Зеркальный уровень грунтовых вод — это верхняя поверхность зоны насыщения . Зона насыщения — это место, где поры и трещины грунта насыщены грунтовыми водами [1] , которые могут быть пресными, солеными или солоноватыми, в зависимости от местности. Это также можно просто объяснить как глубину, ниже которой земля насыщена водой.
Уровень грунтовых вод — это поверхность, на которой напор воды равен атмосферному давлению (где манометрическое давление = 0). Его можно представить как «поверхность» подземных материалов, насыщенных грунтовыми водами в данном районе. [2]
Грунтовые воды могут образовываться из осадков или из подземных вод, поступающих в водоносный горизонт. В районах с достаточным количеством осадков вода проникает через поровые пространства в почве, проходя через ненасыщенную зону. С увеличением глубины вода заполняет все больше пор в почве, пока не будет достигнута зона насыщения. Ниже уровня грунтовых вод, во фреатической зоне (зоне насыщения), слои проницаемых пород, из которых добываются грунтовые воды, называются водоносными горизонтами . В менее проницаемых почвах, таких как плотные скальные образования и исторические отложения на дне озер, определить уровень грунтовых вод может быть труднее.
«Земля грунтовых вод» и « уровень воды » не являются синонимами. Если более глубокий водоносный горизонт имеет более низкую проницаемую единицу, ограничивающую восходящий поток, то уровень воды в этом водоносном горизонте может подняться до уровня, который больше или меньше отметки фактического уровня грунтовых вод. Высота воды в этом более глубоком колодце зависит от давления в более глубоком водоносном горизонте и называется потенциометрической поверхностью , а не уровнем грунтовых вод. [2]
Уровень грунтовых вод может меняться из-за сезонных изменений, таких как осадки и суммарное испарение . В неосвоенных регионах с проницаемыми почвами, получающими достаточное количество осадков, уровень грунтовых вод обычно имеет уклон в сторону рек, которые отводят грунтовые воды и сбрасывают давление в водоносном горизонте. Родники , реки , озера и оазисы возникают, когда уровень грунтовых вод достигает поверхности. Подземные воды, поступающие в реки и озера, формируют базовый уровень воды в водоемах. [3]
В пределах водоносного горизонта уровень грунтовых вод редко бывает горизонтальным, но отражает рельеф поверхности за счет капиллярного эффекта ( капиллярной каймы ) в почвах , отложениях и других пористых средах . В водоносном горизонте грунтовые воды текут от точек с более высоким давлением к точкам с более низким давлением, и направление потока подземных вод обычно имеет как горизонтальную, так и вертикальную составляющую. Наклон уровня грунтовых вод известен как «гидравлический градиент», который зависит от скорости добавления и удаления воды из водоносного горизонта, а также от проницаемости материала. Уровень грунтовых вод не всегда имитирует топографию из-за изменений в подстилающей геологической структуре (например, складчатая, разломная, трещиноватая коренная порода).
Высокий уровень грунтовых вод (или расположенный на возвышении водоносный горизонт) — это водоносный горизонт, расположенный над региональным уровнем грунтовых вод. Это происходит, когда над основным уровнем грунтовых вод/водоносным горизонтом, но ниже поверхности земли, имеется непроницаемый слой породы или отложений ( водопровод ) или относительно непроницаемый слой ( водопровод ). Если поток расположенного водоносного горизонта пересекает поверхность, например, у стенки долины, вода выливается в виде родника .
На низменных океанических островах с пористой почвой пресная вода имеет тенденцию собираться в линзовидных лужах поверх более плотной морской воды , проникающей с боков островов. Пресноводная линза такого острова и, следовательно, уровень грунтовых вод поднимаются и опускаются вместе с приливами и отливами.
В некоторых регионах, например, в Великобритании или Калифорнии , количество зимних осадков часто превышает количество летних , поэтому запасы грунтовых вод летом не пополняются полностью. Следовательно, летом уровень грунтовых вод ниже. Это несоответствие между уровнем зимнего и летнего уровня грунтовых вод известно как «зона периодического насыщения», где уровень грунтовых вод будет колебаться в зависимости от климатических условий.
Ископаемая вода — это грунтовые воды, которые оставались в водоносном горизонте на протяжении нескольких тысячелетий и встречаются главным образом в пустынях . Он не возобновляется современными осадками из-за его глубины под поверхностью, и любое извлечение вызывает постоянное изменение уровня грунтовых вод в таких регионах.
Большинству сельскохозяйственных культур необходим уровень грунтовых вод на минимальной глубине. [6] Для некоторых важных продовольственных и волокнистых культур была проведена классификация [7], поскольку на меньшей глубине урожайность сельскохозяйственных культур снижается. [8]
Уровень грунтовых вод вблизи поверхности влияет на земляные работы, дренаж, фундаменты, колодцы и поля выщелачивания (в районах без муниципального водоснабжения и канализации) и многое другое.
Когда раскопки происходят достаточно близко к уровню грунтовых вод, чтобы достичь капиллярного действия, во время строительства необходимо удалить грунтовые воды. Это особенно заметно в Берлине , который построен на песчаной, болотистой почве, а уровень грунтовых вод обычно находится на 2 метра ниже поверхности. Часто можно увидеть розовые и синие трубы, несущие грунтовые воды со строительных площадок в реку Шпрее (или каналы). [ нужна цитата ]