Подзе́мные во́ды, воды, находящиеся в толщах горных пород верхней части земной коры в жидком состоянии. О подземных водах в твёрдом и газообразном состоянии см. в статьях Подземный лёд и Геотермальные воды. Подземные воды являются частью водных ресурсов.

Классификации подземных вод

По характеру пустот водовмещающих пород подземные воды делятся: на поровые – в песках, галечниках и других рыхлых обломочных горных породах; трещинные (жильные) – в скальных породах (гранитах, песчаниках); карстовые (трещинно-карстовые) – в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.). Подземные воды, перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называют гравитационными, или свободными, водами, в отличие от связанных вод (гигроскопических, плёночных, капиллярных и кристаллизационных). Слои горных пород, насыщенные гравитационной водой, образуют водоносные горизонты, или пласты, составляющие водоносные комплексы. Горные породы водоносных комплексов обладают различной степенью влагоёмкости (способность горных пород удерживать в пустотах воду), водопроницаемости (способность пород пропускать воду через пустоты под действием гравитационных сил, напора или капиллярного поднятия) и водоотдачи (способность водонасыщенных горных пород отдавать воду путём свободного стекания под влиянием силы тяжести либо в результате воздействия, например откачки).

Водоносные горизонты

Первый от поверхности Земли постоянно существующий безнапорный водоносный горизонт называют горизонтом грунтовых вод. Непосредственно над их поверхностью (зеркалом грунтовых вод) распространены капиллярные воды, которые могут быть подвешенными, т. e. не сообщающимися c зеркалом грунтовых вод. Всё пространство от поверхности Земли до зеркала грунтовых вод называют зоной аэрации, в которой происходит просачивание вод c поверхности. B зоне аэрации на отдельных разобщённых прослоях пород, обладающих меньшей фильтрационной способностью, в период питания грунтовых вод могут образовываться временные, или сезонные, скопления подземных вод, называемые верховодкой.

Глубина залегания грунтовых вод зависит от географических условий, закономерно изменяющихся от полюсов к экватору. B Европейской части России средняя глубина зеркала грунтовых вод постепенно увеличивается c севера на юг (в зоне тундр – близ поверхности, в средней полосе – несколько метров, на юге – несколько десятков метров).Судогодский артезианский фонтан (Владимирская область, Россия).Судогодский артезианский фонтан (Владимирская область, Россия).

Водоносные горизонты, залегающие ниже грунтовых вод, отделяются от них пластами водонепроницаемых (водоупорных) или слабопроницаемых пород и называются горизонтами межпластовых вод. Они обычно находятся под гидростатическим давлением (артезианские воды), реже имеют свободную поверхность, давление на которую равно атмосферному (безнапорные воды в не полностью насыщенных глубокозалегающих водоносных горизонтах). Область питания межпластовых вод находится в местах выхода водовмещающих пород на дневную поверхность (или в местах их неглубокого залегания); питание происходит также и путём перетекания воды из других водоносных горизонтов.

Основные характеристики

Подземные воды – природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов (в наибольших количествах K, Na, Ca, Mg, Fe, Cl, S, C, Si, N), a также микроорганизмы (окисляющие и восстанавливающие различные вещества).

Источники минеральной воды на склоне горы Машук (г. Пятигорск, Россия).Источники минеральной воды на склоне горы Машук (г. Пятигорск, Россия).Как правило, подземные воды насыщены газами (CO₂, O₂, N₂, C₂H₂ и др.). По степени минерализации (г/л) подземные воды подразделяют (по B. И. Bернадскому) на пресные (до 1), солоноватые (1–10), солёные (10–50) и подземные рассолы (свыше 50); в более поздних классификациях к подземным рассолам относят воды c минерализацией свыше 36 г/л. Температура подземных вод колеблется от –14 °C (переохлаждённые рассолы) до 450 °C (пар), давление – от нескольких до 3 тыс. МПа. B зависимости от температуры (°C) различают: переохлаждённые подземные воды (ниже 0), весьма холодные (0–4), холодные (4–20), тёплые (от 20 до 37), горячие (от 37 до 50), весьма горячие (от 50 до 100) и перегретые (свыше 100).

Происхождение. Обстановки формирования

По происхождению выделяется несколько типов подземных вод. Инфильтрационные воды образуются благодаря просачиванию c поверхности Земли дождевых, талых и речных вод. По составу они преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые и магниевые. При выщелачивании гипсовых пород формируются сульфатно-кальциевые, a при растворении соленосных – хлоридно-натриевые воды. Конденсационные воды образуются в результате конденсации водяных паров в порах или трещинах пород. Седиментационные воды формируются в процессе геологического осадкообразования и обычно представляют собой изменённые захороненные воды морского происхождения (хлоридно-натриевые, хлоридно-кальциево-натриевые и др.). К ним же относятся погребённые рассолы солеродных бассейнов, a также ультрапресные воды песчаных линз в моренных отложениях. Воды, образующиеся из магмы при её кристаллизации и при метаморфизме горных пород, называются магматогенными, или ювенильными водами.

Один из показателей природной обстановки формирования подземных вод – состав растворённых и свободно выделяющихся газов. Для верхних водоносных горизонтов c окислительной обстановкой характерно присутствие кислорода, азота; для нижних частей разреза, где преобладает восстановительная среда, типичны газы биохимического происхождения (сероводород, метан). B очагах интрузий и термометаморфизма распространены воды, насыщенные углекислым газом (углекислые воды Кавказа, Памира, Забайкалья). У кратеров вулканов встречаются кислые сульфатные воды (т. н. фумарольные термы).

Геотермальные источники, Азорские острова (Португалия).Геотермальные источники, Азорские острова (Португалия).Во многих водонапорных системах, которыми являются часто крупные артезианские бассейны, имеются три зоны, различающиеся степенью интенсивности водообмена c поверхностными водами и составом подземных вод. Верхние и краевые части бассейнов заняты обычно инфильтрационными пресными водами зоны активного водообмена или активной циркуляции. B центральных глубоких частях бассейнов выделяется зона весьма замедленного водообмена, или застойного режима, где распространены высокоминерализованные воды. B промежуточной зоне относительно замедленного, или затруднённого, водообмена развиты смешанные воды различного состава.

Режим и закономерности распространения

Многие качественные и количественные показатели параметров подземных вод (уровня, напора, расходов, химического и газового состава, температуры и др.) подвергаются кратковременным, многолетним и вековым изменениям, определяющим режим подземных вод, который отражает процесс формирования подземных вод во времени и на различных территориях под влиянием естественных (климатических, гидрологических, геологических, гидрогеологических) и техногенных факторов. Наибольшие колебания показателей режима происходят при неглубоком залегании подземных вод.

Закономерности распространения подземных вод зависят от многих геологических и физико-географических особенностей территории. Согласно гидрогеологическому районированию, выделяют артезианские бассейны (например, Большой артезианский бассейн), гидрогеологические массивы (Украинский щит, Aнабарский массив и др.) и гидрогеологические горноскладчатые области (Уральская, Алтае-Саянская и др.). В гидрогеологических массивах и горноскладчатых областях развиты подземные воды трещинного типа.

Своеобразные гидрогеологические условия, определяющие характер циркуляции и состав подземных вод, создаются в областях развития многолетнемёрзлых горных пород, где формируются надмерзлотные, межмерзлотные и подмерзлотные воды.

Запасы и ресурсы

Площади водоносных горизонтов и их комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора подземных вод определённого состава, отвечающего установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называются месторождениями подземных вод.

При оценке возможности использования подземных вод производится подсчёт их запасов. Специфика оценки количества подземных вод заключается в их возобновляемости в масштабе реального времени (в отличие от других полезных ископаемых). Различают собственно запасы и ресурсы подземных вод. Под запасами понимается масса (для пресных вод объём) воды, которая может быть извлечена при гравитационном осушении пустотного пространства безнапорного водоносного горизонта (ёмкостные запасы) или за счёт разуплотнения воды и уплотнения водовмещающих горных пород напорного водоносного горизонта при снижении давления (упругие запасы). Ресурсы водоносного горизонта характеризуются суммарной величиной его питания.

По происхождению различают естественные и искусственные запасы и ресурсы. Естественные запасы и ресурсы формируются за счёт природных механизмов (инфильтрация атмосферных осадков, фильтрация из поверхностных водотоков и водоёмов, перетекание из других водоносных горизонтов) и зависят в основном от величины подземного стока. Искусственные запасы и ресурсы образуются в результате специально принятых мер (искусственное пополнение запасов подземных вод на действующих водозаборах с помощью нагнетательных скважин и др.) или как побочное следствие при различных видах водохозяйственной деятельности (фильтрационные потери на гидротехнических сооружениях и на площадях сельскохозяйственного орошения, из коммунальных и промышленных водонесущих коммуникаций).

Возможность добычи подземных вод как полезного ископаемого (для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения, бальнеологического или теплоэнергетического применения, в качестве сырья для химической промышленности) характеризуется величиной эксплуатационных запасов, под которой понимается производительность (дебит) рационального в геолого-экономическом отношении водозаборного сооружения в течение заданного расчётного срока (25–50 лет) при условии сохранения показателей качества извлекаемой воды в нормативных пределах и соблюдения ограничений по характеру и масштабам ущерба, наносимого окружающей природной среде. Эксплуатационный отбор подземных вод обеспечивается: ёмкостными или упругими запасами; естественными и искусственно созданными ресурсами – в результате сокращения существующей разгрузки потока (родниками, испарением, в русла рек, в смежные горизонты); привлекаемыми ресурсами – за счёт усиления существующего и возникновения дополнительного питания водоносного горизонта (инфильтрация, фильтрация из поверхностной гидросети, перетекание из смежных горизонтов). Соотношение этих балансовых составляющих определяется гидрогеологическими условиями области гидродинамического влияния водозабора и претерпевает изменения в ходе эксплуатации. Доля использования запасов во времени, как правило, значительно сокращается при соответствующем возрастании роли ресурсных составляющих. При полной компенсации водоотбора ресурсами устанавливается стационарный режим фильтрации и эксплуатационные запасы являются обеспеченными на неограниченно долгий срок работы водозабора. Эксплуатационные запасы подземных вод в зависимости от степени разведанности месторождений, изученности качества вод и условий эксплуатации подразделяются на 4 категории (от наиболее высокой степени разведанности) – А, В, С₁ и С₂.

Различают также прогнозные ресурсы подземных вод, наличие которых предполагается на основе общих гидрогеологических представлений, теоретических предпосылок, результатов геологического и гидрогеологического картирования, геофизических, гидрохимических и воднобалансовых исследований. Они оцениваются в границах артезианских бассейнов, гидрогеологических массивов и районов и отражают их потенциальные эксплуатационные возможности. Сведения о запасах и ресурсах используются при разработке схем развития хозяйства, составлении годовых и долгосрочных государственных планов экономического и социального развития страны, планировании геолого-разведочных работ, a по месторождениям – для проектирования водозаборных сооружений и предприятий, добывающих и использующих подземные воды.

Использование

По характеру использования подземные воды в России подразделяются на 4 вида: питьевые и технические, применяемые для хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения, орошения земель и обводнения пастбищ; минеральные воды (лечебные), используемые в бальнеологических целях и в качестве столовых напитков; геотермальные воды (включая пароводяные смеси) – для теплоснабжения, выработки электроэнергии (см. Геотермальные ресурсы); промышленные воды – для извлечения из них ценных компонентов.

Галерея минеральных источников в санатории «Виктория» (г. Ессентуки, Россия).Галерея минеральных источников в санатории «Виктория» (г. Ессентуки, Россия).

B ряде случаев подземные воды одновременно являются минеральными и теплоэнергетическими, промышленными и теплоэнергетическими, в связи c чем они рассматриваются как комплексное полезное ископаемое. Месторождения пресных и солоноватых вод используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения и орошения.

Мониторинг

Нарушение естественного режима подземных вод при водозаборе для целей водоснабжения или водопонижении для осушения месторождений полезных ископаемых, a также при строительстве и эксплуатации ряда промышленных и гражданских сооружений (особенно гидротехнических) может вызывать катастрофические явления. Для предотвращения этих явлений постоянно ведётся мониторинг природных и природно-технических водных объектов (контролируются ресурсы, эксплуатационные запасы, режим, качество, уровень загрязнения и использование). Мониторинг охватывает водоносные горизонты, к которым приурочены выявленные и потенциально возможные месторождения питьевых и технических, минеральных, теплоэнергетических и промышленных вод, а также водоносные горизонты, испытывающие техногенное воздействие.

Наблюдения проводятся за основным водоносным горизонтом, смежными водоносными горизонтами и слабопроницаемыми разделяющими слоями, а также за первым от поверхности водоносным горизонтом и зоной аэрации. Задачи мониторинга: получение гидрогеологических прогнозов и принятие управляющих решений по рациональному использованию подземных вод с учётом их взаимодействия с окружающей средой в пределах природных и административных регионов и страны в целом; получение информации для оценки и контроля за состоянием конкретных природно-технических объектов, обоснование гидрогеологических прогнозов и управляющих решений непосредственно по объектам. Контроль за качеством питьевой воды осуществляют санитарно-эпидемиологические станции.