4.2.6.Рух підземних вод

До характеру порід у природі існує два види руху: гравітаційних підземних вод – ламінарний та турбулентний.

Ламінарний рух - окремі струмені води переміщаються паралельно, з незначними швидкостями, утворюючи суцільний потік, і спостерігаються в породах з малими порами (тріщинами). Ламінарний рух підлягає закону Дарсі, згідно якого швидкість фільтрації води прямо пропорціональна коефіцієнту фільтрації (К) і напірному градієнту (і):

V = Кі

Турбулентний рух - характеризується великими швидкостями, завихреннями, порушеннями суцільного потоку і спостерігається в тріщинуватих породах з широкими тріщинами. В природі він узгоджується з закономірністю Шезі-Краснопольського, за якою швидкість руху виражається формулою:

V = С Rі ,

де V - швидкість руху підземних вод, м/добу;

С - емпіричний коефіцієнт;

R - гідравлічний радіус, м;

і - градієнт.

Турбулентний рух у природі спостерігається дуже рідко - лише у великих тріщинах, при надходженні води в гірничі виробки чи водозабірні споруди.

4.2.7.Умови залягання підземних вод

У верхній частині земної кори виділяють дві зони: зону аерації і зону насичення.

І. Зона аерації - це крайня верхня частина земної кори; вона характеризується наявністю атмосферного повітря і водяної пари в пустотах гірських порід і частковим заповненням пустот гравітаційною водою. В цій зоні знаходяться верховодка і води грунтового шару.

Верховодка - це підземні води, які залягають поблизу земної поверхні (в зоні аерації). Основні риси верховодки - невтримність у вертикальному розрізі і по площі, непостійність у часі та незначна потужність обводнених порід. Верховодка накопичується переважно на поверхні глин, суглинків та інших слабопроникних порід і зазнає різного роду змін, спричинених гідрометеорологічними умовами. До верховодки О.М.Овчинніков відносить капілярні води зони аерації, води піщаних масивів і дюн, такирів, бугристих пісків та, з певною умовністю, болотні води.

Води грунтового шару - це тимчасове накопичення вільної (гравітаційної) і капілярної води в товщі грунту. Ці води мають зв'язок з атмосферою і живлять рослини.

ІІ. Зона насичення - пори, тріщини та інші пустоти гірських порід цілком заповнені гравітаційною водою.

Грунтові води - це гравітаційні води першого від поверхні постійного водоносного горизонту; залягають, як правило, у пухких відкладах четвертинного періоду, проте можуть залягати і між водотривкими горизонтами порід різного віку, а також у дочетвертинних скельних утвореннях аж до кристалічних порід докембрійського періоду включно.

Грунтові води, які знаходяться в тріщинних скельних породах, називають тріщинно-грунтовими, а в порожнинах закарстованих порід - карстовими.

Поверхня грунтових вод називається дзеркалом грунтових вод.

Водотривкий горизонт - це водонепроникні породи, які підстеляють грунтові води.

Потужність або товщина горизонту грунтових вод - це відстань між дзеркалом грунтових вод і водотривким горизонтом.

Глибина залягання грунтових вод - це відстань від земної поверхні до дзеркала грунтових вод. На території України глибина залягання грунтових вод коливається від 0,0 - 0,5 м (в болотних і алювіальних відкладах в північно-західній її частині) до 10 - 20 м, рідше до 25 м (у лесовидних суглинках в південних районах).

Грунтові води тісно зв’язані з водами річок, озер, водосховищ, морів, а також штучно створених каналів. Виділяють три типи взаємодії грунтових вод з поверхневими:

1. Наявність постійного гідравлічного зв’язку поділяють на два підтипи:

- наявність одностороннього гідравлічного зв’язку - низьке положення водотривкої породи і рівня грунтових вод на протязі року; річка за таких умов постійно живить грунтові води;

- наявність двостороннього гідравлічного зв’язку - більш високе положення водотривкої породи; річка живить грунтові води лише в період водопілля, а в межень, навпаки річка живиться грунтовими водами.

2. Наявність тимчасового гідравлічного зв’язку - ще більш високе положення водотривкої породи; річка живить грунтові води в період водопілля, а в межень - грунтові води живлять річку і на схилах річища в цей період виникають мочажини, джерела або ключі.

3. Відсутність гідравлічного зв’язку - при дуже високому положенні водотривкої породи як в період водопілля, так і в межень гідравлічного зв’язку між грунтовими і поверхневими водами немає.

Нижче від зони аерації та зони насичення у земній корі знаходяться артезіанські (напірні) води.

Артезіанські води - це підземні води, які залягають між водотривкими горизонтами, перебувають під напором, при розкритті їх буровими свердловинами піднімаються вище підошви верхнього водотривкого горизонту. Одержали свою назву в ХІІ ст. від провінції Артуа у Франції.

Артезіанський басейн - гідрологічні структури синклінального типу, які утримують один або декілька водоносних горизонтів з напірними водами. Артезіанський басейн складається з трьох областей: живлення, напору і розвантаження підземних вод.

Область живлення артезіанського басейну - область, де підземні води поповнюються за рахунок атмосферних опадів та поверхневих вод. В області живлення артезіанського басейну поширені лише грунтові або слабонапірні підземні води.

Область напору - це та частина артезіанського басейну, в якій рівень підземних вод може піднятися вище підошви водотривкої покрівлі водоносного горизонту. Відстань від водотривкої підошви до рівня напірних вод по вертикалі, називається напором, або п’єзометричним рівнем.

Область розвантаження артезіанського басейну - це та частина басейну, де напірні води виходять на денну поверхню у вигляді джерел або потрапляють у річки, озера, моря. В гіпсометричному відношенні вона розташована нижче області живлення та напору.

Артезіанські і грунтові води часто перебувають у тісних взаємозв’язках, що залежить від геологічної будови території поширення підземних вод. Так, в одних випадках грунтові води поповнюють напірні водоносні горизонти, а в інших - останні підживляють грунтові води.

Джерело - це природний вихід на денну поверхню грунтових (безнапірних) вод. Джерела бувають:

Низхідні джерела - вихід грунтових вод на денну поверхню, вода вільно збігає в товщі водоносної породи з підвищених ділянок рельєфу на нижчі.

Висхідні джерела - це джерела біля виходу на поверхню напірних вод, вони формуються з вод, які піднімаються вгору з нижніх водоносних шарів.

Глибинні підземні води - це напірні води, які залягають на великих глибинах; розвантажуються шляхом надходження по тектонічних тріщинах або розломах у водоносні горизонти, що залягають вище, або виходять безпосередньо на денну поверхню у вигляді джерел.