Глава 6. Свойства подземных вод

Подземная вода характеризуется рядом показателей, которые практически определяют её качество, как питьевой и технической воды. К таким показателям относятся окраска воды, прозрачность, вкус, запах, плотность, температура, радиоактивность, наличие примесей в виде газов, органического материала и солей.

 

Химически чистая вода бесцветна. Окраску воде придают минеральные примеси (желтоватую, изумрудную и т.д.). Прозрачность зависит от окраски и наличия мути (минеральных частиц). Вкус связан с растворёнными в ней веществами: солёный от хлористого натрия, горький – сульфата магния и т.д. Запах, вода получает от газов (сероводород и др.) и присутствия органических веществ.

 

Плотность воды – это масса воды, находящаяся в единице её объёма.

 

Максимальная плотность бывает при 4^оС. Сжимаемость воды характеризуется коэффициентом сжимаемости, показывающим на какую долю первоначального объёма жидкости уменьшается объём при увеличении давления на 10⁵ Па. Коэффициент сжимаемости воды составляет 2,5х10^-5 Па, т.е. вода в некоторой степени обладает упругими свойствами, что важно при изучении напорных подземных вод.

Температураподземных вод колеблется в зависимости от глубины залегания водоносных горизонтов, геологического строения местности, климата и т.д. Воды бывают холодные (от 0 до 20 ^оС), теплые (20-37 ^оС), термальные (37-100 ^оС), перегретые (свыше 100 ^оС). На равнинах в водозаборах или природных источниках вода чаще всего имеет температуру от 7 до 11 ^оС.

Радиоактивность подземных вод связана с присутствием радиоактивных элементов (урана, тория, радия и др). Вода становится непригодной для питьевых целей.

Примеси в подземных водах присутствуют практически постоянно. Обычно это растворённые в воде газы и соли, иногда органические вещества.

Газы (О₂, СО₂, СН₄, Н₂S и др.) придают воде определённый вкус и свойства. Виды и количества газов обуславливают степень пригодности воды для питьевых и технических целей. Большое количество газов ограничивает применение вод в строительном производстве.

Органические вещества. Подземные воды у поверхности земли нередко загрязнены органическими примесями (болезнетворные бактерии, органические вещества из канализационных систем и т.д.). Такие примеси наиболее часто наблюдаются в районах городов, молочно-товарных ферм и т.д. Такие воды неприятны на вкус и опасны для здоровья людей.

При строительстве подземные воды для питьевых целей можно использовать только после их бактериологического анализа в соответствии с ГОСТом. Такие анализы выполняют специальные санитарно-эпидемиологические лаборатории (СЭС).

 

Соли

Подземных вод без растворённых в них солей не бывает. Чаще всего воды содержат хлориды, сульфаты и карбонаты. Суммарное содержание растворённых в воде солей называют общей минерализацией и оценивают её по количеству сухого или плотного остатка (в мг/л или г/л), который получается после выпаривания определённого объёма воды при 105-110оС.

 

По общему содержанию солей подземные воды разделяют на: 1) пресные (до 1 г/л растворённых солей). 2) солоноватые (от 1 до 10 г/л), 3) солёные (10-50 г/л) и 4) рассолы (более 50 г/л). Количество и вид солей устанавливается химическим анализом.

 

Жёсткость воды – это свойство, обусловленное содержанием кальция и магния, т.е. она связана с карбонатными солями.

 

В настоящее время величину жёсткости выражают количеством миллиграмм кальция и магния, при этом 1 мг-экв жёсткости соответствует содержанию в 1 л воды 20,04 мг иона кальция или 12,6 мг иона магния.

По жёсткости воду разделяют: 1) на мягкую (менее 3 мг-экв), 2) средней жёсткости (3-6 мг-экв), 3) жёсткую (6-9 мг-экв) 4) очень жёсткую (более 9 мг-экв). Наиболее качественная вода (физиологически полноценная) имеет жёсткость 1,5-7 мг-экв.

 

Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворённых солей и кислотности на строительные материалы, в частности, на портландцемент и на металлы.

 

Различают следующие основные виды агрессивности подземных вод:

- общекислотная – оценивается по величине рН; в песках вода считается агрессивной при рН менее 7, а в глинах рН менее 5;

- сульфатная – при содержании иона SO₄^2- в количестве более 200 мг/л;

- магнезиальная – связана с повышенным содержанием в ней иона Мg²⁺;

- карбонатная – обуславливается воздействием на строительные материалы агрессивной углекислоты;

- выщелачивающая – обусловливается низким содержанием в воде иона HCO₃

При строительстве подземную воду необходимо оценивать на предмет наличия в ней агрессивных свойств. Это устанавливается химическим анализом и сопоставлением данных анализа с требованиями соответствующего норматива.

При установлении наличия агрессивных свойств, определяют меры борьбы с такой подземной водой:

1) в строительстве сооружения используют только тот цемент, который является стойким к данному виду агрессивности,

2) подземные части сооружений, которые могут контактировать с подземной водой, надежно гидроизолируют,

3) уровни подземных вод или воду полностью отводят с помощью дренажей.

 

Глава 7. Классификация и характеристика видов подземных вод.

 

Глава 7. Классификация и характеристика видов подземных вод.

Из всех классификаций подземных вод наибольший интерес для решения строительных задач представляет геологическая классификация – их систематика по условиям залегания и распространения в земной коре. При этом следует заметить, что приповерхностная часть земной коры в зависимости от степени насыщения горных пород водой делится на две зоны: верхнюю – зону аэрации и нижнюю – зону насыщения.

Зона аэрации непосредственно связана с атмосферой, в её пределах поры пород заняты как водой, так и воздухом и через неё происходит просачивание воды от поверхности вглубь к зоне насыщения. Зона аэрации находится между поверхностью земли и зеркалом грунтовых вод. Мощность (толщина) зоны аэрации колеблется от нуля в заболоченной местности до ста и более метров в горных районах с сильно расчленённым рельефом.

Зону насыщения в гидрогеологии принято называть также водоносным горизонтом, причём под этим термином обычно понимают слой или несколько слоёв водопроницаемых пород, в пределах которых все поры, пустоты и трещины заняты гравитационной водой. Толщина этой водонасыщенной зоны, т.е. расстояние по вертикали от практически водонепроницаемой породы (водоупора) до верхней границы водонасыщения называется мощностью водоносного горизонта. Следует помнить, что «водоносный горизонт» – понятие не плоскостное, а объёмное (трёхмерное).

По условиям залегания и, прежде всего, в связи с чередованием проницаемых слоёв горных пород и водоупоров по вертикали принято выделять три основные типа водоносных горизонтов: 1) верховодка; 2) грунтовый водоносный горизонт; 3) межпластовый водоносный горизонт. Соответственно, подземные воды этих водоносных горизонтов называют – верховодкой, грунтовыми и межпластовыми подземными водами.

Перечисленные виды подземных вод распространены повсеместно. Вместе с тем, иногда встречаются подземные воды, прослеживающиеся только на отдельных, ограниченных по площади участках земной коры, к примеру, подземные воды карстовых пород, болот и др. - эти подземные воды можно называть локальными или азональными.

На рис. 35 показан геологический разрез местности, на котором чётко видно, где залегают верховодка, грунтовая и межпластовые воды. Все эти воды располагаются в водоносных слоях, отсчёт которых производится сверху вниз. В первом (верхнем на рисунке) водоносном слое располагаются верховодка и грунтовая вода. Межпластовая вода залегает между водоупорными слоями.

Рис. 35. Классификация подземных вод по условиям залегания

 

Ниже даётся характеристика верховодке, грунтовой и межпластовой водам и некоторым азональным водам (карстовым, трещинным и др.).