Атмосферные воды просачиваются сверху вниз до водоупора, а затем перемещаются в горизонтальном направлении и постепенно заполняют все пустоты горной породы. Так возникают водоносные горизонты (рис. 42).
Водоносным горизонтом называется пласт или слой породы, в котором поры, пустоты и трещины заполнены водой. У каждого такого пласта имеются кровля и подошва. Если пласт не полностью заполнен водой, то под водоносным горизонтом понимают лишь его водонасыщенную часть.
По условиям залегания в горных породах выделяют следующие типы гравитационных подземных вод:
Воды верховодки. Верховодкой называется подземная вода, залегающая на небольшой глубине в зоне аэрации – зоне свободного проникновения воздуха. Обычно верховодка не имеет сплошного распространения, а образует сравнительно небольшие линзы, которые располагаются на водоупорных породах (рис. 42). Мощность таких линз верховодки обычно не превышает 0,5–1 м, реже достигает 2–3 м. Уровень воды верховодки подвержен значительным колебаниям, чем и объясняется ее исчезновение время от времени (или периодически) в колодцах в районах с засушливым климатом.
Грунтовые воды. Первый от земной поверхности постоянный водоносный горизонт называется горизонтом грунтовых вод. Грунтовые воды обладают свободной поверхностью – зеркалом, или уровнем грунтовых вод (ЭГВ). Этот уровень непостоянен. Обычно он повышается в дождливые и понижается в засушливые периоды. Если уровень грунтовых вод на каком-то участке поднимается до земной поверхности, то здесь образуется болото.
В целом грунтовые воды характеризуются наличием свободной водной поверхности – уровня, наличием только одного подстилающего водоупора и отсутствием напора.
Межпластовые (пластовые) воды. Они заключены между двумя водоупорами, то есть ограничены ими и сверху (со стороны кровли), и снизу (со стороны подошвы). Водоносные горизонты, содержащие межпластовые воды, обычно характеризуются обширной областью распространения, часто измеряемой тысячами квадратных километров. При этом они залегают на значительной глубине и выходят на поверхность лишь на периферии в области питания.
Водоносные горизонты представляют собой гидродинамические системы, которые делятся на безнапорные и напорные.
Безнапорные гидродинамические системы обычно характерны для бассейнов грунтовых вод, напор в которых определяется только мощностью горизонта.
В пределах напорных систем, характерных для пластовых вод, атмосферные воды попадают в проницаемый пласт в районах, где он обнажается на поверхности, в так называемой области питания. Постепенно атмосферная влага проникает вглубь и полностью насыщает весь пласт. Перемещаясь по пласту, вода достигает других участков выхода его на поверхность и самоизливается и образет источники подземных вод. Это область разгрузки, или дренажа пластовых вод. Воображаемая поверхность проходит через область питания и разгрузки и определяет высоту подъема воды в данном месте. Она называется гидростатическим (пьезометрическим) уровнем (рис. 43). Пьезометрический уровень обычно выражается в абсолютных отметках по отношению к уровню моря. Выше этого уровня артезианская вода при фонтанировании подняться не может.
Другой характеристикой области напора является гидростатический (пьезометрический) напор, под которым понимают высоту столба воды от кровли водоносного горизонта до пьезометрического уровня. Пьезометрический напор выражается в метрах.
Высота подъема воды зависит от расположения скважин относительно областей питания и дренажа и от гидростатического уровня (рис. 43, б).