида углерода с образованием легкорастворимого гидрокарбоната кальция провоцирует процесс разрушения бетона.

· Грунтовые воды на сегодняшний день позволяют снабжать водой самые разные по величине населенные пункты, а также объекты сельского хозяйства

· Может ли топографическая съемка каким-либо образом оповестить о наличии грунтовых вод? Специалисты, которые проводят такую съемку, выявляют самые высокие и самые низкие точки участка. Но разве можно утверждать, что, например, возвышенность - место глубокого залегания грунтовых вод? Вроде бы, это логично. Но дело в том, что грунтовые воды располагаются в земле неравномерно, на разной глубине, не в зависимости от рельефа участка. Поэтому порой бесполезно тратить деньги и делать топографическую съемку.

· Если у вас есть домашний питомец, понаблюдайте за его поведением. Именно он может подсказать вам, где близко расположена вода. Например, кошки, предпочитающие прохладу из-за неразвитости потовых желез, предпочитают выбирать места для отдыха на лужайке прямо над водными жилами, а собаки, напротив, стараются находиться подальше от таких мест. Мошкора, которая вьется столбами на закате – верный признак близости грунтовых вод, впрочем, как и комариный рой.

Различные природные явления, например, туман, тоже могут указать на близость грунтовых вод. Стелющийся вечерний туман – верная народная примета, благодаря которой можно уверенно сказать, что на этом участке грунтовые воды находятся очень близко. Об этом также говорит обилие утренней росы.

12. Исследования показали, что при неглубоком заложении фундаментов древних церковных зданий приходится иметь дело с подземными водами типа верховодки, а также с грунтовыми и капиллярными. Межпластовые и артезианские воды в реставрационной практике обычно не рассматриваются.

Фундаменты зданий могут размещаться в зоне аэрации, которая находится между дневной поверхностью и поверхностью подземных вод. Эта зона связана с атмосферой. Через нее просачиваются поверхностные воды и атмосферные осадки. Часть пор в ней постоянно занята воздухом. На отдельных участках зоны аэрации на прослоях и линзах слабопроницаемых пород, например, моренных глин, могут скапливаться и задерживаться инфильтрующиеся атмосферные осадки, конденсационные и паводковые воды, которые образуют верховодку. Эти воды имеют небольшую мощность (обычно не более 1-3 м) и ограниченное распространение и располагаются на небольшой глубине от поверхности земли.

Нередко верховодка возникает в результате утечек воды из коммуникаций, уровень ее в таких случаях устанавливается близко к дневной поверхности. В связи с этим может происходить подтопление фундаментов, подвальных помещений или заболачиваемость территории. Уровень верховодки испытывает резкие колебания в зависимости от количества атмосферных осадков, влажности воздуха, температуры и других метеорологических факторов. В засушливое время года она может полностью исчезать. Поскольку верховодку образуют гравитационные воды, она имеет направление сверху вниз.

Фундаменты и стены подвальных помещений и зданий, попадающие в зону верховодки, подвергаются воздействию капиллярной влаги. Зона капиллярной воды располагается над горизонтом грунтовых вод. В этой зоне тонкие (капиллярные) поры заполнены водой, а более крупные — свободны. Капиллярная вода имеет направление снизу вверх.

Зона насыщения представляет собой водоносный горизонт (пласт), в котором все поры заполнены водой. Грунтовая вода под действием силы тяжести перемещается от повышенных участков (начиная от водоразделов грунтовых вод) к пониженным, причем движется по линиям наименьшего сопротивления. Подстилается эта зона слабопроницаемыми или водоупорными породами.

Грунтовые воды характеризуются следующими особенностями:

- область их питания, как правило, совпадает с областью распространения;

- уровень воды, вскрытый геологическими скважинами, устанавливается на той же глубине, на которой вскрыта вода, то есть поверхность грунтовых вод, сообщаясь с атмосферой, находится только под атмосферным давлением; она называется свободной поверхностью;

- грунтовые воды гидравлически связаны с реками, озерами, прудами;

- питание грунтовых вод происходит, в основном, за счет атмосферных осадков, конденсации водяных паров из воздуха, а также за счет поступления вод из рек, озер, каналов, прудов и т.д.

13. Межпластовыми подземными водами называются водоносные горизонты, залегающие между двумя водоупорами. Они могут быть ненапорными и напорными. Межпластовые ненапорные воды встречаются редко. По характеру движения они аналогичны грунтовым водам. Межпластовые напорные воды называются артезианскими. Залегание артезианских вод весьма разнообразно, но наиболее часто встречаются синклинальное. Артезианская вода всегда заполняет весь водоносный горизонт от подошвы до кровли и не имеет свободной водной поверхности. Область распространения одного или нескольких уровней артезианских водоносных горизонтов называют артезианским бассейном. Площади артезианских бассейнов огромны и измеряются десятками, сотнями, а иногда и тысячами квадратных километров. В каждом артезианском бассейне различают области питания, распространения и разгрузки. Область питания артезианских бассейнов обычно располагается на больших расстояниях от центра бассейна и на более высоких отметках. Она никогда не совпадает с областью их распространения, которую иногда называют областью напоров. Артезианские воды испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью отметок области питания и области разгрузки, по закону сообщающихся сосудов. Уровень, на котором устанавливается артезианская вода в скважине, называется пьезометрическим. Положение его определяется пьезометрической линией, или линией напоров, условной прямой линией, которая соединяет область питания с областью разгрузки. Если пьезометрическая линия проходит выше поверхности земли, то при вскрытии водоносного горизонта скважинами будет происходить фонтанирование, а напор называется положительным. Когда пьезометрический уровень расположен ниже поверхности земли, то напор называется отрицательным, а вода из скважины не выливается. Артезианские воды, как правило, более минерализованы и меньше связаны с поверхностными водотоками и водоемами, чем грунтовые воды.

14. В зоне вечной мерзлоты, которая занимает обширные пространства в России и Канаде, в верхнем слое активного водообмена часть подземных вод залегает в виде льда — отдельных ледяных вкраплений, жил и пластов. Их запасы оцениваются в 0,3 — 0,5 млн. км3. Таким образом, подземные воды находятся в разных физических состояниях. Свободные поры и трещины горных пород, не занятые жидкой водой, заполняет водяной пар, в верхней толще земной коры в районах с суровым климатом вода находится в виде льда, и, наконец, на больших глубинах и при повышенном давлении она существует в состоянии «водяной плазмы». Еще в недрах находится так называемая физически связаная вода. Она взаимодействует с частицами породы, обволакивая их и удерживаясь силами притяжения. Чем меньше частицы, тем больше они удерживают воды. Наконец, в недрах планеты встречается обычная вода, которую исследователи подземных вод называют гравитационной, так как ее движением управляют силы тяжести. Она-то и образует основные скопления подземных вод и подземные водоносные системы.

15. Источники. Источники образуются на месте выхода подземных потоков на земную поверхность. Источники (ключи, родники) по своему характеру могут быть весьма различны. В одних случаях это едва заметные ключики, иногда только увлажняющие почву. Места выходов таких источников можно узнать по характеру растительности (осока, тростник, хвощ, мхи). В других случаях это крупные источники, вода которых выбивает и сразу же образует значительный ручей. Однако нередки случаи, когда даже крупные источники не выходят на поверхность, а продолжают течь в толще грунта очень близко от земной поверхности. Подобные скрытые источники можно обнаружить по зарослям камышей, тростников и других водных растений. Действительно, если в таком месте вырыть небольшое углубление, то оно довольно быстро заполняется водой.

Источники с древнейших времен и до наших дней широко используются человеком. Это совершенно понятно, ибо они дают наиболее чистую и наиболее здоровую воду. Чтобы предохранить источник от загрязнения его закрепляют деревянным срубом, каменной кладкой или бетонными сооружениями. В местах, где поставщиками воды являются главным образом источники, их принимают в особые крытые бассейны, откуда по трубам они направляются на места их использования. Примеры подобных сложных сооружений мы можем видеть на южном побережье Крыма. Приблизительно так же используются крупные источники, дающие воду для снабжения городов, только сооружения здесь носят еще более сложный характер. Площадь питания подобных источников огораживается изгородью, куда не может заходить скот. Такая мера гарантирует здоровую воду источников.

Подземные потоки, прежде чем выйти на земную поверхность,

нередко проделывают большие и сложные пути под землей. Здесь прежде всего различают источники нисходящие и восходящие (рис. 106).

По температуре воды источники делятся на:

1) обычные, температура которых приблизительно равна средней годовой температуре данного

места,

2) холодные, температура которых ниже средней годовой, и

3) теплые, температура которых выше средней годовой.

Чем ближе подземный поток к земной поверхности, тем сильнее отзываются на нем колебания температуры воздуха. Так, годовые колебания достигают 5—10°, а в отдельных случаях и больше.

Холодные источники встречаются редко, и то главным образом в горах, где они питаются талыми водами снегов и ледников.

Теплые источники связаны чаще всего с местами недавнего вулканизма.

Особое место занимают так называемые артезианские колодцы. Пробитые на большую глубину буровые скважины дают выход глубоко лежащим подземным водам Эти воды, находясь под сильным гидростатическим давлением, нередко бьют фонтанами и дают много воды (самые сильные — до 10—15 м³ в минуту).