выше водопроницаемость пород. Не всякая порода, которой при­

суща пористость, способна пропускать воду, например, глина с

пористостью 50-60 % воду практически не пропускает. Водопроницаемость пород (или их фильтрационные свойства)

характеризуется коэффициентом фильтрации kФ (см/с, мjч или

мjсут), представляющим собой скорость движения подземной во­

ды при гидравлическом градиенте, равном 1.

По величине kФ породы разделяют на три группы: 1) водопро­

ницаемые - kФ > 1 мjсут (галечники, гравий, песок, трещиноватые

породы); 2) полупроницаемые - kФ = 1...0,001 мjсут (глинистые

пески, лесс, торф, рыхлые разности песчаников, реже пористые

известняки, мергели); 3) непроницаемыеkФ < 0,001 мjсут (мас­

сивные породы, глины). Непроницаемые породы принято назы­

вать водоупорами, а полупроницаемые и водопроницаемыееди­ ным термином водопроницаемые, или водоносными, горизонтами.

В фильтрации может принимать участие вода в связанном со­

стоянии. Так, в глинах ее приводят в состояние движения увели­

чением разности напоров (градиента фильтрации), действием

электро- и термаосмотических сил.

Глава 14

СВОЙСТВА И СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

При оценке свойств подземных вод исследуют вкус, запах,

цвет, прозрачность, температуру и другие физические свойства

подземной воды, которые характеризуют так называемые органо­

лептические свойства воды (определяемые при помощи органов чувств). Органолептические свойства могут резко ухудшаться при

попадании в воду естественным или искусственным путем раз­

личных примесей (минеральных взвешенных частиц, органиче­ ских веществ, некоторых химических элементов).

Температура подземных вод колеблется в широких пределах в

зависимости от глубины залегания водоносных слоев, особенно­

стей геологического строения, климатических условий и т. д. Раз­

личают воды холодные (температура от О до 20 ОС), теплые, или

субтермальные, воды (20-37 ОС), термальные (37-100 ОС), пере­ гретые (свыше 100 ОС). Очень холодные подземные воды цирку­

лируют в зоне многолетней мерзлоты, в высокогорных районах; перегретые воды характерны для районов молодой вулканической

деятельности. На участках водозаборов чаще всего температура

воды 7-11 °с.

282

Химически чистая вода бесцветна. Окраску воде придают ме­

ханические примеси (желтоватая, изумрудная и т. д.). Прозрач­

ность воды зависит от цвета и наличия мути. Вкус связан с со­

ставом растворенных веществ: соленый - от хлористого натрия,

горький - от сульфата магния и т. д. Запах зависит от наличия

газов биохимического происхождения (сероводород и др.) или

гниющих органических веществ.

Плотность воды - масса воды, находящаяся в единице ее объе­

ма. Максимальная она при температуре 4 ос. При повышении тем­

пературы до 250 ос плотность воды уменьшается до 0,799 гjсмЗ, а

при увеличении количества растворенных в ней солей повышается

до 1,4 гjсм3 • Сжимаемость подземных вод характеризуется коэффи­

циентом сжимаемости, показывающим, на какую долю первонача­

льного объема жидкости уменьшается объем при увеличении дав­

ления на 105 Па. Коэффициент сжимаемости подземных вод

составляет 2,5 · 10-5... 5 · 10-5 Па, т. е. вода в некоторой степени об­

ладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных

подземных вод.

Вязкость воды характеризует внутреннее сопротивление час­ тиц ее движению. С повышением температуры вязкость подзем­

ных вод уменьшается.

Электропроводность подземных вод зависит от количества

растворенных в них солей и выражается величинами удельных

сопротивлений от 0,02 до 1,00 Ом·м.

Радиоактивность подземных вод вызвана присутствием в ней

радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, газооб­ разной эманации радия-радона и др.). Даже ничтожно малые кон­ центрациисотые и тысячные доли (мгjл) некоторых радиоак­ тивных элементов - могут быть вредными для здоровья человека.

Химический состав подземных вод. Все подземные воды всегда

содержат в растворенном состоянии большее или меньшее коли­ чество солей, газов, а также органических соединений.

Растворенные в воде газы (02, СО2, СН4, H2S и др.) придают

ей определенный вкус и свойства. Количество и тип газов обу­

словливает степень пригодности воды для питьевых и технических

целей. Подземные воды у поверхности земли нередко бывают за­

грязнены органическими примесями (различные болезнетворные бактерии, органические соединения, поступающие из канализаци­

онных систем, и т. д.). Такая вода имеет неприятный вкус и опасна

для здоровья людей.

Соли. В подземных водах наибольшее распространение имеют

хлориды, сульфаты и карбонаты. По общему содержанию раство­

ренных солей подземные воды разделяют на пресные (до 1 гjл растворенных солей), солоноватые (от 1 до 10 г/л), соленые

283

(10-50 г/л) и рассолы (более 50 гjл). Количество и состав солей устанавливается химическим анализом. Полученные результаты вы­

ражают в виде состава катионов и анионов (в мгjл или мг-экв/л).

Суммарное содержание растворенных в воде минеральных ве­

ществ называют общей минерализацией, о величине которой судят по сухому или плотному остатку (в мгjл или г/л), который полу­

чается после выпаривания определенного объема воды при тем­

пературе 105-110 °С. Между общей минерализацией подземных

вод и их химическим составом существует определенная зависи­

мость.

В природных условиях общая минерализация подземных вод исключительно разнообразна. Встречаются подземные воды с ми­

нерализацией от 0,1 г/л (высокогорные источники) до 500-600 гjл

(глубокозалегающие воды Ангаро-Ленского артезианского бассей­

на). Общая минерализацияодин из главных показателей качест­

ва подземных вод.

В подземных водах присутствует несколько десятков химиче­

ских элементов периодической системы Менделеева. До 90 %

всех растворенных в водах солей ионы CI-, soJ-, НСОЗ, Na+, Mg2+, Са2+, К+. Железо, нитриты, нитраты, водород, бром, йод,

фтор, бор, радиоактивные и другие элементы содержатся в воде

в меньших количествах. Однако даже в небольших количествах

они могут оказывать существенное влияние на оценку пригодно­

сти подземных вод для различных целей. Наилучшими питьевы­

ми качествами обладают воды при рН = 6,5 ... 8,5.

Количество растворенных солей не должно превышать 1,0 гjл. Не допускается содержание вредных для здоровья человека хими­

ческих элементов (уран, мышьяк и др.) и болезнетворных бакте­

рий. Последнее в известной мере может быть нейтрализовано об­

работкой воды ультразвуком, хлорированием, озонированием и

кипячением. Органические примеси устанавливаются бактериоло­

гическим анализом. Вода для питьевых целей должна быть бес­ цветна, прозрачна, не иметь запаха, быть приятной на вкус.

Жесткость и агрессивность подземных вод связаны с присутст­

вием солей. Жесткость воды - это свойство, обусловленное содер­ жанием ионов кальция и магния, т. е. связанная с карбонатами, и

вычисляется расчетным путем по общему содержанию в воде гид­

ракарбонатных и карбонатных ионов. Жесткая вода дает большую

накипь в паровых котлах, плохо мылится и т. д. В настоящее время

жесткость принято выражать количеством миллиграмм-эквивален­

тов кальция и магния, 1 мr-экв жесткости соответствует содержа­

нию в 1 л воды 20,04 мг иона кальция или 12,6 мг иона магния. В

других странах жесткость измеряют в градусах (1 мг-экв = 28°). По жесткости воду разделяют на мягкую (менее 3 мг-экв или 8,4°),

284

средней жесткости (3-6 мг-экв или 8,4°), жесткую (6-9 мг-экв или 16,8-25,2°) и очень жесткую (более 9 мг-экв или 25,2°). Наи­

лучшим качеством обладает вода с жесткостью не более 7 мг-экв. Жесткость бывает постоянной и временной. Временная жесткость связана с присуrствием бикарбонатов и может быть устранена ки­

пячением. Постоянная жесткость, обусловленная серно-кислыми и хлористыми солями, кипячением не устраняется. Сумму времен­

ной и постоянной жесткости называют общей жесткостью. Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном

воздействии растворенных в воде солей на строительные материа­

лы, в частности, на портландцемент. Поэтому при строительстве

фундаментов и различных подземных сооружений необходимо

уметь оценивать степень агрессивности подземных вод и опреде­

лять меры борьбы с ней. В существующих нормах, оценивающих

степень агрессивности вод по отношению к бетону, кроме химиче­

ского состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород. Одна и та же вода может быть агрессивной и неагрессивной. Это

обусловлено различием в скорости движения водычем она вы­

ше, тем больше объемов воды войдет в контакт с поверхностью

бетона и, следовательно, значительнее будет агрессивность.

По отношению к бетону различают следующие виды агрес­

сивности подземных вод:

• общекислотная-оценивается величиной рН, в песках вода

содержании S02- в количестве более 200 мг/л вода становится аг­

рессивной;

•магнезиальная - устанавливается по содержанию иона Mg2+;

•карбонатная - связанная с воздействием на бетоны агрессив­ ной углекислоты, этот вид агрессивности возможен только в пес­

чаных породах.

Агрессивность подземных вод устанавливают сопоставлением

данных химических анализов воды с требованиями нормативов.

После этого определяют меры борьбы с ней. Для этого использу­

ют специальные цементы, производят гидроизоляцию подземных

частей зданий и сооружений, понижают уровень грунтовых вод

устройством дренажей и т. д.

Агрессивное действие подземных вод на металлы (коррозия ме­ таллов). Подземная вода с растворенными в ней солями и газами

может обладать интенсивной коррозионной активностью по от­

ношению к железу и другим металлам. Примером может служить

окисление (разъедание) металлических поверхностей с образова­ нием ржавчины под действием кислорода, растворенного в воде:

285

2Fe + 0 2 = 2Fe0

4Fe0 + 0 2 = 2Fе20з

Fe20 3 + ЗН20 = 2Fe(OH)3

Подземные воды обладают коррозионными свойствами при

содержании в них также агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода,

хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода (с общей же­ сткостью менее 3,0 мг-экв) действует значительно агрессивнее,

чем жесткая. Наибольшему разъеданию могут подвергаться ме­

таллические конструкции под влиянием сильнокислых (рН < 4,5) и сильнощелочных вод (рН > 9,0). Коррозии способствует повы­

шение температуры подземной воды, увеличение скорости ее

движениями, электрические поля в грунтовых толщах.

Оценка коррозионной активности вод по отношению к неко­ торым металлам производится по действующему ГОСТу. После этого, согласно СНиПа, выбирают мероприятия по предотвраще­

нию возможной коррозии.

Классификация подземных вод. Существует целый ряд класси­ фикаций, но главных из них две. Подземные воды подразделяют:

по характеру их использования и по условиям залегания в зем­

ной коре (рис. 63). В число первых входят хозяйственно-питье­

вые воды, технические, промышленные, минеральные, термаль­

ные. Ко вторым относят: верховодки, грунтовые и межпластовые

воды, а также воды трещин, карста, вечной мерзлоты. В инже­

нерно-геологических целях подземные воды целесообразно клас­

сифицировать по гидравлическому признаку - безнапорные и

напорные.

Хозяйственно-питьевые воды. Подземные воды широко испо­

льзуют для хозяйственно-питьевых целей. Пресные подземные воды -лучший источник питьевого водоснабжения, поэтому ис­ пользование их для других целей, как правило, не допускается.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются подземные воды зоны интенсивного водообмена. Глубина залега­

ния пресных подземных вод от поверхности земли обычно не превышает нескольких десятков метров. Однако имеются райо­

ны, где они залегают на больших глубинах (300-500 м и более).

В последние годы для хозяйственно-питьевого водоснабжения

начинают использовать также солоноватые и соленые подземные

воды после их искусственного опреснения.

Технические водыэто воды, которые используют в различ~ ных отраслях промышленности и сельского хозяйства. Требова-

286

Атмосферные

осадки

t + + t

ния к nодземным техническим водам отражают сnецифику того

или иного вида производства.

Промышленные воды содержат в растворе nолезные элементы

(бром, йод и др.) в количестве, имеющем промыiiШенное сырье­

вое значение. Обычно они залегают в зоне весьма замедnенного

водообмена, минерализация их высокая (от 20 до 600 rjл), состав

хлоридно-натриевый, темnература нередко достигает 60-80 ·с.

Эксплуатация nромыiiШенных вод с целью добычи йода и бро­ ма рентабельна лишь при глубине залегания вод не более 3 км,

уровне воды в скважине не ниже 200 м, количестве извлекаемой воды в сугки не менее 200 м3.

Минеральными называют nодземные воды, которые имеют nо­ вышенное содержание биологически активных микрокомпонен­

тов, газов, радиоактивных элементов и т. д. Они выходят на nоверхность земли источниками или вскрываются буровыми сква­

жинами.

Термальные подземные воды имеют температуру более 37 ·с. Они залегают повсеместно на глубинах от нескольких десятков и

сотен метров (в горно-складчатых районах) до нескольких кило­

метров (на платформах).

1&7