9.7. Умови залягання підземних вод

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

І. Зона аерації– шар ґрунту і підґрунтя, в якому частина пор заповнена повітрям. Простягається від поверхні ґрунту до глибини, нижче від якої всі пори ґрунту заповнені водою, як правило, до рівня залягання підґрунтових вод. В цій зоні відбувається: інфільтрація дощових і талих вод, формування ґрунтової води і верховодки, фільтрація гравітаційної води і десукція вологи рослинністю з послідуючою її транспірацією.

На території України в межах вододілів у літні періоди та в посушливі роки зона аерації може досягати глибини 5 м і більше, в зниженнях рельєфу потужність зони аерації зменшується, на заболочених землях її може й зовсім не бути.

Верховодка– це тимчасове накопичення підземних вод, які залягають у зоні аерації на обмежених за площею лінзах або прошарках водонепроникних порід. Живиться верховодка за рахунок інфільтрації атмосферних або поверхневих вод. Основні риси верховодки – невитриманість її по площі, у вертикальному розрізі, непостійність у часі та незначна потужність обводнених порід. Верховодка накопичується переважно на поверхні глин, суглинків та інших слабопроникних порід і зазнає усіляких 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 ґрунтового шару– це уся сукупність води в ґрунті, що може перебувати як у різних станах (твердому, рідкому, газоподібному), так і в різних видах) гігроскопічна, плівкова, капілярна і навіть гравітаційна. Ці води мають зв'язок з атмосферою і живлять рослини.

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

Ґрунтові води– це гравітаційні води першого від поверхні постійного водоносного горизонту. Їх основною особливістю є вільна безнапірна поверхня, зумовлена відсутністю водотривкої покрівлі. Утворюються внаслідок інфільтрації атмосферних опадів та поверхневих вод, меншою мірою – за рахунок конденсації водяної пари. Залягають, як правило, у пухких відкладах четвертинного періоду, проте можуть залягати і між водотривкими горизонтами порід різного віку, а також у доантропогенних скельних утвореннях аж до кристалічних порід докембрію включно. Основною ознакою їх є відсутність напору.

Поверхня ґрунтових вод називається дзеркалом ґрунтових вод.

Водонепроникна порода, яка підстилає ґрунтові води, називається водотривким горизонтом. Потужність або товщина горизонту ґрунтових вод – це відстань між дзеркалом ґрунтових вод і водотривким горизонтом.

Глибина залягання ґрунтових вод– це відстань від земної поверхні до дзеркала ґрунтових вод. На території України у межах низовин ґрунтові води залягають переважно до 5 м і їхній режим тісно пов’язаний з режимом поверхневих вод і опадами. У межах розчленованих височин, вкритих більшим шаром водопроникних гірських порід (переважно лесу), глибина залягання ґрунтових вод збільшується до 5–15 м, на них менше впливають кліматичні чинники. У гірських і передгірських районах ґрунтові води мають спорадичне поширення і залежать від ландшафтно-геохімічних і гідрокліматичних умов території.

Ґрунтові води тісно зв’язані з водами річок, озер, водосховищ, морів, а також штучно створених каналів. Виділяють три типи взаємодії ґрунтових вод із поверхневими (рис. 30):

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

- наявність одностороннього гідравлічного зв’язку – низьке положення водотривкої породи і рівня ґрунтових вод протягом року; річка за таких умов постійно живить ґрунтові води;

- наявність двостороннього гідравлічного зв’язку – більш високе поло-

ження водотривкої породи; річка живить ґрунтові води лише в період водопілля, а в межень, навпаки, річка живиться ґрунтовими водами.

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

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

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

Артезіанські води– напірні підземні води, що містяться у водовмісних горизонтах, підстелених та перекритих водонепроникними породами. Залягають вони здебільшого в западинах, прогинах земної кори або в кристалічних поруватих чи тріщинуватих породах. Артезіанські води називаються такожнапірними, абоміжпластовими напірними, водами. Одержали свою назву в ХІІ ст. від провінції Артуа у Франції, де в ХΙΙ ст. вперше в Європі було одержано фонтануючу підземні воду.

Забирання артезіанських вод із водоносних пластів відбувається за допомогою спеціальних бурових свердловин. Артезіанські води нерідко мають підвищену мінералізацію. Зазвичай вони менш підвержені забрудненню у порівнянні з ґрунтовими водами.

Рис. 30. Схема взаємодії річкових і ґрунтових вод:

А – постійний односторонній гідравлічний зв’язок, б – постійний двосторонній гідравлічний зв’язок, в – тимчасовий гідравлічний зв’язок г – відсутність гідравлічного зв’язку; 1 – водотривкі породи, 2 – рівень ґрунтових вод, 3 – напрямок руху ґрунтових вод, 4 – рівень води в річці в період водопілля, 5 – рівень води в річці в межень, 6 – джерела

Залягаючи в досить великих від’ємних геологічних структурах, артезіанські води утворюють артезіанські басейни. Артезіанський басейн– гідрологічні структури синклінального типу, які утримують один або декілька водоносних горизонтів із напірними водами. Артезіанський басейн складається з трьох областей: живлення, напору і розвантаження підземних вод (рис.31).

Рис. 31. Схема артезіанського басейну (за О. М. Овчинніковим)

А – область живлення, Б – область напору, В – область розвантаження (стоку), 1 – водоносні породи, 2 – водотривкі породи, 3 – рівень води, 4 – напрям руху води

Область живлення артезіанського басейну– область, де підземні води поповнюються за рахунок інфільтраційних та поверхневих вод. В області живлення артезіанського басейну поширені лише ґрунтові або слабо напірні підземні води.

Область напору– це та частина артезіанського басейну, в якій рівень підземних вод може піднятись вище від підошви водотривкої покрівлі водоносного горизонту. Відстань від водотривкої підошви до рівня напірних вод по вертикалі, називаєтьсянапором, абоп’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 води, що рухаються з області живлення в область розвантаження, часто можуть витрачатись і в інших місцях, де за сприятливого рельєфу, переважно в річкових долинах, вони йдуть на поповнення алювіальних, болотних і річкових вод. Такі ділянки артезіанського басейну називаються областю дренування артезіанських вод.

Джерело– це природний вихід на денну поверхню ґрунтових (безнапірних) вод. За характером виходу на поверхню джерела бувають такі:

• Низхідні джерела– вихід ґрунтових 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.

За іншими ознаками джерела поділяються на постійні, періодичні, сезонні, прісні, мінеральні, холодні, термальні, карстові, тріщиннітощо.

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

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.