Грунтовые и пластовые воды. Артезианские воды

Грунтовые воды. Проникновение атмосферных осадков вглубь земной коры продолжается до тех пор, пока они не достигнут поверхности первого сплошного водоупорного пласта. Скапливаясь у его кровли, вода начинает перемещаться в горизонтальном направлении, постепенно заполняя пустоты в горных породах. Так образуются водоносные горизонты. Водоносными горизонтами называют слои водонепроницаемых пород, пустоты (трещины, поры) которых заполнены гравитационной водой. Та часть водоносного горизонта, где он насыщается водой, называется областью питания; место, где подземные воды выходят в виде источников или родников, — областью разгрузки или дренирования (от франц. «дренаж» — сток); а расположенная между ними часть водоносного горизонта, где движутся подземные воды, — областью транзита (или областью напора в случае напорных вод). Первый от земной поверхности стабильный водоносный горизонт, залегающий на первом выдержанном по площади водоупорном слое, называют горизонтом грунтовых вод. Грунтовые воды широко распространены и могут накапливаться как в рыхлых пористых, так и в трещиноватых или закарстованных горных породах. Особенностью грунтовых вод является отсутствие у них водоупорной кровли, что обусловливает их питание па всей площади распространения водоносных пород, то есть области питания и транзита здесь совпадают. Питание происходит в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков, местами за счет просачивания вод рек, озер и других поверхностных водоемов. Не имея верхнего водоупора, грунтовые воды обладают свободной поверхностью, которая называется зеркалом, или уровнем грунтовых вод. Выше уровня грунтовых вод располагается зона капиллярного поднятия (капиллярная кайма). Мощность водоносного горизонта определяется расстоянием от зеркала грунтовых вод до водоупорного ложа. Ее величина, как правило, уменьшается по мере движения воды от водоразделов к речным долинам и другим понижениям рельефа, где обычно располагаются области разгрузки. Уровень грунтовых вод непостоянен, повышаясь в дождливые и понижаясь в засушливые периоды. Иногда колебания уровня в течение одного года могут достигать нескольких метров. Если на каком- либо участке уровень грунтовых вод поднимается до земной поверхности, здесь происходит образование болот. Наблюдения за изменениями уровня грунтовых вод имеют важное значение для решения вопросов водоснабжения, мелиорации земель и проводятся на специальных режимных гидрогеологических станциях. По гидродинамическим особенностям грунтовые воды являются безнапорными со свободной поверхностью.

Межпластовые безнапорные воды располагаются ниже грунтовых и в отличие от них сверху и снизу ограничены водоупорными горизонтами. Наличие водоупорной кровли препятствует непосредственному проникновению в водоносный горизонт атмосферных осадков, поэтому области питания и залегания подземных вод здесь не совпадают и находятся на том или ином расстоянии друг от друга. Обычно безнапорные воды встречаются в условиях расчлененного рельефа, когда водоносный горизонт усиленно дренируется и поступающей в него воды не хватает для полного насыщения водопроницаемого слоя и создания напора. Водоносные горизонты, содержащие межпластовые воды, обычно распространены на обширных площадях, называемых гидрогеологическими бассейнами. Межпластовые напорные воды иначе называют артезианскими по названию провинции Артуа во Франции, где впервые в XII в.была вскрыта вода, самоизливающаяся на поверхность. Они приурочены к водоносным горизонтам, подстилаемым и перекрываемым водоупорными слоями горных пород, и образуются благодаря полному насыщению водой водопроницаемых пород, что и создает гидростатический напор. Обычно горизонты артезианских вод имеют широкое площадное распространение, залегают на значительных глубинах и плохо дренируются природными дренами (реками, оврагами и другими понижениями рельефа). Наиболее благоприятные условия для формирования напорных межпластовых вод создаются либо в пределах различных отрицательных структур земной коры (мульды, синеклизы, предгорные и межгорные прогибы), либо при односклоновом (моноклинальном) залегании горных пород. В первом случае слои изогнуты в виде чаши, а во втором — наклонены в одну сторону, и по падению водопроницаемые породы могут сменяться водоупорными. Область питания напорных вод обычно располагается гипсометрически выше основной площади их распространения. Поэтому вода, поступающая в водопроницаемый слой, движется по уклону, заполняя весь слой и приобретая гидростатический напор. В связи с этим основная площадь распространения артезианских вод, располагающаяся между областями их питания и разгрузки, называется областью напора. В этой области уровень напорных вод всегда располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до данного уровня называют напором и обычно выражают в метрах. Величина напора и положение уровня подземных вод зависят от высотного положения областей питания и разгрузки. Если на разрезе соединить линией отметки уровней стояния воды в областях питания и разгрузки, она с высокой долей вероятности, покажет, до какой высоты поднимается артезианская вода при вскрытии ее колодцами или буровыми скважинами. Уровень напорных вод называется пьезометрическим (от греч. «пиезо» — давлю) уровнем и выражается в абсолютных отметках (по отношению к уровню моря). В тех местах, где пьезометрический уровень располагается выше земной поверхности, напорные воды самоизливаются или фонтанируют из буровых скважин. Для представления об изменениях пьезометрического уровня на площади строятся специальные карты гидропьез или пьезоизогипс. Режим артезианских вод достаточно стабилен. Пьезометрический уровень мало подвержен сезонным колебаниям, вода отличается чистотой. Напорные межпластовые воды обычно распространены на значительных площадях, называемых артезианскими бассейнами. Хорошо известны Московский, Дпепровско-Донецкий (Северо-Украинский), Западно-Сибирский, Причерноморский, Прибалтийский и другие бассейны. Размеры многих артезианских бассейнов, особенно приуроченных к прогибам и впадинам, достаточно велики и колеблются от сотен до сотен тысяч квадратных километров. Они содержат значительные запасы воды хорошего качества, широко используемой для питьевого и промышленного водоснабжения.