Распространение вод в зоне аэрации

Зона аэрации
Зона аэрации — зона неполного насыщения — самая верхняя часть литосферы, ограниченная сверху поверхностью Земли, а снизу — свободной поверхностью грунтовых вод первого водонос­ного горизонта. В зоне аэрации, соприкасающейся с атмосферой, часть пор заполнена воздухом, часть — водой и частично водой в виде пара. Мощность зоны колеблется от нуля (там, где грунтовые воды достигают дневной поверхности) до нескольких сот метров (в горах, сложенных массивными проницаемыми породами и пу­стынях). Через эту зону происходит просачивание атмосферных и поверхностных вод. В зоне аэрации выделяют три пояса, рассмот­ренных далее.
1. Пояс почвенной влаги содержит почвенные воды — все воды почвенного слоя (в подпочвенный слой вода не доходит) в виде пара, влаги, льда и газообразной форме, образующиеся за счет увлажнения почв атмосферными осадками и конденсации влаги из воздуха (по А.М. Овчинникову). Это висячие воды, не подстилаемые водо­упорными горизонтами и определяющие структуру, свойства и режим почв. Они имеют большое значение для питания растений и в процессах выветривания содержащихся в почве минералов, но хозяйственного значения не имеют (рисунок ниже).
Распространение вод в зоне аэрации

Характерными особенностями почвенных вод являются:

• 
  это безнапорные воды;
  
• 
  связаны с атмосферой, грунтовыми водами и верховодкой;
  
• 
  имеют агрономическое значение, служат для снабжения растений водой, влияют на плодородие почв;
  
• 
  содержат много органических веществ и микроорганизмов;
  
• 
  запасы вод невелики.
  

2. Промежуточный слой зоны аэрации располагается ниже зоны почвенных вод и представляет собой толщу практически сухих пород, содержащих в небольших количествах пленочную воду. Если в этой толще имеются прослои (линзы) водоупоров, то в периоды обильной инфильтрации (просачивания) атмосферных и поверх­ностных вод (периоды дождей, таяния снега, половодий и проч.) над ними образуются временные скопления гравитационных вод. Мощ­ность пород, насыщенных такими водами, обычно не превышает 1—3 м. Эти временные водоносные горизонты называются «верхо­водки».

Верховодка — небольшие скопления подземных вод сезонного характера, залегающих на небольшой глубине в виде линз, где чередуются водоупоры глин, суглинки и водопроницаемых пород песков. Проникающие сверху инфильтрационные воды задерживаются в этих линзах. Накопление верховодки происходит также при таянии снега, льда, обилии дождей. Воды верховодки называются еще под­вешенными водами (рисунок ниже).

Схема залегания грунтовых вод и верховодки

1 — зона аэрации; 2 — зона насыщения; 3 — водоупорные глины; 4 — капиллярная кайма; 5 — верховодка
Характерными особенностями верховодки являются:

• 
  небольшие глубина залегания и мощность (1—3 м);
  
• 
  локальное развитие и небольшая площадь распространения;
  
• 
  сезонность (временность) существования;
  
• 
  ограниченность запасов и их зависимость от климатических условий и хозяйственной деятельности человека;
  
• 
  резкие колебания режима вод — температуры, уровня и химиче­ского состава;
  
• 
  низкая минерализация вод — от пресных 0,1—1,0 г/дм³ до слабо­ минерализованных 3 г/дм ;
  
• 
  разнообразие химического состава, повышенное содержание ОВ и микроэлементов Fe, Si0₂;
  
• 
  легкая загрязняемость и непригодность для постоянного водо­снабжения.
  

3. Пояс капиллярной каймы расположен в самом нижнем слое зоны аэрации на границе с зоной насыщения. Здесь тонкие волосные капиллярные поры заполнены собственно капиллярной водой (или капиллярно-поднятой водой), а крупные поры свободны. Воды капиллярной каймы образуются в результате подъема воды по капил­лярным пустотам над свободным уровнем подземных вод. Высота капиллярного поднятия (мощность капиллярной каймы) зависит от размера пустот, структуры порового пространства, гранулометрического состава и дисперсности горных пород и изменяется от 2-3,5 см (крупнозернистые пески) до 65-120 см (глина) (рисунок ниже).
Капиллярная кайма Н_кап в грунте

1 — водоупор (глина); 2 — грунтовая вода; 3 — зона аэрации; 4 — здание; 5 — суглинок; УГВ — уровень грунтовых вод
Воды капиллярной каймы:

• 
  имеют тесную гидравлическую связь с грунтовыми водами;
  
• 
  не перемещаются под действием силы тяжести;
  
• 
  могут передавать гидростатическое давление;
  
• 
  не замерзают при температуре ниже 0 °С, а замерзают при темпе­ратуре ниже — 12°С;
  
• 
  перемещение верхней границы капиллярной каймы зависит от колебания уровня грунтовых вод;
  
• 
  характеризуются непостоянством режима;
  
• 
  имеют важное значение для формирования водного режима пород зоны аэрации, почвенного слоя и водоснабжения растений.