книги из ГПНТБ / Механизация и автоматизация оросительных систем и технология орошения сельскохозяйственных культур сборник научных статей гидромелиоративного факультета

т>езом

н и с /п §!&

ъ»

Рис. 3. Зависимость минерализации подземных вод от глу­ бины их залегания.

мых землях минерализация повышается с подъемом уровня, на орошаемых — в период спада. Кроме того, автором отме­ чено увеличение минерализации в осенний период вблизи коллекторно-дренажной сети и естественных водотоков (карасу) , в удалении от последних — в весенний период. Тип мине­ рализации во времени не меняется; в субнапорных водах, с глубиной, меняется тип химического состава и общая величина минерализации. Это воды, в основном, гидрокарбоиатные с плотным остатком 100—300 мг/л. Для них характерно повы­ шение минерализации в весенни йпериод, снижение—-в осен­ ний период. Тип минерализации, в основном не меняется.

При этом, анализ динамики связи этих вод по минерали­ зации показывает, что уменьшение общей минерализации и типов химического состава грунтовых и залегающих ниже их еубнаиорных вод происходит но прямолинейной зависимости или близкой к ней (рис. 3), что является одним из важнейших критериев наличия такой связи,

212

ЗА К Л Ю Ч Ё II Й Ё

1.Региональные закономерности изменения гидродинами­ ческих условий и взаимосвязи в режиме грунтовых и субна­ порных вод выражаются в наличии, описанных выше, различ­ ных гидродинамических схем, основными из которых являют­ ся: а) постоянное превышение уровня грунтовых вод над пьезометрическими; б) постоянное превышение пьезометри­

ческого напора над уровнем грунтовых вод. Величина превы­ шения нарастает от переферии предгорного шлейфа (по мере продвижения птока), достигает своих наивысших значений в центральной части Чуйской впадины (3—4 м и более) и за­

ческих напоров в различных гидрогеологических условиях и литологических разностях (слоях), знание расчетных пара­ метров— дают возможность оценить вертикальный водооб­ мен подземных вод, выявить интенсивность местной дрениро­ ванное™ и долевое участие вертикального подпитывания в формировании грунтового потока.

3. Критериямия наличия взаимосвязи грунтовых вод с субнапорными являются: а) отчетливо выраженная синхрон­ ность в колебаниях их уровней как по сезонам года, гак и в многолетнем разрезе; б) четкая корреляция динамики тем­ ператур этих вод; в) уменьшение общей минерализации и типов химического состава с глубиной по прямолинейной зависимости или близкой к ней.

4. Одним из мелиоративных мероприятий является сниже­ ние уровня напорных вод. Наиболее перспективным является вертикальный или комбинированный дренаж (в сочетании с горизонтальным) заложенный в водоносные горизонты, содер­ жащие напорные воды. В районах каналов и дрен, создаю­ щих искусственные водонапорные системы, регулирование режима необходимо проводить при помощи аптифильтрационных мероприятий.

5. Мощность дренажа определять по водным балансам в которых необходимо учитывать вертикальный водообмен грунтовых и напорных вод, особенно величину притока воды снизу.

6. Орошение дренажными (пресными и слабоминерализо­ ванными) напорными водами, приведет к резкому сокраще­

213

нию общих запасов солей, снижению минерализации й изме­ нению химического состава грунтовых вод в сторону прибли­ жения к орошаемым водам.

ОЦЕНКА ВЕЛИЧИНЫ ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО ПИТАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД МЕТОДОМ ВОДНОГО БАЛАНСА В УСЛОВИЯХ ПЕРИФЕРИИ ПРЕДГОРНОГО ШЛЕЙФА (НА ПРИМЕРЕ ПАНФИЛОВСКОГО ОПЫТНОГО УЧАСТКА)

К. г. м. н. МОРОЗОВ А. Н., ассистент УСТИНОВА И. И.

Панфиловский балансовый участок расположен ка пери­ ферии конуса выноса р. Джарлы-Каинды. Основная часть территории покрыта пролювиально-аллювиальными отложе­ ниями, с поверхности это суглинки в переслаивании с супесью, мощностью от 0,6 до 5 метров, залегающие на валунно-галеч­ ных отложениях. Подземные воды движутся в северо-запад­ ном направлении. Глубина залегания их в центральной части конуса выноса — 100 м, по периферии — 30—5 метров. Укло­

мае — июне. Амплитуды сезонных колебаний до одною метра в многолетнем разрезе — более трех метров. Подземные воды гидрокарбонатно-кальциевые с минерализацией 0,1—0,2 г/л. Среднегодовая температура подземных вод 11 —13,5° с невы­ сокой амплитудой колебаний (1—3°С). Уклоны поверхности изменяются в пределах 0,05—0,06. По содержанию воднора-1

214

створимых солей почвы относятся к незасоленным. Средне­ многолетняя сумма осадков порядка 400 мм/год. Запас воды в снеге колеблется в пределах от 100 до 150 Md/ra; высота снегового покрова 3—11 см. Влажность воздуха в зимне-ве­ сенний период 70—85%, в летний — 50%, среднегодовая — 60%. Наибольший дефицит'влажности наблюдается в июле месяце (21 мб). Почвы участка малокарбонатиые сероземы со слабой структурой и невысокой влагоемкостью, сильно подвержены уплотнению и водной эрозии. Распределительная сеть каналов характеризуется значительными фильтрацион­ ными потерями.

I. МЕТОДИКА БАЛАНСОВЫХ РАСЧЕТОВ

Для оценки величины инфильтрацнопного писания было принято уравнение:

П „ „ ф = 0 + В - И ± А Ш

где: П Ш1ф — вертикальный водообмен вверхней (мелкоземннстой (части зоны аэрации; + П ннф — фильтрация из почвенного слоя, минус (—) П инф -- поступ­ ление влаги в почвенный слой снизу;

О— осадки;

В— Поступление поверхностных вод (приток минус отток) — водоподача;

И— суммарное испарение;

AW — изменение запасов влаги в балансовом слое.21

1. Осадки определялись по данным метеостанции II раз­ ряда, установленной на территории балансового участка. Ко­

запасов воды в снеге на начало и на конец расчетного перио­ да. Наблюдениями установлено, что поверхностный сток ат­ мосферных осадков весьма незначителен и в расчет не прини­ мался, т. к. составляет 0,34-2% от суммы выпавших осадков; коэффициент стока 0,003—0,05. Сток возникает при продолжительных дождях, ливнях и интенсивном снеготая­ нии. Интенсивность стока 0,001—0,12 мм/мин. Глубина впиты­ вания 20—80 см.

2. Поступление поверхностных вод (водоподача) опреде­ лялась по данным балансовой гидрометрии, полученных па

215

3.Испарение определялось методами водного баланса, по течении года отмечены 2 цикла влажности: летний и зимний

il. ВЕЛИЧИНА И ДИНАМИКА ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО ПИТАНИЯ

Расчет величины инфильтрационного питания выполнен помесячно, на характерные периоды, за год и в многолетнем разрезе для балансового участка (таблица 2), и по среднемноголетним данным для всей площади конуса выноса (таб­ лица 3).

Согласно полученным результатам можно сделать следую­ щие выводы:

— Инфильтрационное питание носит эпизодический ха­ рактер и за расчетный период (1963—1965 гг.) не является величиной постоянной; колеблется в пределах 2374 м3/га (1965 г.)—3925 м3/га (1964 г.). При этом наибольшие значения

— Величина и динамика инфильтрационного питания тес­ но связаны с режимом влажности в зоне аэрации, который в свою очередь зависит от увлажнения с поверхности земли и подпитывания снизу. Так, основными приходными статьями баланса является водоподача (40—55%), осадки (40%) и поступление влаги в почвенный слой из нижележащих отло­ жений (5—20%); расходными — испарение (65—75%) и

218

фильтрация из почвенного слоя (25—35%) от обшего расхо­ да. Преобладание приходных статей наблюдается в зимне­ весеннее время; расходных над приходными — б период вегетации (V—X м-цы). Превышение приходных статей над расходными вызывает прирост влагозапасов, превышение рас­ ходных— недостаток их в зоне аэрации. В соответствии с динамикой баланса и его отдельных статей изменяется вели­ чина и динамика инфильтрационного питания. Наиболее тес­ ная связь величины и динамики инфильтрационншо питания наблюдается при корреляции его с водоподачен и осадками. Так, в 1963 году в период с января по апрель м-цы, фильтра­

трация. Наибольшей водоподаче (V—X—5612 м3/га) соответ­ ствует наибольшая величина инфильтрации (X —V—2738 м3/га, 1964 г.).

Инфильтрационное питание за счет осадков (водоподача отсутствует или осадки преобладают над водоподачей) наб­ людается в ноябре — декабре м-цах. Так, в 1963 году питание составило 263 м3/га, или 31 % от суммы выпавших осадков.

— Поступление влаги в почво-грунты зоны аэрации с под­

1870 м3/га/год. Чем меньше поступления сверху, с поверхности земли, тем больше эта величина. Поступление снизу, как бы восполняет дефицит влажности зоны аэрации в этот период.

— На валовую площадь верхней части зоны аэрации (мел­ козем), включая и неорошаемые земли, влага поступает путем вертикального перемещения в виде фильтрационных потерь за счет осадков, фильтрация из каналов и орошаемых земель порядка 80—90% и подпитывания с грунтовых вод, 10—20% от общей суммы поступлений.

За к л ю ч е н и е

1.В мощной зоне аэрации предгорного шлейфа имеет место интенсивный вертикальный водообмен с подземными водами и режимом влажности внутри ее, где немаловажным, отмеченным впервые, является наличие подпитывания мелко­ землистой части зоны аэрации за счет галечниковой толщи, что обуславливает оптимальный режим влажности в период

иссушения ее.

219

2. Главнейшей особенностью зоны аэрации периферии предгорного шлейфа можно считать наличие питания балан­ сового слоя снизу из галечниковых отложений, при домини­ рующем питании зоны аэрации сверху, в основном, за счет фильтрации потерь поверхностных вод и значительное испа­ рение, при подчиненной роли фильтрации из балансового слоя в галечник, которая составляет 30% от всех поступлений и является примерной величиной питания потока подземных вод предгорного шлейфа за счет зоны аэрации.

3. Сопоставляя динамику инфильтрационного питания с динамикой колебаний уровня грунтовых вод, можно убедить­ ся, что питание через зону аэрации сколько-нибудь сущест­ венного влияния на режим подземных вод не оказывает, а в условиях высокой, дренированное™ территории — не является опасным. Таким образом, основное значение приобретает изучение притока со стороны горного обрамления и приле­ гающих площадей, на оценку которых необходимо ориенти­ роваться при дальнейших исследованиях.

3.С т е п а н е и к о П. С. «Орошение в долинах Киргизии». «Кыргызстан», 1972 г.

ДИНАМИКА ВЕРТИКАЛЬНОГО ВОДООБМЕНА ГРУНТОВЫХ И СУБНАПОРНЫХ ВОД

Кандидат геол.-минер. наук, доцент МОРОЗОВ А. И.

При оценке гидрогеолого-мелиоративных условий межгор­ ных впадин аридной зоны, и в частности для Чуйской долины, наиболее важным является правильная схематизация много­ слойных водоносных, литологически не выдержанных слоев, для которых характерно фациальное замещение хорошопроницаемых слоев — слабопроницаемыми, что обуславливает наличие вертикального подпитывания. На фоне вертикального

220

водообмена в зоне аэрации, в основном нисходящего просачи­ вания влаги (Морозов, 1969; Степаненко, Морозов, 1973), в зоне насыщения имеет место восходящая (или нисходящая) фильтрация (Морозов, 1071). Горизонтальный (боковой) приток-отток, при этом практического значения не имеет (Тарасова, Морозов, 1969; Морозов — 1971), или влияние его весьма незначительно, что обуславливает в период вегетации (в районах интенсивного орошения) прогрессирующий подъем уровня грунтовых вод. В этой связи, при изучении структуры баланса грунтовых вод, его прогноза, при расчете дренажа того или иного типа, составлении схем различных видов оро­ шения и других мелиоративных мероприятий, требуется схе­ матизация расчетной схемы, в выборе которой значительная роль принадлежит слабопропицаемым слоям, влияющим на вертикальный водообмен. Известно, что вертикальное переме­ щение в условиях слоистого строения происходит при наличии градиента напора, а критерием определяющим наличие такого перемещения (Жернов, 1967) является не соотношение коэф­ фициентов фильтрации отдельных слоев, а абсолютная вели­ чина коэффициента фильтрации слабонроницаемого слоя, расположенного между слоями более водопроницаемыми. Та­

него будет оцениваться разностью пьезометрических уровней выше — и нижележащих водоносных слоев (комплексов). Та­ ким образом, при наличии тесной гидравлической взаимосвязи между грунтовыми и напорными водами, если уровень грун­ товых вод будет превышать уровень нижнего, подстилающего его, водоносного горизонта, наблюдается нисходящая фильтра­ ция (перелив сверху вниз), в противном случае — восходящая фильтрация (перелив снизу вверх). Подобную гидродинами­ ческую картину наиболее полно отражает теория Джекоба- Мятиева-Гиринского, о преимущественно вертикальном пере­ мещении влаги в слабопроницаемых слоях и, горизонталь­ ном — в хорошопроницаемых.

Рассмотрим изложенные положения на примере Чуйскоп впадины.

Территория. Чуйской впадины характеризуется широким развитием толщ четвертичных отложений и высокой динамич­ ностью приуроченных к ним подземных вод. Подземные воды приурочены к слабопроницаемым мелкоземистым отложениям

221

и характеризуются затрудненными условиями оттока. В це­ лом, по территории Чуйской впадины развит единый напор­ ный комплекс подземных вод — тесно связанных грунтовых и субнапорных, с различными гидродинамическими условиями (Григоренко П. Г., 1963). В этих условиях при интенсивном орошении на значительных площадях, грунтовые воды зале­ гают близко к поверхности земли, обуславливая, вследствии аридности климата, широкое развитие процессов заболачива­ ния и засоления.

Расчетная схема представляет собой многослойную среду с широкой динамичностью коэффицентов фильтрации по на­ правлению потока и вертикальному прфилю. Слабопроницае­ мые (раздельные слои) весьма однородны и в основном пред­ ставлены суглинками различного механического состава.

В свете вышеизложенного, при известных разности напо­ ров в кровле и подошве раздельного слоя (Н—И), мощности (|П|,) и проницаемости этого слоя (К„), задача сводится к решению уравнения Дарси, в применении к движению под­ земных вод в вертикальной плоскости:

Если учесть, что значение мощности раздельного слоя четко фиксируется материалами буровых работ при установке пье­ зометрических кустов пьезометров, а методика определения коэффициента фильтрации позволяет использовать (Е. М. Ше­ стаков, Д. М. Кац, Л. Н. Морозов и др.) материалы режимных наблюдений [5], мы получаем возможность оцепить и времен­ ную и площадную изменчивость вертикального водообмена по данным наблюдений за режимом уровней грунтовых вод и пьезометрических напоров. С этой целью в пределах Чуйской впадины (Западная и Центральная части) было установлено более 30 кустов пьезометров на различную глубину и в раз­ личные литологические разности, в виде створов секущих все гидрогеологические зоны [2], по которым и была произведена оценка вертикального водообмена.

Расчеты произведены по данным режимных наблюдений за уровнем грунтовых вод и пьезометрических напоров (Н—h), оценки величины коэффициента фильтрации раздель­

раздельного слоя ( т р). За величину вертикального водообме­

222