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

лей», главным образом непосредственно под руслом рек. В ни­ зовьях рек ширина таликов возрастает до 300—700 м. Мощность надмерзлотных устойчивых таликов обычно определяется мощ­ ностью аллювиальных отложений и наиболее обводненной части

характерного для данной провинции предвесеннего минимально­ го положения уровней или дебитов грунтовых вод.

Основное питание грунтовых вод во второй провинции (с режимом типа II) осуществляется в весеннее время за счет ин­ фильтрации накопившихся за зиму осадков. Летние и даже осен­ ние осадки расходуются чаще всего на испарение и в питании грунтовых вод на большей части территории провинции участия не принимают. Лишь при неглубоком залегании грунтовых вод (до 1,0— 1,5 м) осенние осадки определяют четкий ежегодный подъем их уровней. Таким образом, характерным для этой про­ винции является наличие предвесеннего минимума и весеннего

максимума и при неглубоком залегании грунтовых вод допол­ нительно летне-осеннего минимума и осеннего максимума уров­ ней грунтовых вод (рис. 17).

Как уже указывалось, основным фактором, формирующим положение минимального предвесеннего уровня грунтовых вод, является подземный сток. Испарение подземных вод в этот пе­ риод является ничтожно малым, хотя некоторое количество влаги под влиянием термодиффузии передвигается по направле­ нию от зеркала грунтовых вод к промороженной верхней части зоны аэрации, уменьшая тем самым запасы подземных вод и увеличивая запасы влаги в зоне аэрации.

При наличии взаимосвязи грунтовых и напорных вод на во­ дораздельных участках может иметь место расходование грун­ товых вод на перетекание в нижележащие водоносные горизон­ ты, а в отрицательных формах рельефа (в долинах рек, впадинах и т. п.), наоборот, подпитывание грунтовых вод напорными. Размеры такого перетекания в естественных условиях изменя­ ются во времени несущественно. Поэтому при анализе условий формирования режима грунтовых вод, составлении сезонных прогнозов и оценках питания грунтовых вод в большинстве слу­ чаев можно пренебречь изменениями величин перетекания подземных вод, принимая их постоянными во времени и не со­ измеримыми с изменениями в питании грунтовых вод. Преобла­ дание роли стока над остальными факторами при формировании минимальных уровней и дебитов подземных вод подтверждается высокими (до 0,95) коэффициентами корреляции зависимостей предвесенних минимальных уровней грунтовых вод (или деби­ тов источников) от предшествовавших зимних или осенних уров­ ней грунтовых вод, а также минимальных летних уровней от максимальных весенних (рис. 18), позволяющими использовать подобные связи в качестве прогностических и обеспечивающих иногда довольно высокую заблаговременность прогнозов (до трех-пяти месяцев).

Хорошо сопоставляются с фактическими рассчитанные нами по уравнениям Майе — Буссинеска кривые спадов уровней и дебитов подземных вод по многочисленным скважинам и источ­ никам (рис. 19), что свидетельствует о наличии независимого режима стока подземных вод в этот период. В ряде случаев «независимость» стока может нарушаться временным подпиты­ ванием грунтовых вод в период оттепелей, число и продолжи­ тельность которых с севера на юг, а для европейской территории

СССР и с востока на запад возрастают. Корреляционные связи минимальных предвесенних уровней грунтовых вод и предшест­ вовавших зимних или осенних уровней в таких случаях стано­ вятся слабее. Их улучшение может быть достигнуто путем учета оттепелей или суммарных положительных температур за зиму как дополнительного режимообразующего фактора (рис. 20).

Сроки наступления предвесеннего минимума в зависимости

от географической широты местности изменяются весьма су­ щественно— от первой декады февраля на юге до мая-июня на севере (рис. 21) и совпадают, как правило, с моментом устойчивого перехода температур воздуха через ноль, т. е. когда

Рис. 18. Графики зависимости минимального предвесеннего уровня грунто­ вых вод от уровней осеннего (ноябрь) и зимнего (на І/І) периодов, а также минимальных осенних уровней от максимальных весенних уровней:

начинается инфильтрационное питание грунтовых вод. В горных областях сроки начала весеннего подъема уровней грунтовых вод сдвигаются вверх в соответствии с высотной зональностью

А-'ЧІ/

Рис. 19. Сопоставление фактических и расчетных кривых спада уровней грунтовых вод (а) в период отсутствия их питания зимой и летом по скв. 48 (Подмосковье) и определение дренируемой мощности водоносного горизонта (б)

/ — фактический уровень; 2 — расчетная кривая

в тех случаях, когда питание подземных вод осуществляется повсеместно. Однако для ряда горных районов юга страны с резко выраженным различием в «гипсометрических» осадках ос­ новное питание подземных вод осуществляется в высокогорных

частях, поэтому начало наиболее резкого весеннего подьема, а также наступления максимальных годовых уровней и дебитов подземных вод, наоборот, сдвигается во времени сверху вниз и достигает 2—6 месяцев в зависимости от сроков «добегания» волны подъема уровня подземных вод. Так, по данным Армян­ ской гидрогеологической станции, минимальные расходы род­ ников в привершинной зоне горы Арагац (около 2980 м) наблю­ даются в феврале-марте, а в предгорной (около 1180 м )— в апреле-мае.

Роль мощности зоны аэрации в изменении сроков начала весеннего подъема уровней грунтовых вод не всегда проявля­ ется, так как прекращение спада уровней и начало их подъема определяются не только первыми порциями инфильтровавшихся талых вод, но и поступлением влаги, сохранившейся в зоне аэрации с осени или попавшей в нее в результате сублимации. Кроме того, перераспределение давления внутри водоносного горизонта от участков с неглубоким залеганием грунтовых вод, где питание уже началось, осуществляется часто быстрее, чем инфильтрация влаги через зону аэрации большой мощности.

в пористых и слабо трещиноватых отложениях оно несущест­ венно, и в пределах какого-либо локального участка по вышеотмеченным причинам начало подъема уровней грунтовых вод происходит практически одновременно в различных литологи­ ческих разностях пород. В закарстованных и сильно трещино­ ватых породах с интенсивной конвекцией воздуха в зоне аэрации начало весеннего подъема уровней обычно начинается раньше (иногда на месяц и более). Зона аэрации в этих случаях либо вообще не промерзает, либо промерзает очень мало. В резуль­ тате этого создаются условия питания подземных вод даже зимой при устойчиво отрицательных, но не очень низких темпе­ ратурах (—3—4 С°) за счет некоторого оттаивания снега снизу или задувания снега в открытые трещины, каверны или в глы­ бовый навал, где он тает. Особенно интенсивно такое подтаива­ ние начинается в предвесеннее время, когда средние суточные температуры воздуха приближаются к нулю. Начало инфильтрационного питания грунтовых вод отмечается нередко еще до полного оттаивания всей зоны аэрации по отдельным наибо­ лее проницаемым ее зонам. Полное же оттаивание зоны аэрации может наступить лишь через несколько дней, а на севере, в районах развития многолетнемерзлых пород, и через несколько недель после начала весеннего подъема уровней. Все это зна­ чительно осложняет корреляционные связи между суммой зим­ них осадков и величиной весеннего подъема уровней грунтовых вод.

В горных районах, где время начала весеннего подъема

уровней подземных вод определяется удаленностью наблюда­ тельного пункта от области питания водоносного горизонта,, его литология прямо определяет скорости фильтрации подземных вод, а следовательно, и сроки весеннего подъема их уровней или увеличения дебитов родников. Так, атмосферные осадки, выпа­ дающие в высокогорной части горы Арагац, проявляются в де­ битах родника Шгаршик (высота выхода 2060 м) через два-три месяца, на дебите родников Айгерлич (высота выхода 849 м) —

/4

/О

Рис. 23. Гистограмма премеип наступления весеннего мак­ симума в Подмосковье при различных глубинах залегания грунтовых вод в песках.

через шесть-семь месяцев. Запаздывание времени наступления максимальных расходов родников на высоте 1200 м в этом районе по сравнению с высотой 3000 м достигает 50 суток, т. е. средняя скорость распространения волны максимума составляет 2,5 суток на 100 м.

Сроки наступления характерного для второй провинции ве­ сеннего максимума грунтовых вод, наоборот, резко зависят от глубин их залегания и литологического состава пород зоны аэрации. Чем больше мощность зоны аэрации, тем на больший период сдвигается время наступления максимума. Так, при сравнительно однородном песчаном строении зоны аэрации в Подмосковье сдвиг во времени при изменении глубин до воды от 1 до 10 м достигает двух месяцев (рис. 22). В суглинистой зоне аэрации такой сдвиг еще более возрастает. Так, в Пред­

1,25 до 0,1 м, а время наступления максимума уровня смеща­ ется о февраля-апреля на июль-сентябрь. В трещиноватых и закарстованных породах, когда области питания и распростра­ нения водоносного горизонта совпадают, подобные сдвиги при разных глубинах залегания грунтовых вод бывают незначитель­ ными. По мере же удаления пункта наблюдений (источники или скважины) от области питания время запаздывания наступле­ ния весеннего максимума возрастает и достигает иногда пяти­ шести месяцев, т. е. «весенний» максимум может наблюдаться лишь осенью (см. рис. 17). Помимо отмеченных факторов время

наступления максимальных весенних уровней грунтовых вод зависит от времени начала весеннего подъема уровней, темпе­ ратур воздуха в период снеготаяния, определяющих степень

обильные летние дожди, во время которых обычно выпадает около двух третей годовой суммы осадков, растягивают период питания грунтовых вод на несколько месяцев. Выделить в этом районе весенний максимум бывает очень трудно, особенно в условиях хорошо проницаемой зоны аэрации, так как почти весь летний период здесь наблюдаются резкие и значительные коле­ бания уровней грунтовых вод (см. рис. 17, 27). При суглинистой зоне аэрации, регулирующей в какой-то мере процесс питания грунтовых вод во времени, даже в этом районе второй провин­ ции могут быть выделены два периода наиболее интенсивного питания грунтовых вод: весенний и осенний (см. рис. 17, 26).

В северных районах страны, особенно с сильно расчлененным рельефом, рыхлые породы с поверхности сильно увлажняются осенью и в результате промерзания становятся непроницаемы­ ми до шести месяцев в году. Относительно медленный переход от зимы к лету, растягивающийся иногда на 2—2,5 месяца, при­ водит к тому, что оттаивание зоны аэрации идет медленно и зим­ ние осадки в значительной мере сходят в виде поверхностного стока. Основную роль в питании грунтовых вод в таких условиях играют летние жидкие осадки с соответствующим сдвигом мак­ симума уровней.

В южных районах, например в Казахстане, весенний макси­ мум наблюдается обычно уже через 10— 15 дней после схода снежного покрова. Породы зоны аэрации здесь замерзают зимой сухими, что создает благоприятные условия для весенней ин­ фильтрации, достигающей 30—60% от осадков холодного пе­ риода.

Роль различных факторов в формировании максимального весеннего уровня грунтовых вод изменяется в зависимости как от глубины его залегания и литологического состава водовме­ щающих пород, так и от климатических условий. Так, коэффици­ енты корреляции парных связей максимальных весенних уровней грунтовых вод и суммарных.зимних осадков при песчаном строе­ нии зоны аэрации по мере увеличения глубин залегания грун­ товых вод сначала возрастают и примерно на глубинах 2—-5 м достигают 0,7—0,95, а затем постепенно уменьшаются (рис. 23). Такая закономерность объясняется тем, что при малых глубинах до воды баланс грунтовых вод даже в период их интенсивного питания весной во многом определяется размерами испарения с поверхности грунтовых вод и из зоны аэрации. Глубины до во­ ды, равные 2—5 м, наиболее благоприятны для питания подзем­ ных вод, так как испарение с поверхности грунтовых вод здесь