Грунтовые воды: виды, водоносные горизонты и качество

Грунтовые воды это подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта, который лежит на первом водоупорном слое и не перекрыт сверху водоупором. Они безнапорные, их уровень свободно поднимается и опускается вслед за дождями и таянием снега, а глубина залегания в средней полосе России чаще всего составляет от 1 до 10 метров. Ниже лежат межпластовые воды, зажатые между двумя водоупорами, и среди них напорные артезианские. Чем глубже горизонт и чем надёжнее он закрыт глиной, тем чище вода, но тем больше в ней растворённых минералов, железа и марганца.

Тема нужна в двух ситуациях: когда вы выбираете источник воды для дома и когда строите фундамент, погреб или септик. Вопрос в обоих случаях один: какая вода лежит под участком, на какой глубине и насколько она защищена от поверхности. Разберём устройство водоносных горизонтов, виды подземных вод, колебания уровня и качество по горизонтам.

Питьевая вода в офисе без бутылей и скважин

Дома вопрос решают скважиной и фильтром, в офисе схема другая: воду пьют десятки людей, и запас в бутылях кончается в самый неподходящий момент. Питьевые системы WATWELL подключаются к холодному водопроводу и работают на потоке.

• Вода не заканчивается, её не нужно заказывать, возить и хранить.
• Четыре ступени очистки: механическая, мембранная складчатая мультизонная, угольная и умягчение перед нагревом.
• Мембрана задерживает более 99,99% цист Cryptosporidium и Giardia, убирает бактерии и патогены, минералы при этом остаются в воде.
• Охлаждённая и горячая вода, а также газированная, из одного диспенсера, рассчитанного на офис до 300 человек.
• Диспетчеризация 24/7 следит за давлением, температурой и ресурсом фильтров.
• Покупка с сервисом, аренда с обслуживанием, трейд-ин старого оборудования со скидкой до 30%.

Оставьте заявку, и мы подберём систему под число сотрудников и планировку кухни.

Что такое подземные воды простыми словами

Подземные воды это вся вода, которая находится в толще горных пород ниже поверхности земли: в порах песка, в трещинах известняка, в пустотах гравия. Она не стоит там озером, как рисуют на картинках, а заполняет промежутки между частицами породы. Поэтому вопрос «как выглядят подземные воды» имеет скучный ответ: чаще всего это мокрый песок или мокрый трещиноватый камень, из которого вода вытекает, если дать ей выход.

Берутся подземные воды в основном из осадков. Дождь и талый снег впитываются в почву, просачиваются вниз и останавливаются там, где встречают плотную породу. Часть питания дают реки и озёра, часть приходит из соседних районов по самому пласту. Обратный процесс идёт постоянно: подземные воды разгружаются в реки, родники и болота и держат сток рек в засуху, когда дождей нет.

В хозяйстве это не экзотика, а основа водоснабжения. По данным государственного мониторинга состояния недр, на хозяйственно-питьевое водоснабжение в России уходит около 9 млн кубометров подземных вод в сутки, то есть примерно 40% всего объёма их использования.

Как устроен водоносный горизонт

Водоносный горизонт это слой проницаемой породы, насыщенный водой, которую можно из него получить. Обычно это песок, гравий, галечник или трещиноватый известняк. Снизу он опирается на водоупор, слой плотной глины, суглинка или монолитной скальной породы, который воду практически не пропускает.

Полезно запомнить четыре термина из заключений геологов.

• Зона аэрации занимает верхнюю толщу от поверхности до зеркала грунтовых вод. Поры в ней заполнены и водой, и воздухом, вода движется в основном вниз. Именно здесь работают почвенные бактерии, которые частично разлагают органику, попавшую с поверхности.
• Зона насыщения лежит ниже уровня грунтовых вод, все поры в ней заполнены водой. Это и есть собственно водоносный горизонт.
• Кровлей называют верхнюю границу водоносного слоя. Фраза «глубина залегания кровли водоносного горизонта» означает, с какой отметки начинается водоносный пласт, если считать от поверхности.
• Подошва это нижняя граница, там, где начинается водоупор.

Водообильность горизонта зависит от породы: крупный песок и галечник отдают воду охотно, пылеватый песок и супесь заметно хуже. Водоносный песок в отвале узнают по влажному сыпучему материалу, который начинает «плыть», а в известняке признаком служит резкое ускорение проходки и приток воды в ствол.

Виды подземных вод: верховодка, грунтовые, межпластовые, артезианские

Классификация по условиям залегания простая: считаем, сколько водоупоров лежит над водой и под ней.

Таблица 1. Виды подземных вод по условиям залегания

Защищённым подземным водоносный горизонт считают тогда, когда сверху его перекрывает выдержанный водоупор и загрязнение с поверхности не проникает в него напрямую. Грунтовые воды к защищённым не относятся никогда, это их главная особенность.

Чем грунтовые воды отличаются от межпластовых и артезианских

Различия удобно свести в короткий список.

• По положению в разрезе грунтовые воды лежат в первом от поверхности водоносном слое, межпластовые ниже, между двумя водоупорными пластами.
• У грунтовых вод нет напора, у них свободная поверхность, зеркало. Вскрыли пласт колодцем, и вода в нём установилась ровно на том уровне, где она есть в грунте. У артезианских вод есть избыточное давление, и вода в скважине поднимается выше кровли пласта, иногда до поверхности и выше неё, тогда скважина фонтанирует без насоса.
• Грунтовые воды питаются осадками на всей площади своего распространения, поэтому реагируют на погоду. Межпластовые питаются далеко в стороне, там, где пласт выходит к поверхности, и на местный дождь не отвечают.
• Уровень грунтовых вод и дебит сильно меняются по сезонам, вплоть до пересыхания колодцев. У межпластовых вод дебит стабильный.
• По качеству грунтовые воды чаще мягкие, но легко ловят нитраты, органику и микробиологию. Межпластовые и артезианские почти всегда микробиологически чистые, зато жёсткие и часто с избытком железа, марганца, иногда фтора и сероводорода.

Сходство одно, но существенное: и те и другие изначально формируются из осадков, циркулируют в порах и трещинах пород и подчиняются одним и тем же законам фильтрации. Разница только в глубине, изоляции и времени, которое вода провела под землёй.

Устройство скважин на разные горизонты, лицензирование и обустройство подробно разобраны в отдельной статье про артезианскую и абиссинскую скважину.

Верховодка и почему её нельзя пить

Верховодка это временное скопление воды в зоне аэрации, над местной линзой глины или плотного суглинка. Она появляется весной и после затяжных дождей, а в сухое лето и зимой исчезает. От грунтовых вод её отличают три признака: она непостоянна, она не имеет сплошного водоупора и распространена не повсеместно, а пятнами.

Пить верховодку нельзя по простой причине: она не успевает фильтроваться. Между поверхностью и такой водой лежит полметра-полтора почвы, поэтому в неё попадает всё, что было наверху: стоки с дороги, содержимое выгребной ямы, удобрения с грядок, продукты жизнедеятельности животных. Кишечная палочка и другие индикаторы фекального загрязнения в такой воде встречаются регулярно.

Вторая практическая беда: если при бурении не изолировать верховодку обсадной колонной, она будет подтекать в ствол и портить воду нижележащего горизонта. Поэтому её перекрывают трубой с затрубной цементацией или глиняным замком.

Уровень грунтовых вод и от чего он меняется

Уровень грунтовых вод (УГВ) это глубина от поверхности до зеркала воды в первом водоносном горизонте. Величина не постоянная, у неё выраженный годовой ход.

• Весной почти везде в средней полосе наступает максимум. Снег тает, мёрзлый грунт ещё не принимает воду вглубь, уровень поднимается на 0,5-2 метра относительно летнего.
• Летом идёт спад: испарение и растения забирают влагу, уровень опускается, часть колодцев мелеет.
• Осенью после дождей бывает второй, более слабый подъём.
• Зимой уровень минимальный, питания практически нет.

Кроме сезона на уровень влияют рельеф (в низине вода ближе), тип грунта (глина держит воду у поверхности, песок пропускает вниз), близость реки, пруда или болота и хозяйственная деятельность: насыпь новой дороги, засыпанная канава, дренаж у соседа, утечка из водопровода. Есть и многолетние волны: серия влажных лет поднимает уровень, серия засушливых опускает.

Как узнать уровень грунтовых вод на участке

Есть три способа разной точности, и лучше использовать их вместе.

1. Самый простой и честный метод: посмотреть в колодцы у соседей. Замерьте расстояние от уровня земли до воды рулеткой с грузом в двух-трёх ближних колодцах и запишите дату. Замеры нужны весной, в апреле или начале мая, в это время уровень максимальный.
2. Можно пробурить садовым буром скважины глубиной 2-3 метра в нескольких точках участка, оставить их на сутки закрытыми от дождя и замерить, на какой отметке установилась вода. Один шурф ни о чём не говорит, нужно минимум три-четыре по углам пятна застройки.
3. Для дома с подвалом или тяжёлого фундамента единственный корректный вариант это заказать инженерно-геологические изыскания. В отчёте вы получите разрез с литологией, замеренный уровень и прогнозный максимальный уровень с учётом сезона.

Косвенные признаки тоже кое-что подсказывают: осока, камыш, рогоз и мать-и-мачеха на участке, долго стоящие лужи, туман в низине по вечерам, мокрый погреб у соседа. Всё это указывает на воду близко к поверхности, но заменить замер не может. Гидрогеологические карты и карты глубин залегания дают региональную картину и годятся для предварительной оценки, для конкретной точки их точности не хватает.

Какой УГВ считается высоким и чем он опасен

Общего норматива «высокий уровень» нет, оценка всегда привязана к тому, что вы строите. На практике пользуются такими ориентирами.

• Высоким считается уровень, когда вода ближе 1-2 метров от поверхности. Подвал и погреб без серьёзной гидроизоляции тогда невозможны.
• При среднем уровне, 2-3 метра, подвал возможен с дренажом и гидроизоляцией.
• При низком уровне, глубже 3 метров, ограничений по фундаменту обычно нет.

Чем опасен высокий УГВ:

• Насыщенный водой глинистый грунт при замерзании расширяется и давит на подошву и стены фундамента, а весной оттаивает неравномерно. Морозное пучение даёт трещины в цоколе, перекос отмостки, разрыв швов.
• Подвал подтапливает: вода стоит выше его пола и ищет любую щель, гидростатическое давление выдавливает её через холодные швы бетона.
• Постоянное увлажнение плюс сульфаты в воде ускоряют коррозию и разрушение бетона и арматуры.
• Септик перестаёт работать. Сооружения подземной фильтрации (фильтрующий колодец, поле фильтрации, фильтрующая траншея) по СП 32.13330.2018 устраивают в песчаных и супесчаных грунтах при низком уровне грунтовых вод. Если вода стоит высоко, стокам некуда уходить: поле заиливается, ёмкость септика при откачке может всплыть, а очищенные не до конца стоки попадают прямо в тот горизонт, из которого вы берёте питьевую воду.

Последний пункт связывает две темы: колодец и септик на одном участке при высоком УГВ почти гарантированно конфликтуют. Санитарные правила требуют разносить нецентрализованный источник питьевого водоснабжения и уборные с выгребами не менее чем на 50 метров, и располагать источник выше по потоку грунтовых вод.

Дренаж участка коротко

Если вода стоит высоко, у вас три рабочих инструмента, и обычно их комбинируют.

• Пристенный дренаж представляет собой перфорированную трубу в обсыпке из щебня и геотекстиля по периметру фундамента на уровне подошвы, с уклоном к колодцу. Он снимает гидростатическое давление на стены подвала.
• Кольцевой или систематический дренаж участка это сеть дрен на глубине 0,8-1,5 метра, которая понижает уровень на всей осваиваемой площади. Нужна точка сброса: дренажный колодец с насосом, канава, овраг.
• Поверхностный водоотвод складывается из лотков, отмостки с уклоном и планировки участка. Он убирает не грунтовую воду, а дождевую, но нагрузку на дренаж снижает.

Что не работает: засыпка участка песком без отвода воды, отдельные «дренажные ямы» без системы, дренаж без уклона и без ревизионных колодцев. Проект дренажа считают по замеренному максимальному уровню, а не по тому, что видно летом.

Качество воды по горизонтам и типичные загрязнения

Общая закономерность такая: чем ближе вода к поверхности, тем выше риск биологического и азотного загрязнения и тем ниже минерализация. Чем глубже, тем чище в микробиологическом смысле и тем больше растворённых солей, железа и марганца, а иногда фтора, бария и сероводорода.

Таблица 2. Типичные проблемы воды по горизонтам и нормативы СанПиН 1.2.3685-21

По СанПиН для нецентрализованного водоснабжения допускаются послабления: жёсткость до 10 °Ж, минерализация до 1500 мг/л, мутность до 3,5 ЕМФ. Норматив ВОЗ по нитратам чуть мягче российского, 50 мг/л, и обоснован защитой детей первых месяцев жизни от метгемоглобинемии: дети до трёх месяцев наиболее чувствительны к нитратам, потому что получают их много относительно массы тела.

Практическая сторона понятна. Из верхних горизонтов приходят нитраты и микробиология, их нужно контролировать анализами. Из нижних приходят железо, марганец и жёсткость, это решается техникой: обезжелезиванием, аэрацией и умягчителем, а на питьевую линию ставят финишный фильтр. Для колодезной воды схема своя, она разобрана в материале про очистку воды из колодца, для скважинной в статье про систему очистки воды из скважины.

Водоносные горизонты в разных регионах

Названия горизонтов в заключениях геологов даются по геологическому возрасту и свите пород.

• В Москве и Подмосковье основной источник это горизонты каменноугольных известняков. Подольско-мячковский и каширский относятся к среднему карбону, касимовский и гжельско-ассельский к верхнему. Кровля подольско-мячковского горизонта в долинах Москвы, Пахры, Оки и Рузы начинается с 10-20 метров, местами выходит к поверхности, а к северо-востоку области погружается на сотни метров. Вода жёсткая, часто с железом, микробиологически чистая.
• В Санкт-Петербурге и Ленинградской области практическое значение имеет вендский комплекс, в том числе гдовский горизонт. Глубины от нескольких десятков метров на Карельском перешейке до 200-300 метров южнее. Вода обычно мягкая, но с характерными превышениями по железу и марганцу, к югу растёт минерализация.

Смысл в том, что «глубже значит лучше» верно только для микробиологии. Глубокий горизонт может дать воду с железом 3-5 мг/л и жёсткостью за 10 °Ж, которую всё равно придётся готовить.

Как выбрать источник воды для дома

Порядок действий, если вы начинаете с нуля.

1. Проверьте, нельзя ли подключиться к центральному водопроводу: он почти всегда дешевле скважины, а качество воды контролирует водоканал. Насколько её можно пить без фильтра, разобрано в статье можно ли пить воду из-под крана.
2. Узнайте, что бурят соседи: какой горизонт, на какой глубине, какой дебит, какие проблемы с водой. Это самая точная информация о вашей местности.
3. Оцените потребность: дому на 4 человека нужно порядка 1-1,5 кубометра в сутки, это даст почти любой горизонт. Полив и бассейн меняют расчёт.
4. Выберите тип источника. Колодец и неглубокая скважина на песок дешевле, но зависят от сезона и уязвимы к загрязнению. Скважина на известняк дороже, зато стабильнее и защищена, но при определённых условиях требует лицензии и почти всегда водоподготовки.
5. Сделайте анализ до покупки оборудования, а не наоборот. Комплект фильтров подбирается по цифрам протокола, иначе вы платите за ступени, которые не нужны.

Что даёт анализ воды

Анализ отвечает на два вопроса: безопасна ли вода и что придётся из неё убирать. Для нового источника берут расширенный протокол, дальше повторяют сокращённый раз в год, весной, когда качество хуже всего.

Минимальный набор показателей для частного источника:

• микробиология: ОМЧ, общие и термотолерантные колиформные бактерии;
• азотная группа: нитраты, нитриты, аммоний, она показывает загрязнение стоками;
• железо общее, марганец, жёсткость, сухой остаток, мутность, цветность, запах;
• перманганатная окисляемость как индикатор органики;
• при подозрениях на промышленное или геохимическое влияние: фтор, сульфаты, хлориды, сероводород, нефтепродукты.

Пробу берут в тару из лаборатории, после пятнадцатиминутного слива и обязательно до фильтров. Протокол сравнивают с СанПиН 1.2.3685-21 и по нему собирают схему очистки. Логика подбора ступеней описана в разборе ступени очистки воды.

Короткие ответы на частые вопросы (FAQ)

Что такое грунтовые воды простыми словами?

Это вода первого от поверхности постоянного водоносного слоя, которая лежит на первом водоупоре и не перекрыта сверху глиной. Её уровень свободно колеблется вслед за погодой.

Грунтовые и подземные воды это одно и то же?

Нет. Подземные воды это общее понятие для всей воды в земной коре, а грунтовые лишь один их тип, самый верхний постоянный горизонт.

На какой глубине обычно залегают грунтовые воды?

В средней полосе России чаще всего от 1 до 10 метров, в низинах и у рек ближе метра, на возвышенностях и песчаных массивах глубже 20-30 метров.

Чем верховодка отличается от грунтовых вод?

Верховодка временная и существует пятнами в зоне аэрации над местными линзами глины, а грунтовые воды образуют постоянный горизонт на выдержанном водоупоре. Верховодка пропадает в сухое лето и зимой.

Можно ли пить грунтовые воды?

Только после анализа и, как правило, после очистки. В них регулярно находят нитраты выше 45 мг/л и колиформные бактерии, потому что сверху их ничто не защищает.

Какой уровень грунтовых вод считается высоким?

Условно высоким считают уровень ближе 1-2 метров от поверхности. При таком уровне подвал требует полноценной гидроизоляции и дренажа, а поля фильтрации для септика не работают.

Почему поднимаются грунтовые воды весной?

Снег тает быстро, а промёрзший грунт плохо пропускает воду вглубь и в сторону, испарения почти нет. Вода накапливается в верхнем горизонте, и уровень поднимается на 0,5-2 метра.

Как определить водоносный слой при бурении?

По керну и шламу: водоносный песок влажный, сыпучий, начинает плыть, в известняке резко ускоряется проходка и появляется приток. Точный вывод делают после прокачки и замера восстановления уровня.

Что делать, если грунтовые воды близко к поверхности?

Замерить максимальный уровень весной, сделать пристенный и участковый дренаж с точкой сброса, отказаться от подвала или выполнить его как водонепроницаемую конструкцию, а септик выбрать с принудительным отводом очищенной воды, а не с полем фильтрации.

Нужен ли фильтр, если вода из глубокой артезианской скважины?

Обычно нужен, но другой. Микробиологии там чаще всего нет, зато бывают железо, марганец и высокая жёсткость. Под них ставят обезжелезивание и умягчение, а на питьевую линию ещё финишную очистку.

С чего начать на своём участке

Весной, в апреле или начале мая, замерьте уровень воды в двух-трёх соседских колодцах рулеткой с грузом и запишите цифры: это ваш ориентир по максимуму грунтовых вод. Если вода ближе 2 метров, закладывайте дренаж до начала работ по фундаменту, а при подвале или тяжёлом фундаменте заказывайте инженерно-геологические изыскания. Для питьевой воды расспросите соседей, на какой горизонт и глубину они бурили и что показал анализ, и заложите в бюджет лабораторный анализ своей воды до покупки фильтров. Колодец и септик на плане участка разнесите на расстояние по санитарным правилам.