9.8. Водний баланс і режим підземних вод

9.8.1. Водний баланс підземних вод

Рівняння водного балансу для поверхні басейну:

x = y_пов + y_інф + z_пов ±∆ u_пов,

де х – опади, що випали на поверхню басейну;

у_пов – поверхневий стік;

у_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 ± ∆u_з.а,

де у_інф – надходження води в процесі інфільтрації з поверхні;

z_гр.в – випаровування з поверхні ґрунтових вод;

y_грунт. – стік у ґрунтовому шарі;

y_{жив.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,

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 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_з.а.): у_інф > z_тр + z_з.а..

При компенсованому типі 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.

9.8.2. 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 залежно 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 режимухарактерний 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 режимуутворюється в зоні інтенсивного поглинання поверхневих вод у карстових районах.

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

А) 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.

Б) Міжмерзлотні підземні водизалягають 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.

В) 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.

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.