Зона грунтовых, или фреатических, вод отделена от капиллярной каймы свободной поверхностью. Последняя представляет собой теоретическую плоскость, уровень которой примерно соответствует высоте уровня воды в неглубоком колодце, пройденном в породах зоны насыщения. Если поток грунтовых вод горизонтальный, уровень воды в колодце будет почти совпадать со свободной поверхностью. Однако сам колодец несколько нарушает характер потока и, следовательно, уровень воды в водоносном горизонте. Часто свободную поверхность подземных вод определяют как поверхность, отделяющую капиллярную кайму от зоны насыщения, или как поверхность уровней воды в скважинах, вскрывающих безнапорный водоносный горизонт. Более точно свободная поверхность определяется как поверхность воды в безнапорном водоносном горизонте, у которой гидростатическое давление равно атмосферному. Сущность этого определения хорошо видна на рис. 2.8. Гипотетический манометр А, заполненный водой, расположен выше земной поверхности, причем один конец его открыт и вода в обоих коленах манометра под действием атмосферного давления устанавливается на одном уровне. Манометр Б расположен в сухой скважине, и один его конец соединен с ненасыщенной средой выше капиллярной каймы, что позволяет видеть действие капиллярных сил. Уровень жидкости в открытом конце манометра В находится в пределах капиллярной каймы, поэтому гидростатическое давление в нем ниже атмосферного. Один из концов манометра Г расположен на уровне свободной поверхности, столбики жидкости в его коленах уравновешены, как в манометре А. Следовательно, на свободной поверхности подземных вод гидростатическое давление равно атмосферному. Манометр Д находится ниже свободной поверхности, в нем гидростатическое давление выше атмосферного.
Рис. 2.8. Свободная поверхность подземных вод в однородной пористой среде.
Положение свободной поверхности показано с помощью гипотетических манометров бесконечно малого диаметра, заполненных водой и соединенных с пористой средой за пределами сухой скважины. Манометр Г показывает атмосферное давление и уровень свободной поверхности подземных вод.
