2.3.4. Ґрунтові води

Ґрунтові води — найважливіший вид підземних вод, що взаємодіє з поверхневими і приймає активну участь у колообігах води. Одночасно вони важливі з практичної точки зору. Ґрунтовими водами називають підземні води першого від поверхні постійно діючого водоносного горизонту, що залягає на першому витриманому по площі водотриві. Їх поверхня називається рівнем або дзеркалом ґрунтових вод. Відстань від нього до кровлі водотривкого ложа називається потуж-ністю ґрунтового горизонту (шару ґрунтових вод). Вона постійно змінюється.

В залежності від будови місцевості існують різні форми залягання ґрунтових вод: ґрунтовий потік, ґрунтовий басейн, змішана. Як пра-вило рух відбувається за нахилами місцевості, але в деяких випадках нахил ложа (водотриву) та рівня ґрунтових вод може не співпадати. Рівні завжди нахилені в бік зон розвантаження (дренажу) і рух іде в цьому ж напрямку. Швидкість руху в основному складає від 0,1 до 1 м/добу.

Поверхня ґрунтових вод нерівна. У більшості випадків вона повторює в згладженому вигляді денну поверхню. Глибина залягання ґрунтових вод змінюється від нуля до десятків та сотень метрів (одночасно це є потужність зони аерації). Вона залежить від клімату, геологічної будови, рельєфу місцевості, а також частково від транспірації (рослинності). В зоні надмірного зволоження навіть малі потоки можуть дренувати ґрунтові води. А у зоні недостатнього зволоження навіть величезні балки, врізані на десятки метрів, можуть не досягнути ґрунтових вод. Область їх живлення співпадає з областю розповсюдження. Розвантажуються вони в долинах річок та котловинах озер. Частково випаровуються. Розвантаження може бути у вигляді джерел, просочування та ін.

Як і поверхневі води ґрунтові характеризуються певним гідрологічним режимом. До нього відносять режим рівнів (водний), режим температури (термічний) та гідрохімічний режим.

Режим рівнів визначається змінами складових рівняння водного балансу. Для ґрунтових вод воно має такий вигляд:

у_{жив.гр.в.} = y_гр.в. + z_{гр.в. гл. гр .}, (2.5)

де у_{жив.гр.в.} — живлення ґрунтових вод з зони аерації; у_гр.в. — стік ґрунтових вод; z_гр.в. — випаровування з дзеркала ґрунтових вод; _гл. — обмін з глибинними горизонтами; _гр. — зміни запасів. Для того, щоб аналізувати режим рівнів необхідно всі складові перевести у шари:

у_{жив.гр.в.} — z_{гр.в. гл.} (2.6)

де — зміна рівня; — коефіцієнт пов’язаний з водно-фізичними властивостями породи (він дорівнює водовіддачі при пониженні рівня і дефіциту вологи — при підвищенні); Q_пр — об’ємна витрата притоку; Q_ст — об’ємна витрата стоку; — час, для якого складено водний баланс; F — площа ділянки, для якої складено водний баланс. Основними складовими є у_{жив.гр.в.} та z_гр.в.. Режим відтоку часто пов’язаний з режимом поверхневих водних об’єктів, що дренують даний горизонт ґрунтових вод. На живлення ґрунтових вод в середньому іде від 5 до 35% атмосферних опадів. Режим рівнів характеризується наявністю багаторічних сезонних та добових коливань. Ґрунтові води мають чітко виражений зональний характер. Добові коливання в основному пов’язані зі змінами випаровування.

Режим температури також формується під дією метеорологічних факторів. З глибиною багаторічні, сезонні та добові коливання температур досить швидко затухають. Заглиблення горизонту постійних температур біля екватора складає декілька метрів, а в областях різко континентального клімату збільшується до 40 м. Біля нього середні температури води приблизно відповідають середнім багаторічним температурам повітря даної місцевості. Далі вниз температури поступово наростають. В холодному кліматі постійні температури можуть складати 0°С, в жаркому до 25-28°С. Сезонні амплітуди температур в основному складають 10-15 і деколи до 20°С.

Гідрохімічний режим ґрунтових вод також є зональним. Найбільше значення мають розбавлення ґрунтових вод прісними дощовими та талими, а також випаровування. В зоні мерзлоти мінералізація може значно змінюватися: від 5-30 мг/л під час інтенсивного танення (влітку, наприкінці весни), до 1 г/л — у постійних таликах в кінці зими. В зоні достатнього зволоження зміни мінералізації також значні: від 20 мг/л до 500 мг/л. В зоні недостатнього зволоження мінералізація вод може досягати 1-11 г/л, тобто вони вже слабосолонуваті та сильносолонуваті. Тут переважають не гідрокарбонатно-кальцієві, а сульфатно-натрієві води. Переважання випаровування супроводжується накопиченням солей в зоні аерації та збільшенням мінералізації ґрунтових вод.

Всі ці зміни характеризували не глибоко залягаючі води. При глибинах залягання понад 10 м сезонні зміни мінералізації стають дуже малими. В любих умовах з глибиною вони затухають.

Ґрунтові води можуть бути поділені також за умовами залягання: порові, тріщинні, тріщинно-карстові та інші. Найбільше розповсюджені порові. Серед них виділяють ґрунтові води річкових долин, льодовикових відкладів, гірських областей, міжгірських западин, перед-гірних нахилених рівнин, пустель та напівпустель, степів, морських узбереж, дюн та інші. Очевидно, що найбільш потужні горизонти ґрунтових вод виникають у відповідних товщах рихлих відкладів (в пониженнях рельєфу) в зоні достатнього зволоження.