Водний баланс і режим підземних вод

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.

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.

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

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.

3 основних типи вод 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.

Режим підземних вод

Режим підземних вод – 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

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, що розташовані між частинами вододілу, на яких формуються 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 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.

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 ґрунтові води, які пов’язані переважно з четвертинними пухкими породами. Живлення 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.

2. Міжмерзлотні підземні води залягають 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.

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.

6.Штучний тип режиму підземних вод – 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.

Роль підземних вод у фізико-географічних процесах

Під дією підземних вод розвиваються фізико-географічні процеси, які ведуть до формування складних форм рельєфу. Найбільш відомими явищами є такі:

Карст – це природне явище, спричинене взаємодією води з вапняками, доломітами, гіпсами, солями, що призводить до поступового розчинення і руйнування цих порід.

Суфозія – це просідання земної поверхні на певних ділянках у результаті вилуговування і винесення розчинних складових гірських порід підз. водами.

Зсуви – сповзання перенасичених вологою мас гірських порід під дією сили земного тяжіння. В Україні зсуви відомі у Карпатах, Криму, на берегах Дніпра.

Заболочування – це місця, де рівні ґрунтових вод залягають близько від поверхні Землі або підземні води виходять на денну поверхню у вигляді джерел і часто формуються болота та перезволожені землі.

Полої – це підняті ділянки, які утворюються в результаті сукупної дії процесів замерзання гірських порід і частин підземних вод, циркуляції води.