Дренаж участка с высоким уровнем грунтовых вод своими руками: Дренаж на участке с высоким уровнем грунтовых вод

Содержание

Дренаж на участке с высоким уровнем грунтовых вод

Придомовая территория, огород или сад часто страдают от подъема грунтовых вод. Чрезмерное количество влаги негативно влияет на состоянии фундамента строения, вымывает плодородный слой земли. Сырость способствует образованию плесени, росту лишайников, размножению лягушек, змей, разрастанию камыша. Владельцы загородной недвижимости могут самостоятельно выполнить дренаж воды с участка с помощью специальных средств для защиты от неприятностей. Сделать дренаж на участке с высоким уровнем грунтовых вод можно своими руками. Для этого вам нужно следовать инструкции и иметь все необходимые материалы.

Высокие грунтовые воды

Дождевая и талая вода на участках с глинистой почвой, расположенных в долинах и низинах речушек могут привести к избыточной влажности. При помощи визуального осмотра местности и расположенных на ней сооружений поможет оценить общее состояние придомовой территории. Дренаж участка с высоким уровнем грунтовых вод своими руками требуется проводить при наличии следующих факторов:

осыпание штукатурки со стен, перекос оконных и дверных конструкций, наличие трещин на стеклах — что свидетельствует о потери прочности в результате вымывания цемента;
запах сырости, гнили, наличие плесени — разрушающих бетонные и деревянные конструкции;
загнивание корневой системы садовых деревьев;
чрезмерное разрастание сорной травы: камыша, крапивы, полыни;
увеличение численности лягушек, улиток, комаров, ужей;
затопление водой погреба, подвала, выгребной ямы;
коррозия элементов систем инженерной коммуникации: канализации, водопровода;

выталкивание септика из грунта.

Проведение пробного зондирования позволит определить качество и состав грунта. При обнаружении на глубине 1-2 метра грунтовых вод на участке следует выполнять мероприятия по проводке дренажа. Принудительное осушение требуется не отдельным участкам, где расположены подсобные строения, туалет, дом, летняя кухня, колодец, а всему участку. Для достижения эффективного результата необходим монтаж разветвленной системы дренирования.

Виды дренажных систем

Понизить уровень залегания грунтовых вод можно с помощью устройства дренажа открытого и закрытого типа, откачки дренажными насосами, изготовления искусственным насыпей, устройства дренажного пруда. Простая система сточных каналов позволяет провести частичной осушение. Они прокладываются между грядками, по периметру участка. Талая и дождевая вода собирается в водосборных рукавах, затем попадает в магистральный канал, после чего оказывается в дренажном колодце или за пределами участка.

Открытый дренаж грунтовых вод своими руками выполняется поэтапно:

траншеи копают глубиной 40 см, шириной —1/3 глубины, для обеспечения самотека воды важно выполнить небольшой уклон;
канал, расположенный не далеко от построек, заглубляют на 25-30 см по отношению к опорным элементам и фундаменту;
дренажные канавы не располагают по периметру сооружений, поскольку их стенки не укреплены, а это может привести к деформированию фундамента.

Для решения вопроса как сделать дренаж при высоком уровне грунтовых вод успешно используется закрытая система. Она состоит из сети труб, соединенных с дренажным колодцем, размещенного в нижней позиции. Работы ведутся в определенном порядке:

вначале разрабатывается план отвода воды;
трубы размещают по периметру построек и между деревьями;

согласно плана выполняется разметка участка;
траншею капают глубиной ниже точки промерзания, вдоль здания — ниже фундамента на 15 см;
песчаную подушку засыпают на дно канавы. Крупнозернистый песок, слоем 10-15 см, заливают водой, но не трамбуют;
укладка геотекстиля;
засыпка гравия — фильтрующей прослойки, толщиной 5-10 см;
укладка труб полимерных гофрированных, оболочка из геотекстиля защищает от заиливания, диаметр трубы магистрального канала 100 мм, вспомогательного — 75 мм;
пространство канала засыпают средним и крупным гравием в качестве фильтрующей прослойки;
свободные края геотекстиля засыпают гравийной крошкой, оставшимся от рытья траншеи грунтом.

Трубная система дренажа

Дренаж грунтовых вод вокруг дома проводится с помощью трубной системы. Первый этап включает обустройство траншеи, которая роется по периметру основания объекта. Ее глубина зависит от уровня залегания фундамента. По углам дома обустраивают колодцы технологические и смотровые. Дно траншеи засыпают подушкой: мелким щебнем с песком, помогающей избежать деформации дренажа при движении почвы.

В дренажные траншеи укладывают пластиковые трубы сечением 100-110 мм, с отверстиями по периметру. Обмотка из геотекстильного полотна препятствует заиливанию труб, пропуская внутрь только жидкую фракцию. Засыпка траншей начинается с укладки водоотводного слоя ПГС толщиной 10 см, который уплотняют. Затем используется земля, оставшаяся после рытья траншеи, в завершении поверхность накрывается снятым дерном.

Выбор элементов и комплектующих

Для хозяев участков с высоко грунтовыми водами задача как сделать дренаж играет важное значение. Грамотное выполнение работ позволит вывести грунтовую воду за границу территории или собирать ее в емкости для дальнейшего использования в хозяйстве. Дренаж дома, выполненный своими руками с применением профессиональных материалов, защитит фундамент от разрушения. С его помощью на прилегающей к дому территории сохранится здоровый микроклимат, вырастет урожай плодовых и ягодных культур.

Купить комплектующие для устройства дренажа грунтовых вод на участке предлагает компания «Дренаж Pro». Каталог товаров радует разнообразием и доступными ценами. Оформить заказ можно по телефону или оставить сообщение на сайте компании. Стоимость товара зависит от объема и способа доставки. Услуга самовывоза со склада в Москве позволит сэкономить расходы и получить материал в короткие сроки. Профессиональные дренажные системы сделают участок уютным и сухим в любую погоду, обезопасят фундамент дома от разрушения. Важным преимуществом используемой технологии служит комплексный подход в поэтапному монтажу подходящего вида системы на придомовой территории.

Дренаж участка с высоким уровнем грунтовых вод.

Время на чтение: 4 мин.

Участок с высокими грунтовыми водами может быть опасен морозным пучением грунта под зданием и, соответственно, его деформацией в начале зимы и весны. Также, повышенная влажность верхнего слоя почвы плохо влияет на первые венцы сруба. Чтобы избежать этих проблем, важно грамотно устроить дренажную систему. Она обеспечит отвод влаги от стен и фундамента и избавит дом от необходимости делать капитальный ремонт.

Содержание

Негативное влияние грунтовых вод
Как распознать переувлажненный участок
Открытая дренажная система
Закрытая дренажная система
Рекомендации от Избы по эксплуатации дренажной системы

Негативное влияние грунтовых вод

Грунтовые воды — это безнапорный водоносный горизонт, они находятся в почве на малой глубине. У каждого участка разный уровень залегания влаги, но если она располагается высоко, то весной и в течение года уровень постоянно колеблется, причиняя хозяину дома неудобства. Например, во время оттепели или при продолжительных ливнях вода поднимается, нередко затопляет участок и фундамент, зато в жаркое засушливое лето отступает. Переувлажненность участка приносит вред не только постройкам, но и огороду, саду, канализации.

Владелец участка с высоким уровнем грунтовых вод может столкнуться с такими проблемами как:

Затопление септика и уличного туалета. Это опасно инфекциями и поломкой оборудования.
Затопление нижних уровней дома: цоколя, подвала, погреба. Продукты, инструменты и другие предметы, хранящиеся там могут испортиться.
Появление мха, плесени и дальнейшее их распространение по бревну.
Разрушение фундамента. Он может растрескаться, что приводит к медленному разрушению. Чтобы его предупредить в процессе монтажа фундамента мы заботимся о качественной гидроизоляции.
Застой воды, который отрицательно сказывается на саде, огороде, ландшафтном дизайне. Растения перенасыщаются влагой и погибают.
Разрушение отмостки. В ней появляются трещины, размываются пешеходные дорожки.

Как распознать переувлажненный участок

Не стоит беспокоиться о вышеперечисленных проблемах, если уровень грунтовых вод ниже 1,5 метра от поверхности земли. Если меньше или ваш участок находится вблизи водоёма, на глинистой почве, он ровный, без склонов — тогда нужно принимать меры. Но как распознать высокое залегание вод на своей земле? Есть несколько способов сделать это без специального оборудования.

Если на участке уже есть постройки, то о проблеме свидетельствует:

Осыпание штукатурки внутри или снаружи.
Перекос окон или дверей, их заклинивание.

Если участок ещё пустой и на нём есть лишь растения, следует обратить внимание на то, какие их виды там растут:

Мать-и-мачеха, плющ, крапива, осока — очень высокий уровень грунтовых вод.
Лабазник, камыш, тростник — влага на глубине 3 метров.
Полынь, солодка — слой глубже 5 метров.
Дуб, верба, клён, береза — растут на водоносных жилах, наклонены в их сторону.

Универсальный способ проверить высоко ли водоносный слой на участке — осмотреть землю на предмет луж. Если на вашей земле всегда «мокро» и лужи долго не сохнут, то вывод напрашивается сам собой.

Конечно, перед строительством следует желательно провести пробное бурение или зондирование участка. Это поможет собрать данные о почве, её составе и качестве грунтов. Экспертиза позволит оценить риск или подтвердить безопасность вложения средств в строительство, даст вам уверенность или инструкцию к дальнейшим действиям. О дренажной системе участка нужно позаботиться вне зависимости от результатов. Для высокого уровня влаги подходят два типа дренажа: открытый и закрытый.

Открытая дренажная система

Открытый дренаж участка представляет собой кювет или, проще говоря, траншею глубиной около метра по всему периметру участка. Со стороны предполагаемой зоны затопления (ближе к водоёму) боковая часть траншеи выкапывается с уклоном примерно 30%, для ускорения и упрощения стока воды. Канавы и траншеи соединяются, вода отводится к колодцу. При проведении работ важно правильно выбрать степень уклона, иначе на отдельных участках вода может по-прежнему скапливаться. Чтобы траншеи не портили внешний вид участка их засыпают крупным щебнем, на поверхности допустимо использовать камень или крошку более мелкой фракции. Открытый дренаж хорошо справляется с большим количеством воды и достаточно прост в обустройстве.

Лучшее время для таких работ — весна, оттепель. Тот самый период, когда грунтовые воды максимально поднимаются и проще определить необходимую глубину траншей.

Закрытая дренажная система

В закрытой системе нет открытых канав и труб, что несомненно, является преимуществом. Здесь трубы залегают на большей глубине, в районе 60-100 см. Чаще всего используются гофрированные перфорированные пластиковые трубы, так как они не вредят окружающей среде в отличие от асбестоцементных. Чтобы избежать заиливания, их подсыпают щебнем и оборачивают слоем геотекстиля. В продаже можно встретить уже готовые обмотанные трубы, что значительно упрощает процесс. Способ требует больших финансовых затрат, чем открытый дренаж, но справляется с высокими грунтовыми водами более качественно. К тому же, не портится внешний вид участка.

Дренажный участок с высокими подземными водами, сделайте это самостоятельно

Содержание ✓

✓ Поверхностная дренаж
✓ Терраса
✓ Глубокий дренаж
✓ Простой дренаж заговора вокруг дома. РЕЖИМ ЧРЕЗВЫЧАЙНО ВАЖНЫЙ:
КАКОВ ОБЪЕМ ВОДЫ НА ЕДИНИЦУ ПЛОЩАДИ, СКОЛЬКО ЕЕ ОГРАНИЧИВАЕТСЯ В ПАХОТНОМ СЛОЕ, КАК ДОЛЬШЕ ПОЧВА СОХРАНЯЕТ ВЛАЖНОСТЬ. СПЕЦИАЛИСТ В ОБЛАСТИ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ РАССКАЗЫВАЕТ О ДРЕНАЖЕ УЧАСТКОВ.
Удаление лишней воды из почвы называется дренажем. При этом оговаривается, на какую глубину необходимо провести данное мероприятие. Понятно, что глубины водосбора для сада и построек на капитальном фундаменте разные. Но принцип расчета и обустройства дренажных систем аналогичен.
ВСЕ НЕОБХОДИМОЕ ДЛЯ ЭТОЙ СТАТЬИ ЗДЕСЬ >>>
По глубине расположения дренажные системы можно разделить на поверхностные и глубокие (рис. 1).
ПОВЕРХНОСТНЫЙ ДРЕНАЖ
Устройство поверхностных дренажных систем на тяжелых грунтах в наших климатических условиях обязательно. Почему это необходимо?
Садоводческие товарищества или отдельно стоящие коттеджные поселки обычно состоят из набора небольших участков разных владельцев. Но для природы это не имеет значения — талая вода будет течь везде по мерзлой земле по склону. Это означает, что плодородный слой почвы будет постепенно опускаться на дно склона. В нижней трети общей площади земля будет закисать, а верхняя – чрезмерно пересыхать. Влажный грунт может не выдержать давления конструкций и сдвинуться. И, конечно же, во влажных условиях развивается патогенная микрофлора.
Устройство простейших дренажных каналов, в которые будут собираться паводковые воды, позволяет избежать многих проблем. И тут никаких спецпроектов не надо — все решается на местах в рабочем порядке.
Участок перекопан по периметру. Траншея делается минимум на ширину лопаты и на глубину штыка. Углублять больше 50 см смысла нет ля. Стенки траншей скашивают, чтобы вымытая земля не осыпалась. Со временем на них вырастет трава, которая закрепит землю. Уклон траншей делается в сторону основного (коллекторного) канала, глубина и ширина которого должны быть больше, чем у траншей.
Раз в несколько лет дренажные траншеи необходимо корректировать: удалять рыхлый грунт, растительные остатки, подравнивать стенки.
Вода с нескольких участков собирается в канал и сбрасывается по склону рельефа за пределы колхоза (рис. 2).
Такая система поверхностного водоотвода является наименее дорогой. При больших капитальных вложениях траншеи укладывают дорожным геотекстилем плотностью 150-200 г/м ² и засыпают крупным щебнем. Известняковый щебень для земляных работ не применяют, так как он быстро раскисляет и подщелачивает окружающий грунт, а вот крупный щебень доломит зарекомендовал себя как недорогой и стойкий материал (рис. 3,4).
ДРЕНАЖНЫЕ ТРУБЫ, ДОСТУПНЫЕ ДЛЯ УСЛОВИЙ ПОВЕРХНОСТНОГО ДРЕНАЖА, НЕ ПРОТИВОРЕЧИВАЮТ БОЛЬШОМУ ОБЪЕМУ ВОДЫ, ЗАПОЛНЕНИЮ ВОДЫ И БУКВЕ ВОДЫ НА ПОВЕРХНОСТИ.
Вопрос осушения самой территории решается индивидуально. Хорошо, если вся площадь будет даже с небольшим уклоном. Но часто неровный грунт. К тому же вынутый при строительстве фундаментов грунт создает дополнительные проблемы.
В таких условиях приходится плясать от печки, то есть от дома: на каком уровне он построен, какая высота цоколя, есть ли отмостка, направлен ли основной уклон рельефа к дому.
См. также: Слоистый дренаж своими руками – зачем нужны чертежи и схемы
При этом приусадебный участок приходится делить на зоны, террасировать, оборудовать обратными откосами и глиняными замками. Это связано с тем, что весной вода будет течь по мерзлому грунту и никакие дренажи, кроме поверхностных, с этим стоком не справятся.
ТЕРРАСА
Террасы обычно склоны. А уклон почвы на самой террасе сохраняется. Получается, что большая площадь склона (то есть большой водосбор) разделена на несколько частей и вода с каждой террасы отводится отдельно. В результате плодородный грунт не смывается, а сам склон закрепляется за счет подпорных стенок.
В случае террас наибольший эффект поверхностного дренажа достигается при устройстве обратных откосов — когда уклон каждой нижней террасы формируется в сторону основания подпорной стены верхней террасы. Здесь вода собирается в траншеи или лотки и отводится. При строительстве террас с обратным уклоном возводят высокие подпорные стены, благодаря чему террасы выглядят живописно даже при относительно невысоких начальных уклонах.
Для растений обилие талых вод не всегда хорошо: при длительном затоплении и запирании плохо себя чувствуют яблони, мокнут вишни и крупноплодные вишни, некоторые сорта слив. Земляника садовая также не переносит застоя воды. Страдают розарии и многолетние клумбы.
Необходимо отметить, что строительство зданий и устройство приусадебных участков часто происходит либо без плана, либо по генеральному плану, не предназначенному для ведения сельскохозяйственной деятельности. Поэтому участки под сады и огороды выделяют по остаточному принципу и часто там, где растения испытывают дефицит солнца и тепла, так как наиболее освещенные участки после постройки дома отводятся под зону отдыха, беседку, газон, мангал.
Если огородная зона занижена и нет возможности досыпать грунт, то приходится строить высокие грядки. Горки рекомендуется засыпать плодовыми деревьями, но на практике это сделать сложно, так как рыхлая земля под напором талых вод растекается и деревья в ней не держатся, и выглядит это неэстетично. В таких условиях практикую создание насыпей высотой до 0,5 м, укрепленных подпорными стенками — здесь можно уплотнить землю и обеспечить дренаж, а плодовые деревья на полукарликовых подвоях чувствуют себя прекрасно.
ГЛУБИННЫЙ ДРЕНАЖ
Глубоководная дренажная система строится целенаправленно для определенного участка — например, если вам нужно отвести воду от фундамента дома определенных размеров и с такой-то глубины.
Сначала нужно отделить грунт вокруг фундамента от внешнего грунта, разрушить водоносный слой в конкретном месте. Для этого выкопайте траншею. Потенциально он будет заполнен грунтовыми водами, поэтому слишком близко к фундаменту его делать не стоит. Обычно за расстояние от фундамента до траншей принимают удвоенную глубину фундамента. Например, фундамент имеет глубину 1,20 м, а песчаная подушка под ним составляет 0,5 м. Поэтому на расстоянии около 3,5 м от фундамента выкапывается дренажная траншея.
Так как грунтовые воды не должны проникать в песчаную подушку, траншеи копают на такую глубину, чтобы линия, соединяющая нижнюю точку траншеи и нижнюю точку песчаной подушки, проходила на 30-45° от горизонта. То есть в нашем примере горизонтальные дренажные каналы должны располагаться на глубине 4-5 м. На глубине менее 3 м дренаж прокладывать не следует.
Если вода не будет стекать из дренажной системы, она быстро заполнится и перестанет функционировать. Поэтому обеспечивают естественный отток с устройством глубоких дренажных колодцев или системы колодцев малого диаметра для откачки воды.
После укладки дренажных труб и возведения колодезных каналов траншеи засыпают песком. Сверху желательно уложить слой тяжелого суглинка для создания замка и уже на нем плодородный слой почвы для газона. Понятно, что никакие другие растения, кроме травянистых, в проекции дренажной системы сажать нельзя. В местах, где его пересекают дорожки или площадки на бетонном основании, следует укладывать легко демонтируемые плиты: через определенное время дренажная система потребует очистки и вскрытия.
Как показывает практика, системы глубинного водоотвода более успешно работают вместе с системами поверхностного водоотвода.
Следует сказать еще об одном методе удаления лишней воды, не связанном напрямую с водоотводом, – посадке растений насосами. Например, живая изгородь из туи западного сорта ‘Брабант’ или ‘Смарагд’ позволит осушить участок земли на ширину, примерно равную высоте этих хвойников. Ива, а также лох и облепиха хорошо усваиваются.
Договорившись с соседями, участок которых ниже по уровню, можно устроить дренаж сразу двух территорий.
Смотрите также: Что делать, если участок затапливает после дождя и таяния снега? Дренаж и растения
ПРОСТОЙ ДРЕНАЖ УЧАСТКА ВОКРУГ ДОМА СВОИМИ РУКАМИ — ВИДЕО
Простой дренаж территории вокруг дома

Посмотреть это видео на YouTube
© Автор: Батов С.С., к.с.-х.н. , замечательный специалист, автор многочисленных статей. Фото: Ю. Смирнов, В. Тихомиров, В. Давыдов
ЗАКАЗАТЬ КАЧЕСТВЕННЫЕ И НЕДОРОГО СЕМЕНА И ДРУГИЕ ПРОДУКТЫ ДЛЯ ДОМА И ДАЧИ. ЦЕНЫ БУТЫЛОЧНЫЕ. ПРОВЕРЕНО! ПРОСТО ПОСМОТРИТЕ НА СЕБЯ И БУДЬТЕ ПОРАЖЕНЫ. ЕСТЬ ОТЗЫВЫ. GO >>>
Ниже другие записи по теме «Дача и сад — своими руками»
Подписывайтесь на обновления в наших группах и делитесь.
Давайте дружить!
Построить модель подземных вод
В 2015 году Агентство по охране окружающей среды проводило раскопки шахты «Золотой король», исторической шахты, где находились токсичные отходы, чтобы начать длительный процесс очистки кислотных отходов, скопившихся в исторической шахте.
Затем произошло немыслимое: произошел крупный разлив, выгрузивший миллионы галлонов загрязненных металлами кислых шахтных стоков в близлежащую реку в результате загрязнения, которое в конечном итоге затронет три штата и несколько коренных племен в регионе.
Гидролог Карлетта Чиф вмешалась, настояв на более тщательном анализе воды и отложений, чтобы убедиться, что вода в конечном итоге будет безопасной для сотен способов, которыми ее используют представители народа навахо, ее собственной коренной общины.
Посмотрите это видео, чтобы узнать о разливе на шахте «Золотой король» и усилиях одного ученого понять и смягчить его воздействие на регион.
<center><ins class="adsbygoogle" style="display:block" data-ad-client="ca-pub-1812626643144578" data-ad-slot="3076124593" data-ad-format="auto" data-full-width-responsive="true"></ins> <script>(adsbygoogle=window.adsbygoogle||[]).push({});</script></center>
Почему такие события, как разлив золота на руднике «Золотой король», влияют на столь многих людей и так по-разному? Как вода перемещается над и под землей, и как мы можем использовать эту информацию, чтобы предсказать, на кого повлияет загрязнение поверхностных и подземных вод? Чтобы выяснить это, вы создадите модель общего природного подземного источника воды — общего водоносного горизонта — и поэкспериментируете с перемещением смоделированных загрязняющих веществ через водоносный горизонт, проведя собственное тестирование воды.
Педагоги, не бойтесь: у нас есть инструкции по моделированию подземных вод своими руками, которые, приложив немного усилий и заплатив 60 долларов за детали, сделают 10 рабочих моделей подземных вод (для групп из трех учащихся), которые вы сможете использовать год за годом!
Модель водоносного горизонта из пластиковой коробки для обуви с тремя насосами, разработанная Райаном Холлистером. Иллюстрация Ариэля Зыка
Учащиеся:
- Моделирование того, как на общий водоносный горизонт влияют атмосферные осадки и кислые шахтные стоки
- Участники будут контролировать кислотность воды с течением времени, чтобы убедиться, что их смоделированное водоснабжение соответствует Национальным нормативам вторичной питьевой воды (NSDWR) с pH 6,5–8,5 9.0006
- Участники будут использовать свои данные для составления карты движения загрязняющих шлейфов с течением времени
- Расширение: создайте и протестируйте решение для исправления
Знакомство с подземными водами
После сильного дождя вы, скорее всего, увидите стоячую воду и несколько луж, которые собираются на поверхности земли.

Вы даже можете увидеть, как вода стекает по дорогам и тротуарам в ливневые стоки. Но чего вы, вероятно, не видите, так это невероятного количества воды, которая впитывается прямо в землю.
Земля состоит из множества мелких частиц камня, грязи и отложений с множеством пустых пространств, которые может заполнить вода. Иллюстрация Ариэля Зыка
В большинстве мест, не покрытых камнем или асфальтом, между кусками камня и частицами глины и почвы есть промежутки, по которым вода может двигаться после дождя. Благодаря всем этим небольшим пространствам земля может поглощать много воды. Под землей, по которой мы ходим, иногда на много миль ниже поверхности, может собираться большое количество воды в виде грунтовых вод. Колодцы, родники и насосы позволяют нам извлекать подземные воды для многих целей, включая питье и домашнее хозяйство, сельское хозяйство и производство.
Подземные воды не всегда остаются на одном месте, они могут рассеиваться, дрейфовать и перетекать с места на место под землей.
Точно так же, когда загрязнение проливается на землю или просачивается из общего источника загрязнения (называемого точечным источником) в озера, ручьи, загрязненные грунтовые воды могут перемещать загрязнение с места на место.
Чтобы понять, как вода и водные загрязнения перемещаются по грунтовым водам, полезно освоить небольшой словарный запас:
Водоносный горизонт
Подземное тело из проницаемых горных пород или отложений, насыщенное грунтовыми водами, которые могут быть подняты на поверхность колодцем или родником. Вода может перемещаться с места на место в пределах водоносного горизонта. Водоносные горизонты могут быть очень большими, простираться на многие-многие мили и обеспечивать питьевой водой и водой для орошения несколько штатов.
Зарядка
Когда идет дождь и вода просачивается в почву, воду можно добавить обратно в водоносный горизонт. Это называется перезарядка. В местах, где вода периодически пересыхает и где водоносные горизонты истощаются в результате деятельности человека, пополнение запасов может иметь важное значение для обеспечения наличия воды для орошения и питья.
Пористость
Процент открытого пространства (порового пространства) в образце породы или отложений. Отложения, такие как песок, ил и глина, обычно очень пористые и могут хранить большое количество грунтовых вод в порах. Многие магматические и метаморфические породы имеют очень низкую пористость, если они не трещиноватые.
Проницаемость
Скорость, с которой вода может течь через пористые породы или отложения. Проницаемые породы и отложения позволяют колодезным насосам откачивать гораздо большие объемы воды в час, чем менее проницаемые породы или отложения, и быстрее пополняются за счет дождя.
Шлейф загрязнения
Водоем загрязненных грунтовых вод. Шлейф загрязнения может течь и распространяться в пределах водоносного горизонта, воздействуя со временем на различные области.
Проверка грунтовых вод на понимание — с графикой!
Ответьте на каждый из следующих вопросов, комментируя и добавляя диаграммы в свои ответы. Распечатайте эту версию рабочего листа, которая включает диаграммы, которые помогут вам (версия docx).
1. Почему загрязнение водоносного горизонта потенциально более серьезно (подвергает риску больше людей), чем загрязнение небольшого поверхностного водоема?
2. Как, по вашему мнению, пористость влияет на количество поверхностных вод, которые будут поглощаться и накапливаться в виде грунтовых вод после ливня? Почему?
3. Как событие подпитки, такое как серия ливней, повлияет на направление, в котором может двигаться разлив загрязнения на поверхности, если почва обладает высокой проницаемостью? Что делать, если почва имеет низкую водопроницаемость?
4. Если на одной стороне водоносного горизонта есть шлейф загрязнения, а кто-то качает воду с противоположной стороны водоносного горизонта, как вы думаете, шлейф загрязнения будет двигаться к насосу, от него или оставаться на том же месте? Почему?
5. Объясните, как пористость почвы может повлиять на ее проницаемость. Если это поможет, вы можете аннотировать диаграмму ниже как часть вашего объяснения.
Подземные воды и угольные шахты: дренаж кислотных шахт
Когда подземные воды и воздух вступают в контакт с серо- и железосодержащими породами (например, пиритом), обычно встречающимися при добыче угля, может произойти химическая реакция, в результате которой в воде образуются растворенные в воде серная кислота и железо. Благодаря этому процессу старые участки добычи могут стать резервуарами высококислотных, богатых железом грунтовых вод, которые могут медленно просачиваться из шахты (или, в случае шахты «Золотой король», высвобождаться и быстро вымываться) и загрязнять близлежащие водоносные горизонты, озера, и потоки. Это загрязнение, называемое дренаж кислотных шахт , может окрасить озера и ручьи в желтый или оранжевый цвет, как это произошло во время разлива на руднике Голд Кинг, описанного Карлеттой Чифом в видеоролике Science Friday выше.
Хотя кислотность воды сама по себе опасна для растений и диких животных, она представляет особую опасность для человека из-за своей способности растворять тяжелые металлы.
Когда загрязненные кислые шахтные стоки вступают в контакт с горными породами и минералами, естественным образом содержащими тяжелые металлы, такие как свинец, медь, мышьяк и ртуть, эти металлы растворяются и попадают в воду, что приводит к высокотоксичному загрязнению, которое может загрязнить питьевую воду и нанести вред растения и живая природа.
- Демонстрация растворимости металлов в кислоте
  Хотите лично убедиться, как кислотность влияет на растворимость металлов? Начните с поиска двух очень грязных или тусклых монет, двух стеклянных банок и небольшого количества уксуса и соли.
- Шаг 1
  Поместите каждую из двух грязных монет в стеклянную банку. Покройте каждый пенни дюймом воды.
- Шаг 2
  Добавьте столовую ложку белого уксуса и щепотку соли в одну из банок, чтобы сделать воду кислой. Покрутите две банки в течение пары минут.
- Шаг 3
  Какой пенни выглядит более блестящим после вращения? Пятно на монете — это окись меди, по сути, медная ржавчина. Как и большинство природных соединений металлов, оксид меди лучше растворяется в кислой воде, чем в воде с нейтральным pH, поэтому пятно на монете в банке с уксусом растворилось, и монета стала более блестящей.
- Сделать вывод
  Представьте, что металлы растворяются с такой скоростью, но по всему ландшафту, когда кислая вода вступила в контакт с милями подземных и поверхностных пород, содержащих свинец, мышьяк, ртуть, железо и медь. Когда кислотные шахтные стоки загрязняют водоносный горизонт, металлы растворяются в грунтовых водах и могут сделать воду опасной для питья.
  Фото: Разлив реки Анимас, 2015 г. (Wikimedia Commons)
Построить модель подземных вод
Хорошая система подземных вод должна выполнять несколько задач: она должна объединять пористые отложения (песок), пополняться водой сверху (для моделирования осадков) и включать одну или несколько скважин и/или насосов (для имитации извлечения человеком воды из водоносные горизонты). Вы можете приобрести комплекты моделей грунтовых вод у различных онлайн-провайдеров (200–900 долларов США за модель), однако собрать свои собственные, используя пластиковую коробку для обуви и насосы для приправы/шампуня, достаточно просто и значительно дешевле (70 долларов за набор из 10 штук, рассчитанный на 30 учащихся). ). Эти модели работают год за годом, поэтому они стоят того, чтобы вложить время в самостоятельную сборку.
Загрузите приведенные ниже руководства, разработанные и усовершенствованные опытным преподавателем наук о Земле из Калифорнии Райаном Холлистером:
- Материалы и инструменты для модели грунтовых вод
- Пошаговое руководство по созданию модели грунтовых вод
- Рецепт имитации дренажа кислотных шахт
Каждая готовая модель подземных вод должна работать и функционировать следующим образом:
Видео Райана Холлистера
Моделирование модели подземных вод: общий водоносный горизонт
В этом упражнении по моделированию участники испытают динамику использования общей системы водоносных горизонтов. Поскольку это задание моделирует общую систему водоносных горизонтов, учащиеся будут работать в группах по три человека, каждая из которых «живет» на смоделированном участке земли со своим собственным «колодцем» (насосом). Учащиеся будут откачивать воду из своих колодцев, чтобы смоделировать потребности водопользователей в водозаборе в данном месяце.
Настройка модели подземных вод
- Разделите учащихся на группы по три «владельца колодца» и дайте каждой группе установку модели подземных вод и три стакана емкостью не менее 100 мл.
- Заполните каждую модель грунтовых вод водой, пока вода не будет на 1–2 см выше поверхности песка.
- Распределите учеников каждой группы на один из трех участков земли (у каждого ученика должен быть свой насос).
- Составьте рецепт симулятора кислотного дренажа шахты для каждой группы учащихся, используя этот рецепт симулятора кислотного дренажа шахты.
- Пусть каждая группа загрузит копию электронной таблицы данных мониторинга скважины, чтобы отслеживать данные о перекачке и загрязнении на протяжении всего моделирования. Примечание. В виртуальной электронной таблице предварительно заполнены расчеты ячеек для учета изменчивости количества осадков и получения итоговых значений количества осадков и откачки воды после каждого смоделированного месяца.
- Обеспечьте каждую группу датчиком pH ИЛИ набором из 30 (3 x 10) индикаторных полосок pH для проверки pH каждой лунки в течение 10 циклов моделирования откачки.
- Предоставьте копии Инструкций по моделированию подземных вод для печати, чтобы учащиеся ознакомились с каждым «месяцем» моделирования, как описано ниже.
Месяц 1: Типичное ежемесячное использование
В этом моделировании каждый месяц использования представлен 60 секундами активного сцеживания. Для поддержания качества жизни каждый владелец скважины должен откачивать от 90 до 100 мл воды из каждой скважины за 60 секунд в месяц. По окончании месяца откачка воды не допускается до тех пор, пока в следующем месяце не выпадут дожди.
1. Всем владельцам скважин: В начале таймера (60 секунд) начните качать равномерно (не фанатично!) Остановитесь, как только ваши 60 секунд истекут.
2. Измерьте и запишите объем закачанной подземной воды в «Месяц 1» столбца «ML Pumped» в электронной таблице данных мониторинга скважины.
3. Используйте бумагу для измерения pH или датчик pH для проверки pH воды в каждой скважине и запишите данные в «Месяц 1» таблицы данных «pH». Это будет ваш базовый уровень pH для системы.
4. Слить перекачиваемую воду в раковину после регистрации pH.
Вы заметите, что когда вы добавляете объемы насосов в электронную таблицу данных мониторинга скважины, она автоматически рассчитывает « Количество поверхностных вод для пополнения », которое будет внесено в водоносный горизонт системы в следующем месяце. Пополнение водоносных горизонтов происходит, когда вода с поверхности земли проникает в поровые пространства почвы, отложений или горных пород. Поскольку месячное количество осадков в моделируемом регионе сильно варьируется, количество пополнения, рассчитываемое каждый месяц, будет отражать эту изменчивость. Количество поверхностных вод для пополнения также будет отражать объемы перекачки за предыдущий месяц, чтобы учесть изменчивость эффективности откачки каждого насоса и владельца скважины.
Месяц 2: Загрязнение шахтной дренажной подпитки и кислотного дренажа
Владельцы скважин № 2 и № 3 :
1. Используйте водопроводную воду для заполнения градуированных цилиндров рассчитанным количеством воды, необходимым для подпитки таблица.
2. Медленно вылейте воду, чтобы «пролить дождь» на участок земли каждого колодца. Вода должна стекать через отверстия в крышке коробки.
Владелец скважины №1
1. О нет! Кислотные шахтные стоки загрязнили землю, и поверхностные воды просачиваются и пополняют водоносный горизонт под скважиной №1. Используя имитатор кислотного шахтного дренажа (лимонную кислоту), измерьте и наполните градуированный цилиндр рассчитанным количеством воды, необходимой для подпитки земли скважины № 1, указанной в вашей электронной таблице, стараясь не перекрестно загрязнить
2. Медленно вылейте кислые шахтные дренажные воды, чтобы «вызвать дождь» над участком земли.
Все владельцы скважин :
Сделайте прогнозы о том, как дренаж кислых шахт повлияет на общую систему водоносных горизонтов. Обязательно ответьте на следующие вопросы в своем прогнозе, сославшись на данные симуляции, видео, вашего исследования и приведенные ниже доказательства в поддержку вашего утверждения.
- Какие последствия может иметь кислый дренаж шахты для системы водоносного горизонта и владельцев каждой из трех скважин в течение четырех месяцев?
- Какие участки земли пострадают больше всего?
- Как, по-вашему, изменится эффект кислотного осушения шахты в течение четырех циклов откачки и перезарядки?
Некоторые данные, которые следует учитывать при обосновании ваших прогнозов :
- В соответствии с Национальными правилами вторичной питьевой воды (NSDWR) pH безопасной питьевой воды составляет 6,5–8,5.
- Многие растения не могут выжить в слишком кислых почвах.
- Песок представляет собой очень пористый и проницаемый осадок.
Месяц 2: Откачка воды
1. Сообществам и фермам, использующим колодцы №1, №2 и №3, требуется 90–100 мл безопасной воды каждый месяц (60 секунд), чтобы поддерживать свой образ жизни. Запустите таймер и качайте воду в течение 60 секунд.
2. Запишите количество воды, откачанной из каждой скважины за 2-й месяц, в таблицу данных.
3. Измерьте и запишите уровень pH перекачиваемой воды в месяц 2 в таблицу данных.
4. Слейте перекачиваемую воду в раковину после того, как будет записан уровень pH.
Месяцы 3-10: Ура! Причина дренажа кислотной шахты была остановлена у ее источника!
Источник кислых шахтных стоков ликвидирован, поэтому вода для подпитки больше не кислая!
1. Используйте водопроводную воду для заполнения градуированных цилиндров рассчитанным количеством поверхностной воды для пополнения водоносного горизонта.
2. Медленно полейте водой назначенные участки земли. Подождите 45 секунд.
3. Запустите таймер на 60 секунд, чтобы начать следующий «месяц» и откачайте воду из колодцев №1, №2 и №3.
4. Запишите количество воды, откачанной из каждой скважины, в соответствующую строку месяца таблицы данных.
5. Измерьте и запишите уровень pH перекачиваемой воды в соответствующую строку месяца таблицы данных.
6. Слейте перекачиваемую воду в раковину после того, как будет записан уровень pH.
7. Повторяйте шаги 1–6, пока не завершите 10 месяцев симуляции циклов подпитки-накачки.
Анализ данных
Создайте линейный график, отображающий уровни pH во всех трех лунках с течением времени.
Пример графика зависимости pH от времени в трех скважинах в общем водоносном горизонте после события, связанного с кислотным загрязнением шахтного дренажа.
Для построения графика:
1. Поместите «pH» на вертикальной оси, диапазон значений от 2 до 9.
2. «Месяцы» должны быть отложены по горизонтальной оси в диапазоне от 0 до 10
3. Используйте разные цвета для обозначения каждой лунки и укажите ключ (пример: лунка 1 = красная, лунка 2 = синяя, лунка 3 = зеленая).
Выводы моделирования:
1. Какие тенденции или закономерности вы заметили в данных pH и полученном графике?
2. Как изменялась со временем кислотность в каждой скважине?
3. Почему со временем менялась кислотность колодезной воды?
4. Как пористость и проницаемость отложений могут влиять на наблюдаемые закономерности?
5. Какие вопросы у вас возникли в результате просмотра данных и графика?
Визуализация шлейфа сквозь время
При наличии достаточного количества точек данных шлейф загрязненных грунтовых вод можно отслеживать с течением времени, чтобы определить размер региона, на который он влияет, и предсказать направления, в которых он может течь в будущем. В этом моделировании есть только три точки данных для каждого месяца, поэтому подробная карта шлейфа и его движения невозможна. Однако мы можем визуализировать, как кислотность в системе водоносного горизонта с тремя насосами меняется с течением времени.
Посмотрите рабочий лист «Визуализация данных о шлейфе загрязнения». Небольшие диаграммы представляют общую модель водоносного горизонта с высоты птичьего полета.
1. Для каждого месяца напишите мелким шрифтом соответствующий уровень pH в каждой лунке. (Скважины на схеме обозначены кружками.)
2. Используя цветовую шкалу, соответствующую используемому вами pH, нарисуйте небольшой образец цвета, представляющий pH, поверх цифр, которые вы написали на предыдущем шаге.
3. Окончательная визуализация данных должна представлять собой сплошной градиент цветов, меняющийся в зависимости от наблюдаемого pH в колодезной воде. Чтобы заполнить пустые области между образцами цветов, вам нужно будет сделать предположения о рН воды между лунками, которые вы не измеряли напрямую. Для этой модели можно предположить, что расстояние посередине между лунками будет средним значением рН в двух лунках. Например, если скважина №1 имеет рН 4,8, а скважина №2 имеет рН 6,8, будем считать, что рН воды между скважинами будет изменяться через равные промежутки времени от 4,8 (темно-оранжевый) до 5,0 (желтый). ) до 6,0 (светло-зеленый) до 6,8 (темно-зеленый, очень похожий на 7,0). Можно предположить, что точка «на полпути» между pH 4,8 и pH 6,8 представляет собой среднее значение скважины № 1 и скважины № 2, которое будет равно 5,8.
  (4,8+6,8)/2 = 5,8.
4. Используйте визуализации, чтобы ответить на вопросы рабочего листа визуализации данных о шлейфе загрязнения.
Заключительные вопросы
В этой симуляции кислый дренаж рудника происходил из давно заброшенной шахты, которая находилась в аварийном состоянии более 100 лет, что является довольно типичным сценарием событий загрязнения кислыми шахтами.
1. Кто пострадал от AMD в вашей модели системы водоносного горизонта? Как ваша симуляция соотносится с реальными эффектами, описанными в истории? Приведите конкретные данные из ваших исследований в поддержку вашего аргумента.
2. По мнению вашей группы, кто должен нести ответственность за обеспечение того, чтобы подземные воды в водоносном горизонте были пригодны для потребления человеком? Обязательно подкрепите свое утверждение аргументированным объяснением.
3. Вместе со своей группой перечислите и опишите как минимум две идеи, которые можно использовать для устранения заражения в реальной жизни. То есть, что можно сделать для очистки кислых шахтных стоков или защиты водоносного горизонта, чтобы откачиваемые подземные воды были безопасны для потребления человеком? Рассмотрите возможность поиска примеров успешного восстановления кислотных шахт.
4. Необязательно: запланируйте симуляцию восстановления для модели, используя рекомендации из №3, а затем реализуйте свой план восстановления с моделью подземных вод.
Научные стандарты следующего поколения
HS-ESS2-2. Проанализируйте геолого-геофизические данные, чтобы заявить, что одно изменение на поверхности Земли может вызвать обратную связь, вызывающую изменения в других системах Земли.
HS-ESS3-4. Оценить или доработать технологическое решение, снижающее воздействие деятельности человека на природные системы.

Кредиты:
Модель подземных вод, имитация и материалы для учащихся Райана Холлистера
Ресурс и демонстрационная копейка, написанная Ариэлем Зихом
Производство: Ксочитл Гарсия, Ариэль Зих
Редактирование и редактирование: Ариэль Зих, Брайан Соаш, Райан Холлистер
Набор инструментов преподавателя
Инструкции для учащихся по моделированию подземных вод
Инструкции для учащихся по моделированию подземных вод
Модель подземных вод_ Материалы и оборудование
Модель подземных вод_ Материалы и оборудование
Словарь грунтовых вод Рабочий лист
Словарь грунтовых вод Рабочий лист
Рецепт имитации кислотной шахты
Рецепт имитации кислотной шахты
Стол для визуализации шлейфа
Таблица визуализации шлейфа.docx
Инструкции по построению модели общего водоносного горизонта с тремя насосами
Инструкции по построению модели общего водоносного горизонта с тремя насосами
Таблица данных мониторинга скважины
Познакомьтесь с писателями
Об Ариэле Зихе
@arieloquent
Ариэль Зих является директором аудитории Science Friday.