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

дохранилищ и ГЭС) одновременно предусматриваются мероприя­ тия по предотвращению затопления и подтопления территорий, орошению сельскохозяйственных земель, осушению заболоченных площадей; при проектировании систем орошения рассматриваются вопросы регулирования режима подземных вод с помощью дре­ нажа.

В выполнении намеченной программы мелиоративного и гидро­ технического строительства огромная роль отводится специалистам гидрогеологам, особенно в части научного гидрогеологического обоснования проектируемых мероприятий и рационального исполь­ зования и регулирования подземных вод. При этом количественной оценке движения подземных вод и методам управления этим дви­ жением, в условиях интенсивной инженерной деятельности челове­ ка, придается первостепенное значение, поскольку выполнение от­ меченных мероприятий является залогом успешного развития оро­ шаемого земледелия.

Орошение, под которым понимается искусственное увлажнение почвы с целью повышения ее плодородия, — один из основных ви­ дов инженерных мелиораций, имеющих чрезвычайно широкие перс­ пективы развития в нашей стране. Орошение земель осуществляет­ ся в районах недостаточного1 увлажнения, где в вегетационный период (период роста и созревания сельскохозяйственных культур) ощущается недостаток влаги в почве. В силу зонального характера распределения атмосферных осадков и запасов поверхностных вод (86% ресурсов поверхностных вод формируется в северо-восточных районах страны и стекает в бассейны Северного Ледовитого и Ти­ хого океанов и лишь 14% приходится на южные и западные райо­ ны) территории, подлежащие орошению, располагаются в самых разнообразных по геологическим, геоморфологическим и гидрогео­ логическим условиям районах страны и, главным образом, в райо­ нах засушливого климата с ограниченными запасами поверхностных вод. Все это в значительной мере усложняет решение задач, связан­ ных с орошением земель.

Основным источником орошения в нашей стране являются по­ верхностные воды. За счет использования подземных вод орошает­ ся не более 3% всех орошаемых земель. При этом доля используе­ мых для орошения подземных вод не превышает 0,5% от их прог­ нозных эксплуатационных запасов [52, 68, 69].

орошение за счет местного стока и подземных вод. Ориентировочно дополнительная потребность в подземных водах на 1975 г. по отно­ шению к 1970 г. составит: для орошения — 70 лН/с, для обводнения

ных запасов подземных вод, пригодных для орошения, и проектиро­ в а н и е рациональных водозаборных сооружений составляют одну из

важнейших задач гидрогеологии вообще и в частности ее раздела — динамики подземных вод.

Предварительные исследования показывают, что уже установ­ ленные запасы подземных вод позволяют организовать орошение на площади около 6 млн. га сельскохозяйственных земель, в том числе на перспективу к 1980 г. не менее 2 млн. га [52]. При этом на некоторых орошаемых площадях отбор большого количества подземных вод, наряду с обеспечением сельскохозяйственного водопотребления, будет способствовать установлению благоприятного водно-солевого режима и мелиоративного состояния орошаемых земель.

Орошение земель заключается в искусственном увлажнении поч­ вы для поддержания в ней благоприятного режима влаги в течение всего вегетационного периода. При регулярном орошении подача и распределение воды осуществляются с помощью специальных оро­ сительных систем, состоящих из магистральных, распределитель­ ных и оросительных каналов. Непосредственное поступление влаги в почву, в зависимости от способа орошения, происходит либо пу­ тем ее впитывания через систему выводных борозд и полос (полив по бороздам, напуск по полосам), или путем инфильтрации раз­ брызгиваемой в пределах орошаемой территории воды (дождева­ ние), либо за счет подачи поды непосредственно в почвенный слой снизу из специальной системы трубчатых оросителей (подпочвен­ ное орошение). На некоторых площадях орошение осуществляется путем систематического (рисовые системы) или однократного (ли­ манное орошение) затопления орошаемых территорий водой. Для поддержания оптимальной влажности во времени орошение осуще­ ствляется периодически с соблюдением необходимых норм и сроков полива (режим орошения), устанавливаемых для отдельных участ­ ков дифференцированно в зависимости от типа почвы и выращива­ емых сельскохозяйственных культур, климатических особенностей и других факторов.

Очень существенно при этом подчеркнуть, что даже при строгом соблюдении соответствующего режима орошения неизбежно про­ исходит дополнительное питание грунтовых вод, вызывающее изме­ нение их уровня, химического состава, условий движения и разгруз­ ки. При отсутствии в районах орошения грунтовых вод происходит их постепенное формирование («ирригационные воды»), обусловли­ вающее изменение природных гидрогеологических условий. При этом источником дополнительного питания и формирования под­ земных вод являются не только оросительные воды, но и фильтра­ ционные потери из магистральных и оросительных каналов и других сооружений оросительных систем, которые нередко составляют от 25 до 50%, а на отдельных участках и больше от общего количества воды, забираемой из источника орошения. Вследствие этого в пре­ делах орошаемых территорий происходит образование характерных «бугров» подземных вод, при растекании которых отмечается посте­ пенное, но устойчивое повышение зеркала грунтовых вод, а в рай­ онах крупных магистральных и оросительных каналов происходит

их подпор. При подъеме уровня грунтовых вод до глубины, равной высоте капиллярного поднятия, начинается интенсивное их испаре­ ние, приводящее к выходу орошаемых земель из строя вследствие их вторичного засоления.

Интенсивность подъема уровня грунтовых вод становится еще более существенной в условиях слабой естественной дренирован­ ное™ орошаемых земель и нарушений режима орошения. В таких условиях при исходном положении зеркала грунтовых вод на глу­ бине до 10—-15 м орошение вызывает подъем уровня, происходящий со средней скоростью от 0,2—0,5 до 2—3 м в год. Так, например, в некоторых орошаемых районах, где грунтовые воды до введения орошения находились на глубине 10—15 м, через 10 лет и менее уровень их поднялся до глубины 3—4 м и выше и отдельные участки территории стали засоляться и заболачиваться [71].

Следует отметить также, что в настоящее время более 50% оро­ шаемых земель и около 75% земель перспективного орошения в той или иной степени засолены. Поэтому дальнейшее развитие оро­ шения немыслимо без проведения мероприятий по снижению зер­ кала подземных вод, т. е. дренажа.

Таким образом, положение зеркала подземных вод в районах орошения по существу предопределяет мелиоративное состояние земель и эффективность орошаемого земледелия. Поэтому задачи прогноза режима подземных вод на массивах существующего и проектируемого орошения и управления этим режимом являются основными, определяющими. Частными задачами при этом являют­ ся прогноз фильтрационных потерь из каналов, водоемов и водо­ хранилищ; прогноз подпора подземных вод; гидрогеологические расчеты по обоснованию строительства рациональной системы дре­ нажных сооружений; расчеты по определению водного и солевого баланса и обоснованию мероприятий по борьбе с засолением оро­ шаемых земель.

Основными чертами, характеризующими особенности движения подземных вод в районах орошения, являются следующие.

1.Многообразие как природных, так и искусственных факторов, влияющих на условия движения и режим подземных вод.

2.Существенное и нередко преобладающее влияние искусствен­

ных факторов, связанных с системой орошения (режим орошения, фильтрация воды из каналов и других инженерных сооружений, инфильтрация ирригационных вод на массивах орошения, длитель­ ность и интенсивность промывных поливов, влияние дренажных сооружений), на режим грунтовых вод, условия их питания, движе­ ния и разгрузки. Влияние это находит выражение в усилении пита­ ния грунтовых вод, формировании водных «бугров» в пределах ка­ налов и на массивах орошения, неуклонном повышении уровня с последующим развитием процессов транспирации и испарения грунтовых вод, сопровождающихся увеличением их минерализации и засолением поч;в- При этом режим подземных вод оказывается тесно связанным с работой сооружений оросительных систем.

3. Гидродинамические особенности потоков подземных вод в

пределах каждого конкретного массива орошения предопределяют­ ся его конфигурацией в плане, схемой размещения основных кана­ лов, периодичностью их заполнения, интенсивностью орошения и действием дренажных сооружений. При этом нередко имеет место пространственная и двухмерная фильтрация подземных вод.

4.Повышение зеркала грунтовых вод под орошаемым массивом при неизменных условиях орошения происходит с затухающей ско­ ростью во времени и прекращается по достижении равновесия меж­ ду приходными (орошение) и расходными (отток и испарение) элементами водного баланса.

5.Скорость и абсолютная величина подъема зеркала грунтовых вод под орошаемым массивом зависят от величины фильтрацион­

ных потерь, их интенсивности, положения начального уровня грун­ товых вод, капиллярных свойств пород зоны аэрации, величины ин­ фильтрации оросительных и промывных вод и граничных условий в пределах массива, что дает возможность их регулирования и уп­ равления путем изменения как интенсивности, так и суммарной ве­ личины поступления воды в зоны аэрации и насыщения.

6. В зависимости от характера баланса грунтовых вод имеют место проявления как установившегося (с постоянными из года в год отметками уровней и наличием лишь сезонных колебаний), так и неуетановившегося (с постоянным из года в год подъемом или спадом уровней, вызываемым неравенством приходных и расходных элементов водного баланса) режима их движения.

7. На фильтрацию воды из магистральных и других каналов существенное влияние оказывают капиллярные свойства залегаю­ щих под ними пород, степень их водонасыщенности, связь грунто­ вых вод с поверхностными и условия работы каналов.

Детальное систематическое рассмотрение вопросов динамики движения грунтовых вод в районах орошаемых массивов, гидрогео­ логических расчетов по прогнозу их режима и баланса, определе­ нию фильтрационных потерь из каналов и обоснованию условий ра­ боты дренажных сооружений, приводится в работах [7, 29, 32, 58, 60, 64, 71, 75, 106 и др.]. Интересные сведения об использовании подземных вод для орошения и эффективности работы ороситель­ ных систем содержатся в работах [19, 52, 70, 71].

ФИЛЬТРАЦИЯ ВОДЫ ИЗ КАНАЛОВ

Фильтрационные потери воды из каналов оказывают су­ щественное влияние на формирование режима грунтовых вод на массивах орошения и изменение мелиоративного состояния ороша­ емых земель. Достаточно отметить, что общая протяженность сети каналов в СССР превышает 350 тыс. км, а ежегодный забор воды из источников орошения— более 70 млрд, ж3, при этом примерно половина воды теряется на фильтрацию. Для уменьшения фильтра­ ционных потерь устраивают каналы с водонепроницаемым покры­ тием и применяют другие противофильтрационные мероприятия.