Наледь
Наледь – это плоско-выпуклое слоистое тело, которое формируется в результате многократного излияния подземных, речных, озерных или технических вод на поверхность и их послойного замерзания.
Выделяют следующие главные причины образования:
а) стеснение живого сечение водотока при промерзании и возникновении в связи с этим гидродинамического напора;
б) возрастание гидродинамического давления воды при промерзании озёр, несквозных водоносных таликов, что приводит к выходу воды на поверхность с последующим промерзанием.
Наледи подразделяются по различным признакам: способу образования, источникам питания, геоморфологическому положению, продолжительности существования, размерам, степени опасности и др.
Классификация наледей по происхождению (по М. И. Толстихину)
Класс
Тип
Подтип
Наледь поверхностных вод
Н. постоянных водотоков
Н. временных водотоков
Н. ледниковых вод
Наледь подземных вод
Н. грунтовых вод рыхлых отложений
Н. в условиях водоупора из немёрзлых пород
Н. в условиях водоупора из многолетнемёрзлых пород
Н. подземных вод глубоких горизонтов
Н. ненапорных вод
Наледь смешанных вод
Н. смешанных поверхностных и подземных вод
Классификация наледей по размерам (по В. Г. Петрову и А. С. Симакову)
Категория
Наледи
Площадь, тыс. м 2
Объем, млн м 3
Наиболее часто образуются в районах прерывистого распространения многолетнемёрзлых грунтов. Размеры изменяются в чрезвычайно широких пределах в зависимости от условий образования: ширина наледей – от нескольких сантиметров до 1,5 км, длина – от 0,05 м до 70 км, высота – от 0,1 до 20 м, площадь – от нескольких см 2 до 100 км 2 и более, объем – от кубических сантиметров до более чем 100 млн м 3 .
Геологическая деятельность наледи выражается в накоплении специфического «налёдного» аллювия, в уплотнении и выдавливании дисперсных грунтов за счет термодинамического давления льда, достигающего 10-15 КПа, в усилении процессов морозного выветривания склонов долин. Искусственное образование наледей используется в хозяйственной деятельности (водоснабжение, строительство временных переправ, плотин и ледников), в осуществлении воднотепловых мелиораций, консервации горных выработок и др.
Разновидности наледей
Наледь антропогенная – н., формирующаяся в результате деятельности человека (при вырубке леса, пожарах, нарушении мохово-растительного и снежного покровов, строительстве дорог, вскрытии водоносных горизонтов выемками и карьерами и др.); выделяются бытовые, искусственные и техногенные наледи.
Наледь бытовая – н., формирующаяся за счёт утечек вод из бытовых коммуникаций; характеризуется обильным загрязнением льда.
Наледь грунтовая – н., образующаяся при послойном намораживании поверхностных или подземных вод с последующим её захоронением сползшим или обрушившимся грунтов; залегает в приповерхностном горизонте толщи нескальных мёрзлых грунтов.
Наледь грунтовых вод – н., сформировавшаяся при послойном намораживании грунтовых вод при выходе их на поверхность Земли, льда, а также различных инженерных сооружениях (плотинах, дорогах и др.). Часто образуются вдоль трасс автомобильных и железных дорог на участках пересечения ими речных долин, на склонах возвышенностей при барражировании водоносных горизонтов, при прорывах грунтовых вод в здания и сооружения. Наледи грунтовых вод отличаются сравнительно небольшими размерами и непродолжительным периодом развития.
Наледь искусственная – н., создаваемая путём послойного полива водой охлаждённой поверхности грунта. Используется для защиты грунтовых сооружений от теплового и механического воздействия, для строительства переправ, дорого и др.
Наледь летующая – н., от которой к концу лета остаётся небольшая по площади и мощности линза налёдного льда.
Наледь многолетняя – н., существующая более одного года.
Наледь однолетняя – н., сформировавшаяся за один сезон и полностью оттаивающая летом; обычно имеет небольшую мощность (до 1,5 м).
Наледь озёрная – 1. Н., сформировавшаяся в пределах акватории озера при послойном намораживании речных, подземных, талых снеговых, атмосферных, сточных вод. 2. Н., сформировавшаяся за счёт излива озёрных вод на поверхность берегов или ледового покрова озёр при их неравномерном промерзании, при недопустимом давлении на лёд снега, транспорта и других внешних нагрузок, а также при ветровом волнении, штормах (за счет наката волн и орошения брызгами).
Наледь откосная – н., формирующаяся на поверхности откосов грунтовых сооружений (плотин, дамб и т.п.), бортов котлованов, выемок и т.д.
Наледь пластовая – 1. Поверхностная н., имеющая форму субгоризонтального слоя относительно равномерной мощности; характерна для речных наледей. 2. Грунтовая н., имеющая форму пласта (слоя) в толще мёрзлых грунтов.
Наледь поверхностная – н., формирующаяся на поверхности Земли, рек, озёр и морей.
Наледь поребённая – поверхностная или подземная н., перекрытая толщей грунтов (мощность которой больше мощности слоя сезонного протаивания) во время обвалов, оползней, схода лавин.
Наледь подземная – н., сформировавшаяся при прослойном намораживании воды на грунтовое или бетонное основание и залегающая ниже поверхности Земли.
Наледь речная – н., сформировавшаяся за счет излива на поверхность речных вод при их неравномерном промерзании.
Наледь склоновая – н., сформировавшаяся на поверхности склона.
Наледь техногенная – н., сформировавшаяся в результате ошибок при инженерной деятельности человека: при вскрытии водоносных горизонтов котлованами, строительными врезками, карьерами, скважинами, при утечках воды из технических коммуникаций, при выходах фильтрационных вод (из водохранилищ) на откосы плотин, в нижних бьефах, в береговых примыканиях и др.
Наледи и борьба с ними
Наледь — послойное накопление льда, образовавшееся на ледяном покрове водотоков или водоемов, мерзлом грунте или инженерных сооружениях в результате замерзания периодически изливающихся природных или технических вод. Наибольшее распространение наледи имеют в районах с суровым зимним климатом, где встречается многолетняя мерзлота.
Применяют следующие меры борьбы с наледями: общий дренаж, мерзлотные пояса, заградительные сооружения, подъем насыпей, утепление русла водотоков, их углубление, спрямление и расчистку, обогрев водопропускных труб.
Общий дренаж прилегающей к дороге местности может быть выполнен устройством узких (не более 0,5 м) канав с обкладкой дна и стен слоями мха или прокладкой подземных дрен. Поверхностный дренаж имеет ограниченную дренирующую способность и осложняется возможностью замерзания канав. Подземный дренаж, при котором прокладывают гончарные трубы или перфорированные асбестоцементные, эффективно снижает уровень грунтовых вод, но может применяться лишь в районах глубокого сезонного промерзания грунтов. В районах вечной мерзлоты применение подземного дренажа затруднено.
Устройство мерзлотных поясов имеет целью вызвать образование наледи на пути притекающей воды в стороне от дороги на безопасном для нее расстоянии. С этой целью на достаточном расстоянии от дороги роют канаву глубиной 1,2 м и шириной 3. 4 м. Под канавой возникает мерзлая перемычка, соединяющаяся с вечной мерзлотой и преграждающая путь грунтовой воде, которая выходит на поверхность и образует наледь. Мерзлотный пояс должен размещаться поперек течения подземных вод и быть достаточно длинным, чтобы наледь не обтекла вокруг его концов и не приблизилась к дороге. При большом притоке делают несколько параллельных мерзлотных поясов на расстоянии от 20 до 80 м один от другого. Чем больше уклон местности в сторону дороги, тем меньше должно быть расстояние между поясами.
Если по каким-либо причинам нельзя создать постоянный мерзлотный пояс, делают простейший, временный, мерзлотный пояс, расчищая от мха и кустарника полосу земли шириной от 3 до 10 м. Временные пояса недостаточно эффективны, и в дальнейшем их следует заменять постоянными.
Мерзлотные пояса в виде канав применяют и для борьбы с речными наледями. Их прокладывают поперек всей речной долины на 80-100 м выше моста. Береговые участки мерзлотных поясов делают летом, а зимой прорубают во льду канавы, представляющие речную часть пояса. По мере промерзания реки канавы углубляют, создавая в реке ледяную плотину, вызывающую образование наледи на безопасном расстоянии от моста.
Заградительные сооружения — земляные валы и дамбы, заборы, бревенчатые барьеры, переносные щиты, валы из снега (обледеневающие после того, как они пропитываются водой) — возводят на пути натечных наледей, чтобы не допустить их к дороге.
Земляные валы и дамбы можно применять не только для того, чтобы остановить наледь, но и для того, чтобы отвести ее от дороги. В этом случае им придают соответствующее очертание и расположение по отношению к дороге.
Увеличение высоты земляного применяют чаще всего при пересечении водотоков с небольшим продольным уклоном и широкой поймой, по которой вода растекается невысоким слоем.
Утепление русла водотоков имеет целью воспрепятствовать охлаждению воды, протекающей через искусственные сооружения. Эта мера целесообразна, если водоток имеет узкое и глубокое русло. Над небольшими речками, ручьями или канавами на утепляемом участке русла укладывают настил из жердей, на который настилают полиэтиленовую пленку или кладут хворост слоем 0,3. 0,5 м, а поверх — слой мха толщиной 0,5 м. Все это засыпается снегом. Чтобы накопить снег, можно ставить снегозадерживающие решетчатые щиты, за которыми образуется снежный вал, покрывающий основной материал утепления. Длина утепляемого участка — 50 м в верховую сторону от сооружения и 30. 50 м в низовую.
Углубление, спрямление и расчистка русла водотоков позволяют уменьшить растекание воды, препятствуют замедлению ее течения, придают живому сечению потока форму, менее подверженную промерзанию. С этой целью ликвидируют каменистые перекаты, петли, крутые повороты русла, удаляют большие валуны. В местах, где русло большой ширины, его сужают и углубляют, а в очень узких местах несколько расширяют. Работы выполняют гусеничными тракторами с навесным оборудованием для разработки водоносного грунта, бульдозерами, корчевателями-собирателями. Русло выправляют на протяжении до 1 км вверх по водотоку и до 0,5 км в низовую сторону от искусственного сооружения. Помимо выправления русла, принимают меры для собирания растекающейся по пойме воды в единый сосредоточенный поток. С этой целью с верховой стороны устраивают валы из недренирующих грунтов, которые направляют воду в отверстие искусственного сооружения.
Обогрев водопропускных труб для безналедного пропуска водотока использовался на автомобильной дороге Большой Невер — Якутск. Внутри водопропускной трубы прокладывалась обогревающая трубка, в приемную часть которой подается керосин или дизельное топливо и сгорает. Подача жидкого топлива производится из расходного бака через капельницу. Отходящие газы отдают свое тепло наледной воде, которая, благодаря этому, не замерзает и свободно проходит через водопропускную трубу.
Грунтовые воды: что это такое, чем опасны, и как с ними бороться? Подробная инструкция, как понизить уровень воды на участке
Вода попадает под землю под действием силы тяжести, используя проницаемость почвы, с которой она сталкивается. Грунтовые воды (если они не заморожены) существуют на всей суше Земли, даже в самых засушливых пустынях.
Содержание
Глубина залегания грунтовых вод
Эти воды лежат на разной глубине. На это влияют:
- Климат местности — количество осадков и, в меньшей степени, температура.;
- Наличие поверхностных вод — в основном озер и рек;
- Тип и расположение грунтовых пород — и особенно их проницаемость.
Наличие грунтовых вод может иметь место только при наличии инфильтрации. Произойдет ли это, зависит в большей степени от коренной породы.
Некоторые породы с низкой плотностью позволяют воде свободно проникать, другие — твердые или непроницаемые предотвращают просачивание.
Разделение подземных вод по генезису
По своему происхождению подземные воды делятся на:
- Инфильтрованные — результат проникновения дождевой и поверхностной воды в реки, озера и другие объекты;
- Конденсированные — результат прямой конденсации водяного пара в почве или на поверхности земли. Они не имеют большого значения, так как легко испаряются, но составляют до 50% всех грунтовых вод;
- Ювенильные — эффект конденсации водяного пара, содержащегося в застывающей магме. Часто они появляются в виде гейзеров и термальных вод.
Реликтовые — это оторванные от гидрологического цикла воды, расположенные на значительных глубинах, отрезанные от верхних слоев водонепроницаемыми породами. Это остатки бывших поверхностных водоемов или вода атмосферного происхождения, отрезанная в далеком прошлом. Их количество постоянно, и они не обновляют свои ресурсы.
Слои грунтовых вод
Поверхность Земли проницаема, под ней находятся два типа подземных слоев — зона аэрации и зона насыщения.
- Зона аэрации — это слой проницаемой породы, который не заполнен водой, а представляет собой лишь пространство, через которое вода проникает глубже.
- Лишь небольшие части пустот заполнены водяным паром (и некоторыми другими конкретными типами воды: химически связанной водой, физически связанной водой, гигроскопической водой, мембранной водой и капиллярной водой).
Вода, которая просачивается на глубину, называется свободной водой.
Когда просачивающаяся вода встречает препятствие в виде непроницаемых горных пород, она начинает постепенно заполнять окружающие породы, создавая зону насыщения, то есть водоносный горизонт (камни, заполненные водой). В этом слое присутствуют поровые, щелевые и карстовые воды, а также сложные (смешанные) воды.
- На границе зоны аэрации и зоны насыщения находится уровень грунтовых вод, то есть граница водоносного горизонта — горных пород, заполненных водой.
- Зеркало может быть свободным, если оно не ограничено водонепроницаемыми породами от поверхности земли, или натянутым, когда водоносный горизонт ограничен с обеих сторон непроницаемыми породами.
- На различных рисунках и иллюстрациях зеркала произвольной формы отмечены перевернутым треугольником светлого оттенка, а подтянутые зеркала — темным оттенком.
Типы грунтовых вод по глубине залегания
Грунтовые воды — образуют первый собственный водоносный горизонт, лежащий непосредственно над первым сплошным слоем непроницаемых горных пород. Из-за глубины их отложения они медленнее, чем мелководье, реагируют на изменение погодных условий.
В них есть свободное зеркало, высота которого периодически колеблется (особенно после продолжительных дождей или засухи). Благодаря расстоянию, пройденному через зону аэрации, эти воды очищаются в процессе инфильтрации, что делает их идеальными для употребления.
Взвешенные воды хоть они и находятся в зоне аэрации, не проникают глубже из-за местных условий горных пород (образующих желобообразные системы), в которых они находятся и, таким образом, задерживаются.
Гидрологическое окно: чаще всего это небольшое полупроницаемое образование в непроницаемом слое горной породы, которое позволяет дальнейшее проникновение в подземный водный объект.
Грунтовые воды в основном состоят из двух типов вод. Первый — являясь результатом дальнейшей инфильтрации грунтовых вод через гидрологическое окно, а второй — воды с сильным гидростатическим напряжением (артезианские и субартезианские воды), которые из-за специфического расположения слоев проницаемых и непроницаемых пород поступают напрямую. у поверхности Земли, а затем впадают в глубокий бассейн (см. схему артезианских и субартезианских вод).
- В некоторых местах на Земле (например, в Большом Артезианском бассейне в Австралии) скалы имеют определенное расположение. Две группы непроницаемых слоев прорезаны одним слоем проницаемой породы, которая находится в непосредственном контакте с открытым пространством.
- Все слои образуют характерное расположение желобов, называемое артезианским. Дождевая вода, как и вытекающая из поверхностных источников, попадает в слой проницаемых горных пород и питает глубокую депрессию.
- Таким образом, эта вода оказывается захваченной между двумя непроницаемыми слоями. Гидростатическое давление увеличивается, поскольку новая вода постоянно поступает из зоны подачи.
Дальнейшее развитие событий зависит от детального строения горных пород. Если нижний слой для меня будет твердым — вода впитается в более глубокие уровни. Однако, если это верхний скальный покров, который не может быть сформирован водой, создается насос, через который вода пытается выйти на поверхность.
Если уровень воды поднимается, но не пробивает скалы — речь идет о субартезианских водах (субартезианских колодцах), а если воды прорываются и поднимаются на поверхность — мы говорим об артезианских водах (артезианские колодцы). Истечение воды из артезианского бассейна называется артезианским источником.
Типы источников
Грунтовые воды выходят на поверхность в виде родников, то есть из обычно небольших отверстий в непроницаемых скальных образованиях.
Вода может течь вниз под действием силы тяжести (нисходящие источники) или выталкиваться вверх под действием давления (восходящие источники).