Файл: Давыдов Л.К. Общая гидрология учебник.pdf

от сочетания изменений пьезометрического уровня в водоносном слое и уровней в реке.

Водообмен между рекой и гидравлически связанными с ней водоносными пластами в периоды половодья или паводков назы­ вается б е р е г о в ы м р е г у л и р о в а н и е м р у с л о в о г о с т о к а .

Явление берегового регулирования приводит к перераспреде­ лению во времени руслового стока. Этим объясняется зависимость режима подземного стока в прибрежной полосе от режима реки.

Расходы речных вод на фильтрацию в берега могут достигать значительных размеров, особенно при выходе воды на пойму.

Ширина прибрежной полосы, в которой проявляется влияние реки на уровенный режим подземных вод, при прочих равных усло­ виях будет тем больше, чем больше амплитуда колебаний уровней реки, чем длительнее стояние высоких вод в реке и чем меньше уклон грунтового потока. С удалением от реки воздействие речных вод на колебания уровня грунтовых вод постепенно затухает и в местах выклинивания подпора становится незаметным или происходит независимо от речных вод (рис. 58).

§ 99. Понятие о гидрогеологической съемке и изучение режима грунтовых вод

Гидрогеологическая съемка-— комплекс полевых исследований подземных вод района с целью изучения морфологических особен­ ностей этих вод, их формирования и ресурсов. В процессе съемки требуется выяснить условия залегания водоносных горизонтов, в ча­ стности глубину залегания и площадь распространения подземных вод, особенности питания, режим подземных вод и связь отдельных водоносных горизонтов друг с другом и поверхностными водами, за­ пасы подземных вод и их физико-химические свойства.

Составными элементами гидрогеологической съемки, помимо геологических и геоморфологических исследований, являются сле­ дующие: изучение источников, колодцев,буровых скважин и источ­ ников существующего водоснабжения; регистрация, описание и картирование физико-географических явлений, связанных с под­ земными водами,— оползней, карстовых образований, просадок, заболачивания, засоления; изучение связи подземных вод с поверх­ ностными.

Описание естественных выходов подземных вод, колодцев и скважин ведется по специальной программе, по которой, в частно­ сти, предусматривается измерение дебита источников, глубины за­ легания и мощности слоя воды в колодцах, скважинах, химический анализ воды, определение температуры и других физических свойств. Собранные сведения служат основным материалом для пер­ вого суждения о подземных водах района.

Для выяснения положения и формы зеркала грунтовых вод опре­ деляются высотные отметки зеркала грунтовых вод в ряде точек путем нивелировки его положения в колодцах, специально устраи­ ваемых шурфах и буровых скважинах.

Одним из важнейших результатов гидрогеологической съемки

является гидрогеологическая карта с соответствующим гидрогеоло­ гическим описанием. Степень подробности гидрогеологической карты, как и самой гидрогеологической съемки, определяется зада­ чами исследования и применяемой методикой работ. Гидрогеоло­ гическая карта обычно составляется на геологической основе. Для гидролога весьма существенным является картирование мест вы­ хода подземных вод на поверхность и указание на количественные характеристики подземных вод, в частности на положение зеркала грунтовых вод, размеры дебитов, температуру и минерализацию. Глубина залегания зеркала грунтовых вод изображается на карте в виде гидроизогипс — линий равных отметок положения уровня грунтовых вод.

Изучение режима грунтовых вод производится путем стационар­ ных наблюдений за колебаниями уровня, расхода воды, темпера­ туры, химического состава, минерализации и т. д. Наблюдения про­ изводятся на специальных наблюдательных пунктах в одни и те же сроки по стандартным программам и наставлениям. В качестве на­ блюдательных пунктов используются источники, колодцы (сущест­ вующие и специально устроенные) и буровые скважины.

Г Л А В А 25. ЗОНАЛЬНОСТЬ ГРУНТОВЫХ ВОД

§ 100. Представления о зональности грунтовых вод

Идея об естественноисторической зональности природных явле­ ний, высказанная великим русским ученым В. В. Докучаевым, впер­ вые была применена к географическому распространению грунто­ вых вод П. В. Отоцким, показавшим, что распределение грунтовых вод на территории европейской части СССР носит зональный ха­ рактер: по мере движения с севера на юг грунтовые воды углуб­ ляются и минерализуются, содержание в них органических веществ уменьшается. Эта идея в дальнейшем была развита В. С. Ильиным,

Б.Л. Дичковым, О. К. Ланге, Г. Н. Каменским, И. В. Гармоновым.

В.С. Ильиным впервые была составлена карта грунтовых вод европейской части СССР. На этой карте зоны грунтовых вод были выделены как по климатическим признакам, так и по геоморфологи­ ческим, в частности по глубине вреза эрозионной сети. Эти зоны сле­ дующие: тундровых вод, высоких вод севера, неглубоких оврагов, глубоких оврагов, овражно-балочная и зона причерноморских и при­ каспийских балок. Наряду с зональными водами Ильин выделил воды азональные, распределение которых подчинено главным обра­ зом геолого-геоморфологическим условиям и которые могут встре­ чаться в любой географической зоне (воды области массивных гор­ ных пород, карста, аллювиальных отложений речных долин и др.).

Не все исследователи глубину залегания грунтовых вод, которая может зависеть от глубины залегания водоупора, принимают в ка­ честве признака зональности. Некоторые основным признаком зо­ нальности грунтовых вод считают химический состав, определяемый

CU gI lsôsls:s

»я

яя O i

E:

Si

O<

о :

я

я

s

я

X

о

Он

я

яU

я

о

СО

СО

н

о.

я

СО

я

о)

4я

я

н

сО

SО)

X

и

сІ

ю

я

Рн

в основном двумя направлениями гидрогеологического процесса — выщелачиванием и соленакоплением (см. стр. 207). Так, Г. А. Макси­ мович, обобщая работы и развивая идеи своих предшественников (В. И. Вернадского, Б. Л. Личкова и др.), выделяет на земном шаре девять зон гидрохимических фаций1 грунтовых вод, тесно связан­ ных с географическими поясами (рис. 59). Это зоны преобладания кремнеземных и гидрокарбонатно-кремнеземных гидрохимических фаций, гидрокарбонатно-кальциевых, сульфатных, натриевых и ги- дрокарбонатно-натриевых и хлоридных.

Вкаждой из названных зон могут быть выделены области и рай­ оны с другими гидрохимическими фациями, появление которых обу­ словливается местными причинами.

Вгорах, в области развития кристаллических и метаморфиче­ ских пород, гидрохимические фации грунтовых вод характеризуются развитием вертикальной поясности.

При постепенной смене гидрохимических фаций в направлении

ссевера на юг, по мере продвижения из зоны выщелачивания в зону соленакопления, минерализация грунтовых вод изменяется от не­

скольких миллиграммов на литр до 100 г/л и более.

Зональные закономерности распространяются и на подземный сток в реки.

§101. Распределение грунтовых вод на территории СССР

О.К. Ланге, развивая идею о зональном распределении грунто­

вых вод, вносит некоторые исправления и дополнения в схему В. С. Ильина. На территории СССР он выделяет три обособленные провинции, различающиеся между собой по характеру климатиче­ ских особенностей и имеющие своеобразные черты в распределении грунтовых вод. Внутри провинций он выделяет зоны с типичными для них грунтовыми водами.

П е р в а я п р о в и н ц и я — многолетней мерзлоты, характери­ зуется отрицательными средними годовыми температурами воздуха. Она занимает около 47% всей территории СССР. Мощность много­ летнемерзлых пород различна: от 1—2 м до нескольких сотен. Мно­ голетнемерзлые породы ежегодно оттаивают летом на ту или иную глубину, а зимой снова промерзают. Это так называемый деятель­ ный слой. В нем циркулируют атмосферные воды, развивается кор­ невая система растений, происходит процесс почвообразования. Деятельный слой не всегда соприкасается с верхней поверхностью многолетнемерзлого грунта. При глубоком залегании многолетне­ мерзлых пород деятельный слой отделен от них слоем грунта с по­ ложительной температурой.

В области многолетней мерзлоты, по Н. И. Толстихину, выде­ ляются три категории подземных вод: надмерзлотные, межмерзлот­

1 Под гидрохимической фацией Г. А. Максимович понимает участок распо­ ложения грунтового потока или бассейна, воды которого характеризуются оди­ наковыми гидрохимическими свойствами, определяемыми по преобладанию в воде растворенных веществ (ионов, коллоидов).

ные, подмерзлотные. Надмерзлотные воды относятся к категории грунтовых вод и верховодки. Они залегают вблизи земной поверх­ ности, либо в деятельном слое, либо ниже него. Мерзлый грунт слу­ жит для них водоупором. Питаются эти воды атмосферными осад­ ками, талыми водами многолетней мерзлоты, а также за счет кон­ денсации водяного пара атмосферы. Наиболее обилен водоносный горизонт надмерзлотных вод летом в дождливый период. Зимой эти воды полностью или частично замерзают.

По условиям залегания ,и режиму надмерзлотные воды разде­ ляются на три типа: сезонно промерзающие, сезонно полупромерзающие и сезонно непромерзающие. Соответственно этим типам ре­ жима в провинции многолетней мерзлоты на карте-схеме Ланге (рис. 60) выделяются две зоны: 1) зона сплошной мерзлоты с се­ зонно-промерзающими водами (/) и 2) зона таликовой (Па) и ост­ ровной мерзлоты (П б ) с сезоннополупромерзающими и сезонно­ непромерзающими водами.

Сезоннопромерзающие воды находятся в пределах деятельного слоя. Они представляют собой верховодку. В жидком виде они су­ ществуют на севере зоны только два-три летних месяца, на юге — до полугода. При замерзании эти воды, ограниченные многолетне­ мерзлым водоупором снизу и мерзлым грунтом сверху, увеличи­ ваются в объеме, за счет чего в них развивается сильное давление, под действием которого поверхностные грунты как более податли­ вые вспучиваются буграми. Нередко эти бугры разрываются с по­ верхности трещинами, по которым надмерзлотные воды вытекают на поверхность и замерзают, образуя скопление льда — грунтовые наледи.

Сезоннополупромерзающие и сезоннонепромерзающие воды ха­ рактеризуются либо полным, либо частичным отсутствием сезонного промерзания. Их появление связано с отступанием вглубь верхней поверхности многолетней мерзлоты.

Температура надмерзлотных вод редко выходит за пределы 0— 5° С. Минерализация их невысока, но зато они богаты органиче­ скими веществами и кислородом. Для водоснабжения эти воды ма­ лопригодны. Однако они требуют к себе большого внимания: при возведении разного рода сооружений нарушается естественный ре­ жим грунтовых вод, образуются наледи, бугры вспучивания, кото­ рые могут повлечь за собой ряд неприятных последствий.

Среди надмерзлотных вод особое положение занимают воды, приуроченные к таликам. Существование таликов часто обусловлено совместным отепляющим влиянием поверхностных (речных и озер­ ных) и тесно с ними связанных подземных вод. При благоприятном в гидрогеологическом отношении составе горных пород такие та­ лики водоносны и их воды служат устойчивым источником питания рек. Через талики может осуществляться связь между надмерзлот­ ными, межмерзлотными и подмерзлотными водами. Межмерзлотные воды находятся в пределах толщи мерзлоты как в жидкой, так и в твердой фазе. Подмерзлотные воды перекрываются сверху мерз­ лой толщей. Чаще это напорные воды. Межмерзлотные и