6.1.2. Грунтовые воды

Грунтовыми водами, или грунтовым водоносным горизонтом, называется первый от поверхности земли постоянно существующий регионально распространенный водоносный горизонт со свободным уровнем. Понятия «постоянно существующий» и «регионально распространенный» подчеркивают различие между грунтовыми водами и верховодкой, которая также фиксируется как первый от поверхности водоносный горизонт. В отличие от верховодки существование грунтового водоносного горизонта обычно связано с наличием регионально (в пределах всего рассматриваемого района или значительной его части) распространенного пласта слабопроницаемых пород (см. гл. 4). Понятия «свободный уровень», «свободная поверхность» подчеркивают тот факт, что верхней границей грунтового водоносного горизонта является свободный уровень подземных вод (см. рис. 9). При вскрытии водоносного горизонта в этом случае отсутствует избыточное давление воды на его кровле (Р = Р_атм) и уровень воды устанавливается на отметке вскрытия верхней границы горизонта. В связи с этим грунтовые воды не совсем верно называются также безнапорными. На участках, где в верхней части водоносного горизонта распространены линзы слабопроницаемых пород, или покровные слабопроницаемые отложения, собственно водоносный горизонт фиксируется горными выработками ниже их подошвы. На таких участках наблюдается избыточное гидростатическое давление, под действием которого уровень воды устанавливается выше кровли водоносного горизонта. В этом случае подземные воды называются водами с местным напором, или субнапорными. Поверхность грунтовых вод именуется зеркалом, реже скатертью.

В зависимости от геоморфологических условий, геологического строения и гидрогеологических особенностей выделяют: грунтовый поток, грунтовый бассейн и сочетание грунтового потока с грунтовым бассейном.

Грунтовым потоком называют водоносный горизонт грунтовых вод (или его часть), движение воды в котором происходит под влиянием силы тяжести в направлении уклона их зеркала.

Бассейн грунтовых вод (грунтовый бассейн) обычно приурочен к понижению в водоупорном ложе, которое выполнено водопроницаемыми породами, насыщенными водой; зеркало его находится в горизонтальном положении. Эти бассейны образуются при таких условиях питания, когда поступающие инфильтрационные или конденсационные воды не полностью заполняют толщу пород. Нередко бассейном грунтовых вод называют также определенные геоморфологические элементы или геологические тела, в которых грунтовые воды широко распространены.

Формирование грунтовых вод, их режим во многом зависят от рельефа местности. Поэтому различают грунтовые воды междуречий, находящиеся на водораздельных равнинах, склонах долин, и грунтовые воды долин, заполняющие отложения аллювия. Эти воды распространены повсеместно. Особый вид грунтовых вод представляют воды ледниковых отложений, залегающие в моренах в виде линз и водоносных горизонтов. Их распространение связано с положением ледниковых образований, которые имеются и в Европе, и в Азии, и в Северной Америке. Запасы грунтовых вод ледниковых отложений, как правило, велики. Например, из конечных морен, относящихся к Валдайскому оледенению, берут начало такие крупные реки, как Волга, Днепр, Западная Двина.

Глубина залегания грунтовых вод увеличивается от пойм к водораздельным пространствам и от зон избыточного и достаточного увлажнения к засушливым. Даже во влажных областях отметка горизонта этих вод может опускаться до 20 м, а в зонах степей и пустынь она нередко превышает 30–40 м. При этом почвенные и почвенно-грунтовые воды могут вообще отсутствовать или существовать очень непродолжительное время. Грунтовые воды на больших глубинах чаще встречаются в виде линз, размеры которых могут быть самыми различными. Например, в пустыне Каракумы размеры Ясханской линзы достигают 2000 км², а ее мощность в центре более 70 м. Слабый водообмен в таких линзах приводит к возрастанию минерализации воды.

В горных областях грунтовые воды распространены в породах коры выветривания, а также в тектонических трещинах, разломах дочетвертичного периода. Такие воды называются трещинно-жилънымн. Увеличение количества выпадающих атмосферных осадков с высотой приводит к более интенсивному питанию подземных вод, которые, как правило, выклиниваются у подножий склонов речных долин и ущелий. Большие запасы грунтовых вод содержатся в межгорных впадинах и конусах выноса в предгорьях.

Таким образом, в пределах платформенных территорий гумидной зоны грунтовый водоносный горизонт залегает на глубинах до 10–15 м и формируется преимущественно в рыхлых отложениях четвертичного и неоген-четвертичного возраста. В аридной и полуаридной зонах с глубинами залегания грунтовых вод до 50 м и более, а также на участках с отсутствием или малой мощностью четвертичных отложений грунтовые воды могут быть связаны с отложениями любого возраста и состава. В массивах древних кристаллических пород и в горно-складчатых областях (кроме межгорных впадин и участков распространения рыхлых отложений значительной мощности) горизонт грунтовых вод связан, как правило, с верхней трещиноватой зоной горных пород (литифицированные осадочные, магматические, метаморфические породы). Для этих районов при интенсивной эрозионной расчлененности рельефа (горно-складчатые области) характерны максимальные глубины залегания грунтовых вод (до 200–250 м, возможно, больше).

Таким образом, сравнительно неглубокое залегание грунтовых вод на первом от поверхности водоупорном пласте, их тесная связь с поверхностными и метеорными водами определяют следующие их особенности:

1. они безнапорные, имеют обычно свободную поверхность с давлением на ней, равным атмосферному, и передвигаются под действием силы тяжести в направлении уклона их зеркала;

2. питание осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков и конденсации влаги в зоне аэрации, область питания совпадает с областью распространения;

3. разгрузка происходит у основания склонов или в поверхностные водоемы и водотоки, с которыми грунтовые воды имеют гидравлическую связь;

4. вследствие непосредственного воздействия поверхностных факторов уровень, дебит, температура и другие параметры грунтовых вод подвержены сильным колебаниям во времени;

5. неглубокое залегание и интенсивный подземный сток вызывают формирование преимущественно пресных грунтовых вод, но при недостаточном увлажнении территории они становятся минерализованными и солеными.