title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Подземный сток и методы его определения

Подземный сток и методы его определения

Как указывалось ранее, движение подземных вод от области питания к области разгрузки завершается подземным стоком в реки, озера, моря и другие поверхностные водоемы и водотоки. Различают неглубокий (грунтовый) и глубокий (артезианский) виды подземного стока.
Неглубокий подземный сток формируется выше местного базиса эрозии (уреза рек, озер и других водоемов) и характеризуется относительно небольшими размерами водосборной площади, контуры которой обычно совпадают с водосбором поверхностных вод или близки к нему. Питание подземных вод в пределах водосборного бассейна происходит главным образом за счет атмосферных осадков. Скорость движения подземных вод относительно велика, а их возраст обычно не превышает первые десятки лет. Неглубокий подземный сток составляет основную часть в балансе подземного питания рек. Поэтому, когда говорят о подземном питании рек, имеют в виду прежде всего неглубокий подземный сток.
Вместе с тем подземная разгрузка в реки, озера и другие водоемы может происходить из водоносных горизонтов, залегающих ниже местного базиса эрозии. Такая разгрузка происходит в региональных дренах — долинах крупных рек с наиболее глубоким эрозионным врезом — или непосредственно в море. В этом случае в подземном питании рек участвуют воды не только инфильтрогенные, но и седиментогенные, а на некоторых участках возможно и метаморфогенные (рифтовые зоны), и магматогенные (действующие вулканы). Области распространения этих вод весьма обширны, а разгрузка, по существу, проявляется точечно — в виде восходящих источников, субаквальных (подводных) струй. Наглядно это явление фиксируется на Сибирской платформе, где в долинах рек наблюдаются многочисленные восходящие источники соленых вод и рассолов. Они пробиваются по таликам через мощную толщу многолетней мерзлоты, используя пути, образованные тектоническими разломами. Эти воды многие миллионы лет были законсервированы в водоносных горизонтах и в эпохи тектонической активизации, последняя из которых приходится на неоген-четвертичное время, начали изливаться на поверхность.
Изучение динамики и химии глубокого подземного стока имеет важное значение. Восходящая разгрузка, выносящая подземные воды с разных глубин и из различных водоносных горизонтов, как бы включает лампочки на разных этажах недр Земли и освещает гидрогеологические условия, которые там существуют.
Методы изучения взаимосвязи поверхностных и подземных вод подробно изложены в учебном пособии; их надо изучить самостоятельно. Здесь же отметим, что в качестве основных количественных характеристик подземного стока используются следующие показатели.
1. Суммарный объем (расход) подземного стока с исследуемой площади Qподз, м3/с, км3/год.
2. Среднегодовое значение модуля подземного стока Mподз, л/(с* км2),

где Fподз — площадь бассейна подземного стока, км2.
3. Коэффициент подземного стока аподз, %, представляющий собой отношение высоты слоя подземного стока hподз, мм/год, к среднегодовой сумме атмосферных осадков X, мм/год:

4. Коэффициент подземного питания Кподз рек, %, или доля подземного стока в общем стоке реки, определяемый как отношение подземного стока к общему речному стоку, м3/с или км3/год:

Современные методы количественной оценки подземного стока разработаны Б.И. Куделиным, Б.В. Поляковым, О.В. Поповым, И.С. Зекцером и другими учеными. Они могут быть объединены в три основные группы: 1) фильтрационных расчетов, которые используют аналитические методы для определения расхода подземных вод на участке их разгрузки и методы моделирования гидродинамических условий с помощью электронно-вычислительной и аналоговой техники; 2) комплексных гидрологогидрогеологических методов определения подземного стока в речную сеть по данным о стоке рек и гидрогеологических условиях, сопутствующих разгрузке подземных вод; 3) режимнобалансовые методы оценки питания и разгрузки подземных вод.
Большинство указанных методов разбираются в других дисциплинах гидрогеологического цикла. Поэтому для иллюстрации рассмотрим наиболее простые методы, дающие общее представление о подходах, применяемых для оценки подземного стока.
Подземный сток в реки может быть установлен по изучению расходов реки на верхнем и на нижнем створах, расположенных на прямолинейном ее участке, не имеющем притоков. Подземное питание реки на этом участке рассчитывается по следующей формуле:

где qподз — удельный расход реки, образованный подземным стоком на 1 км ее протяженности, м3/(с*км); Q1, Q2 — расход реки в верхнем и нижнем створах, м3/с; L — расстояние между створами, км.
Ориентировочно значение подземного стока в реки можно получить также по меженному расходу рек в зимний период. В этом случае он оказывается обычно заниженным. Подземное питание рек устанавливается и по гидрографу реки (хронологическому графику изменения расхода реки на изучаемом створе) с учетом типов водоносных горизонтов, дренируемых руслами рек, и характера колебания уровня рек.
С учетом различных геологических и гидрогеологических особенностей речных бассейнов Б.И. Куделиным выведены такие уравнения водного баланса:
1) для речных бассейнов, расположенных в областях питания и разгрузки грунтового (неглубокого) стока,

2) для речных бассейнов, расположенных в областях питания артезианских бассейнов,

3) для речных бассейнов, расположенных в областях разгрузки артезианских бассейнов,

4) для речных бассейнов, расположенных как в области питания, так и области разгрузки артезианских бассейнов,

где X — среднемноголетнее количество осадков; Y — среднемноголетний сток; Z — среднемноголетнее испарение; J — среднемноголетняя инфильтрация на питание глубоких водоносных горизонтов; U — среднемноголетний глубокий подземный сток в речном бассейне; W — разница между J и U.
Для районов, где широко распространены водоносные горизонты, гидравлически связанные с речными водотоками, часто используется методика Б.И. Куделина по расчленению гидрографов рек с учетом берегового регулирования поверхностного стока (рис. 7.8). Им предложено несколько моделей, учитывающих различные гидрогеологические обстановки.

Региональные исследования подземного стока позволили выполнить его картирование на территории России, Восточной и Центральной Европы и других областей. На рис. 7.9 представлено распределение подземного стока в пределах России. Видно, что наибольшее влияние на его формирование оказывают климат, рельеф и фильтрационные свойства пород верхней части разреза. Максимальные значения модуля подземного стока [до 5—20 л/(с*км2)] наблюдаются в горных районах Кавказа, Камчатки, характеризующихся влажным климатом, значительным количеством атмосферных осадков. Минимальные значения модуля подземного стока [до 0,5 л/(с*км2)] отмечаются в условиях степного и пустынного ландшафтов, а также в районах развития многолетней мерзлоты, которая препятствует просачиванию атмосферных осадков.
Подземный сток характеризует естественные ресурсы подземных вод, т. е. то количество воды, которое можно взять из водоносных горизонтов, не рискуя серьезно нарушить их режим. Зная закономерности формирования подземного стока, можно обоснованно решать важные народнохозяйственные задачи по рациональному использованию подземных вод.


title-icon Подобные новости