Файл: Ковалевский В.С. Условия формирования и прогнозы естественного режима подземных вод.pdf

ставе вод (прежде всего содержаний С1 и Na) наблюдаются в зонах океанических приливов, когда соленые воды фильтру­ ются в берега. Однако кратковременность таких колебаний обусловливает ограниченность размеров зоны, где фиксируются изменения. Поскольку морские воды имеют более высокий удельный вес, чем грунтовые, их фильтрация проявляется прежде всего в нижних частях водоносных горизонтов.

Степень проявления тех или иных отмеченных выше законо­ мерностей определяется во многом литологическим составом водоносных пород. Например, сезонные изменения состава грунтовых вод в известняках, мергелях и доломитах осуществ­ ляются преимущественно за счет ионов Са2+, Mg2+ и HCO(f

(рис. 43, а) в гипсах и загипсованных породах — за счет ионов Са2+ и SO|~ (рис. 43, б), в засоленных песках п суглинках —

за счет ионов Na+, Cl” и SO^~ (рис. 43, в). Величины колеба­ ний общей минерализации зависят также от скоростей и длины пути фильтрации грунтовых вод, определяющих продолжи­ тельность взаимодействия воды и породы: чем выше скорости фильтрации и более активный водообмен, тем меньше ампли­ туды колебаний сухого остатка, несмотря на увеличение выще­ лачивающей способности подземных вод при возрастании ско­ рости их потока.

Весьма существенной является роль рельефа в режиме хи­ мического состава. По направлению от водоразделов к доли­ нам минерализация грунтовых вод обычно возрастает, а сле­ довательно, увеличивается п ее амплитуда. В долинах рек, особенно в тыловых швах террас, па поймах и в заболоченных участках, где имеет место интенсивная разгрузка подземных вод за счет их испарения, происходит резкое увеличение ми­ нерализации вод и ее сезонных изменений. Так, в Мещерской

кают весьма медленно и поэтому могут быть отмечены лишь при многолетних наблюдениях за режимом химического со­ става грунтовых вод. Длительные наблюдения за режимом хи­ мического состава грунтовых вод, проводимые по многочислен­ ным скважинам в различных районах СССР, показывают, что

Рис. 43. Графики колебании химического состава грунтовых вод в различных водовмещающих породах:

многолетние изменения в концентрациях солен тесно связаны с многолетними колебаниями их уровней и чаще всего отра­ жают основные тенденции в изменениях уровней подземных вод.

Для первого и второго типов гидрохимического режима грунтовых вод многолетнее снижение уровней грунтовых вод приводит к многолетнему повышению общей их минерализации (рис. 44, а), что можно объяснить уменьшением доли ежегод­ ного опреснения грунтовых вод в связи с сокращением вели­ чин инфильтрации (питания грунтовых вод). При третьем ти­ пе гидрохимического режима грунтовых вод повышение их ми­ нерализации наблюдается, наоборот, при многолетнем повыше­ нии уровней грунтовых вод, что приводит к повышенному их испарению и более интенсивному засолению зоны аэрации, а многолетнее снижение уровней грунтовы,х вод сопровождается уменьшением их общей минерализации (см. рис. 44, б).

Установив закономерности связи режима химического со­ става и уровней грунтовых вод, можно, составляя прогнозы уровней, давать одновременно прогнозы и химического состава грунтовых вод.I*

Рис. 44. Зависимость изменения минерализации грунтовых вод при многолет­ них спадах их уровней по скв. 606 (а) и скв. 593 (б). По материалам При­ каспийской гидрогеологической станции.

ЗАКОНОМЕРНОСТИ РЕЖИМА НАПОРНЫХ ВОД

Режим напорных вод во многом тесно связан с режимом

но, более затруднены по сравнению с грунтовыми водами, по­ этому изменения в напорных водах проявляются в виде сгла­ женных и сдвинутых по времени колебаний. Тем не менее ре­

гания и литологического состава водовмещающих и перекры­ вающих пород, а также слабопроницаемых пород, затрудняю­ щих связь напорного горизонта с грунтовыми и поверхностны­ ми водами;

в) степень дренированности напорных водоносных горизон­ тов, определяющая интенсивность водообмена подземных вод.

Особенности региональной динамики напорных подземных вод определяются сочетанием указанных факторов. Анализ их проявления по территории СССР позволил разработать класси­

неравномерности питания напорных вод по сезонам года, а так­ же особенности режима химического состава и температур напорных вод. На широтную зональность напорных вод ука­ зывал Н. И. Толстихин еще в 1955 г., выделив на территории

СССР два гидрогеологических пояса отрицательных н положи­ тельных температур. Сопоставление данных о режиме грунто­ вых вод в районах областей питания напорных вод с режимом

Таблица 6

Классификационная схема режима напорных вод

напорных вод показывает их идентичность. Основной законо­ мерностью при этом является лишь постепенное затухание ам­ плитуд колебаний уровней (напоров), температур и химическо­ го состава напорных вод и сдвиг во времени экстре­ мальных значений этих элементов режима по мере удаления от областей пита­ ния водоносных горизонтов.

На основании единовременности сезонного восполнения запасов напорных и безна­ порных подземных вод нами выделяются, как и для грун­ товых вод, три типа режи­ ма напорных вод, отража­ ющих зональные черты ус­ ловий их питания.

Первый тип режима на­ порных вод — кратковремен­ ного летнего питания — име­ ет место в пределах провин­ ции развития многолетне­

мерзлых пород, где питание напорных вод осуществляется в ограниченные периоды за счет оттаивания деятельного слоя и таликовых зон, а также за счет усиливающегося поглощения по­ верхностных вод во время весенне-летних паводков. Подъем уровней напорных вод в этой провинции начинаются обычно в мае — июле. Восполнение подземных вод осуществляется за счет холодных (1—3°С) талых вод, имеющих чаще всего низ­ кую общую минерализацию (до 100 мг/л). Максимальные уров­ ни напорных вод в областях питания фиксируются, чаще всего

да и вообще слабо выраженное осеннее подпитывание напор­ ных вод (см. рис. 45, 2) с соответствующими двумя макси­ мумами (весной и осенью) и двумя минимумами (зимой и ле­ том). Минерализация и температуры грунтовых вод, питаю­ щих напорные водоносные горизонты, в этой провинции более высокие, чем в предыдущей (см. гл. III).

дается и поэтому питание напорных вод осуществляется в те­ чение всего зимнего периода с максимальными условиями на­ порных вод в конце зимы — весной и минимумами летом (рис. 45,3).

Таким образом, типы режима напорных вод могут быть вы­ делены по характерным во времени периодам естественного сезонного восполнения запасов подземных вод в областях их питания. Возможно, в будущем, так же как и для грунтовых вод, в пределах каждого типа могут быть выделены н подтипы режима напорных вод по интенсивности их питания в зависи­ мости от степени увлажненности территории и соответствую­ щих различий в интенсивности питания грунтовых вод. Огра­ ниченность материалов не позволяет это сделать в настоящее время, хотя теоретически возможность выделения подтипов очевидна.

Степень дренированное™ напорных водоносных горизонтов определяет скорости фильтрации напорных вод, а следователь­ но, и продолжительность полного водообмена подземных вод в пределах всего напорного водоносного грнзонта или водона­ порной системы в целом. Интенсивность водообмена зависит от ряда факторов, но прежде всего от размеров водоносного гори­ зонта или точнее от его протяженности от областей питания до областей разгрузки, от фильтрационных свойств водовмещаю­ щих пород, величин градиентов, а также от степени раскрытости или закрытости напорных водоносных горизонтов, включая интенсивность перетекания, определяющих условия отточности подземных вод.

В сильно дренированных (хорошо проточных) бассейнах полный водообмен (т. е. прохождение частицы воды от обла­ сти питания до области разгрузки) осуществляется в период от одного года до нескольких лет. Перераспределение напоров, вызываемое сезонным восполнением напорных вод, прослежи­ вается практически в пределах всего водоносного горизонта от областей его питания до областей разгрузки. К сильно дрени-

рованным относятся водоносные горизонты межгорных впадин и предгорий, небольшие бассейны в мульдах кристаллических щитов, а также небольшие по размерам бассейны платформен­ ных областей (типа Ергенинского). Это главным образом пресные водоносные горизонты, активно дренируемые гидро­ графической сетью (в виде восходящих источников или непо­ средственной гидравлической связи этих горизонтов с реками).

Учет режимообразующих факторов при прогнозах режима подземных вод в связи с малыми периодами водообмена мо­ жет производиться с соответствующей небольшой заблаговре­ менностью (от нескольких месяцев до нескольких лет), т. е. так называемая память системы здесь невелика. Другими сло­ вами, режим напорных вод сильно дренированных бассейнов определяется особенностями выпадения и инфильтрации атмо­ сферных осадков, главным образом только текущего года, и лишь иногда в нем отражаются особенности увлажненности нескольких предыдущих лет (для значительных по протяжен­ ности водоносных горизонтов, обладающих низкими фильтра­ ционными свойствами водовмещающих пород и небольшими региональными градиентами напоров).

Примером сильно дренированного бассейна может служить Араратский артезианский бассейн, сложенный сверху песчано­

зонт). Как в первом, так и во втором горизонтах на периферии

зонные колебания напоров подземных вод наблюдаются лишь в областях питания водоносных горизонтов и в некоторой зоне ниже по потоку от области питания. Размеры этой зоны зави­ сят в основном от величины коэффициента пьезопроводности и продолжительности периода питания (или высокого стояния уровней подземных вод в области питания). Для того чтобы представить порядок цифр, характеризующих величину этой зоны, можно аппроксимировать область питания напорного водоносного горизонта в виде нагнетательной скважины или галереи, работающей в неограниченном пласте, и провести расчеты затухания колебаний напоров.

При этом можно установить, что ширина зоны, в пределах которой могут быть зафиксированы сезонные колебания уров­ ней напорных вод, тем больше, чем больше амплитуды коле­ баний уровней подземных вод в области питания и чем более продолжителен период питания и выше коэффициент пьезопро­ водности.