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

геотермического градиента. При слабом вертикальном водооб­ мене уже на глубинах около 100 м не отмечается никаких се­ зонных колебаний уровней, температур, химического состава подземных вод. При больших глубинах закономерные сезонные

Рис. 48. Многолетние колебания химического состава напорных вод по скв. 6Q0 в г. Луганске. По материалам Луганской гидрогеологической станции

колебания не устанавливаются даже в результате многолетних наблюдений. В качестве примера можно привести наблюдения по двум скважинам Луганской гидрогеологической станции, вскрывшим воду в известняках карбона на глубинах 470 и 743 м (рис. 48). Замеры производились ежемесячно при самоизливе скважин. В скв. 1 дебит в зависимости от атмосферного

давления изменялся от 0,18 до 0,21 л/с, а в скв. 600 — от 0,5 до 0,6 л/с. Температура на самоизливе в зависимости от тем­

исолоноватые напорные

пласте. Процесс опреснения, по данным П. М. Гасс и Е. Н. Яр­ цевой, протекает медленно — в течение нескольких месяцев.

Так, в скв. 74 на подмосковном стационаре ВСЕГИНГЕО, пробуренной в 1961 г. на мячковско-подольский напорный во­ доносный горизонт, залегающий на глубине 136 м (кровля го­ ризонта) и имеющий минерализацию воды 2,378 г/л, столб во­

глубинах составила соответственно 0,125 и 0,22 г/л. Лишь на уровне фильтра минерализация соответствовала минерализа­ ции воды в водоносном горизонте. Тип воды в скважине также резко изменился (рис. 49).

Возможными причинами такого опреснения являются, види­ мо, частично конденсация атмосферной влаги в обсадных тру­ бах, разбавляющей соленые воды сверху, а также некачествен­ ная герметизация колонн труб. Кроме того, высокоминерали­ зованные хлоридные натриевые воды иногда через три-четыре года полностью разрушают обсадные трубы, что приводит к взаимосвязи через скважину различных водоносных гори­ зонтов.

Отмеченный факт необходимо учитывать при отборе ■ проб воды на анализы из глубоких скважин и производить такой от­ бор лишь после прокачки скважины. В большинстве случаев наблюдения за химическим составом глубокозалегающих на­ порных вод, находящихся в естественных условиях, показы-

вают исключительную стабильность режима. Даже многие самоизливающие скважины, например в Терско-Кумском арте­ зианском бассейне, в течение десяти лет и более не отмечают

Связано это с тем, что наблюдения за самоизливом из сква­ жин, вскрывших водоносный горизонт, хорошо изолированный от других горизонтов и схематизируемый «неограниченным пластом», в течение многих лет фиксируют постоянное сниже­ ние дебитов скважин и напоров в них. Таким образом, самоизлнв является аналогией откачки с постоянно развивающейся воронкой депрессии. Лишь иногда в скважинах, вскрывших водоносные слои, сложенные тонкими рыхлыми отложениями, в течение двух-пяти лет может отмечаться некоторое повыше­ ние дебитов за счет «раскачки» скважины, сопровождающейся образованием естественного фильтра из более грубо сортиро­ ванного материала вокруг водоприемной части скважины. Самоизлив в таких случаях сопровождается выносом тонкого песка и глинистых частиц. После периода «раскачки» неизмен­ но начинается снижение и уровней, и дебитов скважин.

При ограниченных размерах бассейна, т. е. когда воронка депрессии быстро достигает границ пласта (источников, рек. областей питания с интенсивным восполнением ресурсов под­ земных вод), а также при наличии взаимосвязи наблюдаемого напорного водоносного горизонта главным образом с вышеле­ жащим горизонтом, в самоизливающих наблюдательных сква­ жинах уже через один-два года прекращается снижение дебнтов и уровней. С этого момента режим самоизливающих сква­ жин может рассматриваться как естественный. В зависимости от степени раскрытости бассейна в таких скважинах могут фиксироваться и сезонные, и многолетние колебания. Приме­ ром могут служить самоизливающие скважины Алазанского и Араратского артезианских бассейнов, режим которых хорошо увязывается с режимом грунтовых вод, с режимом атмосфер­ ной циркуляции и геомагнитной возмущенностыо.

Режим напорных вод в области их разгрузки в значитель­ ной степени зависит от гидрогеологических условий этих обла­ стей. В частности могут быть рассмотрены следующие разно­ видности областей разгрузки.

1. Напорный пласт имеет в области разгрузки открыт выход на поверхность земли. Разгрузка напорных вод осу­ ществляется в виде восходящих источников. Дебит таких источников в зависимости от удаленности областей питания может либо отражать режим подземных вод областей питания с определенным сдвигом во времени, либо зависеть только от режима атмосферного давления. Весьма часто в такого рода областях разгрузки наблюдается дополнительное подпитывание напорных вод за счет перетекания из грунтовых вод. В этих

случаях в колебаниях уровней или дебитов напорных вод мо­ гут быть выделены колебания, связанные с местным подпиты­ ванием (как правило, первый пик), и колебания, связанные с передачей напоров пз областей питания (второй пик). В зави­ симости от удаленности областей питания и интенсивности местного подпитывания оба пика могут следовать друг за дру­ гом или быть разделенными промежутком времени в несколь­ ко месяцев.

2. Напорный пласт имеет в области разгрузки непосредст­ венную гидравлическую связь с грунтовыми (например, с грун­ товыми водами низких террас и пойм рек) или с поверхност­ ными водами. Разгрузка осуществляется за счет перетекания через слабо проницаемые слои в грунтовые воды либо в реки, озера и моря. Режим напорных вод в таких условиях помимо воздействия атмосферного давления, характерного для режима напорных вод вообще, отражает режим либо грунтовых, либо поверхностных вод, создающих подпор разгружающимся на­ порным водам. В завиримости от соотношения изменений уров­ ней грунтовых и поверхностных вод с высотой напора, разгруз­ ка напорных вод в период паводка может либо совсем прекра­ титься, либо сократиться в размерах. Режим напорных вод в этом случае наиболее динамичен во времени, т. е. характери­ зуется интенсивными колебаниями, которые быстро распрост­ раняются на значительные расстояния. Подъемы уровней на­ порных вод, связанные с их подпором и с передачей напоров со стороны областей питания, также проявляются разновре­ менно (первый пик вызван подпором, второй — передачей на­ пора из областей питания).

3. Напорный пласт не имеет непосредственной связи с зем­ ной поверхностью. Разгрузка напорных вод осуществляется за счет перетекания в вышележащие напорные горизонты. Никаких особенностей режим напорных вод в таких областях разгрузки по сравнению с областями транзита не имеет, так как дополни­ тельные воздействия каких-либо других режимообразующих факторов здесь отсутствуют.

Резюмируя и обобщая вышеизложенное, можно выделить шесть основных схем артезианских водоносных горизонтов по степени их дренированное™ и интенсивности питания (рис. 50):

1)открытый проточный, с интенсивным питанием и разгруз­

кой;

2)закрытый проточный, с зарегулированными, но интенсив­ ными питанием и разгрузкой;

3)открытый полупроточный (или слабо проточный), с ин­ тенсивным питанием, но затрудненной разгрузкой;

4) закрытый полупроточный, с затрудненными и питанием,

иразгрузкой напорных вод;

5)открытый исключительно слабо проточный, с хорошими условиями восполнения, но практически отсутствующим дрена-

жем, с активным водообменом лишь в верхней части горизон­ та и поэтому со сменой пресных вод в областях питания соле­ ными водами в областях транзита;

6) закрытый бессточный, с затрудненными условиями пита ния и отсутствием непосредственного дренажа водоносного го­ ризонта, содержащего, как правило, соленые воды.

Рис. 50. Типы артезианских бассейнов по степени их дреннрованости:

Следует отметить, что предложенная схематизация бассей­ нов по условиям формирования режима напорных вод являет­ ся в определенной мере идеализированной и что в действитель­ ности условия питания и разгрузки напорных вод осуществля­ ются значительно сложнее. Связано это часто с резкой фаци­ альной изменчивостью отложений по площади и по вертикали, изменениями условий расчлененности рельефа и гипсометрии местности, а также соотношений напоров между различными водоносными горизонтами и т. п.

- Повышенная по сравнению с грунтовыми водами инерцион­ ность напорных вод предопределяет тот факт, что автокорре­ ляция наиболее длинных рядов наблюдений за режимом напор­ ных вод показывает наличие довольно высокой взаимосвязан­ ности уровней соседних лет. Средний коэффициент автокорре­ ляции для лет, разделенных интервалом времени в один год, составил 0,71, а с интервалом времени в два года—0,57, что позволяет почти во всех случаях составлять прогнозы режима напорных вод с заблаговременностью в два года, основываясь только на данных об уровнях последнего года. Затухание ко-

эффициентов автокорреляции с увеличением времени сдвига протекает чаще всего очень медленно, что свидетельствует о наличии длиннопериодпон цикличности в режиме напорных вод. Обзор коррелограмм уровней напорных вод показывает, что в режиме последних выделяются, как правило, циклы больших периодов (от 18 лет и более). Циклы с периодами 8, 9, 11 и 12 лет встречены в напорных водах в единичных случаях. Более короткопериодные циклы (2, 3, 5 лет) проявляются лишь в виде тенденции, т. е. в виде небольших всплесков на фоне общего спада автокорреляционной функции. Поэтому на коррелограммах выделяются чаще всего циклы с длиной периода, равной 18— 19, 22—23, 26—27, 36—38 лет.

Амплитуды многолетних колебаний уровней или дебитов самоизливающих скважин соответственно меньше, чем в грунто­ вых водах, а фазы цикличности в зависимости от удаленности областей питания сдвинуты во времени.

КАРТИРОВАНИЕ И ПРОГНОЗЫ РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Рассмотренные в предыдущих главах региональные законо­ мерности режима подземных вод позволяют определить основ­ ные принципы экстраполяции результатов наблюдении по пло­ щади, т. е. наметить пути картирования режима подземных вод, а также обосновать возможности составления прогнозов режима подземных вод и необходимый комплекс факторов, принимае­ мых во внимание при прогнозах.

ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ КАРТИРОВАНИЯ РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Одним из основных элементов любого гидрогеологического картирования является отражение на картах фактических дан­ ных о глубинах залегания подземных вод, величинах напоров, дебитах источников или самоизливающих скважин, химическом составе подземных вод и сравнительно реже о температурах подземных вод. Однако, как правило, вышеперечисленные харак­ теристики берутся по разовым замерам или по единичным про­ бам воды без учета особенностей режима подземных вод.

Использование данных без учета режима подземных вод мо­ жет существенно исказить отображаемую на картах гидрогеоло­ гическую обстановку. Из приведенного выше видно, что колеба­ ния уровней подземных вод в годовом и тем более в многолет­ нем разрезе достигают иногда 20—-45 м. Дебиты источников также могут иногда изменяться в 30—600 раз. При этом сроки наступления минимальных и максимальных значений уровней или дебитов подземных вод как во времени, так и в простран­ стве существенно варьируют в зависимости от различия в глуби­ нах залегания подземных вод, залесенности территории, экспо­ зиции склона, литологического строения зоны аэрации, удален­ ности наблюдательной точки или выхода источника от области питания, микрорельефа и других факторов. Может оказаться, что составленная для таких условий карта гидроизогипс на опре-