Водопроникнiсть гiрських порiд

Породи за водопроникнiстю подiляються на водопроникнi (пiски, гравiй та iн.), напiвпроникнi (глинистi пiски, легкi суглинки леси та iн.), водонепроникнi або водотривкi (глини, важкi суглинки та iн.).

Чим бiльшi за розмiром зерна, що складають породу, тим бiльша її водонепроникнiсть, хоч процент пористості у дрібнозернистих порід зростає: він у пiскiв складає 30-35%, а у глин – 50%.

Породи можуть поглинати i утримувати у собi певну кiлькiсть води, або вiддавати її. Тому iснують поняття про їх повну вологоємкiсть i водовiддачу. Чим бiльше води утримує порода, тим бiльша її повна вологоємкiсть, яку визначають за формулою Wt = n/б, де n – пористiсть, б – об’ємна вага стелета грунту.

Водовiддача порiд – це здатнiсть порiд вiддавати воду.

У галечникiв i пiскiв може бути багато води (цi породи мають великi колекторські властивостi), але вона з них витiкає швидко, тобто породи мають велику водовiддачу. З глинистої породи води витікає дуже мало, бо вона має дуже малу водовiддачу, хоч утримує в собі, як не дивно, найбiльше води – до 525 л/м³).

Класифiкацiя, режим I баланс пiдземних вод

За умовами залягання i гiдравлiчними ознаками пiдземнi води подiляються на такi типи: поверхнева вода (або верховодка), грунтова, мiжпластова безнапiрна i мiжпластова напiрна (або артезiанська).

Поверхнева вода має обмежене поширення. Це тимчасове скупчення води на невеликій глибинi (весною, чи після осінніх дощів) на малопотужному водонепроникному шарі.

Грунтова вода має більше поширення i насичує перший вiд поверхнi водоносний горизонт. Вона затримується на першому вiд поверхнi на великому за площею і достатньо потужному водонепроникному шарi порід.

Ґрунтова вода безнапірна. У більшості випадків вона перебуває у рухливому станi – тобто тече у бiк долин, балок, ярiв. Тому дзеркало (поверхня) грунтової води, як правило, має якийсь нахил. Цей нахил нерiдко у загальних рисах вiдповідає рельєфу мiсцевостi.

У балках, ярах i долинах вода витікає з-під землi i цi мiсця називаються областями розвантаження (або дренування). Це нерідко призводить до надмірного зволоження придонних частин названих форм рельєфу та понижених територій, тобто до утворення боліт.

Не важко зрозумiти, що швидкiсть руху грунтових вод залежить вiд пористостi водоносного шару, а також вiд нахилу дзеркала води. Установлено, що ця швидкiсть у дрiбнозернистих пiсках за добу може досягати до 5 м, у великозернистих i гравiйних пiсках 15-20 м, а в галечниках i трiщинуватих вапняках до 100 м i навiть бiльше.

З пiдземними водами пов’язанi поняття їх режиму i балансу. Режим – це змiна рiвня дзеркала грунтових вод на протязi певного часу, який може швидко реагувати на клiматичнi i гiдрометеорологiчнi змiни по сезонах року, або на протязi кiлькох рокiв (пiдiймається або понижується до кількох метрів).

Вiд поверхнi землi до водонепроникного шару видiляються 3 режимнi зони:

зона аерацiїї – від поверхні до дзеркала грунтової води;

зона перiодичного насичення водою – мiж мiнiмальним i максимальним рiвнями грунтової води;

зона повного (постiйного) насичення – мiж найнижчим рiвнем грунтової води i постiйним водотривким шаром.

Iснує тiсний зв’язок мiж поверхневими i пiдземними водами. Прикладом може бути пiдйом на кiлька метрів рiвня грунтової води на вiдстанi 20-30 км вiд Каховського водосховища пiсля його заповнення. Нахил дзеркала ґрунтових вод в долинах рiчок пiд час повенi часто буває зворотнiм. Те ж саме спостерiгається в засушливих зонах (наприклад, в Амудар`ї i Сирдар`ї).

Iнфiльтрацiя призводить до пiдвищення рiвня пiдземних вод на зрошувальних системах, а дренаж – до його зниження в осушувальних системах.

А тепер про iншi типи підземних вод.

Мiжпластова безнапiрна вода – це та, що знаходиться мiж двома водонепроникними шарами. Вона не заповнює весь водоносний шар i тому її напір не виникає. При виході цього шару на поверхню в балці чи долині з нього витікають джерела.

Мiжпластова напірна (або артезіанська) вода утворюється у водоносному шарі між двома водонепроникними шарами при умові їх чашоподібного або моноклiнального залягання. Крiм того, треба, щоб водоносний шар не дренувався долинами, балками, ярами та улоговинами.

Артезіанська вода часто фонтанує із свердловин або утворює грифон. Термін "артезіанська вода" прийшов до нас із Франції, де є провінція Артезiя. Там ще в 1226 р. за допомогою трубчастих колодязів одержали самовиливну підземну воду.

Областю живлення артезіанського басейну буде територія, де на поверхню виходить водоносний шар. Вода поступає до центральної частини западини i знаходиться під гідростатичним тиском. Коли пробурити свердловину в тому мiсцi, де вода знаходиться під тиском, то вона підніметься на значну висоту i навіть буде виливатись чи фонтанувати. Це явище відбувається в артезіанських басейнах. Але вода в них може піднятись тільки до певного рівня. Цей рівень називається п’єзометричним. Він буде трохи нижче рівня області живлення. Якщо відбувається чергування кількох водоносних i водонепроникних товщ порід, то буває декілька напірних горизонтів.

Артезiанськi басейни використовуються для водозабезпечення великих населених пунктів. До таких належать, наприклад, Московський та Днiпровсько-Донецький басейни, у яких є по кілька водоносних горизонтів. З них здійснюється водозабезпечення Москви i навколишніх мiст, а також Києва, Харкова, Полтави, Сум та iнших мiст України.

Джерела – це природні виходи підземних вод на поверхню. Вони найчастіше знаходяться в долинах річок, у балках, ярах. Характер виходу вод може бути рiзним – у виглядi концентрованого потоку, грифону, а найчастiше – суцільним виходом уздовж схилу (багатьма дрiбними джерелами), що приводить до заболочення мiсцевостi. Джерела, якi живляться грунтовими водами називаються низхiдними, а тi, що живляться напiрними водами – висхiдними. Такі джерела бiльш постiйнi за кiлькiстю i якiстю води.

Баланс (рівновага, урівноваження) підземних вод зумовлюється притокам води під землю i її витратою, або виходом з-пiд землi. Приток йде через процеси iнфiльтрацiї, конденсації і просочування з водойомiв. Витрати відбуваються через джерела, витікання в русла річок i до водоймiв, вибирання з колодязів, викачування iз свердловин, випаровування через транспiрацiю рослинами.