4.2.8.Водний баланс і режим підземних вод Водний баланс підземних вод

Рівняння водного балансу для поверхні басейну:

x = y_пов + y_інф + z_пов ±∆ u_пов,

де: х – опади, на поверхні басейну;

у_пов – поверхневий стік;

у_інф – вода, яка надходить до зони аерації в 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 ± ∆u_з.а,

де: у_інф – надходження води в процесі інфільтрації з поверхні;

y_грунт. – стік у грунтовому шарі;

y_{жив.гр.в} – вода, яка надходить із зони аерації до грунтових вод і бере участь в їхньому живленні;

z_гр.в – випаровування з поверхні грунтових вод;

z_тр – поглинання води із зони аерації кореневою системою рослин і, 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,

де: у_{жив.гр.в} – живлення грунтових вод із зони аерації;

у_гр.в – стік грунтових вод;

z_гр.в – випаровування з поверхні грунтових вод;

± y_гл – живлення грунтових вод із глибини напірних горизонтів або розвантаження грунтових вод у ці глибинні горизонти;

± ∆u_гр.в – зміна запасів води у водоносному горизонті грунтових 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 складаючих рівняння водного балансу.

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

Промисловий тип водного режиму – величина інфільтрації (у_інф) перевищує втрати на десукцію кореневої системи рослин (z_тр) і підземне випаровування (z_з.а.): у_інф > z_тр + z_з.а.

При компенсованому типу водного режиму: у_інф ~ z_тр + z_з.а

Випарний тип режиму характеризується переважанням транспірації і підземного випаровування над інфільтрацією: у_інф < z_тр + z_з.а

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 в 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, розташованих між частинами вододілу, на яких формується 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 інфлюація води.

Друга зона - зона сезонних коливань рівня підземних вод - рух карстових вод залежно від пори року може відбуватись і в горизонтальному, і 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 положенням 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 грунтові 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 і атмосферних опадів. Взимку надмерзлотні підземні води можуть промерзати цілком, а влітку - поєднуються з шаром порід, які розтанули.

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

Талики - ділянки, де в шарах багаторічної мерзлоти вода перебуває в рідкому стані. Талики служать каналами, які з’єднують надмерзлотні і 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.

7. 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 грунтових вод, а в районах осушувальної меліорації - знижуються.