Файл: Ковалевский В.С. Условия формирования и прогнозы естественного режима подземных вод.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 06.07.2024
Просмотров: 144
Скачиваний: 0
даче изменений атмосферного дав пения на грунтовые воды, эф фект его воздействия может быть зафиксирован, так как процесс передачи давления в таких случаях протекает так же, как и в напорных водах.
Аналогичным является и принцип воздействия ветра на на порные подземные воды, так как резкие порывы ветра создают разряжение атмосферного давления в устье скважины (как бы высасывают воздух из ее ствола), приводя к резкому (до 5 см) подъему пьезометрического уровня воды в скважине. После каж дого такого порыва ветра уровень воды в скважине восстанавли вается.
ГИДРОЛОГИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ
Выделение гидрологических факторов в качестве самостоя тельной группы является несколько условным и вызвано в основ ном спецификой воздействия режима поверхностных водотоков и водоемов на режим подземных вод. По существу режим по-
Рмс. 10. Типы взаимосвязи поверхностных и подземных вод
верхностных вод определяется в свою очередь климатическими факторами (прежде всего режимом выпадения атмосферных осадков), влияние которых, таким образом, косвенно передается на подземные воды.
Степень этой связи определяется гидрогеологическими усло виями территории. Так, по характеру гидравлического взаимо действия вод можно выделить пять основных типов взаимосвязи поверхностных и подземных вод (рис. 10).
Тип I широко распространен в пределах зон избыточного и умеренного увлажнения, главным образом вдоль крупных рек, где большую часть года реки или озера дренируют грунтовые воды и лишь во время паводка создаются условия подпора грунтовых вод и временного питания их за счет поверхностных вод (береговое регулирование). После прохождения паводка раз грузка грунтовых вод в реки или озера возобновляется.
»
Тип II является частным случаем первого. Влияние режима поверхностных вод в этом случае проявляется не постоянно, а только во время наиболее высоких паводков или приливов, пре вышающих высоту уступа водоупорных слоев над урезом реки в межень.
Тип III распространен в пределах зоны недостаточного ув лажнения (в засушливых областях СССР), где реки (если они не пересыхают) в течение всего года питают грунтовые воды. Во время паводка размеры такого питания увеличиваются.
Первые три типа, охарактеризованные впервые М. А. Вевиоровской, отражают условия взаимосвязи режима поверхностных и грунтовых вод. Два следующих типа выделены дополнительно.
Tim IV отражает такие условия взаимосвязи поверхностных H грунтовых вод, при которых во время паводка в силу неболь ших амплитуд колебаний уровней поверхностных вод (что весьма часто имеет место в долинах малых рек), соизмеримых с ампли тудами колебаний уровней грунтовых вод, а также из-за боль ших уклонов грунтовых вод в зоне воздействия на них поверх ностных вод подпора грунтовых вод не происходит. Разгрузка грунтовых вод в реки, озера или моря в таких случаях в период паводка не только не сокращается, а, наоборот, возрастает, так как в это время имеет место усиленное питание грунтовых вод и мощность их потока увеличивается.
Тип V отражает взаимосвязь режима поверхностных и неглу боко залегающих напорных вод, разделенных слабо проницаемы ми слоями. В периоды межени уровни напорных вод, дренируе мые рекой, устанавливаются, как правило, несколько выше уреза реки или озера.
Во время паводка могут быть два случая соотношения уров ней поверхностных и подземных вод.
1.Уровень поверхностных вод устанавливается выше пьезо метрического уровня напорных вод. При этом создается постоян ная разность напоров, что вызывает подпор разгружающихся напорных вод или даже фильтрацию речных вод через слабо проницаемые слои в напорный водоносный горизонт.
2.Уровень поверхностных вод устанавливается ниже уровня напорных вод. В этом случае разгрузка напорных вод в поверх ностные водотоки и водоемы сокращается пропорционально уменьшению разности напоров. После опада паводка размеры разгрузки напорных вод восстанавливаются.
Во всех случаях подземные и поверхностные воды могут быть рассмотрены как единая гидравлически связанная система, нару шение равновесия в одной из частей которой отражается, как в сообщающихся сосудах, на других частях системы. В то же вре мя взаимосвязь поверхностных и подземных вод определяется
различными формами воздействия, наблюдаемыми в периоды паводков: подпором подземных вод, фильтрацией поверхностных
вод в водоносные горизонты, передачей гидростатического напо ра или давления.
В большинстве случаев влияние всех трех форм воздействия осуществляется комплексно. Более подробно воздействие гидро логических факторов на подземные воды рассмотрено нами ранее (Коноплянцев, Ковалевский, Семенов, 1963).
Анализ зависимостей амплитуд колебаний уровня грунтовых вод от удаленности точек наблюдения от реки или другого водо ема поверхностных вод показывает, что размеры амплитуд и ско рости их затухания в глубь берега определяются в основном коэффициентами фильтрации водовмещающих пород, а также их мощностями и величиной водоотдачи. Чем больше коэффициент фильтрации, тем меньше скорость затухания амплитуд колеба ния уровня грунтовых вод. Быстрое и резкое уменьшение ампли туд колебаний уровня грунтовых вод по мере удаления от реки свидетельствует о плохой гидравлической связи поверхностных н подземных вод. Такие случаи имеют место при наличии слабо проницаемых пород, сильного заиления берегов и дна рек, при фациальном замещении водовмещающнх отложений с высокими •фильтрационными свойствами на слабо водообильиые отложе ния, при наличии литологических или тектонических экранов и т. п. Резкие перегибы в графиках свидетельствуют о смене лито логических разностей водовмещающих пород и их фильтрацион ных свойств. Выявление в результате режимных наблюдений таких участков (со слабой гидравлической связью поверхностных и подземных вод с разными фильтрационными свойствами по род) имеет большое значение для решения ряда практических задач: расчетов береговых ннфильтрациоиных водозаборов, рас четов подпора и подтопления территорий в зонах влияния водо хранилищ и др.
Графики зависимости изменений соотношения колебаний уровней подземных вод АЯгр и поверхностных вод АНѵ от рас стояния наблюдательной точки до берега реки могут служить ос новой для прогноза амплитуд колебаний уровней грунтовых вод на соседних с наблюдательными створами участках, имеющих ■ одинаковое строение.
Установив за предыдущие годы зависимость соотношения ам плитуд колебаний уровней грунтовых вод и воды в реке в период паводка от расстояния наблюдательных скважин до берега реки, можно, зная амплитуду колебаний уровней воды в реке, опреде лить не только амплитуды колебаний уровней воды в наблюда тельных скважинах, но и в любом месте между ними, используя для этой цели составленные заранее графики. Аналогичным об разом можно составить графики зависимости амплитуд колеба ний уровня подземных вод от расстояния до реки для разных по водности лет (рис. И).
Для прогноза времени наступления максимальных уровней подземных вод, вызванных их подпором со стороны реки, можно
составлять графики зависимости времени отставания пика мак симальных уровней подземных вод для наблюдательных сква жин с различной удаленностью от реки от соответствующего пи ка уровней воды в реке (рис. 12). Учитывая, что скорость пере дачи подпора зависит не только от фильтрационных свойств во-
|
|
|
§ |
|
|
7354г. |
||
|
|
|
|
|
|
|
7355г. |
|
|
|
|
s aI |
о |
200 |
т БОО |
800 |
!000 |
|
|
|
|
|
Расстояние дореки, и с |
|||
Рис. |
11. |
Графики зависимо |
Рис. 1,2. Графики зависимости вре |
|||||
сти |
изменений соотношения |
мени |
отставания |
пика максималь |
||||
амплитуд колебаний уровней |
ных |
уровней подземных |
вод |
от |
||||
подземных и поверхностных |
расстояния до реки (по материа |
|||||||
вод от расстояния до реки |
лам Средне-Волжской гидрогеоло |
|||||||
для |
лет |
различных по вод |
гической станции) |
|
|
|||
ности (в процентах обеспе ченности)
k |
Ä |
доносного горизонта— , которые могут быть приняты постоям- |
|
Р |
подпора Л0р, особенно в тех случаях, |
ными, но H от величины |
|
когда эта величина соизмерима с мощностью водоносного гори зонта, такие графики можно составлять для разных по водности лет или для разных амплитуд подпора через определенные выб ранные интервалы. Составление вышеуказанных графиков позво лит в ряде случаев (как видно из приведенного на рис. 12 приме ра) прогнозировать по аналогии время наступления максималь ных уровней подземных вод с заблаговременностью до 1,5 ме сяца.
Изменения в режиме температур и химическом составе грун товых вод под влиянием режима поверхностных вод наблюдают ся лишь в относительно небольшой прибрежной полосе, где во время паводков отмечается фильтрация речных пли других по верхностных вод в берега. При условиях же взаимосвязи подзем ных и ‘поверхностных вод третьего и пятого типов режим темпе ратур и химического состава грунтовых или межпластовых вод в основном определяется режимом температур и химического состава поверхностных вод.
Пополнение грунтовых вод во время паводка поверхностными водами приводит также к временному изменению запасов грун товых вод.
Таким образом, режим поверхностных вод приводит к су щественным как количественным, так и качественным измене-
2 В. С. Ковалевский |
33 |
ниям в подземных водах прибрежных участков. Разнообразие характера этих изменений в региональном плане вызывается различиями в режиме поверхностных вод, определяемыми кли матическими особенностями районов.
ЭНДОГЕННЫЕ ФАКТОРЫ
Большая часть эндогенных факторов, как отмечено выше, проявляется лишь в геологические периоды времени. Поэтому эффект влияния этих факторов на режим подземных вод может быть зафиксирован лишь при очень длительных наблюдениях, а степень этого влияния может рассматриваться лишь в отноше нии палеогидрогеологических реконструкций природной обста новки.
Среди геологических факторов, эффект которых фиксируется проводимыми наблюдениями, следует назвать воздействие неотектонических движений, современного вулканизма и земле трясений.
Неотектонические движения также являются медленно про текающим процессом. В отдельных районах скорости погруже ния или подъема земной коры достигают фиксируемых величин, поэтому связанные с этим процессом явления (заболачиваниетерритории, непрерывный подъем или спад уровня в многолетнем разрезе) могут 'быть отмечены в виде тенденции. Знак неотектонических подвижек обычно тесно связан с тектоническим развитием предшествовавших геологических эпох. Так, горные области и кристаллические щиты испытывают поднятия (Крым на 4—5 мм/год, Кавказ— 12— 13 мм/год, Украинский и Бело русский щиты — до 6—7 мм/год), а впадины (например, При балтика),— наоборот погружение со скоростью до 1—3 мм/год.
Влияние землетрясений и современного вулканизма на ре жим подземных вод проявляется эпизодически. Так, воздей ствия землетрясений чаще всего сказывается в появлении резких колебаний уровней напорных вод (рис. 13). Однако сейсми ческая деятельность Земли может отражаться в режиме под земных вод не только в виде характерных «всплесков» уровня подземных вод, После чего режим подземных вод восстанавли вается, но и в коренном изменении условий формирования режи ма подземных вод, связанном с изменением площадей подземных водосборов бассейнов. Так, по данным М. Е. Альтовского, после землетрясений в Монголии (1957 г.) и Ашхабаде (1946 г.) мно гие источники в районе землетрясений изменили свои дебиты в несколько раз, уровни подземных вод в одних случаях понизи лись, в других, наоборот, повысились, появились новые родники. После гермабского землетрясения в Туркмении в 1929 г. повы шенный дебит источников наблюдался в течение двух-трех лет. Отмечались фонтаны воды до 2—6 м из трещин, образовавшихся в аллювии во время землетрясений на Балканах (1838 г.) и в Забайкалье (1862 г.); в Японии в 1930 г. наблюдались выбросы