Свойства грунтовых вод

В условиях влажного климата развиваются интенсивные процессы инфильтрации и подземного стока, сопровождаемые выщелачиванием почв и горных пород. При этом легко растворимые соли — хлориды и сульфаты — выносятся из пород и почв. В результате длительного водообмена формируются пресные грунтовые воды, минерализованные лишь за счёт относительно мало растворимых солей (преимущественно гидрокарбонатов кальция). В условиях засушливого тёплого климата (в сухих степях, полупустынях и пустынях) вследствие кратковременности выпадения и малого количества атмосферных осадков, а также слабой дренированности местности подземный сток грунтовых вод не развивается. В расходной части баланса грунтовых вод преобладает испарение и происходит их засоление. Вблизи рек, водоемов, водохранилищ и т. п. грунтовые воды в значительной степени опреснены и по качеству могу удовлетворять нормам питьевой воды.

Минерализация — сумма всех минеральных веществ, растворённых в воде, выраженная в граммах абсолютно сухого остатка, полученного выпариванием 1 литра воды. Классификация вод по степени минерализации:

• — Пресные — до 1 г/л. Преобладающий химический тип вод: гидрокарбонатные кальциевые.
• — Слабосолоноватые — 1−3 г/л. Сульфатные, реже хлоридные.
• — Солоноватые — 3−10 г/л. Сульфатные, реже хлоридные.
• — Солёные — 10−15 г/л. Сульфатные, хлоридные.
• — Рассолы — больше 50 г/л. Хлоридно-натриевые.

Жёсткость воды обусловлена присутствием в воде ионов кальция и магния. Различают общую жёсткость (сумма мг.экв. ионов Ca и Mg в литре воды), карбонатную (величина рассчитывается по количеству гидрокарбонатных и карбонатных ионов) и некарбонатную (жёсткость общая за вычетом жёсткости карбонатной). По общей жёсткости воды подразделяются на 5 типов:

• — очень мягкая: <1,5 мг. экв./л,
• — мягкая: 1,5 — 3 мг, экв./л,
• — умеренно жёсткая: 3−6 мг. экв./л,
• — жёсткая: 6−9 мг. экв./л,
• — очень жёсткая: >9 мг. экв./л.

Вблизи свалок, скотомогильников, различного рода химических, радиоактивных захоронений грунтовые воды заражены. Грунтовые воды являются показателем чистоты почв, местности.

Грунтовые воды оказывают разрушающее влияние на бетон и другие строительные материалы.

При возведении сооружений грунтовые воды исследуют на агрессивность. Различают агрессивность:

• — Общекислотная. Водородный показатель воды меньше 6. Повышается растворимость карбоната кальция. В зависимости от марки цемента и значений pH агрессивность воды различна: при pH<4 наибольшая, при pH — 6,5 — наименьшая.
• — Выщелачивающая. Вода содержит более 0.4−1,5 мг.экв. гидрокарбоната. Проявляется в растворении карбоната кальция и выносе из бетона гидроксида кальция. Степень агрессивности воды определяется растворимостью карбоната кальция. Вынос гидроксида кальция увеличивается в присутствии хлорида магния, который вступает в обменную реакцию с гидроксидом кальция, образуя хорошо растворимый хлорид кальция.
• — Магнезиальная. Вода содержит более 750 мг/л Mg двухвалентного. Предел допустимой концентрации ионов магния зависит от марки цемента, условий, конструкции сооружения, содержания сульфатных ионов и изменяется в широких пределах: от 1,0 до 2,5%.
• — Сульфатная. Вода содержит свыше 250 мг/л сульфатных ионов. Присутствующие в воде в больших концентрациях сульфатные ионы, проникая в бетон, при кристаллизации образуют кристаллогидрат сульфата кальция, являющийся причиной вспучивания и разрушения бетона.
• — Углекислотная. Вода содержит свыше 3−4 мг/л углекислоты. Растворение карбоната кальция под воздействием растворённого диоксида углерода с образованием легкорастворимого гидрокарбоната кальция провоцирует процесс разрушения бетона.

Вязкость воды характеризует внутренне сопротивление частиц её движению. С повышением температуры вязкость грунтовых вод уменьшается.

Плотность воды — масса воды, находящаяся в единице её объёма. Максимальна при температуре в 4 °C. При повышении температуры до 250 °C плотность воды уменьшается до 0,799 г/см3, а при увеличении количества растворённых в ней солей повышается до 1,4 г/см3.

Коэффициент сжимаемости — коэффициент сжимаемости грунтовой воды, показывающий, на какую долю первоначального объёма жидкости уменьшится объём при увеличении давления на 105 Па, т. е. вода в некоторой степени обладает упругими свойствами.

Электропроводность грунтовых вод зависит от количества растворённых в них солей и выражается величинами удельных сопротивлений от 0,02 до 1,00 Ом*м.

Радиоактивность грунтовых вод вызвана присутствием в них радиоактивных элементов (урана, стронция, цезия, радия, газообразной эманации радия-радона и др.). Даже ничтожно малые концентрации? сотые и тысячные доли (мг/л) некоторых радиоактивных элементов? могут быть вредными для человека.

Общая минерализация? суммарное содержание растворённых в воде минеральных веществ. О её величине судят по сухому или плотному остатку (в мг/л или г/л), который получается после выпаривания определенного объёма воды при температуре 105−110°С. Между общей минерализацией грунтовых вод и их химическим составом существует определённая зависимость.

В грунтовых водах присутствует несколько десятков химических элементов периодической таблицы Менделеева. До 90% всех растворённых в водах солей ионы Cl-, SO2−4, HCO-3, Na+, Mg2+, Ca2+, K+. Железо, нитриты, нитраты, водород, бром, йод, фтор, бор, радиоактивные и другие элементы содержатся в воде в меньших количествах. Однако даже в небольших количествах они могут оказывать существенное влияние на оценку пригодности грунтовых вод для различных целей. Наилучшими питьевыми качествами обладают воды при рН = 6,5 — 8,5.

Количество растворённых солей не должно превышать 1,0 г/л. Не допускается содержание вредных для здоровья человека химических элементов (уран, мышьяк и т. д.) и болезнетворных бактерий. Последнее в известней мере может быть нейтрализовано обработкой воды ультразвуком, хлорированием и кипячением. Органические примеси устанавливаются бактериологическим анализом.

Жёсткость воды — это свойство, обусловленное содержанием ионов кальция и магния, т. е. связанная с карбонатами, и вычисляется расчётным путём по общему содержанию в воде гидрокарбонатных и карбонатных ионов. Жёсткая вода даёт большую накипь в паровых котлах, плохо мылится и т. д. В настоящее время жёсткость принято выражать количеством миллиграмм-эквивалентов кальция и магния, 1 мг экв жёсткости соответствует содержанию в 1 л воды 20,04 мг иона кальция или 12,6 мг иона магния. По жёсткости воду разделяют на:

• 1. Мягкая, менее 3 мг экв;
• 2. Средняя жёсткость, 3−6 мг экв;
• 3. Жёсткая, 6−9 мг экв;
• 4. Очень жёсткая, более 9 мг экв.
• 3. Площадное распределение грунтовых вод

Грунтовые воды имеют практически повсеместное распространение. В площадном распределении грунтовых вод имеется определённая зональность. Выделяют 4 основные зоны:

• 1. Грунтовые воды речных долин. Глубина залегание изменяется от 1 см до 10−15 м. Вода залегает в аллювиальных отложениях, слабо минерализована, широко используется для водоснабжения.
• 2. Грунтовые воды ледниковых отложений. На европейской территории России ледниковые отложения представлены разнообразными обломочными породами, среди которых много водоносных слоёв. Вода обильная, слабо минерализованная, широко используется для водоснабжения.
• 3. Грунтовые воды полупустынь и пустынь. Этой районы с малым количеством атмосферных осадков (до 200 мм в год) и значительным испарением. Воды обычно мало, залегает она глубоко и имеет высокую степень минерализации.
• 4. Грунтовые воды горных областей. В этих районах выпадает много атмосферных осадков, часть которых проникает в выветрелые и трещиноватые породы. Наибольшее количество грунтовых вод хорошего качества скапливается в отложениях предгорных наклонных равнин. Эта вода широко используется для водоснабжения.

Среди зональных грунтовых вод располагаются незональные, такие как болотные, карстовые и т. д. Большими скоплениями атмосферных осадков, паводковых и других вод являются болота. Уровень грунтовых вод в болотах всегда совпадает с поверхностью земли, что собственно и обуславливает заболоченность местности.