Водоносные горизонты и подземные воды: как найти водоносный слой самостоятельно при бурении скважины

Вода на участке: откуда она берётся

Наша Земля — планета воды: более 70% её поверхности покрыто Мировым океаном. Подземные воды — часть водных ресурсов планеты. Они составляют примерно 1,5% от всех мировых водных запасов и две трети от объёма всей воды суши. Объём воды, находящейся под землёй, в 50 тысяч раз превосходит количество воды, наполняющее все реки на Земле.

Вода — это жизнь

Водные ресурсы Земли представляют собой единый комплекс, находящийся в постоянном динамическом равновесии, называющимся круговоротом воды в природе. Их объём составляет 1 351 421 тысяч кубических километров, из которых:

• мировой океан — 1 350 000 тыс км³;
• испарение с поверхности океанов, рек, озёр, земли — 452 тыс км³;
• осадки — 385 тыс км³;
• снег и лёд — 250 тыс км³;
• облака — 111 тыс км³;
• подземные воды — 84 тыс км³;
• транспирация (испарение воды растениями) — 71 тыс км³;
• перенос влаги от океанов вглубь суши — 40 тыс км³;
• поверхностные стоки — 38 тыс км³;
• влага в атмосфере — 13 тыс км³;
• поверхностные источники воды (реки, озёра, болота и пр.) — 2 тыс км³;
• подземные стоки — 2 тыс км³.

Подземными называют воды, находящиеся ниже уровня поверхности земли, в горных породах верхних областей земной коры в жидком, газообразном или твёрдом состоянии. Жидкую часть подземных вод, находящуюся в свободном состоянии, способную перемещаться под действием сил гравитации, гидрогеологи именуют фреатическими, то есть «наполняющими колодцы».

Фреатические воды, в зависимости от степени водопроницаемости, влагоёмкости и способности к водоотдаче горных пород, в которых они накапливаются, образуют водоносные горизонты, совокупность которых формирует водоносные комплексы.

Водоносный горизонт

Водоносным горизонтом (в иностранных источниках — аквифером) называют пласты осадочных горных пород, близкие по своему составу и происхождению, и имеющие определённую степень водопроницаемости. Существует четыре основных типа горных пород, составляющих аквиферы:

• аллювиальные отложения — несцементированные отложения постоянных водных потоков (рек, ручьёв), состоящие из песка, гравия, гальки;
• уплотнённые осадочные породы;
• неуплотнённые ледниковые отложения;
• трещеноватые метаморфические горные породы.

В рыхлых, несцементированных породах вода накапливается в порах, в уплотнённых — в трещинах и кавернах, в водорастворимых типа гипса, известняка или доломита — в карстах.
Водоносные горизонты подстилаются водонепроницаемыми или слабо водопроницаемыми пластами — массивами гранита, глины. Водонепроницаемые пласты называются водоупорами. Надо понимать, что полностью водонепроницаемых грунтов нет: вода дырочку найдёт. Говоря о том, что пласт водонепроницаем, имеют в виду его крайне слабую водопроницаемость.

В большинстве случаев водоносные горизонты скрыты под поверхностью почвы: для добычи воды аквиферы вскрывают с помощью колодцев или скважин. Но бывает, что они вскрываются естественным путём, обнажаясь на склонах холмов или оврагов. Такое место выхода подземной воды на поверхность называют ключом или родником.

Откуда берётся вода в водоносном горизонте

Происхождение подземных вод различно в зависимости от глубины их залегания. В нижних слоях земной коры находятся метаморфогенные, магматогенные и седиментогенные подземные воды. Они появились миллионы лет назад, во время формирования земной коры: при извержении вулканов (магматогенные), метаморфизма осадочных горных пород (метаморфогенные) или в результате выдавливания воды последующими наслоениями из иловых осадков древних морей (седиментогенные). Такие подземные источники воды представляют величайший интерес для геологов, гидрогеологов и палеонтологов, но совершенно бесполезны для дачников и владельцев загородных домов, мечтающих о водопроводе на собственном участке.

С точки зрения строительства колодцев и бурения скважин интересны верхние водоносные горизонты. Именно они и участвуют в круговороте воды в природе. Верхние водоносные горизонты пополняются в основном за счёт инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков: дождей и талых вод. В их питании участвуют и воды, фильтрующиеся из наземных источников — рек, озёр, болот.

Верхние водоносные горизонты пополняются за счёт инфильтрации атмосферных осадков, вод рек, озёр, болот.

Другой источник пополнения — конденсация влаги из воздуха в трещинах и порах горных пород. Такой способ наиболее характерен для пустынных областей с резкими температурными колебаниями между днём и ночью. По водоупорным пластам подземные воды стекают в поверхностные водные источники (озёра, реки) или в моря и океаны. То есть то ведро воды, которое вы достали из колодца или подняли с помощью насоса из скважины, — малая часть 84 000 км³ подземных вод Земли.

Расположение водоносных слоев

Почва, не является монолитной структурой, в зависимости от состава, имеет различные характеристики, но имеет схожее расположение водоносных слоев.

Водоносные слои или горизонты образовываются в результате атмосферных осадков, грунт через который они проходят — природный фильтр. Слои залегают на разной глубине чередуясь в водоупорными пластами земли, глины и горных пород, имеет различную глубину, в зависимости от региона, бывают как строго горизонтальные, так и бесформенное положение.

Самое интересное, форма водоносного слоя может различаться даже он отдельном СНТ или деревне, бывают случаи когда строители колодцев не могут докопаться до воды на 15 метрах, хотя у соседа два-три кольца уже на 5 метрах.

При поиске голубого вещества и ориентации источника по участке желательно иметь хотя бы поверхностных знания о водоносных слоях и их залегании.

Какими бывают водоносные слои

Грунт на срезе очень неоднороден по своему составу. Его пласты располагаются горизонтальными слоями разной толщины. Одни из них хорошо пропускают через себя воду, а у других эта способность отсутствует либо очень мала, поэтому они являются водоупорами. Очень хорошо видны водоносные слои при бурении скважин на воду, и если бурить глубоко, можно оценить состав всех пластов.

По глубине залегания

По мере удаления от поверхности земли подземные воды делятся на несколько видов.

• Верховодка – на глубине от 3-5 м.

Это очень неустойчивый слой воды, объем которой напрямую зависит от времени года, количества осадков. При длительной засухе или активном водозаборе он может иссякать и восстанавливается только за счет атмосферных осадков. Они просачиваются через грунт, по пути вбирая в себя встречающиеся на пути загрязнения. Если поблизости есть промышленные предприятия, крупные автодороги, выгребные ямы, скотные дворы, кладбища, то использовать верховодку для питьевых целей категорически нельзя. Опасность усугубляется ещё и тем, что такая вода насыщена кислородом, поэтому в ней активно размножаются микроорганизмы.

• Грунтовые воды – на глубине от 6-8 до 40 м.

Этот слой лежит на водоупоре в виде глины, а вода в него попадает и с поверхности земли, и из природных водоемов, просачиваясь сквозь грунт.

Иногда бывает сложно определить водоносный слой при бурении скважины и не принять верховодку за грунтовые воды. Для этого нужно правильно установить глубину, на которой появилась вода, и оценить её качество. Чем дальше от поверхности, тем чище оказывается вода, так как она лучше фильтруется, проходя через песчаные горизонты, и содержит меньше кислорода.

• Артезианские воды – на глубине от 70 м.

По характеристикам

Собираясь копать колодец или бурить скважину, необходимо найти водоносный пласт и определить его характеристики:

• глубину залегания – чтобы прикинуть объем работ и количество материалов для обустройства источника;
• производительность в виде объема воды, который можно получить за единицу времени – чтобы понимать, хватит ли её на ваши нужды;
• амплитуду колебания воды в зависимости от сезона (для грунтовых вод).

Не имея таких данных, можно зря потратить время и деньги, но не получить ожидаемого результата.

Виды водоносных горизонтов

Когда требуется найти воду, специалисты изучают разные варианты подземных водяных источников. Во-первых, они делятся на две крупные категории:

• безнапорные – локализуются максимально близко к земной поверхности (первый водоносный горизонт), отличаясь нестабильностью показателя производительности;
• напорные – располагаются значительно глубже, не имеют зависимости от температуры воздуха либо от объемов атмосферных осадков.

Также водоносные горизонты имеют классификацию по отдалению их от почвы (заглублением).

Грунтовые воды

Непостоянные водоносные слои, располагающиеся на первом от поверхности непроницаемом слое породы (в основном — глиняном). Перемещение воды в грунте осуществляется в зависимости от рельефных уклонов.

В данном случае бурение скважины осуществляется с уточнением уровня грунтовых вод, для чего оптимальным временем является зима или конец лета (при стабильной сухой погоде).

Первый водоносный пласт отличается нестабильным дебитом и глубиной, величина которой зависит от геологического строения конкретной местности. Основными источниками пополнения являются фильтруемые атмосферные осадки.

Песчаный водоносный горизонт

Скважина на песчаный водонос — наиболее популярный тип среди дачников. Глубина подобных источников обычно колеблется в диапазоне 10-25 метров.

Основной особенностью выступает нахождение пласта с водой, насыщающей песок или галечник, между парой массивных глиняных водонепроницаемых слоев.

Стоимость бурения скважины, доходящая до данного уровня, характеризуется экономичностью, кроме того, на процедуру бурения и монтажа устройства не нужно тратить много сил и времени. Качество воды и химический состав зависим от внешних факторов. В засушливый сезон горизонт может истощитться. Поэтому песчаник чаще используется в качестве источника «технической воды» на даче (душ, полив огорода).

Артезианский горизонт

Артезианский слой – напорный известняковый пласт с максимальной чистотой и глубиной. Этот горизонт отличается стабильностью уровня подачи воды, а также исключительно качественным составом природного продукта.

Наиболее чистая и вкусная вода, оптимально подходящая для питья и приготовления пищи, добывается именно из артезианской скважины, однако стоимость создания такого вида сооружений самая высокая. В зависимости от района Ленинградской области химический состав и дебит могут отличаться. Необходимо сдать воду на химический анализ и установить систему водоподготовки!

Сравнение водоносных горизонтов

Качество воды и глубина залегания

Большая глубина источника не всегда показатель, что вода будет чистой и обогащенный макроэлементами. В большинстве случаев это так, но в отдельных районах с плохой экологической обстановкой, проводят анализ, если вода не соответствует нормами СанПиН, устанавливают дополнительные компоненты фильтрации.

Разгерметизация труб в верхней части скважины дает возможность попаданию бактериям, глине и грузи попасть в шахту источника. Благодаря такому казусу воду даже из артезианской скважины станет непригодной для питья.

Как найти водоносный горизонт

Самым достоверным способом поиска воды является изучение слоев земли по порядку в разрезе при бурении. Он же позволяет точно определить глубину залегания водоносного пласта, его мощность и производительность.

Сбор информации

Есть более простые и менее затратные методы, чем разведочное бурение.

Если поблизости уже есть жилые дома с автономным водоснабжением, достаточно поговорить с их владельцами и получить информацию о глубине их скважины, её дебите, качестве воды и сезонных колебаниях её уровня.

• Обращение в организации, занимающиеся бурением скважин в вашей местности.

У них наверняка есть данные о составе грунтов, водоносных слоях и прочие нужные сведения.

Её можно получить по заявке в Росгеолфонде, местном институте гидрологии, территориальном фонде геологической информации. Или найти на портале Геологическая Библиотека GeoKniga.

Изучение косвенных признаков

У наших предков не было возможности бурить землю на десятки метров или изучать карты с разрезами земной коры. Они полагались на собственную наблюдательность и природные факторы. Эти знания актуальны и сегодня.

Самые явные признаки близости грунтовых вод – это туман, висящий над землей в утренние или вечерние часы, и места произрастания влаголюбивых растений. Чем плотнее туман, тем ближе находится вода. Что же касается растений, то самыми лучшими индикаторами являются заросли брусники, крапивы, ежевики, багульника, мать-и-мачехи, дикого щавеля. Из деревьев больше всего любят воду береза, ольха, ива, верба.

Можно понаблюдать и за животными. Например, собаки в жару копают себе ямки в самых влажных и прохладных местах, куры же несутся в самых сухих, удаленных от воды. Вы никогда не встретите муравейник там, где глубина водоносного слоя небольшая, зато над этим местом по вечерам будут роиться мошки.

Самым точным способом нахождения водяной жилы многие до сих пор считают лозоходство – поиск воды с помощью рогатины из ивовой лозы или металлической рамки. Но немалое количество людей относится к нему скептически, считая чуть ли не магическим ритуалом или надувательством.

Использование приборов

С помощью таких несложных приборов, как барометр и компас, можно решить задачу, как определить водоносный слой по глубине его залегания.

Барометр-анероид поможет, если поблизости есть водоем.

• Сначала измеряют давление у самой воды.
• Затем перемещаются с барометром в точку, где планируется бурить скважину или копать колодец, и снова снимают показания.
• Определяют разницу между показаниями и умножают её на коэффициент 10.
• Полученное значение – это глубина водоносного пласта от поверхности земли.

Например, если стрелка барометра стала показывать на 0,8 мм/рт.столба меньше, чем у водоема, то вода находится на глубине 8 метров, с возможной погрешностью в 1 метр.

Разведочное бурение

На самом деле вода есть везде, вопрос только в том, как глубоко находится водоносный горизонт. Если вы не замахиваетесь на артезианскую скважину, то выбрать лучшее место для колодца или скважины на песок можно с помощью обычного садового бура, который наращивается по длине. Показателем близости воды является влажный крупнозернистый песок.

Простые методы обнаружения

Сегодня найти воду на территории земельного участка можно разными способами, включая наиболее технологические. Однако вне зависимости от наличия современных инструментов и приборов, применение старых методик по-прежнему отличается эффективностью.

Метод глиняного горшка

Древний метод, как отыскать источник воды на дачном участке. На месте, где предполагается выкопать колодец или скважину, на некотором заглублении в земле устанавливался вверх дном хорошо высушенный горшок из глины.

Если через некоторое время в нем скапливалась конденсат, то это служило свидетельством того, что в глубине залегает водоносный слой.

Сходной современной методикой предусматривается применение гранул силикатгеля – специфический материал, характеризующийся прекрасными впитывающими свойствами.

Его высушивают и закапывают на глубине в полтора-два метра внутри закрытого полотном резервуара. Оставляют на 24-30 часов, после чего выкапывают и замеряют вес материала на точных весах.

Чем больше его показатель, тем больше вероятность нахождения под земной поверхностью воды. А значит в этой точке доступно устройство скважины.

Растения

Еще одним старым методом является внимательное отношение к разным объектам флоры. Кроме того, они позволяют даже определить глубину, на которой залегают водные ресурсы. Необходимо обращать внимание на крупные крупы растительности.
К самым «осведомленным» о том, что на глубине присутствуют водные ресурсы, относятся:

• рогоза – определяет наличие воды на глубине примерно в 40-60 см;
• песчаный камыш – водонос залегает в 1-3 метрах под поверхностью земли;
• черный тополь – водоносный пласт расположился не глубже трех метров;
• кустарник Сарсазан – свидетельство наличия горизонта, заглубленного на 5 метров;
• полынь – определяет первый водоносный участок подземных вод на уровне 6-7 метров под землей (песчаная полынь указывает на больший показатель глубины – до десяти метров).

Среди перечня общих примет, по которым можно определить место, в котором находятся водные ресурсы, выделяются особенности корневой системы.

Чем меньше длина корневой системы травянистой растительности, тем выше находятся водоносные слои, и, наоборот, на местности с древесными рощами, кустами и кустарниками с длинными кореньями вода уходит вглубь земной поверхности.

Карта глубин

Специалисты, для которых бурение скважины любого типа является профильной работой, используют готовые наработки, собиравшиеся годами. Многие местные активны населенных пунктов имеют подробные схемы и карты глубин, в которых имеется информация о присутствующих в почве грунтовых водах, а также глубинах их залегания.