18.2.3. Критична глибина залягання ґрунтових вод

Критична глибина залягання підгрунтових вод – це граничне їх значення вище якого в ґрунті відбувається накопичення водорозчинних солей в небезпечній для рослин концентрації. Ця величина залежить від ступеня мінералізації ґрунтових вод, механічного і структурного складу ґрунту.

Академік О.М. Костяков встановив залежність критичної глибини залягання рівня грунтових вод від їх мінералізації (табл. 18.2).

18.2. Залежність Нкр від мінералізації ґрунтових вод (мгв)

МГВ, г/л	Більше 7,0	6,0	5,0	4,0	3,0	1,5
Нкр, м	3,5	3,2	3,0	2,6	2,2	1,5

Академік В.А. Ковда запропонував визначати Н_кр в залежності від середньорічної температури повітря t, що характеризує тепловий режим розглянутої території:

, см. (18.11)

Крім того Н_кр можна встановити в залежності від глибини розповсюдження основної маси коріння рослин h і найбільшої висоти капілярного підняття води в даному ґрунті (H_max):

. (18.12)

H_max приймають рівним половині Н_к (див. табл. 18.1)

Як правило, із перелічених вище методів вибирають той де Н_кр найбільше, тобто задовольняють всі умови.

18.3. Методи прогнозу за гідрогеологічною аналогією

Методи гідрогеологічних аналогій засновані на накопичені та аналізі фактичного матеріалу спостережень за режимом підземних вод старозрошуваних або староосушуваних територіях і подальшому пере­носі цих даних на об’єкти, що прогнозуються [12, 13].

Методи аналогій застосовуються для тих меліорованих масивів, де безпосередньо проводились спостереження при дотриманні режиму експлуатації меліоративної системи, або для масивів, аналогічних за гідрогеологічними та іригаційно-господарськими умовами. Їх можна ви­користати для прогнозів II або III типу.

При виборі об’єктів-аналогів необхідно враховувати:

• подібність при­родних умов, які визначають ступінь природної тренованості;

• конст­руктивні особливості систем;

• технологічні меліоративні рішення;

• по­ложення гідрогеологічних меж і формування інфільтраційного живлення підземних вод на одиницю площі.

Критерії для вибору об’єктів-аналогів наведені в табл. 18.3.

18.3. Критерії вибору об’єктів-аналогів

Назва аналогів	Елементи меліоративно-гідрогеологічного районування	Спрямованість сільськогосподарського виробництва та технологічні рішення з меліорації	Конструктивні особливості сис­теми	Інформаційне забезпечення
Система аналог	Морфологічні типи І-го порядку (підпровінції, області)	Схожий склад сільськогосподарських культур, тип меліоративних заходів (зрошення, промивки, меліорація солонців та ін.).	Однотипні конструкції гідромеліоративних систем в цілому (магістральний і міжгосподарський канали, способи поливу, зрошувальна норма, ККД).	Вихідне положення підземних вод, динаміка рівня підземних вод (осереднена по системі швидкість підйому, річна амплітуда коливань). Зміна режимоутворюючих факторів (ККД і опади).
Ділянка аналог	Морфогенетичні типи II-го порядку (області, підобласті).	Схожий склад сільськогосподарських культур, сівозмін, тип і вид меліоративних заходів (зрошення дощуванням, поверхнево-самопливний полив, режим зрошення, хіммеліорація, комплексні меліорації).	Однотипні конструктивні гідроелементи меліоративних систем (міжгосподарська і внутрігосподарська мережа, способи поливу, техніка поливу).	Вихідне положення підземних вод. Режим підземних вод в залежності від режимоутворюючих факторів. Структура водного балансу території і зміна її за період експлуатації (ККД, фільтраційні витрати, опади, режим зрошення).

Якісний наближений прогноз гідрогеологічної обстановки: ха­рактеру зміни рівнів ґрунтових вод масивів нового освоєння за наяв­ними даними спостережень може бути виконаний при встановленні такої аналогії.

Більш точні кількісні прогнози можна отримати, якщо мати спостереження протягом не менш 10 років, оброблені методами математичної статистики.

Методи гідрогеологічної аналогії застосовують, коли повністю виключена можливість складання прогнозів підтоплення територій на підставі більш точних методів. Однак, в деяких випадках точні прогнози і непотрібні, достатньо лише наближеної оцінки можливості підтоплення території для постановки спеціальних гідрогеологічних досліджень. В цих умовах методи аналогій виявляються придатними і дають зовсім задовільні результати.

Метод, що заснований на аналізі графіків коливань рівня поля­гає в тому, щоб встановити математичну залежність між коливаннями рівня ґрунтових вод і ритмічними змінами їх джерела живлення, при стабільному впливі інших режимоутворюючих факторів.

В умовах меліорації цей метод придатний:

• для наближених прогнозів сезонних і багаторічних змін рівня глибокозалягаючих потоків ґрунтових вод, в формуванні яких випарову­вання не робить значного впливу;

• для короткострокового прогнозу рівня ґрунтових вод, який формується в зоні розвитку підпору водосховищ або в зоні розповсюд­ження підканального підтоплення;

• для прогнозу рівня ґрунтових вод в зонах малої дренованості та в безстічних зонах при постійному режимі зрошення.

Метод, оснований на встановленні корелятивних зв’язків ре­жиму з визначаючими його одним або декількома факторами [14].

Метод застосовується для усталеного режиму ґрунтових вод в ста­розрошуваних або староосушуваних районах з порівняно усталеною меліоративно-гідрогеологічною обстановкою.

Корелятивні зв’язки дають надійні результати при ряді спосте­режень, що мають 15-20 складових, якщо при встановленні зв’язків вра­ховуються особливості впливу джерел живлення, обумовлених різними типами режимів.

Корелятивні зв’язки можна встановити з одним або декількома факторами, наприклад, з врахуванням дії каналів, подачею води для зрошення, опадами, температурою і дефіцитом вологості повітря, глиби­ною залягання рівня ґрунтових вод в попередній період та ін. При цьому труднощі встановлення корелятивних зв’язків зростають при збільшенні кількості факторів, які враховуються.

В процесі визначення парного корелятивного зв’язку не­обхідно визначити коефіцієнт кореляції між незалежною і залежною змінними . Знаючи коефіцієнт кореляції та середньоквадратичні зна­чення, знаходять коефіцієнт регресії, а потім і рівняння прямої регресії, що зв’язує дві змінні величини.

Зв’язок між змінними вважають існуючим, якщо коефіцієнт парної кореляції складає більше 0,6; зв’язок є тим тісніший, чим вищий коефіцієнт ко­реляції і стає функціональним, якщо коефіцієнт наближується до 1.

Дослідження режиму підземних вод показує, що зміна окремих елементів (коливання рівня підземних вод, хімічного складу води та ін.) залежить від декількох факторів, причому їх вплив може бути протилеж­ним, наприклад, інфільтрація атмосферних опадів іригаційних вод і ви­паровування або боковий відтік. Тому, щоб зробити прогнози більш точними, необхідно враховувати також різноманітну дію декількох фак­торів. Спільний вплив декількох факторів можна врахувати, застосу­вавши метод множинної кореляції.

Метод множинної кореляції необхідно застосовувати при умові, що проведений аналіз хронологічних графіків елементу режиму підземних вод (наприклад, рівня) протягом року, встановлені періоди настання екстремумів, з’ясований характер підйому і зниження рівня підземних вод та зв’язок їх з режимоутворюючими факторами. Необхідно відмітити, що при використанні цього методу припускається, що між за­лежною і кожною незалежною зміною існує лінійний або близький до лінійного зв’язок.

Суть методу множинної кореляції полягає в тому, що кожному значенню залежної величини у відповідає деяка сукупність значень інших величин , , ,..., причому розподіл залежної змінної у змінюється відповідним чином при заміні незалежних змінних , ,..., . Якщо прийняти значення однієї із змінних, йому буде відповідати не одне точне значення, а імовірність різних значень інших змінних. При цьому виявляється залежність між кожною величиною і відповідним їй математичним сподіванням інших. При множинній кореляції існуючі зв’язки виявляють багатократним прямолінійним кореляційним обчис­ленням.

Після обробки матеріалів методом множинної кореляції одержують рівняння, що дає можливість за відомими факторами , , ,..., , обчислити залежну змінну у, визначити ступінь зв’язку (режимоутворюючих факторів) і з кожною з них окремо. Основною перевагою цього методу є врахування сукупності впливу різних факторів, що зазвичай має місце в природних умовах.

Прогнози методом корелятивних зв’язків можуть бути вико­нані для визначення сезонних, середньорічних і багаторічних коливань рівнів ґрунтових вод.

Найбільш часто виконуються прогнози сезонних рівнів, наприк­лад:

• рівня ґрунтових вод до початку весняних польових робіт в за­лежності від: величини водоподачі в попередній невегетаційний період; суми опадів, які випали за цей період, середньої температури або дефіциту вологи, вихідної глибини залягання рівня ґрунтових вод в кінці вегетаційного періоду попереднього року [14];

• коливань рівня ґрунтових вод протягом вегетаційного періоду на 1-2 місяці наперед, в залежності від очікуваної водоподачі, прогноз­них опадів, температури або дефіциту вологи повітря, вихідної серед­ньомісячної глибини рівня ґрунтових вод за попередній місяць;

• рівня ґрунтових вод до початку осінніх або зимових поливів, в залежності від тих же факторів, які прогнозуються на період після при­пинення вегетаційних поливів і до початку запланових поливів.