2. Оцінка змін річкового стоку при експлуатації водозабірних споруд.

Вплив відбору підземних вод на річковий стік є неоднозначним. Дійсно, у багатьох випадках при експлуатації підземних вод водонос­них горизонтів, зв'язаних з річками, відбувається зменшення поверх­невого стоку, проте його величина може варіювати в дуже широких межах, і внаслідок інерційності водоносних систем прямий вплив від­бору на мінімальний річковий стік проявляється не повною мірою і вирівнюється з часом.

У більшості випадків, незважаючи на зменшення річкового стоку при відборі підземних вод відбувається збільшення загальних водних ресурсів. Це пояснюється тим, що навіть при відборі підземних вод, гідравлічно зв'язаних з поверхневими, дебіти водозаборів формують­ся не лише за рахунок динамічних запасів, що розвантажуються в природних умовах у річку, і залучених ресурсів поверхневого стоку, але й за рахунок інших джерел. До цих інших джерел належать: а) ємнісні запаси підземних вод у зоні депресії; б) динамічні запаси підземних вод, що розвантажуються, не досягаючи русла річки (у ви­гляді джерел, сумарного випарування з поверхні ґрунтових вод); в) залучені ресурси, які формуються за рахунок скидання відпрацьо­ваних вод безпосередньо на площі експлуатації (напр., при зрошенні). Окрім того, слід врахувати, що скидання певної частини води після використання в річки дозволяє не лише компенсувати скорочення поверхневого стоку, а й навіть призвести до його збільшення, якщо у формуванні стічних вод беруть участь підземні води, які в природних умовах не розвантажуються в річку.

Залежно від співвідношення різних джерел формування ЕЗПВ вели­чина можливого скорочення витрати поверхневих водотоків дуже змі­нюється у часі. Так, навіть у тих випадках, коли підземні води розван­тажуються лише в річки, досить тривалий час поверхневий стік може практично не змінюватися. Тривалість цього періоду залежить від від­стані від водозабору до річки, фільтраційних і ємнісних властивостей водовмісних порід та їхньої потужності.

У практичних розрахунках найбільш важливим є визначення ско­рочення меженного поверхневого стоку. Його можливі зміни багато в чому визначаються характером коливань величини самого поверхне­вого стоку в різні пори року. Не виключені випадки, коли в результаті експлуатації підземних вод меженний стік практично не змінюється, а відбувається лише зменшення сумарного річкового стоку. Такі умо­ви характерні для водоносних горизонтів з великою регулювальною ємністю, коли формування експлуатаційних запасів підземних вод відбувається в меженний період в основному за рахунок спрацюван­ня ємнісних запасів підземних вод з наступним поповненням спра­цьованих запасів у період повені.

Істотну роль у зменшенні скорочення поверхневого стоку при від­борі підземних вод може відіграти зменшення або припинення розвантаження підземних вод на випарування і транспірацію, причому не лише в аридних, але і в гумідних умовах. Якщо дебіт водозабору не буде перевищувати величину розвантаження в зоні депресійної вир­ви, поверхневий стік взагалі не зміниться.

Як уже відмічалося, при оцінці можливого зменшення поверхнево­го стоку необхідно враховувати, що більша частина використаної во­ди у вигляді стічних вод повертається знову до поверхневого водотоку. У зв'язку з цим скорочення поверхневого стоку дорівнюватиме різниці між величиною водовідбору, який сформувався за рахунок залучення поверхневого стоку, і кількістю повернених вод у річку.

Таким чином, оцінка можливих змін річкового стоку під впливом відбору підземних вод є складним багатофакторним завданням, при вирішенні якого необхідно враховувати зазначені вище особливості гідрогеологічних і водогосподарських умов. Оцінка зміни поверхнево­го стоку здійснюється гідрогеологічними і гідрологічними методами, а також методами аналогії.

Для прогнозування зміни річкового стоку часто використовується гідродинамічний метод, який дозволяє оцінити частку поверхневого стоку в сумарному дебіті водозабірних споруд. У простих гідрогеоло­гічних умовах з цією метою використовуються аналітичні методи, у складних - методи математичного моделювання.

Аналітичні розв'язки дозволяють визначити зміну поверхневого стоку при відборі підземних вод у пластах напівобмежених, кутових і смугових при однорідних у фільтраційному відношенні водовмісних породах. Цими розв'язками може враховуватися зміна водовідбору і зменшення випарування.

Напівобмежений пласт із контуром постійного напору. Для цих умов величина скорочення поверхневого стоку може бути визначена за формулою

(13.9)

де Q - продуктивність водозабірної споруди;l₀ - відстань від водоза­бірної споруди до річки; а - коефіцієнт рівнепровідності (п'єзопровідності); і - час від початку експлуатації; егfс - функція, значення якої наведені в дод. 2.

Формула відповідає умовам досконалої річки. Для річок з не­досконалим руслом, коли необхідно врахувати опір руслових відкладів і ширину річки, залежність (13.9) набуває такого вигляду:

(13.10)

(13.11)

(13.12)

А₀= m₀/k₀ – опір під руслових відкладів.

Наведені залежності можна застосовувати і для розрахунку змен­шення стоку при роботі декількох водозабірних споруд, оскільки їх­ній вплив на річковий стік визначається простим підсумовуванням розрахованих для кожної водозабірної споруди величин зміни пове­рхневого стоку.

У формулах (13.9), (13.10) не враховується залучення роз­вантаження підземних вод випаруванням. Для врахування випару­вання величину скорочення поверхневого стоку, розраховану за цими формулами, слід зменшити на витрату підземних вод на випарування в межах депресії до початку експлуатації. Ця витрата може бути визначена на основі спеціальних балансових досліджень. Інтенсивність розвантаження підземних вод випаруванням у меліоративній практиці наближено можна визначити за залеж­ністю С.Ф. Авер'янова:

де u₀ - випарування з відкритої водної поверхні; и – випарування, при глибині залягання рівня h I h_кр - критична глибина залягання ґрунтових вод, за якої розвантаження підземних вод випа­руванням практично припиняється; n - емпіричний коефіцієнт, який змінюється від 1 до 3 (в умовах спільного ефекту випарування і транс­пірації береться рівним одиниці).

Площа, у межах якої відбувається випарування, може бути встано­влена за картами глибин залягання рівня ґрунтових вод.

Точність результатів розрахунків зміни поверхневого стоку гідро­динамічними методами в деяких випадках невелика, що пояснюється часто невисокою вірогідністю вихідних параметрів і неминучими по­хибками при схематизації складних гідрогеологічних умов.

У зв'язку з цим рекомендується широко застосовувати для прогно­зування, особливо у складних гідрогеологічних умовах, метод аналогії.

Висновки:

1) застосування методів відтворення стоку (за аналогією, множин­ною лінійною кореляцією, районними залежностями витрати води від площі водозборів тощо) обмежене необхідністю мати досить три­валі ряди спостережень за стоком річок;

2) серед водно-балансових методів використовується в основному метод, що ґрунтується на аналізі рівняння водного балансу, яке роз­в'язується відносно отриманих при гідрометричних зйомках величин надходження і втрат води на ділянці річки, яка зазнала впливу екс­плуатації підземних вод; застосування методу вимагає проведення комплексу спеціальних досліджень і обмежене низькою точністю вимірювання і розрахунку окремих елементів водного балансу;

3) використання гідротермічних і гідрохімічних методів принципо­во можливе, але самі методи ще недостатньо відпрацьовані стосовно завдання, що розглядається.

Гідрологічні методи дозволяють досить надійно оцінити зміну стоку річки на ділянках діючих водозабірних споруд при водовідборі, що є сумірним до стоку річки в період спостережень, коли точність вимі­рювання стокових характеристик вища можливої величини їхнього зменшення під впливом експлуатації.