Подземными водами называются содержащиеся в земной коре воды, находящиеся в активном взаимодействии с атмосферой и поверхностными водами (океанами, морями, реками, озёрами, болотами) и участвующими в круговороте воды на Земном шаре.

Подземные воды по происхождению делят на экзогенные (источник - водные объекты на поверхности суши и атмосферные осадки) и эндогенные (источник - сама литосфера).

С деятельностью подземных вод связаны специфические физико-географические явления:

Оползень - смещение вниз по склону масс рыхлой породы под действием силы тяжести. Наблюдается при чередовании водоупорных и насыщенных влагой водоносных слоёв. Смещение маломощного слоя называется оплывиной.

Суффозия - вынос взвеси потоками грунтовых вод. Приводит к образованию подземных пустот и последующему оседанию вышележащих осадочных пород с образованием на поверхности замкнутых понижений (блюдец, воронок).

Карст - процесс растворения водами горных пород и комплекс форм рельефа, образующихся в области распространения растворимых пород (известняков, доломитов, гипсов). К карсту относятся отрицательные поверхностные формы (воронки, котловины, колодцы) и подземные (пещеры, полости, ходы).

К числу мерзлотных гидрогеологических явлений относятся бугры пучения, наледи, термокарст, термоэрозия и термоабразия. Бугры пучения - выпуклые формы рельефа, возникающие в области мгоголетнемёрзлых и сезонномёрзлых пород в результате льдообразования в грунтах (сюда относят, например, булгуняхи гидролакколиты). Наледи (толщиной до 12 м) образуются при намораживании излившихся на поверхность земли подземных вод. Термокарст образуется при вытаивании подземного льда или оттаивании мёрзлого грунта. Термоэрозия - разрушение мёрзлых пород на речных берегах при термическом воздействии текущих вод. Термоабразия - процесс разрушения берегов морей, озёр, водохранилищ, сложенных льдом и мёрзлыми грунтами, при совместном термическом воздействии атмосферы и воды.

Вопрос 1. Что такое свободная и нормальная инфильтрация

В зоне аэрации происходит проникновение атмосферных осадков в грунт - инфильтрация. Различают свободную инфильтрацию и нормальную инфильтрацию. В первом случае движение воды вниз происходит под действием силы тяжести и капиллярных сил в виде изолированных струек по капиллярным порам. При этом, часть пор остаётся заполненной воздухом, что исключает влияние гидростатического давления на движение воды. По мере заполнения пор водой свободная инфильтрация переходит в нормальную инфильтрацию и скорость просачивания существенно снижается. При нормальной инфильтрации движение воды происходит сплошным потоком под действием выше названных сил, к которым добавляется гидростатическое давление, т.к. поры заполнены полностью. Инфильтрационная вода может либо достичь уровня грунтовых вод, либо остаться в зоне аэрации в виде подвешенной воды.

В зоне насыщения силы тяжести и гидростатического давления свободная (гравитационная) вода по порам и трещинам грунта перемещается в сторону уклона поверхности водоносного горизонта или в сторону уменьшения напора. В крупнообломочных, сильно трещиноватых и закарстованных породах скорости движения подземных вод могут быть значительными.

Вопрос 2. Охарактеризовать особенности водного баланса и режимы зоны аэрации (промывной, компенсированный и испарительный типы режима)

Зона аэрации занимает верхний ненасыщенный водой слой почвенно-грунтовой толщи от земной поверхности до уровня грунтовых вод. Через зону аэрации осуществляется связь атмосферы и грунтовых вод в зоне насыщения. Дождевая вода и талая вода, попадая в грунт, расходуется на смачивание почвенного слоя и формирование почвенных вод - временного скопления гравитационной и капиллярной воды в почвенной толще. Почвенные воды обычно просачиваются в боле глубокие слои грунта и не образуют постоянного водоносного горизонта.

Почвенный сток возникает лишь при сильных дождях и снеготаянии, если в почве есть наклонные слабопроницаемые прослои и если часть почвы насыщается водой. Мощность слоя с почвенной водой обычно колеблется в пределах от нескольких см до 1-1,5 м. Инфильтрующиеся вертикально вниз под действием силы тяжести воды, встречая на своём пути относительные водоупоры, образуют верховодку, т.е. временные сезонные скопления подземных вод (мощность их составляет 0,4-1 м, редко до 2-5 м).

Почвенные воды и верховодка легко загрязняются с поверхности земли. Они обычно пресные, но в болотных и торфянистых почвах могут иметь застойный режим и высокую концентрацию кислот органического происхождения. Выше уровня грунтовых вод в пределах зоны аэрации располагается капиллярная зона («капиллярная кайма»). Воды этой зоны при неглубоком залегании грунтовых вод часто участвуют в питании почвенных вод.

Уравнение водного баланса подземных вод в зоне аэрации имеет вид:

yинф+zгр. в=yпочв+yпит. гр. в+zтр+z з. а±Duз. а,

где:

yинф - поступление воды в процессе инфильтрации, zгр. в - испарение воды с поверхности грунтовых вод, yпочв - почвенный (или подповерхностный) сток, yпит. гр. в - вода поступающая из зоны аэрации на питание грунтовых вод, zтр - десукция (поглощение) воды корневыми системами с последующей транспирацией, z з. а - подземное испарение воды из зоны аэрации с потерей в атмосферу, Duз. а - изменение запасов воды в зоне аэрации, т.е. изменение влажности грунтов.

Водный режим зоны аэрации в основном определяется режимом поступления в неё инфильтрующихся после дождей и снеготаяния вод.

Различают три основных типа водного режима в зоне аэрации:

1. Промывной тип.

yинф> zтр+z з. а.

Излишки воды идут на формирование почвенного стока (yпочв) и питание грунтовых вод (yпит. гр. в).

2. Компенсированный тип.

yинф» zтр+z з. а.

3. Испарительный или выпотной тип.

yинф< zтр+z з. а.

Недостаток воды в зоне аэрации возмещается испарением грунтовых вод (zгр. в).Т. к. грунтовые воды часто имеют повышенную минерализацию, их испарение приводит к накоплению солей в почве, т.е. засолению почв и минерализации грунтовых вод.

Вопрос 3. Охарактеризовать особенности водного баланса и режима грунтовых вод по трем провинциям на территории СНГ

На режим грунтовых вод влияют климатические, гидрологические, геологические факторы и водно-физические свойства грунтов. Для водоносного горизонта грунтовых вод в зоне насыщения уравнение водного баланса имеет вид: