Файл: Климентов П.П. Динамика подземных вод учеб. для геологоразведоч. техникумов.pdf

При отсутствии постоянной гидравлической связи речных и под­ земных вод гидрогеологические условия речных долин схематизи­ руются в виде пласта-полосы с проницаемыми или непроницаемыми

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ПРОЛЮВИАЛЬНЫХ И АЛЛЮВИАЛЬНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ КОНУСОВ ВЫНОСА И ПРЕДГОРНЫХ РАВНИН

Подземные воды в отмеченных типах отложений имеют широкое распространение в предгорьях Крымских гор, Кавказа, а также Копет-Дага, Памира, Алтая и других гор Средней Азии. Во­ довмещающими породами здесь являются мощные толщи рыхлооб­ ломочных образований, представляющие собой продукт деятельнос­ ти постоянных и временных поверхностных водотоков, стекающих с гор. Для них характерно закономерное изменение состава обло­ мочного материала от грубообломочных фракций до мелкозерни­ стых и суглинистых в направлении от области сноса (горные масси­ вы) к центрам предгорных наклонных равнин и слоистое строение отложений в разрезе.

Неоднородность состава отложений конусов выноса как в гори­ зонтальном, так и в вертикальном направлениях, предопределяет существование своеобразной гидродинамической зональности, про­ являющейся в изменении условий питания, распространения и раз­ грузки подземных вод в направлении от гор к равнине (рис. 46).

В головной части конуса выноса, примыкающей к краевой части горного сооружения, где развиты преимущественно галечники и да­ же валунники, происходит интенсивное питание подземных вод за счет инфильтрации вод речной сети и атмосферных осадков, а так­ же притока подземных вод из дочетвертичных отложений. Подзем­ ные воды на этой площади имеют безнапорный характер и харак­ теризуются большой глубиной залегания (от 20 до 100 м и более).

В средней части конуса выноса вследствие веерного характера замещения галечниковых и песчаных отложений суглинками и пес­ чаными глинами, происходит расчленение единого потока подзем-

ных вод на несколько зтажно расположенных водоносных горизон­ тов, которые приобретают местный напорный характер по мере их погружения при выходе в долину. Вследствие уменьшения общего сечения потока и постепенного изменения гранулометрического со­ става его отдельных горизонтов, приток воды из галечниковой зоны на данной площади уже не обеспечивается оттоком через напорные горизонты, что приводит к существенному возрастанию их пьезо­ метрических уровней и частичной их разгрузке в виде восходящих

Рис. 46. Схема потока подземных вод конуса выноса:

1 — коренные трещиноватые породы, 2 — песчано-галечнико­ вые водоносные отложения, 3 — суглинки, глины, 4 — источ­ ник, 5 — направление движения воды, 6 — фонтанирующая скважина

источников. Разгрузка напорных горизонтов в виде источников и через слабопроницаемые покровные отложения в свою очередь при­ водит к повышению зеркала грунтовых вод и частичному их засо­ лению вследствие интенсивного испарения (при неглубоком зале­ гании от поверхности). Охарактеризованная часть конуса выноса называется зоной погружения и частичной разгрузки напорных вод.

Периферийная часть конуса выноса характеризуется дальней­ шим погружением напорных водоносных горизонтов и неглубоким залеганием грунтовых вод ( 1—2 ж).

В периферийных частях нередко происходит слияние смежных конусов выноса, в результате чего образуются предгорные наклон­ ные равнины, которым в общем случае свойственны гидрогеологи­ ческие условия нижних частей конусов выноса. Значительная слож­ ность гидрогеологических условий здесь обусловлена резкими изме­ нениями литологических особенностей пород, так как на площади каждого конуса выноса отмечается снижение фильтрационных свойств отложений не только от верхней его части к нижней, но и от осевых частей к периферии. Поэтому для подземных потоков предгорных долин характерна существенная неоднородность фильт­ рационных свойств (рис. 47).

При схематизации гидрогеологических условий конусов выноса и предгорных наклонных равнин целесообразно рассматривать от­ дельно нижнюю часть, в которой выделяются напорные водоносные

горизонты, изолированные от атмосферы, и верхнюю — безнапор­ ную или слабонапорную, в которой осуществляется активный во­ дообмен с атмосферой и временными поверхностными водотоками. В зависимости от поставленной задачи может быть рассмотрена схема в условиях гидравлической взаимосвязи всех или отдельных горизонтов напорного и безнапорного характера. Обычно при рас­ смотрении напорных водоносных горизонтов нижней части приме­ нима схема неограниченного или полуограниченного в плане плас­ та. Для безнапорных и слабонапорных горизонтов верхней части в условиях наличия многочисленных границ выклинивания потоков

более 'предпочтительна схема полуограниченного, а на от­ дельных площадях ограничен­ ного пласта.

Подземные воды леднико­ вых отложений. На значитель­ ной территории европейской части СССР распространены ледниковые отложения, пред­ ставленные валунными глина­ ми, суглинками и песчаными флювиогляциальными отложе­

ниями. Глины и суглинки являются водоупорами, водонасыщенны­ ми породами служат над-, меж- и подморенные песчаные образова­ ния. В меж- и подморенных песчаных толщах нередко заключены напорные воды.

На площади распространения флювиогляциальных и аллюви­ альных песчаных и песчано-галечниковых отложений формируются крупные запасы напорных и безнапорных подземных вод, водопроявление которых нередко отмечается выходом на поверхность вы­ сокодебитных источников.

Подземные воды, насыщающие толщи флювиогляциальных пес­ ков, обычно слабоминерализованы.

Запасы подземных вод ледниковых отложений пополняются как за счет инфильтрации атмосферных осадков, выпадающих непо­ средственно на площади их распространения, так и поверхностных вод, стекающих с прилегающих возвышенностей, сложенных слабо­ проницаемыми моренными глинами и суглинками.

В области распространения ледниковых отложений встречаются древние доледниковые долины, заполненные мощными толщами песчано-галечниковых и глинистых отложений. Такие долины встре­ чены в нескольких районах. Подземные воды доледниковых долин имеют гидравлическую связь как с водоносными горизонтами дочетвертичных отложений, так и с поверхностными водами. Благода­ ря такой связи в некоторых долинах заключены огромные запасы слабоминерализованных подземных вод [67].

Примером широкого развития ледниковых отложений является северо-запад территории СССР, где имеют развитие три морены и несколько горизонтов флювиогляциальных отложений, служащих

здесь на большой площади важнейшими источниками водоснаб­ жения.

При изучении и схематизации гидрогеологических условий лед­ никовых отложений необходимо учитывать их следующие основные особенности: наличие в разрезе нескольких гидравлически связан­ ных водоносных горизонтов, дренирующее влияние речных долин и гидравлическую связь с поверхностными водотоками и атмосферой, крайне изменчивый характер мощностей и литологических особен­ ностей водоносных горизонтов, напорный характер под- и межмо­ ренных потоков и, как правило, безнапорный — надморенных пото­ ков. Часто при количественной оценке гидрогеологические условия потоков ледниковых отложений могут быть приведены к схеме не­ ограниченного в плане пласта. При этом целесообразно проведение расчетов по формулам неустановившейся фильтрации. При наличии активной гидравлической связи подземных вод с рекой и близком ее расположении расчеты могут выполняться на основе схемы полуограниченного пласта по формулам установившейся фильтрации (при этом расстояние до реки должно быть не более половины ве­ личины приведенного радиуса влияния).

Подземные воды массивов трещиноватых и закарстованных по­ род. В горноскладчатых областях, а также в районах выхода на поверхность древних кристаллических массивов подземные воды обычно встречаются в верхней трещиноватой зоне скальных пород и имеют, как правило, безнапорный характер. Глубина зоны трещи­ новатости часто не превышает 30—50 м и реже она достигает 100— 120 м. Исключением являются подземные воды зон крупных текто­ нических нарушений, которые ниже рассмотрены отдельно.

Воды трещиноватых массивов движутся по сложной системе трещин коры выветривания, тектонических, литогенетических и дру­ гих, образуя, как правило, потоки вод, незначительные по своим запасам. Исключение составляют потоки подземных вод трещинно­ го типа в эффузивных и кристаллических породах в долинах рек, где отмечается наиболее интенсивная их водообильность [69].

Источниками питания подземных вод трещиноватых массивов являются в основном атмосферные осадки. На отдельных площа­ дях отмечается связь подземных вод трещиноватых массивов с глу­ бокими напорными водами по зонам тектонических нарушений и интенсивной трещиноватости.

Количественная оценка условий эксплуатации подземных вод трещиноватых массивов, ввиду чрезвычайной сложности их движе­ ния и фильтрационной неоднородности пород, осуществляется обычно по результатам проведения опытно-эксплуатационных ра­ бот и водно-балансовых расчетов.

В областях развития трещиноватых скальных пород, подвер­ женных выщелачиванию и растворению, формируются трещинно­ карстового типа подземные воды.

Среди трещиноватых пород наибольшее значение для формиро­ вания месторождений трещинно-карстового типа вод имеют карбо­ натные породы, благодаря их способности к выщелачиванию.

Степень, характер и глубина закарстованности и обводненности карбонатных пород зависят от условий их залегания. В связи с этим выделяются три характерных формации карбонатных пород: плат­ форменная, краевых прогибов и геосинклинальная [88].

Для платформенной формации, характеризуемой пологим зале­ ганием слабо дислоцированных пород при большом их распростра­ нении, отмечается наиболее интенсивное развитие трещиноватых и закарстованных пород в речных долинах и весьма слабая закарстованность на водораздельных площадях.

Для формации краевых прогибов характерна большая фильтра­ ционная неоднородность и очень сложная система развития трещин и карстовых пустот, что предопределяется развитием слоистых терригенных и неслоистых карбонатных рифовых пород.

Карбонатные породы геосинклинальных областей характеризу­ ются большой мощностью и сильной их дислоцированностью и трещиноватостью. Залегают они в виде вытянутых относительно узких полос, согласующихся с общей тектонической структурой горных сооружений (длина полос достигает сотен километров при ширине до 5 км). Эти сильно закарствованные и водообильные по­ лосы карбонатных пород залегают среди других слабо обводненных или водонепроницаемых пород. Наиболее интенсивное развитие карста отмечается здесь по линиям и зонам тектонических наруше­ ний и системам трещиноватости.

Общими чертами для всех областей развития карбонатных карстующихся пород являются: 1) интенсивное поглощение выпадаю­ щих атмосферных осадков и поверхностных вод; 2) повышенная водообильность закарствованных пород по сравнению с породами другого литологического облика, что предопределяет наличие мощ­ ных источников с дебитом иногда до нескольких кубометров в секунду; 3) формирование крупных естественных запасов подзем­ ных вод; 4) как правило, тесная связь режима трещинно-карстово­ го типа вод с климатическими условиями; 5) развитие в массивах карбонатных пород наряду с локальными формами карста (круп­ ные полости, каналы, галереи, колодцы, пещеры) региональных форм закарстованности с широким их развитием как в плане, так и в разрезе, что создает предпосылки формирования единых в гид­ равлическом отношении бассейнов трещинно-карстового типа вод; 6) существенная неоднородность фильтрационных свойств водоьмещающих пород как в плане, так и в разрезе, и сложный гидрав­ лический режим движения подземных вод, что чрезвычайно затруд­ няет количественную оценку условий фильтрации.

По гидрогеологическим условиям Н. И. Плотников [88] выделяет два вида бассейнов трещинно-карстовых вод: закрытые и откры­ тые.

К закрытым относятся ограниченные по площади бассейны трещинно-карстового типа воды, имеющие распространение среди слабоводопроницаемых вмещающих некарстующихся пород (рис. 48). Примером замкнутых бассейнов этого типа вод являются бассейны уральского типа, где водоносные закарствованные карбо­

натные породы палеозоя залегают в форме замкнутых, линейно вытянутых в плане синклинально подобных структур в толще зеле­ нокаменных пород. Особенно ценны такие бассейны при наличии на их площади постоянно действующей речной сети, что предопреде­ ляет восполнение запасов подземных вод при их эксплуатации.

условия.

Подземные воды в открытых бассейнах формируются в услови­ ях значительного площадного распространения карбонатных пород

Рис. 49. Схема открытого бассейна трещинно-карстового

типа:

и обеспечения глубинного регионального стока за счет их погруже­ ния в сторону сочлененных пологих структур (рис. 49). Основным источником питания подземных вод является инфильтрация атмос­ ферных осадков, а также поглощение вод речной сети. Напорные воды трещинно-карстового типа в таких условиях характеризуются значительными запасами подземных вод. Примерами бассейнов от­