|
Схема залегания вод зоны аэрации и грунтовых вод:
1 - зона аэрации, зона насыщения,
3 - капиллярные воды,
4 - почвенные подвешенные воды,
5 - нфильтрующиеся воды зоны аэрации,
6 - верховодка,
7 - грунтовые воды.
9 - поверхность капиллярной зоны, 10 - водоупорный пласт,
11 - направление потока грунтовых вод.
|
Уравнение водного баланса
подземных вод в зоне аэрации имеет вид:
yинф+zгр. в=yпочв+yпит.
гр. в+zтр+z з. а±Duз.
а,
где:
yинф - поступление
воды в процессе инфильтрации, zгр. в - испарение воды с поверхности
грунтовых вод, yпочв - почвенный (или подповерхностный) сток,
yпит. гр. в - вода поступающая из зоны аэрации на питание
грунтовых вод, zтр - десукция (поглощение) воды корневыми
системами с последующей транспирацией, z з. а - подземное
испарение воды из зоны аэрации с потерей в атмосферу, Duз. а - изменение запасов
воды в зоне аэрации, т.е. изменение влажности грунтов.
Водный режим зоны аэрации в
основном определяется режимом поступления в неё инфильтрующихся после дождей и
снеготаяния вод.
Различают три основных типа
водного режима в зоне аэрации:
1. Промывной тип.
yинф> zтр+z з. а.
Излишки воды идут на
формирование почвенного стока (yпочв) и питание грунтовых вод
(yпит. гр. в).
2. Компенсированный тип.
yинф» zтр+z з. а.
3. Испарительный или выпотной
тип.
yинф< zтр+z з. а.
Недостаток воды в зоне аэрации
возмещается испарением грунтовых вод (zгр. в).Т. к. грунтовые
воды часто имеют повышенную минерализацию, их испарение приводит к накоплению
солей в почве, т.е. засолению почв и минерализации грунтовых вод.
Вопрос 3. Охарактеризовать особенности водного баланса и режима грунтовых
вод по трем провинциям на территории СНГ
На режим грунтовых вод влияют
климатические, гидрологические, геологические факторы и водно-физические
свойства грунтов. Для водоносного горизонта грунтовых вод в зоне насыщения
уравнение водного баланса имеет вид:
yпит. гр. в= yгр.
в+zгр. в±yгл±Duгр.
в,, где:
yпит. гр. в - вода
поступающая из зоны аэрации на питание грунтовых вод,
zгр. в - испарение
воды с поверхности грунтовых вод,
±yгл - питание
грунтовых вод из глубинных напорных горизонтов или разгрузка в глубинные
горизонты,
Duгр. в - изменение запасов воды в водоносном
горизонте грунтовых вод, выражающееся в изменении их уровня.
Из уравнения видно, что уровень
грунтовых вод прежде всего реагирует на изменение их питания из зоны аэрации (yпит.
гр. в) и изменение притока - оттока грунтовых вод (yгр. в).
Среди факторов, не учтённых в уравнении, необходимо упомянуть искусственное
дренирование (откачку).
Поскольку определяющие природные
факторы испытывают многолетние, сезонные и суточные колебания, соответствующие
колебания испытывает и уровень грунтовых вод. Многолетние колебания уровня
грунтовых вод обусловлены колебаниями атмосферных осадков и испарения. Сезонные
колебания имеют чёткий зональный характер. На территории СНГ выделяют три
провинции по режиму грунтовых вод:
Провинция кратковременного
летнего питания. В основном зона вечной мерзлоты. Грунтовые воды в жидком
состоянии лишь в летне-осеннее время. Максимальный уровень связан с талым и
дождевым питанием и обычно приходится на июнь-июль, реже на август-сентябрь (при
обильных дождях).
Провинция сезонного,
преимущественно весеннего и осеннего питания. Охватывает большую часть
территории СНГ. Характеризуются зимним промерзанием зоны аэрации и максимальным
уровнем грунтовых вод весной (питание талыми водами) и летом - осенью (питание
дождевыми водами). Минимальный уровень наблюдается в предвесеннее время. Чем
толще зона аэрации и чем менее водопроницаемы слагающие её грунты, тем в более
поздние сроки наблюдается максимум грунтовых вод.
Провинция круглогодичного,
преимущественно зимневесенего питания. Южные и западные районы СНГ, где зона
аэрации обычно не промерзает. Mаксимальные уровни грунтовых вод наблюдаются в
феврале - апреле, минимальные - в летне-осеннее время.
Суточные колебания уровня
неглубоких грунтовых вод - реакция на испарение и транспирацию. Днём уровень
несколько снижается, а ночью - повышается.
Вопрос 4. Температурный и гидрохимический режимы грунтовых вод
Температурный режим грунтовых
вод.
Формируется под влиянием
колебаний температуры воздуха и инфильтрующихся вод. С глубиной многолетние
сезонные и суточные колебания температуры грунтовых вод быстро затухают. Положение
зоны с постоянной температурой грунтовых вод наиболее высоко у экватора (всего
несколько метров), поскольку малы сезонные колебания температуры воздуха. Особенно
глубоко зона с постоянной температурой грунтовых вод (до 41 м) располагается в
условиях резко континентального климата. Температура воды в верхней части упомянутой
зоны в пределах СНГ в меридиональном направлении изменяется от 0 до 20 0С
и примерно соответствует средней многолетней температуре воздуха, превышая её
на 1-3 0С. На больших глубинах температура возрастает в соответствии
с характерным для данной местности геотермическим градиентом. Суточные
колебания температуры в провинции кратковременного питания достигают 8-10 0С,
в провинции сезонного питания - от 2-5 до 10-12 0С, реже 16-20 0С.
В провинции круглогодичного питания суточные колебания составляют от 10 до
20-25 0С, а в наиболее тёплых р-нах - от 15-16 до 30 0С.
Гидрохимический режим грунтовых
вод.
В провинции кратковременного
питания достигают минимальная минерализация составляет 5-30 мг/л и наблюдается
в весеннее и летнее время (результат разбавление талыми водами), максимальная (до
1 г/л) - в предвесеннее время (если нет промерзания). Наиболее характерны ионы HCO3 - и Ca2+.
В провинции сезонного питания и
провинции круглогодичного питания существует два типа гидрохимического режима
подземных вод.
1. Минимальная минерализация
совпадает с максимальным уровнем - весной. Максимальная минерализация в
провинции сезонного питания наблюдается в предвесеннее и летнее время, в
провинции круглогодичного питания - в летне-осеннее время, совпадая с
минимальным уровнем грунтовых вод. Колебания минерализации от 10-400 мг/л в
Прибалтике до 20-1000 мг/л в Средней полосе России и 0,2-11 г/л в Прикаспии. С
севера на юг растёт содержание ионов SO42
- и Na+.
2. Характеризуется преобладанием
испарения над питанием грунтовых вод, их выпариванием и снижением уровня. В
результате происходит накопление солей в зоне аэрации и увеличение
минерализации грунтовых вод. В периоды зимнего и весеннего питания
инфильтрующиеся воды растворяют эти соли и ещё более повышают минерализацию.Т. е.
максимальный уровень и максимальная минерализация совпадают. Преобладают ионы Cl-, SO42-,
Na+, Mg2+.
На больших глубинах залегания
уровня (более 10 м) отмечается особый тип гидрохимического режима грунтовых
вод, характеризующийся ничтожными колебаниями минерализации. С глубиной
сезонные изменения минерализации и солевого состава затухают во всех трёх
провинциях. Специфические колебания уровня, температуры и химического состава
испытывают грунтовые воды, гидравлически связанные с водами рек, озёр водохранилищ
и т.д.
Вопрос 5. Охарактеризовать четыре типа взаимодействия речных и грунтовых
вод.
Обмен подземных вод и вод
океанов и морей изучен крайне слабо. Ежегодно в Мировой океан поступает 2,2 тыс.
км3 не дренируемых реками подземных вод. Рассмотрим взаимодействие
подземных вод и реки, хотя всё изложенное справедливо и для других водных
объектов суши (например, озёр). Выделяют 4 типа взаимодействия речных и
грунтовых вод.
|
Схема взаимодействия речных и грунтовых вод:
б - постоянная двусторонняя гидравлическая связь,
в - временная гидравлическая связь,
г - отсутствие гидравлической связи.
1 - водоупорный пласт,
2 - уровень грунтовых вод,
3 - направление движения грунтовых вод,
4 - уровень воды в реке в половодье,
5 - уровень воды в реке в межень,
6 - источники (родники).
|
Постоянная односторонняя
гидравлическая связь. При очень низком положении водоупора река в течение всего
года через дно и берега питает подрусловые и прибрежные грунтовые воды.
Постоянная двусторонняя
гидравлическая связь. Характерно более высокое положение водоупора. Река питает
грунтовые воды в половодье и дренирует в межень часть аккумулированной в грунте
воды. Это явление называется береговым регулированием речного стока.
Временная гидравлическая связь. Наблюдается
при ещё более высоком положении водоупора. Река также питает грунтовые воды в
половодье и в межень сама питается грунтовыми водами. Однако в межень
происходит разрыв кривой депрессии грунтовых вод и понизившегося уровня реки (последний
оказывается ниже уровня водоупора). На склонах русла возникают мочажины,
родники и ключи.
Отсутствие гидравлической связи
даже в половодье наблюдается при очень высоком положении водоупора. При этом,
возможно питание реки грунтовыми водами. В целом, подземные воды - один из
важнейших видов питания рек. По водно-балансовым оценкам для всего Земного шара
на долю подземного питания рек приходится около 30% речного стока. Роль
подземного питания рек особенно возрастает в межень, когда доля других
источников питания резко снижается.
Список использованной литературы
1. Богословский Б.Б., Самохин А.А., Иванов
К.Е., Соколов Д.П. Общая гидрология. - Л., 1984. - 356 с.
2. Малыгин З.А., Кузьмина В.П. Геология
и гидрогеология. - М., 1977. - 240 с.
3. Михайлов В.Н., Добровольский А.Д.
Общая гидрология - М., 1991. - 368 с.
4, Общая гидрогеология / Под. ред. Е.В.
Пиннекера. - Новосибирск. - 1980. - 231 с.