§ 1. Верховодка

Верховодкой называют временное скопление подземных вод в зоне аэрации. Залегает она на небольшой глубине от поверхности земли и образуется над локальными водоупорами, в роли которых мо­гут быть линзы глин и суглин­ков в песке, прослойки плотных пород и т. д. При инфильтрации вода временно задерживается на них и образу­ет своеобразный тип подземной воды. Чаще всего это бывает связано с периодом обильного снеготаяния и выпадения дож­дей. В засушливое время года верховодка может полностью исчезнуть в результате испаре­ния и просачивания в нижележащие слои.

В легко водопроницаемых невлагоемких породах (пески, галеч­ники, трещиноватые породы) верховодка возникает сравнительно редко, так же как и в сильновлагоемких набухающих глинах. Наи­более типичны для нее различные суглинки и лессовые породы.

Другой особенностью верховодки является возможность ее об­разования даже при отсутствии в зоне аэрации каких-либо водоупор­ных пропластков. Например, в толщу суглинков обильно поступает вода, но вследствие низкой водопроницаемости просачивание про­исходит замедленно и в верхней части толщи образуется верховод­ка. Через некоторое время эта вода рассасывается.

На склонах верховодка практически отсутствует.

По величине минерализации воды верховодки пестрые: от пре­сных (в северных районах страны) до солоноватых и соленых (в за­сушливых районах, с интенсивным испарением). Близость верхо­водки к поверхности земли часто приводит к ее загрязнению органи­ческими соединениями. Водообильность незначительная, поэтому использование верховодки для водоснабжения ограничено: неглу­бокие колодцы в сельской местности, сезонное водоснабжение мел­ких предприятий. Для постоянного водоснабжения верховодка не­пригодна.

Верховодка представляет значительную опасность для строитель­ства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений, она может вызвать их подтопление, если заранее не были предус­мотрены меры дренирования или гидроизоляции.

При инженерно-геологических изысканиях, проводимых в сухое время года, верховодка не всегда обнаруживается, поэтому ее появле­ние при отрывке котлованов, траншей может быть неожиданным.

§ 2. Грунтовые воды

Грунтовыми называют воды первого от поверхности постоян­ного водоносного горизонта, выдержанного по площади и располо­женного на первом водоупорном слое.

Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т. е. сверху они не перекрыты водоупорными слоями. Свободную поверхность грун­товых вод называют зеркалом (в разрезе — уровнем). Слои или пласт горных пород, насыщенный подземной водой, именуют водоносным слоем (пластом) или водоносным горизонтом. Расстояние от водоупора до уровня подземных вод называется мощностью водоносного горизонта (пласта) (рис. 11.2).

Грунтовые воды в силу наличия свободной поверхности — нена­порные. Иногда при вскрытии грунтовых вод скважинами и други­ми выработками наблюдается местный (обычно небольшой) напор. Возникает он при проходке скважинами прослоев водоупорных по­род, залегающих в толще водоносного слоя.

Питание грунтовых вод происходит за счет инфильтрации (про­сачивания) атмосферных осадков и конденсации водяных паров, а также поступления воды из поверхностных водоемов (рек, озер и т. д.). Значительно реже грунтовые воды подпитываются со сторо­ны глубокозалегающих напорных вод. Территория, на которой про­исходит питание водоносного горизонта, называется областью пи­тания. Для грунтовых вод характерно совпадение областей питания и распространения.

Грунтовые воды находятся в непрерывном движении, Образуя грун­товые потоки. В отдельных случаях их залегание имеет форму грун­товых бассейнов. Грунтовые воды в бассейнах остаются неподвижны­ми и имеют горизонтальную поверхность. В противоположность им грунтовые потоки имеют соответствующие уклоны своей поверхнос­ти. Уклон поверхности грунтового потока обычно соответствует ук­лону рельефа поверхности земли и направлен в сторону ближайшего понижения. Грунтовые воды движутся от водоразделов к речным до­линам, оврагам, балкам и т. п. В местах выхода грунтовых вод на поверхность образуются родники, мочажины, заболоченность. Это места естественной разгрузки (дренирования) грунтовых вод.

Грунтовые воды имеют почти повсеместное распространение. Глубина залегания грунтовых вод, химический состав и темпера­тура зависят от многих факторов: геологического строения райо­на, рельефа местности, климатических условий. В целом зеркало грунтовых вод отражает рельеф земной поверхности. Наиболь­шая глубина залегания грунтовых вод отмечается на водоразде­лах, наименьшая— в понижениях рельефа.

Обычно грунтовые воды залегают на небольшой глубине — от 2 до 10 м. По степени минерализации воды преимущественно пресные, реже солоноватые и соленые, состав гидрокарбонатно-кальциевый, сульфатный и сульфатно-хлоридный.

Грунтовые воды широко используют для водоснабжения во мно­гих районах России.

¶

В целом, высоко оценивая роль грунтовых вод как источника питьевого водоснабжения, необходимо подчеркнуть, что грунтовые воды создают большие трудности при производстве строительных работ (заливают котлованы, траншеи и др.) и мешают нормально эксплуатировать различные здания и сооружения. В практике стро­ительства чаще всего приходится принимать меры борьбы именно с грунтовыми водами.

Карты поверхности грунтовых вод (карты гидроизогипс). Для выявления характера поверхности (зеркала) грунтовых вод состав­ляют карты гидроизогипс (рис. 11.6). Гидроизогипсами называют линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными или от­носительными отметками уровней грунтовых вод. Эти линии ана­логичны горизонталям рельефа местности и подобно им отражают рельеф зеркала вод. Форма поверхности грунтовых вод сложная и зависит от многих факторов: состава водовмещающих пород и их водопроницаемости, рельефа, условий залегания и дренирования. Карты гидроизогипс необходимы при решении многих задач, свя­занных с проектированием водозаборов подземных вод, борьбой с подтоплением территории и др. Для построения карты гидроизо­гипс замеряют уровни грунтовых вод в скважинах, расположен­ных обычно по сетке. Замеры уровней воды должны быть едино­временными. Абсолютные отметки уровня подземных вод (h_в) в скважинах определяют по формуле

h_в=h_п.з.-h

где h_п.з — абсолютная отметка поверхности земли; h — глубина зале­гания подземных вод от поверхности земли, м.

Полученные абсолютные отметки надписывают над каждой сква­жиной и затем методом интерполяции строят гидроизогипсы. Сече­ние гидроизогипс (частоту их заложения) выбирают в зависимости от масштаба карты и густоты расположения точек замера от 0,5 до 10,0 м, чаще 0,5; 1,0 и 2,0 м.

С помощью карты гидроизогипс (совмещенной с топоосновой) можно определить направление и скорость движения грунтового потока в любой точке. Для определения направления проводят пер­пендикуляр к гидроизогипсе в данной точке. Грунтовый поток дви­жется по нормали в сторону меньших отметок. Для определения уклона потока грунтовых вод разность отметок двух смежных гид­роизогипс делят на расстояние между ними (по нормали) в соответ­ствии с масштабом карты. Чем выше степень сгущения гидроизо­гипс, тем при прочих равных условиях больше уклон поверхности потока подземных вод, а следовательно, выше и скорость движе­ния. Используя положение гидроизогипс, в любой точке карты мож­но определить глубину залегания грунтовых вод (по разности отме­ток горизонталей и гидроизогипс).