4. Классификации подземных вод и их виды
В истории развития гидрогеологии были предложены самые различные классификации подземных вод. Здесь принципиально важным различием является выделение классификационных признаков. С этой точки зрения все классификации можно условно разделить на химические общие и частные химически связанные с ионно-солевым и газовым составом вод (В.И. Вернандский, Н.И. Толстихин, О.А. Алекин, В.А. Сулин и др.). Общие охватывают глобальные условия деятельности подземных вод или сочетают в себе много классификационных признаков. Другими словами, они представляют собой сочетание признаков, дающих некоторую закономерную общность жизни подземных вод. Примерами таких классификаций являются классификации А.М. Овчинникова и Ф.П. Саваренского по условиям залегания и режиму подземных вод.
Частные классификации систематизируют подземные воды по одному или нескольким признакам, то есть представляют частные случаи деятельности подземных вод, к таким классификациям можно отнести Б.Л. Личкова, О.К. Ланге, А.М. Жирмунского, А.А. Козырева и многих других. Сюда относятся классификации Н.И. Толстихина подземных вод криолитозоны, А.Н. Токарева – радиоактивных подземных вод и др.
Наиболее употребительными следует назвать классификации Ф.П. Саваренского и А.М. Овчинникова, которые имеют много общих черт, и которые положены в основу дальнейшего рассмотрения подземных вод.
4.1 Понятие режима подземных вод
Режим подземных вод – это закономерные во времени изменения, которые происходят в водоносном горизонте как эпизодические, суточные, сезонные, годовые, многолетние и вековые колебания в связи с метеорологическими и геологическими процессами. Понятие о режиме подземных вод охватывает все стороны их свойств: температура, физическое состояние, уровень (напор), дебит, химический и газовый состав и др.
Режим подземных вод может быть весьма непостоянным (верховодка), непостоянным, зависящим от эпизодических климатических факторов (верхние горизонты грунтовых вод), постоянным (нижние горизонты грунтовых вод), весьма постоянным (артезианские воды).
4.2 Классификация подземных вод а.М. Овчинникова и ее сущность
По условиям залегания и режиму А.М. Овчинников выделил следующие типы вод:
воды зоны аэрации – верховодка (почвенные, болотные и подвешенные в зоне аэрации);
грунтовые воды с различными подтипами;
Артезианские воды.
В качестве особых типов им выделены воды районов вечной мерзлоты и воды районов молодого вулканизма. На основе этой классификации строится дальнейшее рассмотрение подземных вод, а при их характеристике используются также классификации Ф.П. Саворенского, Н.И. Толстихина, П.В. Богомолова и др.
4.3 Воды зоны аэрации – верховодка (почвенные, болотные, подвешенные на линзах водоупорных пород в зоне аэрации)
Это – воды, наиболее близко залегающие к дневной поверхности. Режим их крайне непостоянен и всецело определяется гидрометеорологическими условиями. В засушливое время они часто исчезают. Верховодка может формироваться как в пористых рыхлых отложениях, так и в верхней части коры выветривания скальных трещиноватых пород. Располагается там, где происходят процессы просачивания атмосферной влаги через зону аэрации (рис.4). Чаще всего она приурочена к линзам водонепроницаемых пород, т. е. как бы «подвешена». Она может постепенно растекаться по краям линзы и в некоторых случаях питать грунтовые воды.
Рис. 4. Гидрогеологический разрез зоны аэрации и верхней части зоны насыщения
Условные обозначения:В - зона аэрации (верховодка), Г - зона насыщения (грунтовые воды), УГВ - уровень грунтовых вод
Полностью или частично верховодка может быть израсходована на испарение. Обычно это маломинерализованные воды, в большинстве имеющие слабокислую реакцию. Может содержать органические вещества, такие как Fe, H2SiO2, легко загрязняется.
В южных районах, с признаками аридного климата верховодка может быть высокоминерализованной хлоридной натриевой водой, из которой в бессточных впадинах происходит выпадение солей. Она обычно редко используется для водоснабжения в силу непостоянного режима и загрязнения. В сельской местности, если верховодка залегает глубоко, используется для питья и поливов. Сохранению запасов в этом случае способствуют посадки леса, создание водоупорных перемычек и др.
Разновидностями верховодки являются почвенные воды, болотные воды, подвешенные (собственно верховодка) и воды дюн.
Почвенные воды
Почвенный слой является важной, хотя и очень тонкой пленкой земной коры, в которой происходят жизненно-важные процессы. Роль воды в этих процессах огромна. Но нельзя путать ее с пленочной и капиллярной водой. Это – гравитационная вода, которая участвует в питании корневой системы растений. Почвенные воды, просачиваясь, питают грунтовые воды. Основным источником питания почвенных вод являются атмосферные осадки.
Оказывают двоякое влияние на плодородие почв – улучшение или ухудшение (оглеение, солонцевание и др.). Отсюда для оценки гидрогеологических условий большое значение имеют типы почв и их состояние.
Изменение влажности почвенного слоя во времени – гидроизоплеты – линии одинаковой влажности (в мм или %). Почвенный слой состоит из горизонта А (элювиальный) и В (иллювиальный) и подгоризонтов. Выделяются 8 типов почв: 1) подзолистые, 2) черноземные, 3) светлокаштановые и бурые, 4) заболоченные, 5) солонцы, 6) сероземы и солончаки, 7) слабо развитые почвы, 8) латериты и красноземы.
Болотные воды
С одной стороны они тесно связаны с поверхностными водами, с другой - неразрывно с верховодкой. Болото – увлажненный участок поверхности, покрытый слоем торфа 20-30 см, а если менее – то заболоченные земли.
Возникновение болот связано с различными причинами - выходы грунтовых вод и плохой дренаж, ровная поверхность и непроницаемые породы в верхней части геологического разреза.
Болота могут быть:
1) низинные, питающиеся атмосферными и грунтовыми водами;
2) верховые (сфагновые), питающиеся преимущественно атмосферными осадками;
3) смешанные.
Выделяют еще висячие болота, которые питаются исключительно за счет грунтовых вод на пологих склонах долин.
Болотные воды обычно имеют малую минерализацию, содержат органическое вещество типа гумуса и низкомолекулярные органические кислоты.
Характер растительности является хорошим показателем гидрогеологических особенностей болота. Безлесные болота – озерного происхождения, кустарники черной клейкой ольхи может служить показателем движения болотной воды. Сосны развиваются на плотном торфяном основании и на мощной чисто торфяной залежи (бывшего верхового болота). Коэффициент фильтрации торфяной залежи зависят от степени разложения торфа и колеблется от 0,45 м/сутки в сильно разложенных до 0,85-4,5 м/сутки в слабо разложенных. Фильтрация через нижние, сильно уплотненные слои торфа ничтожна. Сток значительно увеличивается при наличии рек, дренажных каналов и протоков.
Воды, подвешенные на линзах водоупорных пород в зоне аэрации
Эти воды обычно называют «собственно верховодка». Они изображены на рис. 4.