Как понизить уровень грунтовых вод на участке своими руками: Как понизить уровень грунтовых вод на участке — обзор способов борьбы

КАК ДОБИТЬСЯ ПОНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД?

КАК ДОБИТЬСЯ ПОНИЖЕНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД?
При планировании строительства или при других работах на приусадебном участке особое значение имеет уровень грунтовых вод. Обычно рекомендуется проведение специального геологического исследования, которое показывает структуру почвы, особенности участка и, самое главное, уровень грунтовых вод, или УГВ.
Если такой уровень проходит глубоко, то никаких проблем не возникает, можно смело заниматься планированием фундамента и общей постройки. Но что делать, если водоносный слой залегает близко к поверхности грунта? Вот тут уже может потребоваться понижение уровня грунтовых вод, придется предпринимать шаги по осушению участка. Такие работы могут потребоваться, если участок излишне болотистый, что мешает сооружению дома, устройству сада и огорода, клумб. Даже при сооружении колодца слишком высокие водяные жилы могут стать скорее препятствием, чем положительным фактором.
рис.1. Понижение уровня грунтовых вод с помощью гидровакуумной установки.
Сегодня для организации водопонижения применяются различные методы, все они отличаются по технологии, необходимости использования оборудования, условиям работы. Например, такой метод, как дренаж, применяется всегда. Он необходим не только для самого участка, но и для осушения подвалов, устраивается обычно по внешнему периметру дома.
МЕТОДЫ БОРЬБЫ
рис.2. Схема видов дренажных систем.
Самым простым вариантом для отвода грунтовой влаги является устройство пруда или другого искусственного водоема на участке. Уровень почвенной влаги снижается, такой метод дает возможность эффективно предупредить затопление подвалов, погребов. Но он возможен далеко не всегда, так как требует финансовых средств, опыта.
Самый простой способ для понижения УГВ – это дренаж. Применяется он обычно для приусадебных участков, для осушения почвы уже после строительства или до него. Дренаж может быть открытым или закрытым, подбор зависит от условий его устройства, типа грунта, рельефа и многих других параметров.
рис.3. Схема дренажной системы.
Грунтовые воды можно снизить следующими способами:
Открытый дренаж используется для того, чтобы понизить уровень на 30-40 см. Делаются канавы на 70 см, на дно укладывается слой песка, гравия, толщина которого составляет 100-150 мм. Такой дренаж устраивается вокруг участка. Эти способы понижения грунтовой влаги весьма эффективны.
На любых грунтах может потребоваться закрытый дренаж. Как он обустраивается? Выкапывается траншея, в ней прокладывается специальная дренажная перфорированная труба. Снаружи канава засыпается грунтом. Подобный дренаж применяется часто, он позволяет осушить даже сложные участки, отвести от дома излишки влаги.
Правила выполнения дренажа и борьбы с лишней влагой не столь сложные, но важно не только правильно выбрать систему, но и трубы, открытые лотки для нее. Внимание надо уделить тому, где именно она будет проходить. Например, для закрытых систем надо предусмотреть, чтобы сверху по трубам не ездил транспорт, либо устроить усиление в виде металлических решеток и конструкций. Прокладывается дренаж с небольшим уклоном до 0,2-1%. При устройстве его по периметру дома необходимо соблюдать расстояние в 0,8-1 м от стен дома или от цоколя.
ОТКРЫТЫЙ ВОДООТЛИВ
рис.4. Схема открытого водоотлива.
Искусственное понижение уровня ГВ при помощи открытого водоотлива применяется, когда накопленную жидкость надо убрать из траншей или котлованов. Для этого в нижней их части делаются приямки, вода просачивается в них, потом она откачивается центробежными насосами. Мощность таких насосов может определить только специалист, для этого применяются особые формулы.
Открытый водоотлив является простым и доступным методом. Однако есть и ряд минусов, среди которых:
Потоки воды, которые собираются в приямках, разжижают грунт, в результате он теряет свою прочность.
Вода, которая скапливается внизу, способна сильно затруднить работы.
Стенки котлована требуют дополнительного укрепления, так как вода их сильно ослабляет.
Основания строений, расположенных поблизости, также могут быть ослаблены.
ВОДОПОНИЖЕНИЕ ИСКУССТВЕННОЕ
рис.5. Схема искусственного водопонижения при двух рядах иглофильтров: I – уровень грунтовых вод; II – уровень воды в траншее; 1 – водоотливной коллектор; 2 – надфильтровая труба; 3 – фильтр; 4 – нефтепродуктопровод.
Для водопонижения грунтовых вод применимы и иные способы. Их планирование и устройство проводится перед началом сооружения фундаментов, рытья траншей или при необходимости откачки воды до приемлемого уровня. Откачка влаги происходит за счет специальных глубинных насосов, погружаемых в шахтные колодцы, скважины, которые установлены около рабочего котлована.
Грунтовые воды снижаются, при этом перенасыщенный ранее грунт становится более сухим, он приобретает свойства почвы с естественной влажностью. Подобные работы обеспечивают целостность всех откосов для выемок, основание не ослабляется, все расположенные рядом строения уже не подвергаются размыву и деформациям. Подобный метод необходим в том случае, когда строительство ведется в сложных условиях, а во время рытья котлована внезапно начинает поступать вода.
ЛЕГКИЕ ИГЛОФИЛЬТРЫ
рис.6. Схема эжекторного иглофильтра.
Понижение уровня при помощи иглофильтров основывается на использовании вакуума. Для этого применяется самовсасывающее оборудование. Оно погружается в грунт и соединяется с коллектором резиновыми шлангами. Вся излишняя влага по трубам поднимается в коллектор, откуда уже уходит за пределы осушаемого участка. В результате происходит понижение УГВ или полное осушение в зависимости от требований.
Иглофильтр – это колонна из труб, диаметр которых составляет 46-50 мм, а длина – до 8,5 м.
Все они соединяются герметично – это обязательное условие. Нижняя часть устройства имеет фильтрационное звено, в состав которого входят внутренняя и наружная трубы. Вверху идет фильтрационная сетка, шаровый клапан.
Понижение уровня происходит планомерно. Иглофильтры помещаются в грунт методом гидроподмыва. Для этого применяется струя воды под высоким давлением. Один ярус таких труб позволяет понизить уровень примерно до 4,5 м. Когда грунтовые воды надо снизить на большую глубину, то используется несколько ярусов, тут все зависит от условий и общих требований к осушению.
ЭЖЕКТОРНЫЕ ФИЛЬТРЫ
рис.7. Схема эжекторной установки с циркуляционным резервуаром.
Эжекторные иглофильтры для водопонижения используются довольно часто. Применяется водоструйный насос, он предназначен для подъема влаги наверх. Такое устройство позволяет понизить УГВ примерно до 18-20 м, если коэффициент фильтрации составляет 0,5-1 м/сут. Вода, откачанная при помощи такого насоса, поступает по трубе в специальный циркуляционный резервуар. После этого часть влаги уходит в канализацию через водосток, а вторая – поступает назад в центробежный насос для обеспечения работы иглофильтра.
Чтобы снизить уровень воды, такой метод применяется во время подмывов грунта. На этапе обустройства бурятся скважины, в которые и помещаются специальные иглофильтры. Во время масштабного строительства могут использоваться одновременно несколько десятков таких устройств. Применяются они для траншей, глубина которых составляет 10-12 м.
ВАКУУМНЫЙ МЕТОД
рис.8. Условия применения способов водопонижения.
Вакуумный метод для понижения уровня грунтовых вод основан на том, что создаются условия устойчивого вакуума для наружных поверхностей фильтровых участков труб, т. е. водоприемных устройств. Подобный метод применяется в тех случаях, когда условия на участке сложные, коэффициент фильтрации составляет 0,05-2 м/сут, но при этом водопроницаемость низкая, грунты неоднородные, наблюдается чередование слоев с водоупорными и водоносными свойствами. Для водопонижения применяются специальные вакуумные установки, которые оборудованы иглофильтром. Они могут быть использованы для осушения пылеватых, мелких песков во время строительных работ. Способ этот действенный, позволяет эффективно осушить участок.
Глубинное водопонижение основано на применении центробежных глубинных насосов для откачки жидкости из определенных точек водоносных слоев. Для этого необходимо пробурить скважины, в которые затем поместить специальные фильтры трубчатого типа. При этом наблюдается постоянный контакт окружающего грунта и корпуса фильтра. Во время откачки воды при работе глубинного насоса вокруг создается депрессионная воронка, в ее полости грунт частично осушается. Постепенно влага проникает в почву, насос продолжает откачку.
Такой метод применяется, когда необходимо водопонижение грунтов с глубин залегания примерно от 20 м. Подобная ситуация может возникнуть при подмыве фундаментов, при необходимости устройства скважины, для которой такие слои грунтовой влаги просто не нужны или представляют опасность.

Высокий уровень грунтовых вод (УГВ) – что делать?

Привозной грунт и подсыпка участка решают вопрос с высоким УГВ.

У практиков, столкнувшихся с проблемой высокого УГВ, возникает вопрос, как понизить уровень грунтовых вод на участке? Что для этого нужно сделать? Они начинают искать информацию и, как вы думаете, что находят? Ничего!

То есть, совершенно. Ни один источник не дает им ответ на вопрос, который они задают. А почему? А потому, что понизить уровень грунтовых вод на участке невозможно. Нет пока такой технологии, которая позволяла бы управлять в локальном масштабе грунтовыми водами.

Что же делать? Так и оставить свою землю в распоряжении стихии? Нет. Если нет возможности понизить УГВ, то есть возможность его обмануть. Каким образом? Подняв участок над грунтовыми водами.

Подъем уровня участка

И вот мы плавно переходим к первому действенному способу борьбы с высоким УГВ. Это подъем уровня участка.

Если мы в состоянии поднять участок, то дом и все строения, которые будут выстроены на новом, более высоком горизонте, будут стоять над грунтовыми водами. И относительно «нулевого уровня» дома, УГВ уже будет ниже, чем был до подъема участка.

Каким образом можно поднять участок над грунтовыми водами? Реальный ответ видится только один – подсыпка участка.

Подсыпка участка грунтом

Здесь действует простое правило – чем больше КАМАЗов с грунтом заехало на ваш участок, тем ниже становится уровень грунтовых вод.

А сейчас самое время подсчитать — сколько КАМАЗов с грунтом вам понадобится, чтобы осуществить подъем участка под ваше строительство

Конечно же, предварительно вам следует провести простейшие подсчеты. Например, один КАМАЗ – это десять кубометров грунта. Каждый кубометр грунта, будучи разровнен на участке, поднимает на 10 сантиметров участок площадью 10 квадратных метров (это мы считаем без трамбовки).

Значит, чтобы поднять весь свой участок в 10 соток хотя бы на 10 сантиметров, вам придется загнать на участок как минимум 100 КАМАЗов с грунтом. А после трамбовки у вас останется подъем всего на 4-5 сантиметров (трамбовка «съедает» до 60 процентов объема грунта).

Это значит, что вам нужна грамотная планировка и локальная подсыпка участка грунтом. Стоит делать подъем участка только там, где это необходимо.

Оставьте во власти высокого УГВ полянки и газоны, огород и задний двор. Вам нужно будет приподнять над уровнем грунтовых вод пятно застройки дома (примерно 100-150 квадратных метров), пятно застройки гаража (примерно 40-50 квадратных метров) и пятно застройки бани (примерно 20-30 квадратных метров).

Посмотрите, при таком раскладе расчеты получаются уже более оптимистичными!

Уже упомянутые выше 100 КАМАЗов с грунтом смогут поднять выбранные пятна застройки строений на 30-50 сантиметров. То есть дать почти полметра высоты над прежним уровнем участка. Можно смело строить, но прежде провести дренажные работы по отводу воды из района пятен застройки.

Иначе насыпные холмы под строениями поплывут в первую же многоводную весну. Про правильные дренажные работы на участке читайте в следующих статьях на нашем сайте.

Поделиться с друзьями:

Общие факты и понятия о подземных водах

Устойчивость ресурсов подземных вод — циркуляр 1186

Следующий обзор некоторых основных фактов и концепций о подземных водах служит фоном для обсуждения устойчивость.

• Грунтовые воды встречаются почти повсеместно под поверхностью земли. Причиной является широкое залегание пригодных для питья грунтовых вод. что он используется в качестве источника водоснабжения примерно половиной населения Соединенных Штатов, включая почти все население, которое обслуживается по системам бытового водоснабжения.
  
• Естественные источники пресной воды, которые становятся подземными водами: (1) площадное пополнение за счет осадков, просачивающихся через ненасыщенной зоны до уровня грунтовых вод (рис. 4) и (2) потерь воды из ручьев и других поверхностных водоемов, таких как озера и водно-болотные угодья. Площадь пополнения колеблется от крошечной доли до примерно половины среднегодовых осадков. Поскольку площадная перезарядка происходит на широком площади, даже небольшие средние скорости подпитки (например, несколько дюймов в год) представляют собой значительные объемы притока к грунтовым водам. Потоки и прочее поверхностные водные объекты могут либо получать воду из подземных вод, либо терять (пополнение) воды в грунтовые воды. Потоки обычно являются важным источником пополнения грунтовых вод вниз по течению от горных фронтов и крутых склонов склоны холмов в засушливых и полузасушливых районах и в карстовых местностях (участки, подстилаемые известняком и другими растворимыми породами).

Рис. 4. Ненасыщенная зона, капиллярная кайма, уровень грунтовых вод и зона насыщения.

Вода под поверхностью земли встречается в двух основных зонах: ненасыщенная зона и насыщенная зона. В ненасыщенной зоне пространства между зернами частиц и трещинами горные породы содержат как воздух, так и воду. Хотя значительное количество воды может находиться в ненасыщенной зоне, эта вода не может быть откачана скважинами потому что капиллярные силы держат его слишком крепко.

В отличие от ненасыщенной зоны, пустоты в насыщенной зоне полностью заполнены водой. Примерная верхняя поверхность зона насыщения называется водным зеркалом. Вода в насыщенном Зона ниже уровня грунтовых вод называется грунтовыми водами. Под водой стол, давление воды достаточно высокое, чтобы вода могла попасть в колодец уровень воды в колодце понижается за счет откачки, что позволяет грунту вода, которая будет изъята для использования.

Между ненасыщенной зоной и уровнем грунтовых вод находится переходная зона, капиллярная кайма. В этой зоне пустоты насыщены или почти насыщен водой, которая удерживается на месте капиллярной сил.

• Верхняя часть подземного водного объекта, уровень грунтовых вод – это поверхность, как правило, ниже поверхности земли, которая колеблется в зависимости от сезона и из года в год в ответ на изменения питания от осадков и поверхностные водные объекты. В региональном масштабе конфигурация уровень грунтовых вод обычно представляет собой приглушенную копию рельефа поверхности земли. Глубина до уровня грунтовых вод различна. В некоторых условиях он может находиться на поверхности земли или рядом с ней; например, возле поверхностные водоемы во влажном климате. При других настройках глубина до уровень грунтовых вод может быть на сотни футов ниже поверхности земли.
  
• Подземные воды обычно являются важным источником поверхностных вод. вклад отношения подземных вод к общему стоку сильно варьируется среди рек, но гидрологи оценивают средний вклад где-то между 40 и 50 процентов в малых и средних водотоках. Экстраполяция этих чисел к большим рекам не прямолинейна; однако грунтовые воды вклад во весь речной сток в Соединенных Штатах может достигать 40 процент. Подземные воды также являются основным источником воды для озер и водно-болотных угодий.
  
• Подземные воды служат крупным резервуаром подземных вод. Из всех имеющейся пресной воды, около 75 процентов, по оценкам, хранится в полярных льда и ледников, и около 25 процентов, по оценкам, хранится в виде грунтовые воды. Пресная вода хранится в реках, озерах и в виде почвенной влаги. составляет менее 1 процента мировых запасов пресной воды. Резервуар аспект некоторых крупных систем подземных вод может быть ключевым фактором в развитие этих систем. Большой коэффициент общего запаса подземных вод либо к забору подземных вод насосами, либо к естественному сбросу.
  потенциально полезных характеристик системы подземных вод и позволяет поддерживать водоснабжение в течение длительных периодов засухи. С другой стороны, высокий уровень использования подземных вод в районах с небольшим пополнением иногда вызывает повсеместное понижение уровня грунтовых вод и значительное уменьшение запасов в резервуар подземных вод.
  
• Скорости течения подземных вод обычно низкие и порядка величина меньше скорости течения реки. Движение грунтовых вод обычно происходит в виде медленного просачивания через поры между частицами рыхлых грунтовых материалов или через сети трещины и отверстия растворения в консолидированных породах. Скорость 1 фут в сутки и более – высокая скорость движения грунтовых вод, а скорость грунтовых вод может составлять всего 1 фут в год или 1 фут в десятилетие. Напротив, скорость течения реки обычно измеряется в футах. в секунду. Скорость 1 фут в секунду равняется приблизительно 16 милям в день. Низкие скорости потока грунтовых вод могут иметь важные последствия, особенно в отношении движения загрязнений.
  
• В естественных условиях подземные воды перемещаются по путям стока с территорий подпитки к участкам разгрузки у родников или вдоль ручьев, озер и водно-болотных угодий. Сброс также происходит как просачивание заливам или океаном в прибрежных районах, а также испарением растениями, корни которых простираться почти до уровня грунтовых вод. Трехмерное тело земного материала насыщен подвижными грунтовыми водами, которые простираются от участков питания до районы сброса называются системой стока грунтовых вод (рис. 5).
  

Рис. 5.   Локальный масштаб система грунтовых вод.

В этой системе подземных вод локального масштаба приток воды от площадного пополнения происходит на уровне зеркала грунтовых вод. Отток вода возникает в виде (1) сброса в атмосферу в виде подземных вод эвапотранспирация (транспирация растительностью, укоренившейся в воде или рядом с ней уровнем грунтовых вод или прямым испарением с уровня грунтовых вод, когда он находится на уровне или близко к поверхность земли) и (2) сброс грунтовых вод непосредственно через русло. Короткие неглубокие пути течения берут начало у уровня грунтовых вод вблизи транслировать. По мере увеличения расстояния от ручья пути потока к ручью уменьшаются. дольше и глубже. Для средних многолетних условий приток к этому естественному система подземных вод должна быть равной оттоку.

• Площадь систем стока грунтовых вод варьируется от нескольких квадратных миль или менее до десятков тысяч квадратных миль. Длина пути стока грунтовых вод колеблется от нескольких футов до десятков, а иногда сотни, миль. Глубокая система грунтовых вод с длинными путями потока между областями подпитки и разгрузки могут быть перекрыты, а в гидравлических связь с несколькими мелководными, более локальными системами потоков (рис. 6). Таким образом, определение системы стока грунтовых вод в некоторой степени субъективно и частично зависит от масштаба исследования.

Рисунок 6. Региональный система подземных вод, состоящая из подсистем разного масштаба и сложный гидрогеологический каркас. (Изменено по материалам Sun, 1986 г.)

Существенные особенности этого изображения части региона система подземных вод включает (1) локальные подсистемы подземных вод в верхний подземный водоносный горизонт, впадающий в ближайшие поверхностные водоемы (озера или ручьи) и разделены водоразделами подземных вод под топографически высокие участки; (2) субрегиональная подсистема подземных вод в водоносный горизонт, в котором пути потока, берущие начало на уровне грунтовых вод, сброс не в ближайший поверхностный водоем, а в более удаленный один; и (3) глубокая региональная подсистема подземных вод, которая лежит под подсистемами уровня грунтовых вод и гидравлически связана с ними. Гидрогеологический каркас проточной системы представляет собой сложную пространственное расположение водоносных горизонтов с высокой и низкой блоки гидрокондуктивного ограждения. Горизонтальный масштаб фигуры может составлять от десятков до сотен миль.

• Возраст (время с момента пополнения) подземных вод различается в разных частях систем подземного стока. Возраст подземных вод неуклонно увеличивается по определенному пути потока через систему грунтовых вод из область подпитки к области разрядки. В неглубоком, локальном потоке систем, возраст подземных вод в районах разгрузки может варьироваться от менее чем в день до нескольких сотен лет. В глубоких, региональных системах потока с длинным потоком пути (десятки миль), возраст подземных вод может достигать тысяч и десятков тысячи лет.
  
• Поверхностные и подземные материалы сильно различаются по своим свойствам. степень консолидации частиц, размер частиц, размер и форма пор или открытых пространств между частицами и между трещинами в консолидированных горных пород, так и в минеральном и химическом составе частиц. Земля вода встречается как в рыхлых, так и в рыхлых материалах, таких как как песок и гравий, так и в сцементированных горных породах, таких как песчаник, известняк, гранит и базальт.
  
• Земляные материалы сильно различаются по своей способности передавать и сохранять землю вода. Способность грунтовых материалов пропускать грунтовые воды (количественно определяемая как гидравлическая проводимость) изменяется на порядки и составляет определяется размерами, формой, взаимосвязанностью и объемом пространств между твердыми телами в различных типах материалов. Например, взаимосвязанные поровые пространства в песке и гравия крупнее, чем в более мелкозернистых отложениях, и гидравлическая проводимость песка и гравия больше, чем гидравлическая проводимость более мелкозернистые материалы. Способность земных материалов хранить землю вода также различается для различных типов материалов. Например, объем воды, хранящейся в трещинах и разломах, на единицу объема гранита составляет намного меньше, чем объем, хранящийся на единицу объема в межкристаллитной пространства между частицами песка и гравия.
  
• Скважины являются основным прямым окном для изучения недр среда. Скважины используются не только для откачки грунтовых вод для многих целей, они также предоставляют важную информацию об условиях в недра. Например, скважины (1) позволяют напрямую измерять уровень воды. в колодце, (2) разрешить отбор проб грунтовых вод для химического анализа, (3) обеспечить доступ для большой массив физических измерений в скважине (скважинная геофизическая каротаж), которые дают косвенную информацию о свойствах флюидов и земляные материалы по соседству с колодцем и (4) позволяют гидравлические испытания (испытания водоносных слоев) грунтовых материалов в окрестностях скважины для определения локальных значений их передачи и хранения характеристики. Кроме того, образцы грунта можно брать непосредственно в любом месте. глубины при бурении скважины.
  
• Откачка грунтовых вод из колодца всегда вызывает (1) снижение уровень грунтовых вод (напор; см. рис. 7) у колодца и рядом с ним, и (2) отвод в откачивающий колодец грунтовых вод, которые медленно продвигались к своей цели. естественная, возможно отдаленная, область сброса. Откачка одиночной скважины обычно оказывает локальное воздействие на систему подземных вод. Откачка многие скважины (иногда сотни или тысячи скважин) на больших площадях могут оказывают существенное региональное воздействие на системы подземных вод.

Рисунок 7. Концепция «гидравлическая головка» или «головка» в точке водоносного горизонта.

Рассмотрите высоты над уровнем моря в точках A и B на безнапорный водоносный горизонт и C в замкнутом водоносном горизонте. Теперь рассмотрим добавление скважины с короткими экранированными интервалами в этих трех точках. Вертикаль расстояние от уровня воды в каждой скважине до уровня моря является мерой гидравлического напора или напора, отнесенного к общей системе отсчета в каждой скважине. точки А, В и С соответственно. Таким образом, напор в точке водоносного горизонта сумма (а) высоты точки над общей исходной точкой, обычно морем уровень, и (b) высота над точкой столба неподвижной воды в хорошо, что экранируется в точку. Когда мы обсуждаем снижение или повышение уровня грунтовых вод в конкретном водоносном горизонте в этом отчете мы имеем в виду к изменениям напора или уровня воды в колодцах, которые экранированы или имеют открытый интервал в этом водоносном горизонте.

(коробка А)

• Напор грунтовых вод реагирует на откачку в заметно разной степени в безнапорные и напорные водоносные горизонты. Перекачивание одинакового количества воды из скважин в напорных и безнапорных водоносных горизонтах первоначально приводит к значительному большее снижение напора на гораздо больших площадях для ограниченных водоносных горизонтов (см. вставку А). Это связано с тем, что меньше воды доступно из хранилища в напорные водоносные горизонты по сравнению с безнапорными. В позднее, по мере уменьшения количества воды, полученной из хранилища, и система приближается к равновесию, реакция система больше не зависит от того, ограничена она или нет. Количество падения напора при равновесии зависит от передаточных свойств водоносных горизонтов и водоупоров, дебит скважины и расстояние до границ системы подземных вод. Многие водоносные горизонты, такие как верхний часть подсистемы глубокого потока, показанной на рисунке 6, демонстрируют реакцию к накачке, которая занимает промежуточное положение между полностью замкнутая и полностью безнапорная система водоносных горизонтов.

Вернуться к содержанию
Вернуться к введению
Далее — вставка A

Почему меняется уровень грунтовых вод — PUB2884

Уровень грунтовых вод меняется по многим причинам. Одни изменения обусловлены природными явлениями, другие – деятельностью человека. Миссури имеет много разных водоносных горизонтов. Некоторые из них представляют собой относительно неглубокие безнапорные водоносные горизонты, на которые влияет деятельность на поверхности. Другие представляют собой гораздо более глубокие водоносные горизонты, которые хорошо изолированы от поверхностных или неглубоких подземных воздействий. Некоторые водоносные горизонты состоят из полноценных коренных пород; другие состоят из рыхлых отложений. Некоторые водоносные горизонты активно используются для водоснабжения, в то время как другие используются очень мало. Все эти факторы могут влиять на изменение уровня воды в водоносных горизонтах с течением времени.

Все наблюдательные колодцы регистрируют уровень воды каждые 30 минут. Графики данных показывают глубину до воды ниже поверхности земли, отложенную по вертикальной оси, и время, отложенное по горизонтальной оси. Уровень воды предоставляется Геологической службе США, и они обслуживают данные из Национальной информационной системы по водным ресурсам. Категория данных «в реальном времени» автоматически отображает 30-минутные данные за последние семь дней. Данные можно просматривать с шагом в 30 минут или как одно среднее значение за день.

Изменения уровня воды можно разделить на несколько категорий. Кратковременные изменения можно увидеть только при многократном измерении уровня воды в сутки. Долгосрочные изменения можно увидеть только после сбора данных в течение многих лет. Можно наблюдать незначительные изменения всего в несколько сотых футов, а также изменения в сотни футов. Колебания обычно связаны с одним из трех основных факторов, включая изменение объема воды, хранящейся в водоносном горизонте, изменения атмосферного давления и изменения, вызванные деформацией водоносного горизонта.

Колебания из-за изменения запасов водоносного горизонта 

Подземные воды не статичны. Это часть динамической системы потока. Он перемещается в водоносные горизонты и через них из районов с высоким уровнем воды в районы с низким уровнем воды. Колебания уровня подземных вод из-за изменения запасов водоносного горизонта включают либо добавление, либо извлечение воды из водоносного горизонта как естественным путем, так и с участием человека.

Пополнение запасов подземных вод происходит естественным образом там, где земные материалы достаточно проницаемы, чтобы позволить воде проходить через них вниз. Пополнение происходит легче всего в безнапорных водоносных горизонтах, где вода, образованная осадками, движется вниз от поверхности земли, пока вода не достигнет уровня грунтовых вод. Уровень грунтовых вод является границей между ненасыщенной зоной над ним, где поровые пространства не заполнены водой, и насыщенной зоной под ним, где практически все взаимосвязанные поровые пространства заполнены водой. Когда пополнение происходит в безнапорном водоносном горизонте, уровень грунтовых вод поднимается на более высокую отметку, подобно тому, как уровень воды в ведре поднимается по мере добавления воды. Один дюйм осадков, движущихся под землей к уровню грунтовых вод, вызовет повышение уровня грунтовых вод значительно больше, чем на дюйм. Это связано с тем, что, в отличие от ковша, большая часть объема водоносного горизонта занята камнем, песком или другим твердым геологическим материалом. Вода может занимать только пустоты или поры. Например, водоносный горизонт с пористостью 5% теоретически испытает повышение уровня воды на 20 дюймов из-за пополнения на 1 дюйм.

Наиболее значительные изменения уровня воды из-за подпитки обычно происходят в весеннее время года, когда обычно выпадает наибольшее количество осадков, а интенсивность испарения и использования растений невелика. Несколько скважин в сети наблюдательных скважин показывают повышение уровня воды из-за быстрого восполнения запасов подземных вод после сильных осадков. К ним относятся смотровые колодцы Halfway, Akers, Fairview и Big Spring. Это относительно неглубокие скважины с небольшой длиной обсадной колонны, которые были пробурены в безнапорные водоносные горизонты. На рис. 1 показан гидрограф наблюдательной скважины Акерс за один год. Вертикальные подъемы в период с конца февраля по июнь 2018 г. являются пополнением от дождей в это время.

Уровень грунтовых вод во многих из этих колодцев будет устойчиво снижаться между весной и осенью, особенно в засушливые годы. Это связано с тем, что в эти месяцы водоносные горизонты почти не пополняются. Однако подземные воды продолжают двигаться через водоносные горизонты, питая родники и ручьи в этом районе. Вода, теряемая из водохранилища в родники и ручьи, обеспечивает речной сток даже в самые засушливые годы, но также вызывает понижение уровня грунтовых вод. Падение уровня воды обычно больше всего в горных районах пополнения запасов, где уровень грунтовых вод обычно находится на большей высоте. Уровни подземных вод на более низких отметках у дна долин, которые являются областями разгрузки подземных вод, обычно претерпевают гораздо меньше изменений. Наблюдательная скважина Акерс на Рисунке 1 также показывает влияние сброса грунтовых вод из водоносного горизонта Озарк в этом районе в сухую погоду. Устойчивое падение уровня воды с августа 2017 г. по конец февраля 2018 г. является результатом сброса воды из водоносного горизонта для питания местных ручьев и родников, который не был заменен пополнением.

Скважина Уэст-Плейнс также показывает подъем уровня воды после осадков (рис. 2). Эта скважина была пробурена и обсажена гораздо глубже других. Он находится в районе южно-центральной части Миссури, где растворимая коренная порода доломита сильно растворилась, образовав многочисленные карстовые образования, такие как воронки, теряющие ручьи, родники и пещеры. Подпитка через воронки, теряющие потоки и сильно выветренные коренные породы позволяют воде с поверхности быстро двигаться вниз в водоносный горизонт и циркулировать на значительные глубины. На Уэст-Плейнс осадки в несколько дюймов могут привести к повышению уровня грунтовых вод более чем на 150 футов в течение нескольких дней.

Несколько наблюдательных скважин показывают эффекты перезарядки гораздо более тонким образом. Обе наблюдательные скважины на фермах Шелбина и Вандике измеряют изменения уровня воды в неглубоком водоносном горизонте ледникового дрейфа на северо-востоке Миссури. Вблизи этих двух колодцев использование подземных вод очень мало, поэтому изменения уровня воды в этих колодцах почти полностью обусловлены природными явлениями. В большинстве лет уровень воды в двух колодцах повышается в конце зимы и весной, а затем снижается летом и осенью. Сезонные циклы явно связаны с подпиткой и разгрузкой водоносного горизонта, но поскольку движение грунтовых вод в этих районах намного медленнее, чем в районе Озарк, изменения уровня воды соответственно медленные.

Дожди — не единственный источник пополнения запасов подземных вод. Аллювиальные водоносные горизонты, лежащие под поймами рек, частично пополняются за счет рек в период половодья. Когда уровень воды в реке находится на высоте выше уровня грунтовых вод, вода будет перемещаться из реки в аллювиальный водоносный горизонт. Когда уровень реки ниже уровня грунтовых вод, вода из водоносного горизонта течет обратно в ручей. Колодцы рядом с рекой реагируют быстрее, чем колодцы дальше. На рис. 3 показано состояние реки Миссури в Сент-Джозефе в 2017 г. и уровни грунтовых вод в наблюдательной скважине Сент-Джозеф, которая завершена в аллювиальном водоносном горизонте реки Миссури. Колодец находится примерно в 4000 футов от реки Миссури. Обратите внимание, как длительное повышение уровня реки приводит к повышению уровня воды в аллювиальном водоносном горизонте.

Повышение и понижение уровня воды также может быть вызвано водозаборными скважинами, добывающими подземные воды вблизи наблюдательных скважин. Многие наблюдательные колодцы, особенно те, которые первоначально использовались в качестве колодцев для муниципального водоснабжения, показывают изменения уровня воды, отражающие использование муниципальной воды. Большинство городов и поселков используют значительно больше воды в летние месяцы, чем в другое время года, поэтому нормально видеть, как уровень грунтовых вод падает в это время и восстанавливается в непиковое время года. Несколько наблюдательных скважин находятся очень близко к действующим добывающим скважинам. Наблюдательный колодец Rolla Ramada Inn был пробурен как колодец для муниципального водоснабжения, а гораздо позже был сконфигурирован для сбора информации об уровне воды. Это очень близко к действующим муниципальным колодцам. Быстрые колебания уровня воды, которые он регистрирует, связаны с циклическим включением и выключением насосов в близлежащих добывающих скважинах (рис. 4). Наблюдательная скважина Rolla Ramada Inn также демонстрирует отчетливо выраженную схему цикла снижения-восстановления. На гидрографе показано, как близлежащий муниципальный колодец Ролла влияет на уровень воды в наблюдательном колодце. Когда данные были собраны, муниципальная скважина (одна из 17 скважин, обслуживающих Ролла) испытала семидневный цикл с примерно одним днем ​​откачки, за которым следовали шесть дней восстановления.

На несколько скважин сильно влияет близлежащая промышленная откачка. Промышленное использование воды часто тесно связано с рабочей неделей. Наблюдательный колодец Дрезденской школы (рис. 5) находится вблизи крупного промышленного водопользователя. Уровень воды в колодце обычно самый высокий по понедельникам и самый низкий в начале субботы. Использование воды в выходные дни намного меньше, чем в течение недели, что позволяет уровням воды несколько восстанавливаться до утра следующего понедельника, когда цикл откачки снова начинается.

Длительные циклы откачки влияют на несколько наблюдательных скважин. На уровень воды в наблюдательной скважине «Золотой город» больше всего влияет сельскохозяйственное орошение. Сезон орошения на юго-западе Миссури обычно начинается в начале июля и заканчивается в середине сентября. В период с конца сентября по начало июля наблюдательная скважина Золотого города показывает колебания примерно от 6 до 8 футов из-за откачки из других скважин города. Однако уровень грунтовых вод в водоносном горизонте Озарк в этом районе резко падает в течение сезона орошения, а затем медленно восстанавливается в оставшуюся часть года (Рисунок 6).

Две соседние наблюдательные скважины (Valley Water Mills в Спрингфилде) независимо контролируют один из двух основных водоносных горизонтов. Более глубокий водоносный горизонт Озарк используется несколькими высокопродуктивными муниципальными и промышленными скважинами. Уровень воды в наблюдательном колодце может упасть на 80 футов из-за непрерывной откачки. После прекращения откачки водоносный горизонт восстанавливается так же быстро, как и осушался. Водоносный горизонт плато Спрингфилд более мелкий и обычно не используется в качестве источника воды из-за потенциального загрязнения. Хотя уровень воды в наблюдательной скважине водоносного горизонта плато Спрингфилд колеблется, с 2014 года уровень воды не изменился более чем на 8 футов (рис. 7).

Несколько наблюдательных скважин зафиксировали долгосрочное снижение уровня воды, связанное с использованием подземных вод. Долгосрочные гидрографы в Ноэле, Голден-Сити, Ламаре, Новой Флоренции, Седалии и Ролле (Ramada Inn) показывают долгосрочные снижения от менее 50 футов до целых 400 футов. И наоборот, наблюдательная скважина Фестуса показывает как раз обратное. В 2000 году, когда скважина была оборудована записывающим оборудованием, глубина воды в Фестус составляла около 275 футов. В настоящее время уровень грунтовых вод в наблюдательной скважине составляет в среднем около 75 футов ниже поверхности земли. Восстановление уровня грунтовых вод в этом районе связано с изменением источников водоснабжения. Большая часть воды, ранее подаваемой из многочисленных глубоких колодцев, добываемых из водоносного горизонта Озарк, теперь поставляется за счет поверхностных вод, подаваемых на юг из округа Сент-Луис в северный округ Джефферсон, а также за счет установки коллекторной скважины большой мощности в аллювии реки Миссисипи в Фестус. Другие скважины, показывающие долгосрочный подъем грунтовых вод, включают Кассвилл, Монетт и Оцеола.

Колебания из-за изменений атмосферного давления 

Дожди — не единственный погодный фактор, который может влиять на уровень грунтовых вод. Изменения атмосферного давления также могут вызывать колебания уровня грунтовых вод. Атмосферное давление обусловлено гравитационным притяжением Земли воздуха в атмосфере. На уровне моря вес атмосферы оказывает давление около 14,7 фунтов на квадратный дюйм на поверхность Земли, что эквивалентно давлению, оказываемому столбом ртути, равным 29.0,92 дюйма в высоту.
По данным офиса Национальной метеорологической службы в Спрингфилде, атмосферное давление в этом районе обычно составляет от 29,6 до 30,2 дюймов ртутного столба, но может быть выше или ниже в необычных погодных условиях. В период с января 2015 года по сентябрь 2020 года атмосферное давление, измеренное в Санборн Филд, Университет Миссури, Колумбия, варьировалось от 29,15 до 30,95 дюймов ртутного столба.

Изменения барометрического давления вызовут изменение уровня воды в некоторых колодцах. Связь обратная. Повышение атмосферного давления вызовет падение уровня воды в колодце, а уменьшение атмосферного давления вызовет повышение уровня воды в колодце.

Ряд скважин в сети наблюдательных скважин ясно показывают барометрические тенденции. Прохождение мощной системы высокого или низкого давления обычно приводит к изменению уровня воды в колодцах от 0,2 до более чем 0,5 фута. На рис. 8 показан гидрограф наблюдательной скважины Шелбина в округе Шелби. Барометрическое давление, измеренное на месторождении Санборн, также показано на графике. Совершенно очевидна обратная зависимость между изменениями барометрического давления и изменениями уровня воды. Известно, что многие наблюдательные скважины демонстрируют барометрические эффекты. Некоторые из них включают Джеймсон, Маунт-Леонард, Седалию, Венцвилль, Лонгвью, Нью-Флоренцию, Оцеолу, Уорренсбург, Десото, Акерс, Линн, Урих, Салливан, Мексику, Ливан и Фредериктаун.

Колебания из-за деформации водоносного горизонта 

Изменения уровня воды из-за деформации водоносного горизонта обычно происходят либо из-за приливов, либо из-за землетрясений. Другие внешние нагрузки, вызванные тяжелыми грузовиками и поездами, также могут вызывать колебания грунтовых вод в некоторых водоносных горизонтах.
Когда большинство людей думают о приливах, они сразу же думают об изменении уровня моря, вызванном гравитационным притяжением солнца и луны, наряду с другими факторами. Приливные воздействия на подземные воды, обычно называемые земными приливами, не имеют ничего общего с океанами, а связаны с гравитационным воздействием солнца и луны. Изменения гравитационного притяжения вызывают небольшое расширение некоторых водоносных горизонтов, что временно незначительно изменяет пористость водоносного горизонта. Колодцы, затронутые приливными эффектами, сообщают о двух максимальных и двух минимальных уровнях воды в день, каждый из которых находится с разницей примерно в шесть часов. Минимальные измерения происходят, когда Луна находится либо прямо над головой, либо на противоположной стороне планеты. Наиболее сильные эффекты наблюдаются в новолуние, когда Луна находится непосредственно между Землей и Солнцем, и в полнолуние, когда Земля находится между Солнцем и Луной. В фазах первой четверти и третьей четверти, когда Луна находится под прямым углом по отношению к Земле и Солнцу, циклы становятся очень плохо выраженными.

Колебания уровня воды из-за приливно-отливных явлений, как правило, небольшие, в диапазоне от 0,2 до 0,4 фута. На рис. 9 представлен гидрограф наблюдательной скважины «Аврора», на котором показаны изменения уровня воды в течение месяца. Фазы луны также указаны на графике. Многие наблюдательные скважины показывают, по крайней мере, некоторые эффекты земных приливов. Некоторые из наблюдательных колодцев, которые обычно показывают приливные эффекты, включают Мексику, Ламар, Колумбию, Урих, Акерс, Фэрвью, Вест-Плейнс, Аврору, Фредериктаун, Нью-Флоренс, Линн, Седалию, Венцвилл, Сен-Клер и Дрейк. Графики, которые лучше всего показывают приливные эффекты, как правило, относятся к скважинам, на которые не влияют другие способы. Колодцы, которые обычно проявляют приливные эффекты, но уровень воды в которых меняется гораздо больше, чем на несколько десятых фута в день из-за близлежащей откачки, пополнения грунтовых вод и т. д., теряют гладкую синусоидальную кривую, характерную для приливных эффектов.

На уровень грунтовых вод может в небольшой степени (несколько сотых фута) влиять вес проезжающих грузовиков или поездов, при условии, что они находятся достаточно близко к колодцу. Много лет назад наблюдательные скважины были оборудованы графическими самописцами, которые использовали бумагу, перо и чернила для записи гидрографа уровня воды. Любое изменение уровня воды более чем на несколько тысячных фута моментально фиксировалось на бумажной диаграмме. Такие события, как проезжающие поезда и тяжелые грузовики, непродолжительны, поэтому изменение гидрографа выглядело как небольшие вертикальные линии чуть выше обычной линии уровня воды. Сегодня данные собираются каждые 30 минут, и если проезжающий мимо тяжелый грузовик или поезд влияет на уровень воды в колодце, вероятность регистрации этого изменения невелика. Рядом со смотровым колодцем Мендон проходит железнодорожная ветка. Смотровая скважина Мальдена находится на краю полосы отвода шоссе. Когда мимо проезжает тяжелая машина, уровень воды в колодце поднимается на несколько сотых фута, затем возвращается к прежнему уровню. Эти изменения обычно не отражаются в 30-минутном отчете о сборе данных.

Землетрясения вызывают одни из самых резких колебаний уровня грунтовых вод, связанных со стрессом, регистрируемых наблюдательными скважинами. Сейсмические колебания уровня воды, также называемые гидросейсмами, обычно наблюдаются после сильных землетрясений. Энергия, выделяемая землетрясениями, распространяется на большие расстояния в виде нескольких различных типов волн. Колодцы, расположенные относительно близко к месту сильного землетрясения, могут испытывать постоянные изменения уровня воды. Однако землетрясение обычно вызывает колебания уровня воды в колодце в течение, возможно, нескольких минут, прежде чем вернуться к своему нормальному уровню.

Обсуждаемые ранее самописцы с ручкой и чернилами были способны лучше измерять колебания уровня воды, вызванные землетрясениями, чем цифровое оборудование, используемое сегодня. Несмотря на то, что используемое в настоящее время оборудование регистрирует уровень воды каждые 30 минут, в сети наблюдательных скважин наблюдалось много землетрясений. 7 сентября 2017 г., 23:49. (CDT), землетрясение магнитудой 8,1 произошло у побережья Чьяпаса, Мексика. Из 148 действующих в то время наблюдательных скважин 24 зафиксировали возмущение уровня воды, вызванное сейсмическими волнами. Уровень воды в одних колодцах повысился, а в других упал (рис. 10). Кроме того, в то время как некоторые скважины, например, в Помм-де-Терре, восстановились сразу же, другие нарушения имели более длительное воздействие, например, в наблюдательной скважине на реке Куивр. Точная причина этого явления до конца не выяснена. Сеть наблюдательных скважин также зафиксировала землетрясение 3 ноября 2003 г. на Аляске и землетрясение 26 декабря 2004 г. на Суматре, Индонезия, силой более 9 баллов.,000 миль.

Описанные выше модели гидрографа уровня грунтовых вод помогают тем, кто использует эту информацию, распознавать основные формы гидрографа и понимать факторы, вызывающие изменения уровня грунтовых вод. Многие скважины могут показывать несколько закономерностей.