5.2 Представление о зоне аэрации и насыщения

В рыхлых породах ниже уровня грунтовых вод все поры пол-

ностью заполнены водой, кроме пор, занятых защепленным воздухом -

эта зона называется зоной насыщения (рис.13).

Слой расположенный выше зоны насыщения называется зоной

аэрации. Непосредственно над уровнем грунтовых вод располагается

капиллярная влага в виде каймы. В зоне аэрации могут иметь место все

перечисленные выше виды воды. Однако существенное значение при

изучении влагопереноса имеют процессы движения парообразной,

пленочной и гравитационной воды.

Движение парообразной воды осуществляется от участков с

большей влажностью к участкам с меньшей влажностью. При измене-

нии влажности атмосферы и пород зоны аэрации наблюдается взаим-

ный переход паров воды из одной сферы в другую, а при понижении

температуры - конденсация паров воды и переход их в капельно-

жидкое состояние.

Движение пленочной воды происходит под действием молеку-

лярных сил - от частиц с большей толщиной пленки к частицам с

меньшей ее толщиной.

Движение капиллярной воды вызывается действием капиллярных

сил, как при просачивании поверхностных вод, так и при подъеме под-

земных вод над их уровнем по трещинкам и капиллярам. Способность

капиллярных вод к перемещению характеризуется высотой их капил-

лярного поднятия (Нц) которая тем больше, чем меньше размеры ка-

пилляров. В песчаных породах Нц не превышает нескольких десятков

см, в глинистых и суглинистых породах достигает 3 и более м.

69

Рис. 13. Схема водоносного горизонта (грунтовые воды):

Ι - зона аэрации; ΙΙ - зона насыщения; 1 – капиллярная кайма; 2 –

подвешенные воды; 3 – почвенные поды; 4 – верховодка; 5 – уровень

грунтовых вод; 6 – заболоченность; 7 – водоносный песчаный гори-

зонт; 8 – водоупор грунтовых вод

Поднимающаяся капиллярная вода воздействует на инженерные

коммуникации, фундаменты зданий, может вызвать вторичное засоле-

ние почв.

Гравитационная вода образуется при просачивании осадков, оро-

сительных и поверхностных вод через породы зоны аэрации. Этот

процесс носит название инфильтрации. Протекающая через породы

зоны аэрации гравитационная вода расходуется на смачивание и ув-

лажнение, а также на пополнение запасов подземных вод, насыщаю-

щих лежащие ниже пористые и трещиноватые породы. Полностью

насыщенные водой горные породы образуют зону насыщения или

фильтрации. В зоне фильтрации имеются все распространенные ранее

виды воды. Основным объектом изучения в гидрогеологии является

гравитационная вода, которая движется через рыхлые породы и тре-

щины, подчиняясь действию силы тяжести и текущая благодаря разно-

сти гидростатических напоров.

Зона насыщения может быть однородна по составу и возрасту во-

довмещающей породы или же разнородна. В последнем случае в зоне

насыщения находится несколько водоносных горизонтов. На рис. 14

показан случай, когда толща водопроницаемых отложений, переслаи-

70

вающая с водонепроницаемыми породами, содержит грунтовые, меж-

пластовые ненапорные и артезианские воды.

Рис. 14. Схемы залегания водоносных горизонтов

(по П.П. Климентову):

1 – водоносные песчаные горизонты (а – грунтовые воды; б –

межпластовые ненапорные; в – артезианские); 2 – водоупорные поро-

ды; 3 – уровень грунтовых и межпластовых ненапорные вод; 4 – пье-

зометрический уровень артезианского водоносного горизонта (стрел-

кой обозначен напор); 5 – направление движения напорных вод; 6 –

разгрузка грунтовых вод через родник (нисходящего типа)

Водоносным горизонтом называют пласт, содержащий гравита-

ционную воду, им может быть любая пористая или трещиноватая по-

рода. Водоносный горизонт постилается водоупором или водоупорным

пластом. Водоупором являются глины, глинистые сланцы, нетрещино-

ватые изверженные и другие породы. Водоносные отложения могут

иметь или не иметь сверху водоупорную кровлю, что предопределяет

условия залегания водоносного горизонта, его питание и взаимосвязь с

71

атмосферой. Отсутствие водоупорной кровли обеспечивает питание

водоносного горизонта за счет инфильтрации атмосферных осадков

через зону аэрации.