Построение изогипс

Содержание

Основные этапы развития инженерной геологии в России.
Методы изучения внутреннего строения Земли.
Осадочные горные пород.
Поствулканические и псевдовулканические процессы.
Процесс образования и основные виды болотных отложений.
Жесткость воды (общая, карбонатная, некарбонатная). Агрессивность подземных вод.
Подземные воды. Виды подземных вод в условиях вечной мерзлоты.
Факторы определяющие глубину разведочных работ.
Чертеж инженерно-геологического разреза
Чертеж карты гидроизогипс

1. Основные этапы развития инженерной геологии в России.

      Становление инженерной геологии как науки, тесно связанной со строительной деятельностью, в нашей стране происходило в 20-30-е гг. ХХ столетия. До этого периода были созданы необходимые предпосылки для ее дальнейшего развития. Связаны они с работой выдающихся учёных-геологов А.П. Карпинского (1847 – 1936), А.П. Павлова (1854 – 1929), И.В. Мушкетова (1850 – 1902), В.И. Вернадского (1863 – 1945) и мн. др., принимавших активное участие в геологическом обосновании строительства железных дорог, тоннелей, плотин и других общественных сооружений.
В развитии собственно инженерной геологии как науки можно выделить несколько этапов.
    Первый этап (1920 – 1941 гг.) характеризуется бурным развитием инженерной геологии в связи с началом гидротехнического строительства и осуществлением грандиозного плана индустриализации страны. В этот период в стране возводят такие уникальные сооружения, как гидроэлектростанции на Днепре, Волге, Амуре, судоходные каналы Москва – Волга и Беломорско – Балтийский, Московский метрополитен и многие другие крупнейшие сооружения.
Строительство этих и других весьма ответственных объектов потребовало высокого уровня развития инженерной геологии. В стране создаются первые специальные кафедры в вузах, возникают научно-производственные организации, планомерно проводятся инженерно-геологические исследования и изыскания.
Основоположником инженерной геологии в нашей стране является академик Ф.П. Саваренский (1881 – 1946), опубликовавший в 1937 г. фундаментальный учебник «Инженерная геология». Он же является создателем (в 1932 г.) одной из первых в мире кафедр инженерной геологии в Московском геологоразведочном институте.
     Второй этап (1946 – 1978 гг.) связан с широким развитием инженерно-геологических исследований в различных областях, включая многочисленные теоретические разработки от микромира грунтов до их массивов. Ведутся обширные инженерно-геологические работы на огромных площадях – в Западной и Восточной Сибири, Средней Азии и других районах. Всё это способствовало формированию такого самостоятельного раздела инженерно-геологической науки, как региональная инженерная геология.
        На современном этапе развития, начиная с 80-х гг. прошлого столетия, перед инженерной геологией были поставлены новые задачи.
Дальнейшее развитие инженерной геологии видится на основе всестороннего изучения техногенно-измененной геологической среды в теоретическом, экспериментальном и методическом отношении. Строительство и реконструкция зданий и сооружений в сложных природно-техногенных условиях, быстрый рост подземного строительства, возведение во многих городах высотных зданий и т.д. – всё это значительно расширяет круг вопросов, которыми должна заниматься инженерная геология в современный период.
       Значительный вклад в становление инженерно-геологической науки на различных этапах ее развития, кроме названных выше учёных внесли Е.М. Сергеев, Н.Я. Денисов, Н.В. Коломенский, Г.С. Золотарев, В.Д. Ломтадзе, Г.К. Бондарик, Ф.В. Котлов, С.Д. Воронкевич, В.П. Ананьев, А.К. Ларионов и др.

2. Методы изучения внутреннего строения Земли

Методы изучения внутреннего строения и состава Земли можно разделить на две основные группы: геологические методы и геофизические методы. Геологические методы базируются на результатах непосредственного изучения толщ горных пород в обнажениях, горных выработках (шахтах, штольнях и пр.) и скважинах. При этом в распоряжении исследователей имеется весь арсенал методов исследования сроения и состава, что определяет высокую степенью детальности получаемых результатов. Вместе с тем, возможности этих методов при изучении глубин планеты весьма ограничены – самая глубокая в мире скважина имеет глубину лишь -12262 м (Кольская сверхглубокая в России), ещё меньшие глубины достигнуты при бурении океанического дна (около -1500 м, бурение с борта американского исследовательского судна «Гломар Челленджер»). Таким образом, непосредственному изучению доступны глубины, не превышающие 0,19% радиуса планеты.Сведения о глубинном строении базируются на анализе косвенных данных, полученных геофизическими методами, главным образом закономерностей изменения с глубиной различных физических параметров (электропроводности, механической добротности и т.д.), измеряемых при геофизических исследованиях. В основу разработки моделей внутреннего строения Земли положены в первую очередь результаты сейсмических исследований, опирающиеся на данные о закономерностях распространения сейсмических волн. В очагах землетрясений и мощных взрывов возникают сейсмические волны – упругие колебания. Эти волны разделяются на объёмные – распространяющиеся в недрах планеты и «просвечивающие» их подобно рентгеновским лучам, и поверхностные – распространяющиеся параллельно поверхности и «зондирующие» верхние слои планеты на глубину десятки – сотни километров.
На границах сред с разными свойствами происходит преломление волн, а на границах резких изменений свойств, помимо преломлённых, возникают отраженные и обменные волны. Анализируя закономерности распространения волн можно выявить неоднородности в недрах планеты - если на некоторой глубине фиксируется скачкообразное изменение скоростей распространения сейсмических волн, их преломление и отражение, можно заключить, что на этой глубине проходит граница внутренних оболочек Земли, различающихся по своим физическим свойствам.

3. Осадочные горные пород

Осадочные горные породы, образующиеся путем механического или химического осаждения продуктов разрушения, ранее существовавших горных пород, а также благодаря жизнедеятельности и вымирания организмов. Осаждение может происходить механическим путём (под влиянием силы тяжести и изменения динамики среды), химическим (из водных растворов при достижении ими концентраций насыщения и в результате обменных реакций), а также биогенным (под влиянием жизнедеятельности организмов). В зависимости от характера осаждения осадочные горные породы разделяются на обломочные, химические и биогенные.

Источником вещества для образования осадочные горные породы являются: продукты выветривания магматических, метаморфических и более древних осадочных пород, слагающих земную кору; растворённые в природных водах компоненты; газы атмосферы; продукты, возникающие при жизнедеятельности организмов; вулканогенный материал (твёрдые частицы, выброшенные вулканами, горячие водные растворы и газы, выносимые вулканическими извержениями на поверхность Земли и в водные бассейны). В современных океанических осадках (красная глубоководная глина, ил и др.) и в древних осадочных породах встречается также космический материал (мелкие шарики никелистого железа, силикатные шарики, кристаллы магнетита и т.п.). Кроме того, в составе осадочные горные породы, как правило, присутствуют органические остатки (растит. и животного происхождения), синхронные времени их образования, реже более древние (переотложенные). Некоторые осадочные горные породы (известняки, угли, диатомиты и др.) целиком сложены органические остатками. Размер частиц (зёрен), их форма и взаимное сочетание определяют структуру осадочных горных пород. Осадочные горные породы образуют пласты, слои, линзы и др. геологические тела разной формы и размера, залегающие в земной коре нормально-горизонтально, наклонно или в виде сложных складок. Внутреннее строение этих тел, обусловливаемое ориентировкой и взаимным расположением зёрен (или частиц) и способом выполнения пространства, называется текстурой осадочных горных пород. Для большинства этих пород характерна слоистая текстура; типы текстуры зависят от условий их образования (главным образом от динамики среды).

Образование осадочных горных пород происходит по следующей схеме: возникновение исходных продуктов путём разрушения материнских пород, перенос вещества водой, ветром, ледниками и осаждение его на поверхности суши и в водных бассейнах. В результате образуется рыхлый и пористый насыщенный водой осадок, сложенный разнородными компонентами. Он представляет собой неуравновешенную сложную физико-химическую (и частично биологическую) систему, с течением времени постепенно превращающуюся в осадочную породу.

Классификация осадочных горных пород основана на их составе и генезисе. В связи с тем, что большинство пород полигенно, т. е. одна и та же осадочная порода может образоваться при различных процессах (например, известняки могут быть обломочными, хемогенными или органогенными), при выделении основных групп пород учитывается их состав. Различают свыше десяти групп осадочных горных пород: обломочные, глинистые, глауконитовые, глинозёмистые, железистые, марганцевые, фосфатные, кремнистые, карбонатные, соли, каустобиолиты и др. Кроме основных групп, существуют породы смешанного состава — переходные между обломочными и карбонатными, карбонатными и кремнисгыми и т.п., а также Вулканогенно-осадочные породы, представляющие собой смесь обломочно-осадочного материала и твёрдых продуктов выбросов вулканов. Более детальное подразделение в пределах выделенных групп проводится по структуре (размеру зёрен), минеральному составу и генезису.

По химическому составу осадочные горные породы отличаются от магматических пород гораздо большей дифференцированностью, широким диапазоном колебаний в содержании породообразующих компонентов, повышенным содержанием воды, углекислоты, органического углерода, кальция, серы, галоидов, а также высокими значениями отношения окисного железа к закисному.

Среди осадочных горных пород преобладают глинистые (глины, аргиллиты, глинистые сланцы — около 50%), песчаные (пески и песчаники) и карбонатные (известняки, доломиты и др.) — примерно поровну, в сумме около 45%; на остальные типы приходится менее 5%.

Образование и размещение на поверхности Земли осадочных горных пород определяется главным образом климатическими и тектоническими условиями. Так, в областях гумидного климата (влажного и тёплого) образуются глинозёмистые, железистые, марганцевые породы и различные каустобиолиты; для аридных (засушливых) областей характерны отложения доломитов, гипса, галита, калийных солей, красноцветных пород; для нивальных областей (полярных и высокогорных) — продукты физического выветривания, представленные различными обломочными породами.

Влияние тектонического режима не менее важно. В геосинклиналях накапливаются мощные толщи осадочных горных пород, которые, как правило, характеризуются изменчивостью в пространстве и пёстрым (многокомпонентным) составом обломочного и др. материала, наличием пластов вулканогенно-осадочных пород и т.п. Наоборот, на платформах залегают небольшие по мощности толщи осадочных горных пород, часто с пластами, выдержанными в пространстве, с однородным (однокомпонентным) составом обломочного материала и т.п.

Поскольку условия осадконакопления в прежние геологические эпохи (особенно в фанерозое) были близки или аналогичны современным, картина современного размещения типов пород на поверхности Земли позволяет восстанавливать палеогеографическую и палеотектоническую обстановку геологического прошлого.

Осадко- и породообразование — процесс периодический: формирование сходных типов пород и их парагенетических ассоциаций (формаций) многократно повторяется во времени, что связано с периодическими (долговременными) изменениями климата и геотектонических движений. Наряду с этим наблюдается также постепенное изменение условий осадконакопления на протяжении всей истории развития земной коры. Эволюция осадконакопления связана с изменением состава вод Мирового океана, атмосферы,. эволюцией органического мира, преобразованиями структуры земной коры, а также с изменением (увеличением) общего количества О. г. п. на поверхности Земли.

Осадочные горные породы составляют около 10% массы земной коры и покрывают 75% поверхности Земли. Основная их масса сосредоточена на материках (500 млн. км³) и континентальных склонах (190 млн. км³), тогда как на дно океанов приходится 250 млн. км³. В пределах материков около 75% объёма всех осадочных горных пород приурочено к геосинклинальным областям и около 25% — к платформам. Свыше 75% всех полезных ископаемых, извлекаемых из недр Земли (уголь, нефть, соли, руды железа, марганца, алюминия, россыпи золота и платины, фосфориты, строительные материалы и пр.), заключено в осадочных горных породах.

4. Поствулканические и псевдовулканические процессы

Поствулканические процессы будут действовать долгое время после извержения вулкана. Дело в том, что магма в жерле вулкана остывает достаточно медленно, что приводит к возникновению подобных явлений. Основными из них являются: -фумаролы -гейзеры -грязевые вулканы.

Поствулканические явления могут быть опасны. Вулканические пары содержат химические элементы, которые, вступая в реакции, образуют вредные для здоровья соединения. Вдыхаемые в слишком больших дозах, они повреждают дыхательные пути и раздражают глаза. Горячие источники, образующиеся после извержения, часто обладают лечебными свойствами, помогая при различных заболеваниях. В вулканических областях образуются полезные ископаемые – в частности, сера, пемза, туф и др. продукты деятельности вулкана, которые применяются человеком в различных областях промышленности. Еще одним полезным последствием вулканической активности является появление геотермальной энергии. Тепло, создаваемое вулканом, используется человеком для работы электростанций, т.к. условия в вулканических областях для них самые оптимальные. Основной проблемой может стать слишком высокая t используемых вод, а также высокое содержание в них коррозийных веществ. Фумаролы – это газообразное явление, которое обычно бывает после извержения вулкана. Фумаролы представляют собой выход газа из недр вулкана, который образуется в достаточно больших количествах. Газ, выходящий из трещин, может быть паром от нагретых подземных вод, или же продуктом движения магмы, которые затем формируются облако, некоторое время находящееся над вулканом, а затем постепенно снижающееся. Облако состоит не только из газа, но и из пепла, золы и, возможно, частиц лавы. Его t может достигать более 7000 градусов. Опустившись на поселение, оно приводит к гибели не только жителей, но и к уничтожению всех построек. Такие случаи зафиксированы в истории. Фумаролы опасны еще и высокой концентрацией ядовитых газов – к примеру, CO2, которые могут являться виновниками зловония в области нахождения вулкана, и повредить здоровью животных и местных жителей. Фумаролы могут быть: - сухие – они обычно самые горячие, газы в основном состоят из соединений хлора; - кислые – в основном состоят из соединений хлора, водорода и серы – они менее горячие, чем сухие;

- щелочные – в состав входят щелочные соединения; - углекислые – в основном состоят из углекислого газа, и являются самыми холодными – температура не более 1000 градусов.

Гейзер – это горячий источник, который извергает свою воду на регулярную или нерегулярную высоту, как фонтан. Название происходит от исландского слова «льется». Появление гейзеров требует определенной благоприятной обстановки, которая создана только в нескольких местах на земле, что обуславливает их достаточно редкое наличие. Практически 50% гейзеров находятся в Национальном парке Йеллоустоуна (США). Деятельность гейзера может прекратиться из-за изменений в недрах, землетрясений и др. факторов. Действие гейзера вызывается соприкосновением воды с магмой, после чего вода быстро нагревается и под действием геотермальной энергии с силой выбрасывается вверх. После извержения, вода в гейзере постепенно охлаждается, вновь просачивается к магме, и вновь фонтанирует. Частота извержений различных гейзеров отличается от нескольких минут до нескольких часов. Необходимость наличия большой энергии для действия гейзера – главная причина их редкости. Вулканические области могут иметь горячие источники, грязевые вулканы, фумаролы, но есть очень немного мест, где находятся гейзеры. Дело в том, что даже если гейзер образовался в месте активности вулкана, последующие извержения разрушат поверхность земли и изменят ее состояние, что приведет к исчезновению гейзера. Грязевой вулкан является своего рода горячим источником, который наполнен грязью. Они появляются в высокотемпературных областях, и часто являются поствулканическим явлением. Грязь в вулкане вязкая, часто пузырится, имеет высокую t. Ее количество может изменяться в зависимости от сезона, а также от количества влаги, поступающей в вулкан. Грязь, выходящая из него, накапливается по краям, увеличивая размер вулкана. Она может быть различных цветов. В состав грязи входит кварц, глина, и др. полезные ископаемые. Выходящие газы влияют на формирование пузырей. Весной грязь в вулкане достаточно жидкая, а ближе к осени – более густая. В осенние месяцы эти вулканы хорошо осматривать, т.к. грязь не слишком разбрызгивается, и пузыри образуются очень крупные. Для образования грязевого вулкана необходимо наличие нескольких условий – достаточной концентрации газов, а также не слишком много воды. Сероводород, соединяясь с др. элементами, может превратиться в серную кислоту, а также наделяет воздух неприятными ароматами. Это приводит к тому, что среда в вулкане является кислой. Если в грязи высокая концентрация серы, то ее цвет будет желтоватым, а железо в соединении с др. элементами может придать грязи розовый оттенок.

Псевдовулканические формы рельефа включают образования, связанные с деятельностью грязевого вулканизма. Грязевые вулканы образуются в молодых, интенсивно прогибающихся синклинальных зонах, там, где имеются глинистые толщи, насыщенные подземными водами. Активным началом является присутствие обильно выделяющихся газов, обычно углеводородных. Поэтому грязевой вулканизм тесно связан с газо- и нефтеносными областями и структурами, в чем заключается его важное практическое значение. В рельефе грязевые вулканы представляют собой конусовидные, пологие холмы (сопки) с несколькими кратерами, через которые происходит излияние, а иногда взрывной выброс грязи, образующей валы и потоки на склонах сопки. В бывшем СССР грязевые вулканы известны на Апшеронском, Таманском и Керченском полуостровах.

5. Процесс образования и основные виды болотных отложений.

Болотные почвы образуются вследствие заболачивания суши или заторфовывания водоемов. Болотный процесс почвообразования характеризуется торфообразованием и огнилением минеральной части почвенного профиля. Развивается он только при условии избыточного увлажнения. Торфообразование происходит при накоплении неразложившихся или полуразложившихся растительных остатков в результате плохо выраженных процессов гумификации и минерализации растительности. Следствием торфообразования является консервация элементов зольного питания. Она заключается в том, что питательные вещества, поглощенные растениями, по причине слабой минерализации растительных остатков не переходят в доступные для других поколений растений формы. Огнилением представляет собой биохимический процесс превращения окисного железа в закисное и происходит под действием анаэробных микроорганизмов, отщепляющих от окисных форм соединений часть кислорода. Различают три вида минерального питания болот — атмосферный, атмосферно-грунтовый и аллювиально-делювиальный. В зависимости от типа питания и условий образования формируются : 1. верховые 2. низинные 3. переходные болота, различающиеся как составом растительности, так и почвами.

Верховые болота образуются из переходных болот или при непосредственном заболачивании суши атмосферными или мягкими грунтовыми водами. Располагаются верховые болота обычно на плоских, плохо дренированных элементах рельефа с бедными почвами. Содержание растворенных в воде верховых болот питательных веществ очень незначительно, поэтому в таких условиях развивается крайне нетребовательная к элементам питания растительность.

Низинные болота образуются в пониженных элементах рельефа, при заболачивании суши жесткими грунтовыми водами или заторфовывании водоемов. В таких водах достаточное количество питательных веществ, поэтому на низинных болотах хорошо развиваются злаки, осоки, зеленые мхи, из древесных пород — черная ольха, береза, ива и т. д. В связи с этим различают зелено-мховые, ольшаниковые, осоковые низинные болота и другие. В процессе развития низинные болота превращаются в другие типы болот. Происходит это потому, что верхняя часть торфа при нарастании постепенно отрывается от жестких грунтовых вод и питание растений начинает осуществляться за счет мягких атмосферных осадков. В связи с этим меняется состав растительности, и низинное болото превращается в переходное.

Переходные болота образуются из низинных или формируются, непосредственно при заболачивании суши, когда увлажнение осуществляется попеременно жесткими и мягкими водами. По составу растительности переходные болота занимают промежуточное положение между верховыми и низинными, приближаясь больше к верховым. Переходные болота, в свою очередь, при дальнейшем развитии еще больше отрываются от грунтовых вод и превращаются в верховые. Превращение водоемов в болота происходит стадийно. В начале заболачивания на дне водоема откладывается ил, который приносится с окружающих возвышенностей талыми снеговыми водами и атмосферными осадками. К этому илу примешивается ил, попадающий в воду при размывании берегов. В результате этих многолетних отложений водоем постепенно мелеет. На второй стадии водоем заселяется планктонными (взвешенными в воде) организмами, преимущественно водорослями и ракообразными. После отмирания они смешиваются с илом на дне водоемов, увеличивают общую массу отложений и еще больше способствуют их обмелению. Одновременно со второй происходит и третья стадия — берега и прибрежные пояса водоемов зарастают растительностью, прикрепляющейся к прибрежным и донным отложениям. После отмирания растения опускаются на дно, разлагаются в анаэробных условиях и образуют торф. В связи с отложением торфа происходит постепенное обмеление водоема, растительность все дальше и дальше перемещается от берега к середине, что со временем приводит к полному его зарастанию и заторфовывании. Наконец, наступает последняя, четвертая, стадия, когда водоем превращается в травяное или осоковое болото. Заторфовывание происходит тем быстрее, чем мельче водоем и чем спокойнее в нем вода. Процесс образования болот широко распространен в зоне ледниковых отложений, где много мелких озер, ручьев и рек с медленно текущей водой. Почвы низинных болот имеют нейтральную или слабокислую реакцию, содержат большое количество азота, высокозольные, с низкой влагоемкостью. Почвы верховых болот, наоборот, кислые, содержат значительно меньше азота, малозольные, но очень влагоемкие. Почвы переходных болот имеют промежуточные свойства. Торф низинных болот обладает лучшими физико-химическими свойствами: имеет высокую степень разложения, зольность его достигает 25 % и более, содержание азота — 3—4 %, реакция слабокислая. Содержание фосфора сравнительно невелико и колеблется в широких пределах — от 0,15 до 0,45%. Все торфяные почвы, бедны калием. Торф верховых болот характеризуется меньшей степенью разложения, его зольность не превышает 5%, он беден элементами питания, реакция сильнокислая. Торф всех видов болот имеет высокую емкость поглощения, но степень насыщенности основаниями у низинных торфов достигает 70—100 %, а у верховых — не превышает 15—20 %. Для торфа характерна очень высокая влагоемкость, но особенно она велика у верхового — 600—1200 %. С увеличением разложения влагоемкость торфа понижается. Болотные почвы классифицируют по двум признакам: по принадлежности к тому или иному типу болота, а в пределах одного типа — по мощности торфяного горизонта. По первому признаку выделяют болотные верховые и болотные низинные почвы, а по второму — торфяно-глеевые и торфяные почвы. Кроме того, в типе верховых болотных почв выделяют род переходные болотные почвы, которые близки по свойствам к верховым и низинным болотным почвам.

6. Жесткость воды (общая, карбонатная, некарбонатная). Агрессивность подземных вод.

Жесткость воды это совокупность свойств воды, обусловленная наличием в ней примесей катионов Са ²⁺ и Mg²⁺. Один из возможных их источников - горные породы (известняки, доломиты), которые растворяются в результате контакта с природной водой. Сумма концентраций Са ²⁺ и Mg²⁺ называется общей жесткостью воды. Она складывается из карбонатной (временной, устраняется кипячением) и некарбонатной (постоянной) жесткостью воды. Первая вызвана присутствием в воде гидрокарбонатов Са и Mg [при кипячении разлагаются на СаСО ₃ и Mg(OH)₂ с выделением СО ₂], вторая - наличием сульфатов, хлоридов, силикатов, нитратов и фосфатов этих металлов. Карбонатная жесткость отвечает той части катионов Са ²⁺ и Mg²⁺, которая эквивалентна содержащимся в воде анионам НСО ₃^-, некарбонатная - анионам SO₄^2-, NO₃^- и других. Жесткость воды колеблется в широких пределах: от 0,1-0,2 ммоль экв/л в реках и озерах, расположенных в зонах тайги и тундры, до 80-100 ммоль экв/л и более в подземных водах, морях и океанах. Различают воду мягкую (общая жесткость до 2 ммоль экв/л), средней жесткости (2-10 ммоль экв/л) и жесткую (более 10 ммоль экв/л). В поверхностных водоисточниках, где преобладает, как правило, карбонатная жесткость (70-80% от общей), а магниевая жесткость обычно не превышает 30%, реже 60% от общей, наибольшее значения жесткость воды достигает в конце зимы, наименьшего - в период паводка. Так, в Волге (г. Горький) максимальная жесткость воды бывает в марте (4,3 ммоль экв/л), минимальная - в мае (0,5 ммоль экв/л). В подземных водах жесткость воды более постоянна и меньше изменяется в течение года. Повышение жесткости воды способствует усиленному образованию накипи в паровых котлах, отопительных приборах и бытовой металлической посуде, что значительно снижает интенсивность теплообмена, приводит к большому перерасходу топлива и перегреву металлических поверхностей. Жесткость воды увеличивает расход мыла при стирке, поскольку часть его образует с катионами Са ²⁺ нерастворимый осадок. Качество тканей, стираемых в жесткой воде, и тканей, при отделке которых она применяется, ухудшается вследствие осаждения на тканях кальциевых и магниевых солей высших жирных кислот мыла. В воде с высокой жесткостью плохо развариваются овощи и мясо, т. к. катионы Са ²⁺ образуют с белками пищевых продуктов нерастворимые соединения. Большая магниевая жесткость придает воде горький привкус, поэтому содержание катионов Mg²⁺ в питьевой воде не должно превышать 100 мг/л. Общая жесткость питьевой воды во избежание ухудшения ее органолептических свойств должна быть не более 7 ммоль экв/л; по согласованию с органами санитарно-эпидемиологической службы иногда допускается увеличение общей жесткости воды до 10 ммоль экв/л. Для устранения или уменьшения жесткости воды применяют специальные методы. Например, из реагентных методов наиболее распространен известково-содовый, который позволяет устранить карбонатную и некарбонатную жесткость воды. С помощью ионообменных методов умягчают воду с преобладающей некарбонатной жесткостью воды (Na⁺ -катионирование) или карбонатной (Н ⁺ -катионирование); комбинированием этих методов получают глубоко умягченную воду.
Агрессивность подземных вод выражается в разрушительном воздействии растворенных в воде солей на строительные материалы, в частности, на портландцемент. Поэтому при строительстве фундаментов и различных подземных сооружений необходимо уметь оценивать степень агрессивности подземных вод и определять меры борьбы с ней. В существующих нормах, оценивающих степень агрессивности вод по отношению к бетону, кроме химического состава воды, учитывается коэффициент фильтрации пород. Одна и та же вода может быть агрессивной и неагрессивной. Это обусловлено различием в скорости движения воды — чем она выше, тем больше объемов воды войдет в контакт с поверхностью бетона и, следовательно, значительнее будет агрессивность.
По отношению к бетону различают следующие виды агрессивности подземных вод:

общекислотная — оценивается величиной pH, в песках вода считается агрессивной, если pH < 7, а в глинах — рН< 5;
сульфатная — определяется по содержанию иона SO^^-; при содержании SO^2- в количестве более 200 мг/л вода становится агрессивной;
магнезиальная — устанавливается по содержанию иона Mg²⁺;
карбонатная — связанная с воздействием на бетоны агрессивной углекислоты, этот вид агрессивности возможен только в песчаных породах.

Агрессивность подземных вод устанавливают сопоставлением данных химических анализов воды с требованиями нормативов. После этого определяют меры борьбы с ней. Для этого используют специальные цементы, производят гидроизоляцию подземных частей зданий и сооружений, понижают уровень грунтовых вод устройством дренажей и т. д.
Агрессивное действие подземных вод на металлы (коррозия металлов). Подземная вода с растворенными в ней солями и газами может обладать интенсивной коррозионной активностью по отношению к железу и другим металлам. Примером может служить окисление (разъедание) металлических поверхностей с образованием ржавчины под действием кислорода, растворенного в воде:
2Fe + 0₂ = 2FeO
4FeO + 0₂ = 2Fe₂03 Fe₂0₃ + 3H₂0 = 2Fe(OH)₃
Подземные воды обладают коррозионными свойствами при содержании в них также агрессивной углекислоты, минеральных и органических кислот, солей тяжелых металлов, сероводорода, хлористых и некоторых других солей. Мягкая вода (с общей жесткостью менее 3,0 мг-экв) действует значительно агрессивнее, чем жесткая. Наибольшему разъеданию могут подвергаться металлические конструкции под влиянием сильнокислых (pH < 4,5) и сильнощелочных вод (pH > 9,0). Коррозии способствует повышение температуры подземной воды, увеличение скорости ее движениями, электрические поля в грунтовых толщах.
Оценка коррозионной активности вод по отношению к некоторым металлам производится по действующему ГОСТу. После этого, согласно СНиПа, выбирают мероприятия по предотвращению возможной коррозии.

7. Подземные воды. Виды подземных вод в условиях вечной мерзлоты.

Подземные воды вечной мерзлоты. Подземные воды в районах многолетней мерзлоты (Сибирь, Крайний Север, Дальний Восток и др.) контактируют или непосредственно содержатся в толще многолетнемерзлых пород. Подземные воды представлены над- мерзлотными, межмерзлотными и подмерзлотными водами.
Надмерзлотные воды подразделяют на воды сезонно-талого (деятельного) слоя и воды надмерзлотных таликов речных долин и озерных впадин. Подстилающим водоупором для них служит многолетнемерзлая толща, пустоты, трещины, поры которой постоянно заполнены льдом. Надмерзлотные воды образуют безнапорные горизонты типа верховодки и грунтовых вод. Питание они получают за счет инфильтрации осадков, таяния снежников и ледников, а также подпитывания в результате разгрузки под- мерзлотных вод.
В первой половине зимы надмерзлотные воды деятельного слоя промерзают, и поскольку в этот период они залегают между двумя водоупорными слоями (снизу — толща многолетнемерзлых пород, сверху — горизонт сезонного промерзания), то развивают значительное давление и становятся напорными. По величине минерализации воды пресные и летом могут использоваться для водоснабжения, однако количество (запасы) их незначительно, а санитарно-техническое состояние не всегда удовлетворительно.
Надмерзлотные воды в зоне таликов под влиянием переноса тепла реками и озерами зимой обычно не промерзают и имеют постоянный сток. Это воды пресные, очень холодные (температура 0,5—5 °С), используются для водоснабжения.
Межмерзлотные воды содержатся внутри толщи многолетней мерзлоты как в твердой (лед), так и в жидкой фазе (зона прерывистых и сквозных таликов). Межмерзлотные воды в жидкой фазе обычно напорны. Распространены они не повсеместно и залегают в пределах таликов преимущественно в долинах рек. Постоянная циркуляция, отчасти высокая минерализация, предохраняет их от замерзания. Гидравлически межмерзлотные воды связаны как с вышезалегающими надмерзлотными, так и с ниже- залегающими подмерзлотными водами. Запасы межмерзлотных вод непостоянны и к концу зимы значительно сокращаются.
Подмерзлотные воды циркулируют ниже многолетнемерзлотной толщи, поэтому встречаются только в жидкой фазе. Воды напорны, величина напора над кровлей нередко достигает нескольких сотен метров. По условиям циркуляции подмерзлотные воды аналогичны напорным водам в районах с умеренным климатом. Запасы подмерзлотных вод значительны. Водообильность высокая, особенно карстовых подмерзлотных вод. Минерализация вод разная (от пресных до рассолов). В районах с небольшой мощностью многолетнемерзлых пород (южные районы Восточной Сибири и Дальнего Востока) подмерзлотные воды широко эксплуатируются и имеют важнейшее значение для водоснабжения.