Тема 7. Гидрология подземных вод — Режим грунтовых вод
- Тема 7. Гидрология подземных вод
- Классификация подземных вод по условиям их происхождения
- Виды воды в порах горных пород и почв
- Водопроницаемость, водоотдачу и водоудерживающую способность
- Водопроницаемость почв
- Виды воды в порах
- Условия залегания подземных вод в земной коре
- Вода в почве
- Грунтовые и межпластовые безнапорные воды
- Напорные воды
- Движение подземных вод
- Формула Дарси
- Величина напора
- Коэффициент фильтрации
- Источники
- Режим грунтовых вод
- Взаимосвязь речных и подземных вод
- Минеральные воды
Режим грунтовых вод. Зависимость колебаний уровня от климата
Изменение во времени уровня подземных вод, их температуры, химического состава и минерализации называется режимом подземных вод. Наибольшие изменения элементов режима наблюдаются в водоносных горизонтах со свободной водной поверхностью, и тем большие, чем ближе воды расположены к поверхности земли. По своему режиму наиболее динамичны грунтовые воды. В этих водах проявляются годовые, сезонные и даже суточные колебания.
Природа колебаний уровня грунтовых вод различна. Выделяют два рода этих колебаний:
1. Действительные колебания отражают изменения запасов воды в водоносном слое и тесно связаны с условиями питания и расходования грунтовых вод, т. е. с атмосферными осадками, испарением, стоком.
2. Кажущиеся колебания являются следствием изменения гидростатического давления воды в водоносном слое. «Кажущимися» они названы потому, что наблюдаются лишь в скважинах, колодцах и других наблюдательных объектах. Само же зеркало грунтовых вод (в пласте, а не в колодце), а следовательно, и запасы их могут оставаться без изменения. Колебания эти кратковременны и в значительной мере зависят от глубины зеркала грунтовых вод. Они резко выражены при близком залегании грунтовых вод от поверхности земли и сравнительно малой мощности зоны аэрации. В этом случае изменения объема воздуха в зоне аэрации влекут за собой изменения гидростатического давления в водоносном пласте, передающиеся в наблюдательные скважины в виде резких колебаний уровня воды. Изменение давления воздуха в зоне аэрации происходит под воздействием просачивающейся сверху воды, струи которой действуют в порах грунта как поршни, нагнетающие воздух, под влиянием температуры, изменения атмосферного давления и т. п. Кажущиеся колебания накладываются на действительные колебания зеркала грунтовых вод, в результате чего график колебаний уровня становится при неглубоком залегании грунтовых вод иногда довольно сложным.
Амплитуда колебаний уровня грунтовых вод определяется не только изменением запасов, но и водными свойствами породы, вмещающей воду, и, в частности, ее водоотдачей. Известно, что один и тот же объем породы с разными водными свойствами содержит разное количество воды, способной к свободному вытеканию. Следовательно, чем меньше будет водоотдача, чем меньше свободной воды способна вмещать порода в единице объема, тем большие колебания уровня происходят в водоносном слое при прочих равных условиях.
На территории России выделяются три типа режима грунтовых вод, которые определяются зональными особенностями питания и расходования:
- кратковременное, преимущественно летнее питание («мерзлотный» тип). Отличается не только кратковременностью питания, но и коротким (летним) периодом стока грунтовых вод вследствие промерзания их в условиях сурового климата и многолетней мерзлоты
- сезонное питание (преимущественно весенне-осеннее). Характерно для континентального климата с продолжительной и холодной зимой, когда отсутствует пополнение запасов грунтовых вод путем инфильтрации атмосферных осадков. Расходование в виде грунтового стока осуществляется в течение всего года, потери же на испарение происходят в теплый сезон. Для этого типа в колебаниях уровня прослеживаются два максимума (весной и осенью) и два минимума (летом и зимой). Подобный ход уровней характерен для областей с близким залеганием грунтовых вод к дневной поверхности. Время наступления максимумов по мере перехода от зоны избыточного увлажнения к зонам переменного и недостаточного увлажнения смещается: весеннего на более ранние, а осеннего на более поздние сроки.
- круглогодичное питание (преимущественно зимнее). Свойственно климату с непродолжительной мягкой зимой, в течение которой инфильтрация атмосферных осадков в грунт не прерывается, потери же на испарение ничтожны. По этим причинам уровень грунтовых вод начиная с осени повышается и достигает максимума в середине зимы. К концу зимы, весной и летом в связи с возрастающими потерями на испарение уровень снижается и минимум его наступает в июле-августе.
Эти закономерности уровенного режима грунтовых вод, характерные для той или иной климатической зоны, могут сильно меняться в зависимости от геологического строения местности и гидрогеологических ее особенностей. Существенное значение имеет глубина залегания грунтовых вод. С ее увеличением колебания уровня, вызванные изменением метеорологических факторов, сглаживаются, происходит запаздывание в наступлении максимума и минимума уровня, иногда на несколько месяцев.
Температура грунтовых вод, залегающих вблизи поверхности земли и питающихся, как правило, атмосферными осадками данного места, испытывает влияние температуры воздуха, и тем отчетливее, чем ближе к поверхности залегают грунтовые воды. Суточные колебания температуры проникают до глубины около 1-2 м, сезонные — до глубины слоя грунта с постоянной температурой. Колебания температуры воздуха отражаются в колебании температуры воды в сглаженном виде и с запазданием во времени наступления максимумов и минимумов температуры, увеличивающимся с глубиной. Если область питания грунтовых вод расположена вдали от области их распространения, то в их температурном режиме проявляется влияние не только температуры воздуха области распространения, но и главным образом температуры источника питания.
Таким образом, температура грунтовых вод может служить показателем источника питания и относительной глубины залегания их от поверхности. Резкие колебания температуры грунтовых вод служат неблагоприятным показателем в отношении санитарного качества вод. Такие воды тесно связаны с поверхностью и могут легко загрязняться.
Химический состав подземных вод определяется сложными процессами взаимодействия между составом горных пород, вмещающих воды того или иного горизонта, и динамикой самих вод не только в настоящем, но и в прошлом.
Минерализация грунтовых вод меняется в широких пределах: от 100-150 мг/л до нескольких десятков граммов на литр.
Химический состав и минерализация грунтовых вод, тесно связанных с поверхностными и почвенными водами, отражают влияние климатических условий. Это влияние тем больше, чем ближе воды расположены к земной поверхности.
