III Международный конкурс
научно-исследовательских и творческих работ учащихся
«СТАРТ В НАУКЕ»
 
     

ПОСЛЕДСТВИЯ КОЛЕБАНИЙ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД
Андреева А.С.
Текст научной работы размещён без изображений и формул.
Полная версия научной работы доступна в формате PDF


воды… Наверняка много раз мы слышали эти слова или даже сталкивались с этим явлением в жизни, но что мы о них знаем?

Введение.

В России первые научные представления о подземных водах как о природных растворах, их образовании путем инфильтрации атмосферных осадков и геологической деятельности подземных вод были высказаны М.В. Ломоносовым в сочинении «О слоях земных» (1763 г.). До середины 19 века учение о подземных водах развивалось как составная часть геологии. Затем оно обособляется в отдельную дисциплину - гидрологию. Общая гидрогеология изучает происхождение подземных вод, их физические и химические свойства, взаимодействие с вмещающими горными породами. Изучение подземных вод в связи с историей тектонических движений, процессов осадконакопления и дианогенеза позволило подойти к истории их формирования и способствовало появлению в 20 веке новой отрасли гидрогеологии - палеогидрогеологии (учение о подземных водах прошлых геологических эпох). Во второй половине 20 века начали разрабатываться методы прогноза режима подземных вод, что имеет важное практическое значение при эксплуатации подземных вод, гидротехническом строительстве, орошаемом земледелии и решении других вопросов.

Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям. Так, во время весеннего половодья и паводков уровень воды в реке, поднимаясь выше уровня речного потока, направленного к реке, вызывает отток воды из нее и подъем уровня грунтовых вод. Это снижает высоту уровня весенних половодий. На спаде грунтовые воды начинают питать реку, и уровень грунтовых вод понижается.

Проблема: В Клявлино у многих есть свои огороды и собственные овощехранилища-погреба, где люди хранят урожай. Но нередко случается так, что урожай портится. Это происходит из-за того, что погреба весной оказываются затопленными подземными водами. Также страдают и сами жители, живущие на первых этажах многоквартирных домов. Полы и стены покрываются плесенью из-за повышения влажности в весенний период. Я решила узнать, почему же так происходит и что можно сделать для решения данной проблемы.

Цель: исследование последствий колебания уровня грунтовых вод на территории ж./д. ст. Клявлино

Задачи:

- собрать и изучить необходимую информацию о подземных водах и их образовании;

- изучить распределение подземных вод по территории Самарской области;

- изучить колебания уровня грунтовых вод на территории Клявлино и их последствия;

- вывести основные причины колебаний;

- провести собственное исследование уровня колебания грунтовых вод;

- опросить местных жителей по данной проблеме.

Актуальность: информация, полученная в ходе исследования, может быть использована местными жителями для правильного выбора места под строительство зданий, погребов, подвалов и сохранения урожая.

Гипотеза: Изучив основное местонахождение грунтовых вод на территории Клявлино и причины их колебания, можно выявить наиболее благоприятные участки для постройки зданий или овощехранилищ.

Объект исследования: грунтовые воды и уровень их колебания.

Предмет исследования: затопленные погреба и подвалы.

Методы: опрос, анализ (статистическая обработка данных), работа с источниками информации, наблюдение.

2. Основная часть.

  1. Подземные воды.

Подземные воды — воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и парообразном состоянии. Подземные воды являются частью водных ресурсов.

В областях существования подземных вод температура колеблется от -93 до 1200.°С, давление — от нескольких до 3000 МПа. Подземные воды, перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называются гравитационными или свободными водами, в отличие от связанных вод (гигроскопические, плёночные, капиллярные и кристаллизационные воды). Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты, или пласты. Первый от поверхности Земли постоянно существующий безнапорный водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод.

Непосредственно над их поверхностью (зеркалом грунтовых вод) распространены капиллярные воды, которые могут быть подвешенными, т.е. не сообщающимися с зеркалом грунтовых вод. Всё пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод называется зоной аэрации, в которой происходит просачивание вод с поверхности. В зоне аэрации на отдельных разобщённых прослоях пород, обладающих меньшей фильтрационной способностью, в период питания грунтовых вод могут образовываться временные, или сезонные, скопления подземных вод, называющиеся верховодкой

2.Происхождение подземных вод

Подземные воды формируются в основном из вод атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и просачивающихся в землю на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, так же просачивающихся в землю. Количество влаги, прогоняемой таким образом в почву, составляет 15-20 % общего количества атмосферных осадков. Проникновение вод в грунты (водопроницаемость), слагающих земную кору, зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески, трещиноватые породы.

К водонепроницаемым породам – массивно- кристаллические породы (гранит, мрамор), имеющие минимальную возможность впитывать в себя влагу, и глины. Последние, пропитавшись водой, в дальнейшем ее не пропускают. К породам полупроницаемым относятся глинистые пески, рыхлые песчаники, рыхловатые мергели и т.п. Подземные воды в земной коре распределены в двух этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими породами, содержит ограниченное количество воды.

Основная масса воды находится в верхнем слое осадочных пород. В нем по характеру водообмена с поверхностными водами выделяют три зоны: зону свободного водообмена (верхнюю), зону замедленного водообмена (среднюю) и зону весьма замедленного водообмена (нижнюю). Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого, хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются минеральные воды различного состава. Это – древние воды. В нижней зоне находятся высокоминерализованные рассолы. Из них добывают бром, йод и другие вещества. Подземные воды образуются различными способами.

Один из основных способов образования подземной воды – просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод (озер, рек, морей)

По теории, просачивающаяся вода доходит до водоупорного слоя и накапливается на нём, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. При этом длительный моросящий дождь создает лучшие условия для просачивания, чем обильный ливень, так как чем интенсивнее осадки, тем с большей скоростью выпавшая вода стекает по поверхности почвы. Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт; пологие, наоборот, увеличивают их просачивание. Растительный покров (лес) увеличивает испарение выпавшей влаги и в то же время усиливает выпадение осадков. Задерживая поверхностный сток, он способствует просачиванию влаги в грунт. Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.

Таким образом, возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Поверхность грунтовых вод, называется зеркалом грунтовых вод.

Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупора называют мощностью водоупорного слоя. Количество воды, просочившийся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности к горизонту, растительного покрова. По происхождению подземные воды бывают:

- Инфильтрационные образуются, когда с поверхности земли в грунт просачиваются дождевые, талые или речные воды.

- Конденсационные образуются в порах и трещинах пород при конденсации водяных паров.

- Седиментационные образуются в процессе образования осадков и представляют собой захороненные воды морского происхождения.

- Магматогенные образуются из магмы при ее кристаллизации.

Классификация подземных вод.

По характеру пустот подземные воды делятся на:

- поровые находятся в песках и обломочных породах

- трещинные находятся в гранитах, песчаниках т.е. в скальных породах

- карстовые находятся в известняках, гипсах т.е. в растворимых породах. [4]

Уровень грунтовых вод

Определение уровня грунтовых вод начинают с нахождения водоносного пласта. На ровной поверхности или участке он везде одинаковый, а при неровностях уровень проходит выше в повышенных местах и ниже - в низинах. Обычно они располагаются на расстоянии до 20 м, в заболоченных местностях - до 1 м. Если вода на территории заливает мелкие впадины, то ее уровень находится выше поверхности земли. В дождливую погоду их уровень повышается, а с засухой – понижается.

По условиям залегания подземные воды делятся на три типа:

Верховодка. Подземные воды, залегающие близко к поверхности земли. От других типов подземных вод отличается тем, что распространяется непостоянно и является временным явлением, а так же может существовать только в период достаточного увлажнения. Благодаря верховодке образуется заболачивание местности.

Грунтовые воды. Подземные воды, залегающие ниже верховодки в первом водоупорном горизонте, с постоянным притоком воды. Их уровень повторяет неровности рельефа, на равнинах он выше, а в более возвышенных местах ниже. Колебание уровня зависит от таких факторов, как количество выпадающих осадков, климат, рельеф, растительность, хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды перемещаются в сторону понижения рельефа, а при выходе на поверхность образуют родники, поэтому эти воды используются для питья и полива.

Напорные или артезианские воды. Подземные воды, находящиеся в водоносном слое и испытывающие постоянное давление. Характеризуются хорошим качеством и постоянством воды. [3]

Значение грунтовых вод.

Грунтовые воды относительно легкодоступны, и поэтому имеют большое значение для водоснабжения промышленных предприятий и различных населённых пунктов. Их добывают путем бурения скважин и колодцев с гравийной отсыпкой, сочетая с сетками галунного плетения. Грунтовые воды являются показателем чистоты почв, местности.

Влияние на хозяйственную деятельность человека.

Чем же они опасны? Наличие грунтовых вод ограничивает реализацию отдельных строительных процессов, к примеру: выбор фундамента, наличие цокольного этажа, подвала, погреба или септика. В строительстве грунтовые воды наносят ущерб, разрушающе действуют на бетон и прочие строительные материалы. Перед началом проектирования сооружений необходимо провести исследование территории, при этом особое внимание обращают на наличие, характер, химический состав (агрессивность) грунтовых вод, а также, на ожидаемые водопритоки. Агрессивность определяют растворимостью карбоната кальция и оценивают следующими степенями: общекислотная, выщелачивающая, магнезиальная, сульфатная и углекислотная. Грунтовые воды в подвале тормозят процесс земляных работ, поскольку они размывают грунт и не дают возможности вести строительство. Стены теряют несущую способность и теряют герметичность. Грунтовые воды в подвале существенно влияют на прочность фундамента, а кроме этого, требуются дополнительные защитные меры. От напорной воды защиту зданий проводят устройством дренажей и водоприемника, а также за счет создания водонепроницаемой оболочки стен и пола подвала.

Распределение подземных вод по территории Самарской области.

Самарская область не особо богата водой. Вода из Волги не чистая родниковая и перед употреблением нуждается в специальной очистке. Подземные воды в очистке не нуждаются. Также их температура одинакова круглый год. Поэтому гидрологи ищут ее везде. Все подземные воды отличаются друг от друга по происхождению, местоположению, минерализации, температуре и другим признакам. По происхождению на территории Самарской области чаще всего встречаются инфильтрационные воды, по расположению чаще можно встретить грунтовые воды. В зависимости от минерализации и химического состава в Самарской области встречаются пресные подземные воды, слабо и сильноминерализованные, а также крайне редко встречающиеся в природе сероводородные воды, в основном на территории Сергиевского района. Распределение подземных вод по территории области неравномерное из-за сложной геологической структуры области. [7]

Подземные воды в Клявлинском районе:

  1. Первые подземные воды можно наблюдать на глубине от 60 до 100 метров. (Водоносных горизонтов меловых отложений нет)

  2. Качество подземных вод Клявлинского района: преимущественно пресные и умеренно жесткие

  3. Клявлинский район занимает первое место в области по количеству родников (по данным инвентаризации родников Самарской области 2002года). [8]

Вывод: изучив литературу по данной теме я пришла к заключению, что именно «Верховодка» является причиной подтопления нашего погреба. Я решила пронаблюдать за уровнем её подъёма

3.Свое исследование

Несколько лет назад на улице Мира началось строительство жилого дома. На данный момент оно приостановлено. Фундамент был заложен на глубину 2 метра, каждый год все это пространство оказывается затопленным. Это свидетельствует о том, что если бы в данное время в этом доме кто-либо проживал, то, скорее всего, столкнулся бы с такой проблемой, что стены и полы первого этажа покрылись бы плесенью из-за сырости и постепенно разрушились. Я живу на улице Кооперативной. У нас есть погреб, и он каждую весну под самое творило заполняется водой. Чтобы овощи не пострадали, папе приходится все запасы овощей и консервированных продуктов вытаскивать из погреба и размещать дома на веранде. Но картофель там быстро портится – вянет, зеленеет, консервированные огурцы и помидоры тоже портятся – мутнеют, «взрываются». А вода в погребе держится до середины лета, а когда она исчезает, то приходится долго сушить его и проветривать, чтобы подготовить его к будущему урожаю. И я заинтересовалась, только мы страдаем, или есть ещё люди с той же проблемой?

Я провела опрос среди жителей станции Клявлино и выяснила, что людям, которые живут на улице Гагарина, Мира, Победы, Западная, Рабочая, Пушкина, Пионерская, Кооперативная, Юбилейная, Первомайская, Северная, Тракторная - ежегодно приходится сталкиваться с такой же проблемой. Как выяснилось, почти каждый год их подземные хранилища оказываются затопленными, из-за чего у кого-то портятся овощи. А у некоторых даже стены домов покрываются плесенью.

В ходе опроса, я также выяснила, что от затопления хранилищ не страдают жители лишь нескольких улиц станции Клявлино: Капралова, 70лет Октября, Прониной, Максима Горького, Льва Толстого. (Приложение 1)

Чаще всего люди сталкиваются с проблемой затопления весной. Как правило, этот период начинается с первыми устойчивыми теплыми температурами, то есть к середине апреля, а заканчивается обычно в то время, когда уже устанавливаются довольно высокие температуры, то есть в начале июня. По моим наблюдениям, в конце марта, после двадцатого числа в погребе начинает повышаться влажность, стены запотевают. В середине апреля набирается вода высотой 30см, через два дня уровень её уже 50см, а потом, буквально за пару дней, уровень поднялся до двух метров. Весь май погреб заполнился водой до самого творила, а высота погреба 2 метра. Опускаться уровень начал только к середине июня, причем вода уходила медленно и к концу июня погреб опустел, но ещё долго его нужно было сушить. ( Приложение 3)

Если инфильтрационные подземные воды образуются, когда с поверхности земли в грунт просачиваются дождевые, талые или речные воды, то скорее всего таяние снега вызывает подъём уровня грунтовых вод (верховодки). Они устремляются во все пустоты в грунте, в том числе и в погреба, подвалы и колодца.

Со слов бабушки, по улице Кооперативной за последние тридцать лет лишь один раз не было подтопления погреба, это было в 2013-ом году.

(Приложение 4)

Заключение.

Грунтовые воды относительно легкодоступны, и поэтому имеют большое значение для водоснабжения промышленных предприятий и различных населённых пунктов. Причиной затопления погребов в весенний период, является верховодка, то есть подземные воды, залегающие близко к поверхности земли. Грунтовые воды в подвалах или погребах существенно влияют на прочность фундамента, а кроме этого, требуются дополнительные защитные меры. От напорной воды защиту зданий проводят устройством дренажей и водоприемника, а также за счет создания водонепроницаемой оболочки стен и пола подвала или погреба. (Приложение 5)

Для максимально точного определения водоносной ситуации на своем участке, необходимо прислушаться к следующим советам:

  • Верховодка характерна для тех участков, где присутствуют суглинки и глина. Конечно, на участках с другими типами почв также может возникать верховодка, но там она проявляется не так ярко и не доставляет такого количества проблем. Сделать погреб в зоне с другими почвами будет значительно проще.

  • Кроме того, верховодка появляется в тех местах, неподалеку от которых роют глубокие котлованы или ведут строительство. Поэтому имеет смысл подождать, пока все строительные работы по соседству полностью завершаться.

  • Весной и осенью, когда идут дожди и реки выходят из берегов, верховодка будет практически везде. Как уже говорилось, работы лучше всего проводить в летнее время, когда верховодка не беспокоит, и грунтовые воды опускаются на минимальный за весь год уровень.

  • У грунтовых вод есть определенные границы, но уровень воды может серьезно варьироваться. Именно поэтому всегда можно предугадать поведение грунтовых вод, а вот с верховодкой в этом случае всё сложнее.

Вывод: в ходе своей исследовательской деятельности я собрала необходимую информацию о подземных водах и их образовании, изучила распределение подземных вод по территории Самарской области, изучила колебания уровня грунтовых вод на территории ж.-д. ст. Клявлино, узнала основные причины их колебаний, опросила местных жителей, провела собственное исследование колебания уровня грунтовых вод на примере собственного погреба. Пришла к выводу, что причиной затопления погребов и подвалов является - верховодка. Это подземные воды, залегающие близко к поверхности земли. От других типов подземных вод отличается тем, что распространяется непостоянно и является временным явлением, а так же может существовать только в период достаточного увлажнения (весной). Благодаря верховодке образуется заболачивание местности и подтопление подземных помещений.

Список используемой литературы

1.Бондарев В.П. Геология. Курс лекций: Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования. – М.: Форум: Инфра М., 2002. – 224 с.

2. Горошков И.Ф. Гидрологические расчёты. – Л.: Гидрометеоиздат, 1979. – 432 с

3. Киссин И.Г. Вода под землёй. – М.: Наука, 1976. – 224 с.

4. Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. Вода и жизнь на Земле. – М.: Наука, 1981. – 184 с.

5. Черданцев В.А., Пивон Ю.И. Методические указания по дисциплине: «Гидрология». – Новосибирск: НГАЭиУ, 2004, 112 с.

6. Справочное руководство гидрогеолога. В 2 томах. Под ред. В.П. Якуцени. – Л.: Недра, 1967. – Т.1. – 592с.

7. http://историческая-самара.рф/ информация о подземных водах Самарской области8.http://svyato.info/ информация о подземных водах Клявлинского района

Приложение 1.

Улицы, затапливаемые верховодкой

Улицы, не затапливаемые верховодкой

 

Ворошилова

Гагарина

Дружбы

Западная

Капралова

Мира

Льва Толстого

Кооперативная

Максима Горького

Первомайская

70лет Октября

Победы

Прониной

Пушкина

 

Рабочая

Подлесная

Северная

Полевая

Тракторная

Пригородная

Юбилейная

Чкалова

Приложение 2. Карта ж.-д. ст. Клявлино. Красным цветом выделены улицы на которых происходит подтопление погребов и подвалов.

Приложение 3. Погреб заполнен водой.

Приложение 4. График заполнения подземными водами погреба.

Приложение 5. Рекомендации жителям домов на тех улицах, где происходит подтопление грунтовыми водами подвалов и погребов.

  1. Необходимо тщательно герметизировать пол и стены помещения, а также организовать эффективный отвод воды от постройки. Если несмотря на все старания грунтовые воды все-таки проникают в погреб, то избавляться от них следует очень быстро, чтобы подвал не находился под действием влаги длительное время.

  2. Если в здании предполагается подвал, то оптимальным решением будет монолитная железобетонная плита.

  3. Если вы хотите сделать подвал абсолютно герметичным, вы можете использовать литую емкость – кессон.

  4. Необходимо еще на этапе строительства дома сделать качественную гидроизоляцию. В большинстве случаев, для этого применяются битумные мастики и специальные смеси. Гидроизоляция обмазочного типа наносится на поверхность стен подвала снаружи.

  5. Изоляционный слой под плитой фундамента подвала (погреба, гаража, дома) и хорошая гидроизоляция стен.

  6. Наличие внутреннего дренирующего контура (он отвечает за сбор влаги).

  7. Эффективный и стабильный откачивающий насос.