Жесткость воды обусловливается присутствием в ней кальция и магния. Для вод, используемых для хозяйственных и технических целей, жесткость имеет большое значение: в жесткой воде, как известно, медленнее развариваются овощи и мясо, она дает накипь в чайниках и т. д. Природные воды подразделяются на мягкие (до 3 мг·экв/л) и жесткие (более 3 мг·экв/л). Для питьевых нужд используется вода с показателями до 7 мг·экв/л.

Рис. 5.5.1.1. Схематический геологический разрез и расположение водозаборных сооружений

Кислотность воды определяется показателем рН. Вода пригодна для питья при рН = 6–9. Если рН < 7, вода считается кислой, при рН > 7 — щелочной.

В питьевых водах концентрация следующих химических компонентов не должна превышать нормы (в мг/л): железа — 0,3; марганца — 0,1; хлоридов — 350; сульфатов — 500; нитратов — 45. Нитраты проникают в подземные воды с навозной жижей и при внесении азотистых удобрений сверх рекомендуемых норм.

Залегание подземных вод. Подземные воды — основной источник водоснабжения сельского населения. На основной равнинной территории подземные воды распространены равномерно. Исключения возможны лишь на участках речных долин, где могут чередоваться проницаемые и слабопроницаемые водонасыщенные породы.

Подземные воды формируются в результате проникновения (инфильтрации) части дождевых и талых вод с поверхности в глубь земли. Другая часть стекает с поверхности в реки, а также испаряется. Проникая в землю, вода частично задерживается в почве и идет на питание растений, остальная же часть достигает водоупорных непроницаемых пород (глин) и формирует подземные воды. Количество проникших осадков обусловливается водопроводимостью почвы и нижележащих слоев горных пород. Чем ниже водопроводимость почвы, тем меньше воды она поглощает в единицу времени и, следовательно, тем большее количество осадков расходуется на поверхностный сток и испарение.

Водопроницаемость почвы и подпочвенных слоев зависит от их состава и структуры. Наибольшее количество осадков поглощают песчаные почвы, поэтому и сток с поверхности песчаных массивов минимальный. Глинистые почвы слабо проницаемы для воды.

Подземные воды по условиям их образования и залегания делятся на следующие типы: верховодку, грунтовые и напорные или артезианские (рис. 5.5.1.1).

Верховодкой называются подземные воды, скапливающиеся на глубине 2–5 м на глинистых породах, имеющих в плане вид линз. Воды верховодки скапливаются в период интенсивных дождей или снеготаяния и держатся сравнительно непродолжительное время. Построенные в этих условиях колодцы работают только в весенний период, а затем пересыхают. Поэтому базироваться на водах верховодки не рекомендуется. Кроме того, в засушливых районах ввиду интенсивного испарения с поверхности земли воды верховодки имеют повышенную минерализацию.

Грунтовые воды — первый от поверхности водоносный горизонт (слой песков, насыщенных водой), залегающий на выдержанном водонепроницаемом пласте (слой глины). Сверху грунтовые воды обычно не перекрываются водонепроницаемыми породами, а водопроницаемый пласт они заполняют не на полную мощность, поэтому поверхность грунтовых вод является свободной, ненапорной. При вскрытии грунтовых вод буровой скважиной или колодцем их уровень устанавливается на той глубине, на которой они были встречены.

На отдельных участках, где есть местное водоупорное перекрытие, грунтовые воды приобретают небольшой напор, величина которого определяется положением уровня грунтовых вод на примыкающих участках без водоупорного перекрытия.

Грунтовые воды повсеместно распространены в природе и существуют в том или ином районе длительное время. Они доступны для использования и чувствительны ко всем изменениям, происходящим в атмосфере. В зависимости от выпадения атмосферных осадков уровень грунтовых вод значительно колеблется: в засушливые годы он понижается, в дождливое время повышается. С течением времени изменяются качественный состав и температура грунтовых вод. Наиболее широко распространена эксплуатация их неглубокими шахтными колодцами в сельской местности.

Поверхность грунтовых вод называется зеркалом. Относительно однородные по составу и водным свойствам пласты горных пород, содержащие грунтовые воды, являются водоносным горизонтом или водоносным пластом. Водонепроницаемая порода, подстилающая водоносный пласт, — водоупор. Мощность водоносного горизонта (потока) определяется расстоянием по вертикали от уровня грунтовых вод до подстилающего водоупорного пласта.

Грунтовые воды движутся в пластах в сторону пониженных участков территории. В особо низких местах они выходят на поверхность в виде нисходящих родников.

Напорные воды или артезианские (Артезия — провинция во Франции, где впервые были обнаружены напорные воды) находятся в водоносных горизонтах, перекрытых снизу и сверху водоупорными пластами. Они имеют напор, который обусловливает подъем уровня воды выше пласта, а иногда и выше поверхности земли (фонтанирующие или самоизливающиеся скважины).

Напорные воды наиболее часто используются для питьевого водоснабжения ввиду хорошей защищенности от загрязнения и благодаря их прекрасным вкусовым качествам. Часто в глубоких оврагах и долинах рек напорные воды выходят на поверхность, образуя восходящие родники или ключи (рис. 5.5.1.2). В этих случаях целесообразно их обустраивать и использовать для питья, но лишь с соблюдением соответствующих санитарно-гигиенических норм.

Определение глубины залегания грунтовых вод. На ровном участке глубина поверхности грунтовых вод практически одинакова. На участках с неровной поверхностью глубина залегания грунтовых вод меньше в пониженных местах.

Рис. 5.5.1.2. Схематический геологический разрез и образование ручьев

Зеркало грунтовых вод обычно расположено на глубине от 2 до 20 м от поверхности в зависимости от глубины залегания глинистого водоупорного слоя. Заболоченность территории свидетельствует о том, что уровень вод расположен на глубине менее 1 м. Если вода заливает мелкие впадинки, то уровень грунтовых вод находится выше поверхности земли. В дождливые периоды он повышается, а в засушливые понижается. Такие колебания могут составлять 0,5–2 м. Таким образом, при выходе воды на поверхность зеркало грунтовых вод определяется непосредственно по уровню воды на поверх-ности.

Если уровень вод находится ниже поверх-ности земли, бурят скважины малого диаметра. После того как пробурили скважину, необходимо через сутки замерить в ней уровень воды. Если в последующие дни он не изменился, то можно считать его зеркалом подземных грунтовых вод.

При залегании воды на большей глубине необходимо обследовать близлежащую территорию: осмотреть колодцы, родники, карьеры, понижения на поверхности и др. Зная отметки топографии местности, можно ориентировочно установить глубину уровня воды на участке.

Если грунтовые воды не обнаружены на глубинах 3–5 м, то они не представляют опасности для строительства фундаментов строений или погребов. Но для строительства шахтного колодца или скважины обязательно знание расположения уровня грунтовых вод. При этом необходимо знать и вид пород, в которых содержатся грунтовые воды, мощность этих пород и механический состав. Эти данные также можно получить путем обследования или обратиться в геологические территориальные организации.