Напірні підземні води 1
До напірним (артезіанських) вод відносяться підземні води, що знаходяться в водоносних горизонтах, перекритих і підстилаються водотривкими (або щодо водотривкими) шарами гірських порід, і володіють гідростатичним напором. Вони розташовуються на великих просторах і глибинах поза сферою впливу місцевих дрен (річок, ярів і ін.). Артезіанські міжпластові напірні води названі за місцем їх первісного знаходження в XII в. у французькій провінції Артуа (давня назва Артезия). Водоносні горизонти, що містять напірні міжпластові води, пов'язані з різними головним чином негативними структурами земної кори: синеклізами, мульдами, передгірними і міжгірними прогибами і монокліналей (грец. "Моно" - один, "клино" - схиляю). За умовами залягання порід, що містять мінеральні води, виділяються артезіанські басейни і артезіанські схили.
Малюнок 2. Схема артезіанського басейну при мульдоподібного залягання гірських порід
а - область живлення; б - область напору; в - область розвантаження; Н1, Н2 - величина напору; 1 - водоносний горизонт; 2 - водотривкі породи; 3 - п'єзометричний рівень напірних вод.
Під артезіанськими басейнами розуміють сукупність артезіанських водоносних горизонтів, що залягають в синеклізах і інших прогибах. У кожному артезіанському басейні (малюнок 2) виділяються:
а) область харчування - площі виходу на денну поверхню водоносних порід, розташованих на найвищих гіпсометричних відмітках;
б) область розвантаження - місця виходу на поверхню водоносного горизонту на більш низьких абсолютних позначках в порівнянні з областю харчування.
Така розвантаження може здійснюватися у вигляді висхідних джерел, місцями ж у вигляді прихованих осередків розвантаження в пухкі відкладення під руслами річок або на дні моря (субмарини джерела); в) область напору - основна площа поширення артезіанських вод, розташована між областями харчування і розвантаження. В області напору рівень напірних вод завжди розташовується вище покрівлі водоносного горизонту. Відстань по вертикалі від покрівлі водоносного горизонту до цього рівня і називається напором. Якщо на розрізі з'єднати лінією позначки рівнів води в областях харчування і розвантаження, то ця лінія приблизно покаже, до якої висоти підніметься напірна вода при розтині її колодязями або свердловинами. Рівень напірних вод називають пьезометрические (грец. "Пьезо" - тисну) і завжди виражається в абсолютних позначках, а величина напору - у метрах. Пьезометрические поверхню напірного водоносного горизонту зображується зазвичай на спеціальних картах гідроізопьез. Гідроізопьези (іноді їх називають ізопьези, або пьезо-ізогіпс) - лінії, що з'єднують точки з однаковими абсолютними відмітками п'єзометричного рівня.
Малюнок 3. Тип артезіанського басейну з верхнім і нижнім водоносними горизонтами.
1 - водоносні породи; 2 - водотривкі породи; 3 - п'єзометричний рівень.
Розміри багатьох артезіанських басейнів, приурочених прогину і западин, коливаються від сотень км 2 до сотень тисяч км 2. Такі басейни містять значні запаси води хорошої якості і широко використовуються для промислового і питного водопостачання. Особливо великі площі займають артезіанські басейни платформних областей. До таких великих артезіанських басейнів відносяться Московський, Дніпровсько-Донецький (Північно-Український), Західно-Сибірський, Паризький і ін. В розрізі кожного артезіанського басейну виділяється кілька напірних водоносних горизонтів (рисунок 3) із загальною потужністю водовмісних порід, що перевищує сотні, а іноді і тисячі метрів. Артезіанські басейни міжгірських западин найчастіше не перевищують 100 тис. Км 2. Харчування їх, крім інфільтрації атмосферних опадів, йде за рахунок поглинання поверхневих вод, що стікають з гірських споруд, і перетікання підземних вод з порід горноскладчатого обрамлення.
Своєрідні асиметричний артезіанський басейн формується місцями при моноклінального (односклонном) заляганні водоносного горизонту, коли водопроникні породи виклініваются в міру занурення або ж фаціальні заміщаються водонепроникними породами. Такий басейн названий А. М. Овчинниковим артезіанських схилом. У цих випадках створюються специфічні гідродинамічні умови. Області харчування і розвантаження розташовуються поблизу одна від одної, а область поширення напору знаходиться в стороні на більш низьких позначках. Такі басейни зустрічаються в крайових частинах передгірних прогинів і на схилах западин на платформах.
Режим артезіанських вод в порівнянні з режимом ґрунтових є більш стабільним; п'єзометричний рівень мало схильний до сезонних коливань; хороша ізольованість від природних і штучних впливів з поверхні Землі забезпечує чистоту води напірних водоносних горизонтів.
Малюнок 4. Схематичний гідрогеологічний розріз частини річкової долини.
1 - пісок; 2 - пісок водоносний; 3 - супіски; 4 - глини; 5 - вапняки тріщинуваті; 6 - рівень верховодки; 7 - рівень ґрунтових вод; 8 - рівень міжпластовому ненапорние вод; 9 - рівень артезіанських вод; 10 - джерела спадні; 11 - напрямок руху безнапірних вод; 12 - розвантаження артезіанських вод; 13 - висхідний джерело.
Розвантаження (дренаж) різних типів підземних вод зображена на малюнку 4. Як видно, хто сходить джерела пов'язані з підземними водами з вільною поверхнею - верховодка, грунтовими і безнапірними міжпластові водами. Джерела, пов'язані з верховодка, функціонують лише обмежений час року, періодично вичерпуються, з'являючись після випадання і інфільтрації атмосферних опадів і талих вод. Переважна більшість тих, які сходять джерел грунтових вод пов'язано з ерозійними врезамі долин. Такі джерела найчастіше розташовуються в підставі схилів долини або на її дні і називаються ерозійними джерелами. У разі фільтраційної неоднорідності порід, що складають схили ярів, річок, озер, вода може стікати по контакту водотривкому і водоносного пластів. Такі джерела називають контактними. При ярусном будові розрізу схилу іноді виходять кілька низхідних контактних джерел, відповідних підошов водоносних горизонтів. У більшості випадків джерела являють собою роз'єднані (вогнищеві, точкові) виходи підземних вод. Місцями ж виявляються протяжні лінії виходу вод контактного типу. Дебіт низхідних джерел грунтових вод непостійний в часі і відчуває сезонні зміни. У сухі роки і місяці їх дебіт зменшується, у вологі - збільшується. Відповідно змінюються рівні грунтових вод. Найбільш поширені малодебітних (до 1 л / с) і среднедебітние (1-10 л / с) джерела. Високодебітні (> 10 л / с) джерела зазвичай приурочені до піщано-гравійно-галькові відкладень і до сильно тріщинуватих і закарстованной известнякам. У деяких карстових районах виходять особливо високодебітние джерела (100 і більше л / с), місцями дають початок річкам.
Висхідні джерела зобов'язані своїм походженням гідростатичному напору, характерному для артезіанських басейнів і схилів. Їх виходи у вигляді б'ють вгору струменів приурочені до основних крайовим областям розвантаження артезіанських басейнів і нерідко пов'язані з зонами тектонічних розривів і інших, порушень. Це можуть бути ерозійні джерела напірних вод або джерела, що пробиваються через відносно, слабо проникні відкладення, що перекривають водоносний горизонт, або висхідні по лінії скидання, і ін. У багатьох акваторіях Землі зафіксовані висхідні субмарини джерела підземних вод. Такі потужні висхідні потоки здавна відомі на дні Середземного моря та інших внутрішніх морів, де вони зустрічаються на різних глибинах в області шельфу, а місцями і континентального схилу, а також у багатьох районах Атлантичного, Індійського і Тихого океанів.