3.Гидрогеологические условия

3.1 Общая характеристика грунтовых вод

Грунтовые воды — это подземные воды первого от поверхности постоянно существующего водного горизонта, расположенного на первом водонепроницаемом слое (глины). Грунтовые воды имеют свободную водную поверхность, которая поднимается или опускается в зависимости от выпавших осадков.

Грунтовые подземные воды заполняют пески разной зерности и цвета, и как правило грунтовые воды залегают близко к поверхности. Выпадающие атмосферные осадки благодаря лёгкой водопроницаемости песков свободно просачиваются и накапливаются в их основании на глинистом ложе. Глубина залегания воды в первых от поверхности песках весьма различна - от 2-3м до 20-25м от поверхности.

Грунтовые воды, в следствии изменчивости пород их вмещающих (пески и супеси), а также выклинивания и замещения песков суглинистыми породами, часто находятся в сложной взаимосвязи между собой и с водами рек и озёр.

Положение зеркала воды грунтовых вод полностью определяется рельефом местности, количеством выпавших осадков и сезоном года. В весеннее и осеннее время года уровень воды на 1-2м выше, чем в летние месяцы. Значительное понижение уровня наблюдается также в зимний период, когда инфильтрация атмосферных осадков почти прекращается. Установлена одиннадцатилетняя цикличность колебания уровня грунтовых вод.

Грунтовые воды используются преимущественно колодцами глубиной от 1-2 до 6-10м.

В условиях влажного климата развиваются интенсивные процессы инфильтрации и подземного стока, сопровождаемые выщелачиванием почв и горных пород. При этом легко растворимые соли — хлориды и сульфаты — выносятся из пород и почв; в результате длительного водообмена формируются пресные грунтовые воды, минерализованные лишь за счёт относительно мало растворимых солей (преимущественно гидрокарбонатов кальция). В условиях засушливого тёплого климата (в сухих степях, полупустынях и пустынях) вследствие кратковременности выпадения и малого количества атмосферных осадков, а также слабой дренированности местности подземный сток грунтовых вод не развивается; в расходной части баланса грунтовых вод преобладает испарение и происходит их засоление.

Вблизи рек, водоемов, водохранилищ и т.п. грунтовые воды в значительной степени опреснены и по качеству могу удовлетворять нормам питьевой воды.

Различия условий формирования грунтовых вод обусловливают зональность их географического распределения, которая тесно связана с зональностью климата, почвенного и растительного покрова. В лесных, лесостепных и степных районах распространены пресные (или слабоминерализованные) грунтовые воды; в пределах сухих степей, полупустынь и пустынь на равнинах преобладают солёные грунтовые воды, среди которых пресные воды встречаются лишь на отдельных участках.

3.2. Грунтовые воды Екатеринбурга и его окрестностей

По гидрогеологическому районированию Урала участок исследований относится к Большеуральскому сложному бассейну корово-блоковых (пластово-блоковых и пластовых) безнапорных и субнапорных подземных вод. Распространение подземных вод в бассейне имеет черты, типичные для гидрогеологических структур складчатых поясов. Здесь развиты трещинные, трещинно-жильные безнапорные горизонты и комплексы, воды которых, как правило, формируются в границах поверхностных водосборов, образуя небольшие бассейны стока.

Водоносность связана с двумя видами трещиноватости. Первый представляет собой региональную зону трещиноватости пород, развитую с поверхности и образовавшуюся под действием процессов физико-механического и химического выветривания. Мощность этой зоны зависит от литологического состава пород и составляет 30-50 м для интрузивных и метаморфических образований. Второй вид трещиноватости представляет зоны линейного характера, связанные с трещиноватостью, возникшей при тектонических движениях, с глубоким выветриванием в зонах тектонических нарушений и в зонах контактов пород. Мощность таких линейных зон трещиноватости достигает 100-150 м.

В гидрогеологическом отношении в районе расположения участка практики выделяются следующие гидрогеологические подразделения:

• водоносный горизонт четвертичных аллювиальных отложений;

• водоносная зона среднеордовикских-нижнекаменноугольных терригенных, вулканогенных и метаморфических пород.

• водоносный комплекс зоны трещиноватости интрузивных пород основного состава позднедевонского возраста.

Водоносный горизонт четвертичных аллювиальных отложений объединяет аллювиальные отложения русла, низкой и высокой поймы, туринской террасы р. Исеть и ее притоков (в т.ч. р. Патрушиха), распространенные в районе исследований.

Подземные воды аллювиальных отложений безнапорные. Водовмещающими породами являются гравийно-галечниковые, песчано-гравийные отложения мощностью 5-10 м. Уровень подземных вод, контролируемый урезом реки, находится на глубине 0,1-1,0 м. Коэффициенты фильтрации песчано-гравийных отложений в среднем составляют 1-8 м/сут. Коэффициенты фильтрации гравийно-галечниковых отложений характеризуются более высокими фильтрационными свойствами, коэффициенты фильтрации могут превышать 20 м/сут.

Общая разгрузка подземных вод аллювиальных отложений осуществляется непосредственно в русло рек через пойменный аллювий.

Питание водоносного комплекса четвертичных аллювиальных отложений осуществляется в основном за счет инфильтрации атмосферных осадков и в меньшей степени за счет трещинных подземных вод.

По химическому составу подземные воды комплекса относятся к гидрокарбонатным кальциевым или кальциево-магниевым с минерализацией до 0,32 г/л.

Отсутствие чехла покровных отложений, высокие фильтрационные свойства аллювиальных отложений определяют низкую защищенность подземных вод комплекса от поверхностного загрязнения.

Водоносная зона среднеордовикских-нижнекаменноугольных терригенных, вулканогенных и метаморфических пород объединяет чрезвычайно не выдержанные по фациальному составу толщи, интенсивно смятые в складки, разорванные многочисленными мелкими интрузиями и тектоническими нарушениями, но в целом, имеющие сходную гидрогеологическую характеристику.

Фильтрационный разрез пород имеет двучленное строение. Верхняя его часть мощностью 40-60 м представляет собой регионально развитую зону экзогенной трещиноватости и кор выветривания коренных пород. На отельных участках она сопрягается с локальными водообильными зонами, где трещиноватость и соответственно повышенная обводненность распространяется на большую глубину (100-150 м).

Водообильность зоны экзогенной трещиноватости в целом слабая: удельный дебит от 0,1 л/с×м до 0,8 л/с×м, только в 10-15 % случаев скважины вскрывали водообильные зоны (удельные дебиты 1,0-1,6 и более л/с×м). Ниже зоны экзогенной трещиноватости, вне локальных водообильных зон, породы, как правило, сильно литифицированы с отсутствием поровой и весьма низкой трещинной проницаемостью.

Водоносная зона безнапорная. Питание подземных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков. Разгрузка горизонта в естественных условиях происходит в эрозионные врезы, главным из которых является долина р. Исеть.

По химическому составу подземные воды в естественных условиях гидрокарбонатные кальциево-магниевые с минерализацией до 0,2-0,3 г/л, воды слабо кислые (рН 6,2-6,6), фоновое содержание хлоридов 7-10 мг/л, из микрокомпонентов наиболее распространено железо (иногда его содержание достигает 0,5-5,0 мг/л).

Водоносный комплекс зоны трещиноватости интрузивных пород основного состава позднедевонского возраста. Водовмещающими являются в различной степени трещиноватые габбро, породы обломочной зоны их выветривания. Мощность эффективно проницаемой трещиноватой зоны выветривания в этих породах в среднем составляет 30-40 м. Статические уровни располагаются на глубинах от долей метра (долины рек) до 25-27 м (водораздельные участки).

Породы комплекса обводнены неравномерно и незначительно. Повышенная обводненность наблюдается в зонах контактов с вмещающими породами и в зонах тектонических нарушений, достигая в отдельных скважинах 2 л/с. Вне ослабленных зон обводненность незначительна и достигает в отдельных скважинах 1 л/с. Дебиты скважин в среднем 0,4-0,8 л/с, а удельные дебиты 0,03-0,1 л/с.

Разгрузка подземных вод происходит преимущественно подрусловым питанием рек. Родниковый сток составляет около 3 % общего объема стока. При этом фоновый дебит родников не превышает 0,5 л/с. Выходы подземных вод, как правило, заболочены и задернованы.

Питание горизонта осуществляется преимущественно за счет инфильтрации атмосферных осадков, основной объем питания происходит в осенне-весенний период. Разгрузка горизонта осуществляется в долине р. Исеть.

По химическому составу воды комплекса гидрокарбонатные магниевые или магниево-кальциевые с минерализацией 0,2-0,4 г/л.

Величины подземного стока в естественных условиях характеризуются нормой минимального зимнего стока 0,85-2,45 л/с-км² (средний – 1,65 л/с-км²) для метаморфических пород и 1,1-1,4 л/с-км² (средний – 1,29 л/с-км²) для вулканогенных пород (Герасименко, 1990).