4. Эколого-гидродинамическое картирование

1. Карта типов гидродинамической структуры и взаимодействий потоков подземных вод

1.1. Назначение и основные принципы построения карты

Эта карта является одной из основных, поскольку на ее основе строится практически весь комплекс эколого-гидродинамических карт. Она в обобщенном виде характеризует:

1. геометрические размеры, форму и гидродинамическую структуру регионального потока подземных вод;

2. характер и строение водовмещающей среды;

3. условия и характер взаимосвязи потока подземных вод с поверхностью земли (для грунтовых потоков) и (или) со смежными горизонтами;

4. размеры, форму и характер взаимодействия локальных потоков.

Основными принципами построения карты являются:

1. обоснование границ потока, которые должны быть отражены на карте – эти границы должны быть значимыми для регионального потока и, как правило, совпадать с границами взаимодействующих с потоком ландшафтно-климатических и техногенных систем;

2. выбор достоверного сечения и метода построения изолиний и зон, отражающих особенности строения области фильтрации и ее гидродинамические характеристики, в соответствии с масштабом карты и принятым количеством исходных точек.

Названная карта является комплексной и совмещает: карту гидроизогипс (изопьез), изолиний глубин залегания уровня грунтовых вод (для грунтовых потоков), изолиний мощности разделяющих относительно водоупорных горизонтов (для двухслойных и многослойных потоков), типов взаимодействия грунтового потока с зоной аэрации и поверхностными водотоками. Исходной картой служит карта гидроизогипс, которая позволяет определить положение основных структурных элементов и оценить гидродинамические особенности потока. Тип гидродинамической структуры определяется характерной геометрической формой гидроизогипс и ортогональных к ним линий тока, показывающих направление латерального и локальных потоков подземных вод.

Карта дополняется гидродинамическими разрезами по характерным направлениям, на которых отражается линия поверхности земли, уровень грунтовых вод и (или) положение пьезометрической поверхности напорных вод, тип строения пород зоны аэрации, кровля и подошва разделяющих водоупоров, врезы рек и техногенных объектов.

После построения карты гидроизогипс (изопьез), других карт и разрезов, перечисленных выше, приступают к эколого-гидродинамическому анализу. Ход анализа может быть представлен в следующем виде:

• установление и картирование областей с различной конфигурацией и структурой потока;

• выделение площадей с принятыми типами гидродинамических ловушек;

• выделение участков потока с различной величиной напорного градиента;

• выделение локальных потоков;

• установление зон с различным типом гидродинамических взаимодействий грунтового потока с зоной аэрации.

1.2.Установление и картирование областей с различной структурой потока

При анализе структуры потока могут быть приняты следующие наиболее распространенные ее типы:

• плоскопараллельная;

• радиальная;

• перьевая.

Плоскопараллельная структура потока характеризуется равномерным чередованием гидроизогипс прямолинейной формы, поверхностный водоток является зоной транзита и может иметь все три типа гидродинамической связи с грунтовыми водами (прямую, капиллярно-инфильтрационную и инфильтрационную связь).

Радиальный (радиально-сходящийся и радиально-расходящийся) тип структуры связан с наличием локальных водораздельных зон, формирующихся на участках усиленного, в том числе и техногенного питания , например, под влиянием орошения и фильтрации воды из пересекающихся каналов и коллекторов с различной глубиной до уровня грунтовых вод по их дном. Форма изогипс в этом случае достаточно изометрична с соотношением ширины к длине потока не более, чем 1:3.

Перьевой тип структуры формируется в зоне линейно-вытянутых каналов и коллекторов, образующих сопряженные области соответственно питания и стока. Вследствие этого гидроизогипсы последовательно меняют свое направление по отношению к поверхностному водотоку. Создается линейно-вытянутое чередование изогипс с разным по знаку направлением движения к головной части канала и дрены. Отношение ширины к длине потока составляет более, чем 3-4 раза.

Зоны с однотипной структурой потока выделяются разными знаками, в качестве границ используют линии токов и напоров.

Два последних типа структур характеризуются своеобразным изменением градиентов потока, что приводит к формированию внутри этих структур особых участков, которые называются гидродинамическими ловушками.