7.7 Водний баланс і режим підземних вод

Рівняння водного балансу для поверхні басейну:

x = y_пов + y_інф + z_пов ±∆ u_пов, (7.18)

де х - опади, що випали на поверхню басейну; у_пов - поверхневий стік;

y_інф - вода, яка надходить до зони аерації у процесі інфільтрації;

z_пов - випаровування з поверхні басейну;

±∆ u_пов – зміна запасів води на цій поверхні.

Рівняння водного балансу для зони аерації:

у_інф + z_{гр.в =} y_грунт. + y_{жив.гр.в} + z_тр + z_з.а ± ∆_uз.а, (7.19)

де у_інф - надходження води в процесі інфільтрації з поверхні;

z_гр._в - випаровування з поверхні ґрунтових вод; yгрунт. - стік у ґрунтовому шарі; yжив.гр.в - вода, яка надходить із зони аерації до ґрунтових вод і бере участь у їхньому живленні;

z_тр - поглинання води із зони аерації кореневою системою рос­лин, яка витрачається потім на транспірацію, а частково на збільшення біомаси рослин;

z_з._а - підземне випаровування води із зони аерації і витрати її в атмосферу;

± ∆u_{з а} - зміна запасів води в зоні аерації.

Рівняння водного балансу для водоносного горизонту:

у_{жив.гр.в} = у_гр.в + z_гр.в ± y_гл ± ∆u_гр.в, (7.20)

де у_{жив.гр.в} - живлення ґрунтових вод із зони аерації;

у_гр.в - стік ґрунтових вод;

z_гр.в - випаровування з поверхні ґрунтових вод;

± y_гл - живлення ґрунтових вод із глибини напірних горизон­тів або розвантаження ґрунтових вод у ці глибинні горизонти;

± ∆u_гр в - зміна запасів води у водоносному горизонті ґрунтових вод.

Водний режим зони аерації. Водний режим зони аерації визначається режимом надходження до неї інфільтруючих вод після дощів або сніготанення. Зміна вмісту води в зоні аерації залежить від співвідношення складових частин рівняння во­дного балансу.

Розрізняють три основних типи водного режиму зони аерації: промивний, компенсований та випарний.

Промивний тип водного режиму - величина інфільтрації (у_інф) перевищує втрати на десукцію кореневої системи рослин (z_тр) і підземне випаровування (z_за):

у_інф > z_тр + z_з.а (7.21)

При компенсованому типі водного режиму:

у_інф ~ z_тр + z_з.а. (7.22)

Випарний тип режиму характеризується переважанням транспірації і підземного випаровування над інфільтрацією:

у_інф < z_тр + z_з.а. (7.23)

Режим підземних вод. Режим підземних вод - це зміна їхніх рівнів, температури та хімічного складу в просторі і часі під впливом метеорологічних, гідрологічних, геологічних, геоморфологічних, біогенних факторів та діяльності людини. Г.М. Каменський виділяє кілька типів режиму підземних вод у залежності від того, який з факторів або група їх є головними у формуванні режиму.

1 Прибережний тип режиму - властивий підземним водам, які тісно пов’язані з поверхневими водами; формується під впливом змін рівнів, температури та хімічного складу, які відбуваються в річках, озерах, морях або інших водоймах.

2 Вододільний тип режиму характерний для підземних вод тих частин вододілів, які значно віддалені від річок та інших поверхневих водойм і формується переважно під впливом кліматичних факторів, серед яких головне місце займають атмосферні опади.

3 Мішаний тип режиму - це результат накладання коливань, які спричинені коливаннями рівнів поверхневих вод і атмосферними опадами. Спостерігається такий тип режиму на ділянках, що розташовані між частинами вододілу, на яких формуються прибережний та вододільний типи.

4 Карстовий тип режиму утворюється в зоні інтенсивного поглинання поверхневих вод у карстових районах. Д.С. Соколов виділяє чотири зони циркуляції підземних вод у вертикальному розрізі закарстованих порід.

Перша зона - зона аерації - це зона, в якій здійснюється інфільтрація води (просочування атмосферних вод у породи крізь великі тріщини).

Друга зона - зона сезонних коливань рівня підземних вод - рух карстових вод залежно від пори року може відбуватись і в горизонтальному, й у вертикальному напрямку. В засушливі періоди року вони рухаються переважно зверху вниз, у багатоводні періоди - рухаються в горизонтальному напрямку.

Третя зона – зона повного насичення – підземні води в цій зоні рухаються лише в бік найближчої дренуючої долини.

Четверта зона – зона глибокої циркуляції підземних вод – рух підземних вод обумовлюється загальними геолого-структурними особливостями регіону і підпорядкований положенню загального базису стоку.

5 Мерзлотний тип режиму підземних вод має місце в зоні багаторічної мерзлоти. Н.І. Толстихін підземні води цієї зони поділяє на три категорії: надмерзлотні, міжмерзлотні і підмерзлотні.

1) Надмерзлотні підземні води – це підземні води, які залягають вище товщі порід багаторічної мерзлоти. Це ґрунтові води, які пов’язані переважно з четвертинними пухкими породами. Живлення їх відбувається за рахунок атмосферних опадів та відтавання діяльного шару і тому коливання рівнів цих вод збігається з коливаннями температури повітря й атмосферних опадів. Узимку надмерзлотні підземні води можуть промерзати цілком, а влітку – поєднуються із шаром порід, які розтанули.

2) Міжмерзлотні підземні води залягають у товщі порід багаторічної мерзлоти і можуть перебувати у твердому й рідкому стані.

Талики – ділянки, де в шарах багаторічної мерзлоти вода перебуває в рідкому стані. Талики служать каналами, які з’єднують надмерзлотні та підмерзлотні води і по яких відбувається живлення підмерзлотних вод за рахунок атмосферних опадів.

3) Підмерзлотні підземні води – це підземні води в рідкому стані і

які залягають під шарами багаторічної мерзлоти; вони здебільшого мають напір і за умовами залягання та циркуляції не відрізняються від напірних артезіанських вод за межами районів багаторічної мерзлоти.

6 Штучний тип режиму підземних вод – цей режим формується під впливом штучних водойм та в районах проведення різних видів водної меліорації (зрошення, обводнення, осушення тощо). В районах зрошення та обводнення часто підвищуються рівні ґрунтових вод, а в районах осушувальної меліорації – знижуються.