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

широко используются формулы А. Н. Костикова, полученные на основе анализа и обработки многочисленных материалов непосред­ ственных наблюдений за фильтрацией воды из каналов в самых разнообразных природных условиях. Установленная им эмпириче­ ская зависимость имеет вид:

* = ^ % > (XII,12)

где а — потери воды из канала в процентах от его расхода, прихо­ дящиеся на 1 км его длины (при этом расход Q выражается в м31с); А и у — коэффициенты, зависящие от состава пород, слага­ ющих борта и дно канала.

Расчеты подпора грунтовых вод в приканальной зоне. Влияние каналов, особенно крупных, как источников питания грунтовых вод и создания местного напора, может быть весьма существенным. Подпор грунтовых вод в приканальной зоне распространяется на значительные расстояния (в районах крупных каналов до несколь­ ких километров), вызывая существенные изменения режима грун­ товых вод, а при неглубоком их залегании — развитие процессов заболачивания, интенсивного испарения и вторичного засоления почв.

Прогноз подпора грунтовых вод в приканальной зоне должен выяснить местоположение участков возможного подтопления терри­ тории и вторичного засоления почв с тем, чтобы наметить и прове­ сти необходимые защитные мероприятия. Для этой цели расчеты подпора выполняются по формулам установившейся фильтрации. Для выявления очередности проведения защитных мероприятий и получения представлений о развитии подпора во времени расчеты выполняются по формулам неустановившейся фильтрации. При этом в большинстве случаев возможно использование решений, по­ лученных для прогноза подпора в районах создания водохранилищ. Учитывая, как правило, незначительную глубину каналов и дрен в проходимых районах орошения, при расчетах подпора и фильтра­ ционных потерь необходимо вводить дополнительные сопротивле­ ния, обусловленные строением их ложа и их несовершенством. Кро­ ме того, на отдельных площадях приходится учитывать процессы испарения и дополнительного инфильтрационного питания грунто­ вых вод через зону аэрации.

Детально вопросы расчетов фильтрации и подпора в районах каналов и на массивах орошения освещены в приведенных работах [32, 70, 71].

ВОДНЫЙ И СОЛЕВОЙ БАЛАНС ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЙ

Водный баланс орошаемых территорий, как один из ре­ шающих факторов, предопределяет формирование режима грунто­ вых вод и мелиоративное состояние почв на массиве орошения. Изу­ чение элементов водного баланса дает возможность установить ос­ новные закономерности режима грунтовых вод на массиве ороше­ ния и наметить наиболее рациональные способы управления этим режимом.

Под балансом грунтовых вод понимается соотношение между поступлением (приходная часть) и расходованием (расходная часть) грунтовых вод в количественном выражении (в мм или м3/га) на том или ином орошаемом земельном участке за опреде­ ленный период. Водный баланс определяется влиянием естествен­ ных (климат, осадки, испарение, транспирация, конденсация, под­ земный и поверхностный сток) и искусственных (орошение, потери из каналов, дренаж, агромелиоративные мероприятия) факторов, которые в каждом конкретном случае проявляются дифференциро­ ванно.

Изучение баланса грунтовых вод осуществляется двумя метода­ ми: экспериментальным, когда каждый элемент водного баланса определяется непосредственным измерением, и аналитическим, ког­ да элементы баланса определяются на основе уравнений динамики подземных вод (в том числе конечно-разностных). В орошаемых районах применяется в основном первый метод, для чего на типич­ ных по гидрогеологическим условиям балансовых участках опреде­ ляются элементы водного баланса, которые переносят затем с соот-

ветствующими коррективами на орошаемый массив в целом или на аналогичные орошаемые территории. В последнее время для состав­ ления водного баланса начинают все в более широких масштабах привлекаться гидродинамические методы, основанные на анализе режимных наблюдений и определении соответствующих парамет­ ров и элементов баланса по формулам динамики подземных вод

(29, 32].

Обычно изучают в комплексе общий водный баланс орошаемой территории, баланс влаги в зоне аэрации и баланс грунтовых вод. Общее уравнение водного баланса в пределах орошаемой террито­ рии за время Аt может быть записано в следующем виде:

вод за счет поливов и промывок и отвод их коллекторно-дренажной сетью за пределы балансовой площади); D\ и D2— возможное из­ менение запасов воды на поверхности и в зоне аэрации.

Уравнение (XII,13) может быть существенным образом упроще­ но, тем более, что раздельное определение каждого из элементов водного баланса вызывает значительные затруднения. Принимая в

уравнении (XII,13) 0 + К — И + A i ~h A z ± D I ± D 2= W , где W —

интенсивность питания грунтовых вод через зону аэрации, выражае­ мая слоем воды в единицу времени (м/сут) и определяемая совокуп­ ным влиянием и соотношением входящих в это выражения элемен-

Величина интенсивности инфильтрационного питания W опре­ деляется по уравнениям в конечных разностях на основе данных режимных наблюдений (см. гл. VI, стр. 194); поливной сток W0 уста­ навливается исходя из режима орошения и определяется по данным расходования воды на массиве орошения (поливы, промывки,

фильтрация из каналов). Уравнение (XII,14) аналогично уравнению (ѴІІ,31), полученному для расчета годового баланса конечно-раз­ ностным методом. Методика применения уравнений в конечных разностях к определению интенсивности инфильтрационного пита­ ния и к анализу годового водного баланса участка приведены в гл. VI.

Решение уравнения водного баланса позволяет установить ос­ новные, определяющие элементы водного баланса и соответствую­ щим образом наметить комплекс мелиоративных и других меро­ приятий для изменения баланса и соответственно режима грунто­ вых вод в необходимом направлении.

В районах орошения основными приходными элементами водно­ го баланса являются поступление воды за счет орошения, промывок и фильтрационных потерь из каналов, а также инфильтрация ат­ мосферных осадков в период снеготаяния и половодий; расходны­ ми— испарение, транспирация и подземный отток. При превышении приходных статей баланса над расходными (что чаще всего и име­ ет место) происходит подъем зеркала грунтовых вод с последую­ щей интенсификацией процессов испарения, транспирации и засоле­ ния грунтовых вод и пород зоны аэрации (главным образом, поч­ венного слоя).

Регулирование водного баланса орошаемой территории, как это видно из уравнений (XII,13 и XII,14), осуществляется обычно путем возможного сокращения его приходных статей (оптимизация режи­ ма орошения, сокращение фильтрационных потерь, агромелиора­ тивные мероприятия) и увеличения расходной части (улучшение условий оттока подземных вод с помощью дренажей, улавливание и регулирование поверхностного стока).

Условия поступления и расходования грунтовых вод и их оттока в пределах орошаемой территории предопределяют и процессы на­ копления солей в подземных водах и породах зоны аэрации. Зная элементы водного баланса, можно составлять и солевой баланс (соотношение между поступлением и расходованием солей на оп­ ределенном участке за определенный период, в т/га). Изучение его особенно необходимо на площадях слабой дренированности и про­ водится обычно в комплексе с экспериментальным определением водного баланса на типовых участках. При изучении солевого ба­ ланса устанавливается общее содержание солей, количество хлори­ дов и токсичных солей: NaCl, Na2S 0 4, M gS04, MgCl2 и др. Солевой баланс целесообразно составлять общий для орошаемой террито­ рии, для пород зоны аэрации, для грунтовых вод, для балансового слоя (например, мощностью 5—10 м) отдельно для вегетационного и невегетационного периодов.

При составлении солевого баланса учитывается поступление солей в пределы балансового участка с поверхностным и подзем­ ным притоком, с оросительной водой, атмосферными осадками, при­ носимыми ветром и вносимыми с удобрениями. В качестве расход­ ных статей учитывают вынос солей поверхностным и подземным