Інтерес / Грунтові води

Грунтові води - інакше грунтові (Grundwasser, groundwater), підгрунтові, колодязні (eaux phréatiques), підземні (eaux souterraines, acqua di centro) і т. П. Так називається вода, що скупчилася в грунті на відомій глибині від поверхні, яка живить звичайні колодязі і випливає, у вигляді джерел і ключів, в ярах і долинах. Звичайно вона залягає не суцільним водним шаром, а просочує собою якусь гірську породу (пісок, суглинок, лес і т. П.), Всю або частину, утворюючи так званий водоносний шар, або ярус, здебільшого безперервний на значній площі. Потужність водоносного горизонту і ступінь насиченості водою вкрай різноманітні і іноді досягають значної величини. Так, по ліву сторону Рейну, у Страсбурга, знаходиться насичена водою площу близько 20 км шириною і в 10 м потужністю (Добреа). Весь Лондон і околиці споживають воду виключно з місцевого безперервного водоносного горизонту, що дає мільйони відер на добу (Прествіч), і т. П. Поверхня ґрунтових вод рідко буває горизонтальною; частіше вона хвиляста, утворює різноманітні мульди, випукліни і т. п. Циркуляція вод, в загальному, слабка, хоча при особливо сприятливих умовах (ніздрюватого, тріщинах в водоносної породи і т. п.) можливі швидкі підземні течії, як суцільні, так і жильні. Взагалі ж режим ґрунтових вод цілком залежить від фізико-географічних умов місцевості.

I. Походження П. вод - питання досі темний, незважаючи на те, що їм займалися дуже багато дослідників з часів глибокої давнини (Фалес, Арістотель, Лукрецій, Сенека, Декарт і мн. Ін.). Погляди древніх і середньовічних дослідників можна звести до двох основних. По одному (меншин.) - походження підземних вод, ключів, річок і т. П. Приписувалося атмосферних опадів і їх просочуванню; по іншому, більш поширеній думці, представником якого є Сенека, підземні, а частиною і поверхневі води вважалися результатом діяльності сил внутрішніх, вулканічних. Завдяки цим силам, по Сенеку, вода циркулює в землі з особливих ходам, як кров по нашим жилах; періодичність деяких джерел і річкових повеней він порівнював з періодичністю таких хвороб, як лихоманка, подагра, менструації і т. п. Погляди Сенеки панували до XVII стіл. З розвитком наукової думки вони замінюються теорією просочування, яка була науково обгрунтована вперше Маріоттом, а потім Дальтоном, Гаґен і ін. За цією теорією, частина атмосферних опадів випаровується з поверхні, інша стікає в річки і моря, а третя (по Делессу близько 50% ) просочується вглиб, утворюючи тут водоносні горизонти, басейни та ін. Ці підземні води, в свою чергу, виходити назовні у вигляді джерел, ключів і т. П. Таким чином, в природі відбувається постійний кругообіг води.

Це уявлення є панівним до сімдесятих років нинішнього століття, коли Фольгера і Новак, майже одночасно, воскресили старі теорії Сенеки і Декарта, давши їм наукову основу. Фольгера (1877) стверджував, що жодна крапля дощової води не може просочитися глибоко в землю; ніякої найсильніший дощ не в змозі промочити на значну глибину ніякої, навіть піщаної, грунту; вода проникає в грунт лише в пароподібному стані, конденсуючись тут в рідину під впливом температурних та інших умов. За теорією Фольгера, круговорот води відбувається в наступному порядку.

Новак (1878), спираючись на теорію Фольгера, розвинув свою телуричні, надзвичайно близьку до декартівської. На його думку, з морів і інших великих басейнів вода по тріщинах проникає в надра, звідки, під впливом температури, піднімається в пароподібному вигляді вгору. На підтвердження цього, він вказує на деякі джерела на самих вершірах гір, які, напр., Hexenbrunnen на Броккене, Ochsenkopf на Фихтельгебирге, джерела Синая, Арарату і ін .; він передбачає, що моря Каспійське і Мертве, випаровують (по його обчисленням) води менше, ніж вони отримують, повинні надлишок віддавати глибоким горизонтів земної кори. Теорія Фольгера зустріла супротивників (Ганн, вільним) і прихильників; число останніх помітно зростає. Дослідження Мора, Зонтаг, Ярца і ін. Над просочуванням води крізь різні гірські породи говорять на користь теорії Фольгера. У нас, в Росії, заслуговують на увагу спостереження і досліди Блізніна (1887-93) і Головкинского (1895; спостереження над вологістю грунтів і досліди, з П. лізіметрамі). Крім того, існує чимало встановлених фактів, які стоять, мабуть, в протиріччі з теорією просочування. 1) Багатьма дослідниками вологості ґрунтів констатовано на відомій глибині (1 - 3 метри) так зв. мертвий горизонт, т. е. шар грунту майже гранично сухий протягом цілого року; він спостерігався в підгрунті не тільки глинистих і суглинних (Ізмаїльський, Висоцький, Блізнін), але і в піщаних (Любославскій). 2) Відсутність прямого зв'язку між опадами і коливанням рівня П. вод. 3) Дуже часто констатувалися грунтові води в породах глинистих, водонепроникних. 4) Надзвичайно різкий і швидкий (в один - два дні) підйом рівня П. вод навесні. 5) Існування грунтових вод, часто досить рясних і на незначній глибині, в спекотних, сухих пустелях. 6) Хімічний склад П. вод, що залежить звичайно від складу водоносної гірської породи, а не верхніх. 7) Часто спостерігалася пряма залежність коливання грунтових вод від геотермических умов, вологості і тиску повітря. Це і мног. ін., змушує нас визнати теорію Фольгера вірогідною.

II. Режим грунтових вод. У всякому разі, яким би не було походження грунтових вод, в їх житті відіграють важливу роль майже всі фізико-географічні умови даної місцевості, які клімат, геологічна будова, рельєф, рослини, тварини та ін.

Кліматичні чинники. Атмосферні опади звичайно прямо не впливають на коливання рівня грунтових вод. Як показують майже всі спостереження, незважаючи на те що влітку випадає maximum опадів, рівень грунтових вод йде неухильно до mininium'y. За даними берлінської метеорологічної станції, за 15 років, спостерігалося повне невідповідність в ритмах коливань тих і інших (див. Фіг. 1).

Подібні ж криві дають спостереження в Бремені, Франкфурті на Майні, Брюнне (Сойка) і більшості наших метеорологічних станцій. Жоден найсильніший злива не в змозі промочити грунт глужбе, ніж на 1 метр. Велика зв'язок між опадами і П. водами помічається в місцевостях з великою кількістю перших, з неглибоким заляганням друге і з рихлим грунтом; такі, напр., за даними Сойки, Мюнхен і Зальцбург, де, втім, все-таки немає повної відповідності в ритмі коливань опадів і грунтових вод. Підйом рівня грунтових вод досягає найбільшої величини навесні, до того ж часто надзвичайно швидко, різким стрибком, і приурочується, мабуть, до часу танення крижаної кори, що прикриває грунт. Так, за спостереженнями Алтухова і Фейгіна, ключі околиць Петербурга з 9 по 20 квітня 1895 р збільшили приплив своєї води в 3-10 разів, досягли maximum'a і потім поступово стали слабшати:

Свердловина № II.

Місяць і число Напір води,
в саж. Добовий витрата,
в відрах. 21 лютого 0005 5203 22 лютого 0004 3723 23 лютого 0 0 2 травня 0,031 246175 12 травня 0,031 214320 23 липня 0 0

Подібне ж явище спостерігалося на ділянках степової експедиції проф. Докучаєва (Адамов), в околицях Москви і мн. ін. місцях. Проф. Фадєєв приписує це явище швидкому опускання з верхніх промерзлих горизонтів грунту талої води (снігова вода, за численними спостереженнями, втім, мало утилізується грунтом, так як більша частина її стікає). Набагато ймовірніше переміщення вглиб водяної пари завдяки різкій різниці в температурі поверхневих і глибоких горизонтів грунту. Прямі дослідження з питання про співвідношення між температурою грунту і життям грунтових вод належать тільки Кінгу в Вісконсині. Він довів тісний зв'язок між добовим ходом температури грунту і коливанням грунтових вод. Однак, в цьому питанні мають значення і деякі непрямі дані, які, напр., Спостереження і досліди Блізніна над вологістю Єлисаветградської грунту до глибини 1,5 метра. За цим спостереженням, криві коливань температури і вологості дуже схожі й тільки йдуть в зворотному порядку, що призводить дослідника до висновку про пересування вологи в пароподібному стані. Проф. Сойка приписує надзвичайну роль вологості повітря в житті П. вод. Він показав, що для більшості пунктів середньої Європи ритми річних коливань рівня грунтових вод і так зв. «Нестачі насичення» повітря влоги (Sättigungsdeficit) дуже подібні; іноді maximum останнього дещо відстає від maximum'a висоти грунтових вод (Берлін), іноді - випереджає (Зальцбург), звичайно ж збігається. Наведена діаграма (фіг. 2) показує співвідношення між ними, за спостереженнями в Мюнхені.

За недавннм дослідженням Ланглея, Мартіні, Кінга та ін., Спостерігається вплив атмосферного тиску на ґрунтові води, причому вплив швидких барометричних коливань різкіше, ніж повільних: під час бур рух рівня води в колодязях буває дуже значним. Подібне ж спостереження було зроблено і при вивченні митищінскіх (під Москвою) грунтових вод; падіння барометра супроводжувалося підвищенням їх рівня.

Геологічна будова, за загальноприйнятим думку, є пріоритетним фактором в походженні і життя грунтових вод: воно обумовлює глибину їх залягання, водоносність, характер мінералізації і рух. Необхідні умови для утворення постійного водоносного горизонту - рихлість, пористість або трещиноватость (водопроникність) поверхневої гірської породи і залягання її на породі водонепроникною (глини, пісковики та ін.). Остання утворює ложе, на якому грунтова вода спочиває (при горизонтальності породи) або рухається в бік його нахилу, до настання відомого рівноваги. Надзвичайно різкий приклад впливу геологічної будови пріводітпроф. Гааз. В одному пункті сх. Шлезвіг-Гольштейна під піщаним шаром залягають щільні валунні мергелю, поверхня яких надзвичайно нерівна. Завдяки останній обставині, грунтові води на короткій відстані утворили кілька відокремлених горизонтів, як це видно на фіг. 3.

При гідрологічних вишукуваннях для якихось практичних цілей, звичайно найбільш ретельному вивченню піддається геологія місцевості, особливо рельєф водонепроникного ложа. Однак, по новітнім дослідженням, роль геології повинна бути дещо обмежена. Багаторазово констатувалися грунтові води в щільних глинах, т. Е. Водонепроникних (в губ. Воронезькій, Херсонській та ін.). Дослідження Алтухова і Фейгіна показали, що в околицях СПб. головний водоносний горизонт залягає в щільних вапняках, з проблематичною трещиноватостью, тоді як вищележачі яруси гравію і пісків залишалися сухими або ж слабо насиченими водою і т. п. Рух підземних вод, яке багатьма прирівнюється руху вод поверхневих, визначалося двома способами. Bo-перше, в будь-якому пункті в свердловину або колодязь вводилося кілька розчинних солей і потім спостерігалося напрямок і швидкість їх поширення (Тім, Слов'янський і ін.). Другий спосіб полягає в поперемінної відкачування води з свердловин, розташованих в певному порядку (Алтухов і Фейгін і ін.). Циркуляція води в горизонтальному напрямку є надзвичайно слабкою, особливо в породах мелкоземістих. У Воронезькій губ. є два колодязі, розташовані майже поруч, з яких. один містить воду прісну, а інший мінералізовану. Рух відбувається, здебільшого, у напрямку до долин (по лініях депресії) і не завжди збігається з напрямком ухилу водоутримуючої породи. За даними Алтухова і Фейгіна, загальний рух вод підгрунтя Царськосельського плато спрямовується з 3 на В, тоді як падіння геологічних шарів йде на Ю, а частиною навіть і на З. Геологічні умови зумовлюють також характер і ступінь мінералізації грунтових вод. При цьому відмічено, що в цьому відношенні вплив робить хіміко-петрографічний склад лише водоносної породи, а не верхніх. Так, часто спостерігалося, що грунтові води, що залягають під лесом - породою досить багатою вуглекислої вапном - містять її надзвичайно мало (Нікітін та ін.), І, навпаки, іноді бувають багаті солями сірчанокислими і хлористими, відсоток яких в лесі невеликий (Соколов, Топоров та ін.).

Рельєф місцевості. Верхня поверхня (скатертину) грунтових вод відповідає, в загальному, рельєфу місцевості, лише в більш згладженої формі, т. Е. Підвищується до вододілам і падає до долин (див. Фіг. 4).

Це падіння, зване «Депрессионная», то більша, ніж крутіше схил, і нагадує собою воронки, що утворюються навколо свердловини або колодязя, з яких виробляється відкачка. Ймовірно, у багатьох випадках депресійне падіння рівня грунтових вод обумовлено свого роду відкачує діяльністю джерел, випаровуванням і т. П. Напр., Каналізаційні роботи у Кіля, в околицях Рендсбург і ін. Місцях (перерізав водоносний горизонт), завжди викликали різке зниження ґрунтових вод у всій прилеглій місцевості (Гааз). Цей же дренаж викликає і вищезгадане рух води в бік долин. Дане явище спостерігається не тільки в місцевостях, що вистилають глинистими породами, але і в чисто піщаних, які, наприклад, дюнні узбережжя Остенде, Гасконі (див. Фіг. 5), Голландії та т. П.

Тут грунтові води мають хвилеподібну поверхню, цілком відповідає формам дюнних гряд (Добреа, Фан-Ертборн, Ферстретен і ін.). Мабуть, і дрібні деталі рельєфу здатні впливати на режим ґрунтових вод. Так, Ізмаїльський констатував під так звані. степовими воронками Полтавської губ. більш високе стояння грунтових вод, ніж на рівному степу. Він вважає навіть, що ці воронки суть одні з небагатьох пунктів, де взагалі можливо просочування атмосферної вологи до рівня підгрунтових вод (просочування на рівній і голому степу він заперечує).

Рослинність, особливо лісова, дуже впливає на рівень грунтових вод. Так, недавні гідрологічні роботи в губерніях Воронезької, Херсонській, Санкт-Петербурзькій і ін. Показали, що при інших рівних фізико-географічних умовах, рівень більш-менш близьких до поверхні (до 8 - 9 саж.) Грунтових вод в лісах завжди нижче , ніж на сусідніх полях і навіть на значних галявинах серед лісу (див. фіг. 6), явище виражається іноді надзвичайно різко.

Напр., В одному пункті Шипова лісу зниження водоносного горизонту досягла 10 метрів протягом усього 32 метрів. При цьому нерідко зниження рівня йшло в бік, протилежний загальному падінню місцевості. Подібні ж факти спостерігалися також у Франції (в Ландах), в Італії (при осушенні Понтийских боліт) і в Німеччині (новітні досліди вільним). Всі вони доводять, що, всупереч загальнопоширеним думку, ліс, завдяки своїй сильній випаровує діяльності, діє висушують чином на грунт і знижує грунтові води.

Роль тварин у житті грунтових вод мало вивчена. Однак, a priori необхідно допустити, що за глибоким ходам копають тварин (так звані. Кротовіни і т. П.) Атмосферні опади можуть безпосередньо проникати до водоносного горизонту. За спостереженнями Висоцького в Катеринославській губ., В деяких пунктах грунт пронизаний безліччю вертикальних ходів дощових черв'яків, що йдуть надзвичайно глибоко, місцями - до рівня грунтових вод.

Поверхневі води, річки, моря, озера та ін. Басейни, відіграють надзвичайно важливу роль в режимі ґрунтових вод, коли рівень наступні збігається і стикається з рівнем названих басейнів. У такому положенні знаходиться більшість П. вод алювіальних річкових долин. Ритм коливань їх цілком збігається в районі, прилеглому до місця зіткнення; в міру віддалення від річки чи іншого басейну вплив помітно слабшає, і, нарешті, хід коливання рівня грунтових вод вже підпорядковується іншим факторам. Надзвичайно повчальний приклад такого впливу призводить Сойка. На вододілі між. Рейном і Іллем в 1874 був закладений ряд спостережних колодязів, коливання рівня води в яких зображені на поданій діаграмі (фіг. 7).

Тут чітко видно, як вплив обох річок зростає в міру наближення до них. Сутність що відбувається в подібних випадках явлевія полягає не в тому, що піднялися води річки і т. П. Збагачують собою грунтовий водоносний ярус, а головним чином, в явищі так зв. «Підпору»: піднялися води закупорюють витоки ґрунтових вод в долину і, в той же час, виробляють бічне тиск. Так, по багаторазовим спостереженнями над впливом океанічних припливів і відливів на прибережні грунтові води, виявляється, що морська вода, підіймаючи рівень останніх, які не осолоняются їх (Ферстретен, Уле і ін.). Креслення 8-й показує взаємне співвідношення між прісними ґрунтовими і солоними морськими водами у Остенде, за даними Ферстретена.

III. Значення П. вод. Це ті самє води, Якими харчується значний частина населення земної Кулі, або безпосередно - з колодязів, ключів та ін., Або побічно - з річок, озер та ін водойм, живлять и регульованості, головні чином, ґрунтовімі водами. Як показад Леваковскій і ін., То чи інше їх залягання, їх дебіт, режим і хімічний склад прямо, іноді надзвичайно різко, обумовлюють характер розселення в даній місцевості, прийоми і типи сільського господарства і промисловості, відомі економічні відносини, словом, до певної міри , відображаються майже на всіх сторонах побуту населення. Пустелі Азії і Африки, безлюдні ділянки інших частин світу в значній мірі зобов'язані своїм безлюдністю сильної заглибленості або непридатність грунтових вод. Гідрологічні дослідження в губерніях Херсонській, Полтавській, Катеринославській і друг. показують, що густота населення в них збігається з кращого водоносністю місцевості. Не тільки дрібні селища, а й значна частина великих міст, навіть столиць, утилізує грунтів. води для свого водопостачання (про гигиенич. значенні грунтів. вод см. вище). Техніка також нерідко користується ними при фабричній обробці продуктів, як знаряддя виробництва. Для сільського господаря гідрологічні умови його землі надзвичайно важливі. При неглибокому заляганні, не глибше 1 - 3 м, в силу капілярності, гр. вода може безпосередньо впливати на продуктивність ґрунту. Як відомо, найбільшим родючістю відрізняються всілякі долини завдяки звичайній близькості тут грунтових вод. Найчастіше ж ці останні, за сприятливих умов, служать для меліорації грунтів, шляхом штучного зрошення. Дуже повчальна в цьому відношенні, напр., Ломбардська низовина. Залягаючи на глибині 2-3 метрів і перебуваючи при тому під деяким тиском, грунтові води тут виводяться назовні за допомогою так звані. fontanili, т. е. широких дерев'яних труб або бездонних бочок, що опускаються в грунт до рівня води, яка і витікає назовні, даючи, в середньому, 120 літрів в секунду. Такі фонтанів, маючи minimum температури 8 - 9 °, дозволяють культивувати рослини навіть взимку і отримувати багатий урожай. Нарешті, грунтові води - надзвичайно важливий геологічний діяч, як фактор зміни рельєфу (пластики) і стратиграфії земної кори. Вищелачівая гірські породи і отлагая вищелочний матеріал десь на поверхні, грунтові води утворюють, з одного боку, різного роду порожнечі і провали (див.), А з іншого - нагромаджують часом величезні пагорби туфовідного матеріалу. Далі цей же процес хімічного і механічного виносу веде до утворення всіляких обвалів (див.), Зсувів (див.) І т. П.

Література. A. Daubrée, «Les eaux soulerraines а l'époque actuelle» (т. I, П., 1887); A. Nowak, «Vom Ursprunge der Quellen» (Прага, 1879); І. Леваковскій, «Води Росії по відношенню до її населенню» (Харків, 1890); J. Soyka, «Die Schwankungen des Grundwassers mit besonderer Berücksichtigung der mitteleuropäischen Verhältnisse» (B., 1888); H. Haas, «Quellenkunde» (Лпц., 1895). Крім того, короткі загальні міркування про походження і життя ґрунтових вод наведені у І. Мушкетова: «Фізична геологія» (т. II); у С. Нікітіна, «Басейн Оки» і ін., а також в інструкціях з гігієни та гідротехніки. З останніх найбільш докладно твір Lueger'a: «Wasserversorgung der Städie» (1892-97). З початку 1898 року в Дрездені видається спеціально гідрологічний журнал: «Zeitschrift für Gewässerkunde», в якому вивчення грунтових вод відведено широке місце.

П. Отоцкий .