книги из ГПНТБ / Ковалевский В.С. Условия формирования и прогнозы естественного режима подземных вод

дующие цифры содержания в них солей (в мг/л) : Старая Рус­ са — 16,5, Боровичи — 17, Калуга — 38, Заполярье — 57,6, Кав­ каз— 17,8, Прикаспий— 106,4, Черноморское побережье— 106,1, Средняя Азия — 58,8, Центральные районы— 126, Донбасс— 140, Приаралье — 571.

Состав талых вод либо гидрокарбонатно-хлоридно-натриевый, либо хлоридно-гидрокарбонатно-натриевый. Например, снеговая вода в Подмосковье (по данным Щемиловской па'ртии) имеет следующий состав:

Cl 44 НСО3 37 SO,I 19

M o , 02

Na 81 Fe 15

Учитывая то, что грунтовые воды в указанных провинциях имеют минерализацию на один-три порядка выше по сравнению со снеговой водой, инфильтрация талых вод приводит к разбав­ лению первых. При этом, чем больше величины инфильтрации (т. е. чем больше амплитуды колебаний уровней грунтовых вод), тем больше разбавляются подземные воды и, следовательно, больше амплитуды сезонных колебаний их минерализации.

Количество максимумов и минимумов общей минерализации грунтовых вод в году находится в прямой зависимости от коли­ чества максимумов и минимумов уровней грунтовых вод. Так, в зонах избыточного и умереннего увлажнения при небольших (до 3 м) глубинах залегания грунтовых вод можно отметить два максимума общей минерализации грунтовых вод (в февралемарте и августе-сентябре), разделенных минимумом, связанным с весенним питанием грунтовых вод. Осенний минимум, связан­ ный с осенним питанием грунтовых вод, фиксируется не всегда, а лишь при интенсивном осеннем питании. В остальных случаях в течение года отмечается по одному минимуму и максимуму: в провинции с сезонным питанием соответственно в предвесен­ нее н весеннее время, а в провинции с круглогодичным питани­ ем— в весеннее и летнее время (рис. 38).

Амплитуды колебаний общей минерализации грунтовых вод в пределах территории с данным типом гидрохимического режима подчиняются климатической зональности. В северных районах

среднем они составляют около 100—200 мг/л. В средней полосе европейской части страны с умеренным и недостаточным увлаж­ нением амплитуды возрастают и колеблются от 20 до 1000 мг/л, а в отдельных случаях до 2 г/л. В южных районах страны в зо­ нах с недостаточным и скудным увлажнением амплитуды еще больше возрастают. На Северном Кавказе они в среднем изме­ няются от 100 до 600 мг/л, в Прикаспии — от 0,2 до 11 г/л, в Средней Азии — от 0,1 до 6 г/л, а по отдельным скважинам до 45 г/л. Например, по материалам Вахшской гидрогеологической

станции, в 1958 г. амплитуда сухого остатка грунтовых вод в скв. 40 достигала 15 г/л, вскв. 60—29,8 г/л, а в скв. 14а — 44,9 г/л.

Изменение минерализации грунтовых вод в областях избы­ точного увлажнения, имеющих сухой остаток, как правило, менее 1 г/л, происходит за счет изменений содержания гидрокарбона­ тов кальция и в значительно меньшей степени за счет ионов

Ряс. 38. Графики колебаний химического состава грунтовых вод:

2 -M e; 3 — Na+K

Mg 2+, SO 2 -и CI~. При небольших мощностях зоны аэрации, спо­

собствующей загрязнению грунтовых вод с поверхности, в со­ ставе грунтовых вод появляются также ионы CI“, NOj" и Na+.

В зонах недостаточного увлажнения при минерализации грун­ товых вод, достигающей 3—5 г/л, изменения в химическом со­ ставе грунтовых вод определяются главным образом содержани­ ем ионов SO 2 - , НСО~, С а2 + и Na+.

Зависимость доли участия различных ионов в изменениях хи­ мического состава грунтовых вод от общей их минерализации иллюстрируют данные табл. 5, составленной по материалам Се­ веро-Украинской гидрогеологической станции.

Данные табл. 6 показывают, что при малых размерах средне­ годовой общей минерализации грунтовых вод (300—700 мг/л) сезонные изменения их химического состава происходят за счет увеличения содержания ионов НСОр-і Са2+. Содержание ионов

О - и N a++K + при этом уменьшается или растет в значительно меньших размерах.

По мере возрастания среднегодовой величины общей минера­ лизации грунтовых вод (до 1200— 1700 мг/л) все большую роль в сезонных колебаниях состава вод приобретают ионы Cl~, Na+

Условные обозначения:

+ Н— преимущественное возрастание содержания данного пона над остальным« прв1

увеличении общей минерализации грунтовых вод; + —также значительное возрастание содержания иона, но в сравнительно мень­

ших размерах, чем в предыдущем случае;

-----сокращение содержания иона при увеличении общей минерализации грун­

даже сокращается за счет выпадения их из раствора.

При дальнейшем увеличении концентрации солей в грунто­ вых водах до 2—4 г/л изменения в их химическом составе во

грунтовых вод по площади изменяется от 0,3 до 20 г/л, колеба­ ния состава вод также определяются содержанием ионов SO j~,

Na++K+, С1~ и частично Са2+. Содержание ионов H CO j- и

Mg2+ при увеличении минерализации обычно сокращается. Мак­ симальные значения общей минерализации здесь наблюдаются в июле-августе, т. е. в периоды максимального испарения грун­

потока, начинается перераспределение солен в пределах всего потока под влиянием градиента концентрации солей и гравита­ ционных сил, определяющих нисходящую конвекцию более тя­ желых (с большим удельным весом) вод из верхней части грун­ товых вод. Процессы такой конвективной диффузии, имеющей место особенно в летнее время, являются более сильными, чем процессы испарения, приводящие к накоплению в это же время

шает инфильтрацию, что приводит к общей тенденции увеличе­ ния в многолетнем разрезе концентрации солей в грунтовых водах.

В отдельных случаях, по данным А. В. Лебедева, увеличение минерализации грунтовых вод в периоды их питания может быть, встречено и в зонах умеренного увлажнения. Это имеет место лишь в начале осенней инфильтрации атмосферных осадков-- после жаркого лета и связывается также с накоплением в зоне аэрации легкорастворимых солей в результате испарения не­ глубоко залегающих грунтовых вод. Высокая температура инфильтрующейся осенней влаги усиливает, кроме того, раство­ рение солей из почвы и зоны аэрации, накопившихся в резуль­ тате физического и химического выветривания, а также биохи­ мического процесса в почве. Однако даже небольшие величины инфильтрующейся влаги «промывают» зону аэрации от этих солей, и последующая инфильтрация приводит к разбавлениюконцентрации их в грунтовых водах. Весной по этим скважи­ нам увеличения минерализации уже не наблюдается.

Изменения химического состава грунтовых вод при данном гидрохимическом типе режима в зависимости от типа засоле­

иона Са2+. Тип воды при существенных колебаниях ее минера­ лизации обычно изменяется, например с сульфатно-хлоридного на сульфатный.

Четвертый тип гидрохимического режима грунтовых вод ха­ рактерен для сравнительно больших (свыше 10 м) глубин зале­ гания уровня, где не отмечаются не только колебания уровней

Амплитуда од'щей. минерализации ,г/л Амплитуда общей минерализации, %

Рис. 40. Зависимость годовых амплитуд сухого остатка грунто­ вых вод от минимальных, максимальных и среднегодовых значе­ ний общей минерализации в абсолютных значениях минерализа­ ции (а) и в процентах от общей минерализации (б, в)

I — максимальная годовая минерализация; 2 — среднегодовая минерализа­ ция; 3 — минимальная годовая минерализация; 4 — по материалам СевероКавказскоГі гидрогеологической станции; 5 — по материалам Северо-Укра­ инской гидрогеологической станции

грунтовых вод, но и изменения в их химическом составе на­ столько незначительны, что они не могут быть уловлены, наблю­ дениями, так как находятся в пределах точности химических анализов воды.

Годовые амплитуды общей минерализации грунтовых вод, залегающих на одной и той же глубине и в аналогичных поро­ дах, помимо климатических особенностей района зависят от ве­ личин общей минерализации воды. На рис. 40, а отражена за­ висимость годовых амплитуд сухого остатка грунтовых вод от максимальных, минимальных и среднегодовых значений об­ щей минерализации. Как видно на рисунке, эта зависимость почти прямая (при определенных.величинах общей минера­ лизации). Имеющийся разброс значений обусловлен здесь раз­ личиями в литологическом составе водовмещающих пород и по­ род зоны аэрации, в глубинах залегания и интенсивности дре-

климатических условий района, степени дренироваииостн грун­ товых вод, литологического состава водовмещающих пород и глубин залегания грунтовых вод. Поэтому для изучения про­ цессов формирования химического состава грунтовых вод маб-

кали в пределах всего потока грунтовых вод. Для детального изучения солевого баланса грунтовых вод помимо этого необ­

их подпора в пределах участков с обратным от реки уклоном

речные воды чаще всего являются более пресными, чем грун­ товые, такая фильтрация приводит к разбавлению последних. Одновременно с этим обычно наблюдается ухудшение колититра грунтовых вод, а также появление других признаков за­ грязнения (увеличение содержания ионов С1_, N0^", NO^.NHT").

Минимальная минерализация вод в зоне подпора наблюдается в момент максимума паводка. Значительные изменения в со-