Режим и баланс подземных вод. Родники и их использование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Режим и баланс подземных вод. Родники и их использование

1. Основные режимообразующие факторы подземных вод

Общие понятия

Под режимом подземных вод понимается процесс, характеризующийся изменением уровня, расхода, гидравлического уклона, скорости температуры, вязкости и химического и газового состава подземных вод во времени и пространстве под влиянием естественных и искусственных факторов.

Балансом подземных вод называется соотношение между их поступлением (приходная часть) и расходованием (расходная часть) в количественном выражении (в л или м³ на 1 га) за определенный период (декаду, месяц, год и т.д.)

Изменения уровня, температуры и химического состава подземных вод тесно связаны между собой и в большинстве случаев происходят одновременно.

Для наблюдения за УПВ устраивают специальные скважины. Замеры проводят гидрогеологическими рулетами, к которым прикреплены «хлопушки», падающие звуковой сигнал при соприкосновении с поверхностью воды, а также электрическими уровнемерами и самописцами. Напор воды фонтанирующих скважин и родников - водомерами, водосливами, объемным методом и другие. Пробы берут специальными пробоотборниками.

Показателями режима являются: время установления высокого и низкого уровня, дебита скважин и родников, скорость подъема и спада уровня и дебита, амплитуда колебаний, характер и пределы изменений общей минерализации и темпов химического состава, связь режима с различными факторами.

Колебания уровня и изменения химического состава подземных вод оказывают большое влияние на условия водоснабжения, мелиоративное состояние земель и инженерно-геологическую обстановку территории. Например, снижение УПВ уменьшает дебит водозаборов. Подъем горных вод выше допустимых глубин вызывает заболачивание и засоление земель, подтопление сооружений и т.д.

Факторы, обуславливающие режим подземных вод.

Режим подземных вод формируется под воздействием рада факторов природных и хозяйственных. К природным относятся:

1. климатические (изменчивость температуры, осадков, испарения);

2. гидрологические (колебания водоносности рек, уровня озер и болот, морские приливы и отливы);

3. биологические (транспирация);

4. геологические (сейсмические и другие явления) факторы.

Хозяйственные факторы - это искусственные орошения и осушения земель, отбор подземных вод, строительство водохранилищ, осушение месторождений полезных ископаемых и др.

Влияние всех этих факторов на режим подземных вод чрезвычайно различно по силе и механизму воздействия, по направленности и интенсивности процессов, по продолжительности воздействия. Влияние одних факторов измеряется длительностью геологических эпох, другие оказывают влияние в течение многолетнего периода, а ряд факторов действуют на подземные воды в течение года, сезона, суток или эпизодически. Одни факторы действуют постоянно и непрерывно, а другие - временно.

Разумеется, не все факторы воздействуют на режим подземных вод в равной степени. В определенных природных условиях либо один из факторов, либо группа факторов является ведущим, оказывающим решающее влияние на формирование отличительных черт режима подземных вод, в то время как другие факторы играют вспомогательную роль, иногда даже малозаметную по интенсивности воздействия.

Режимы подземных вод, определяемые только природными факторами, называют естественными или природными, а режимы, обусловленные одновременно только хозяйственными и природными факторами называют нарушенными или искусственными.

Наиболее многообразны режимы грунтовых вод, поскольку они тесно связаны и с хозяйственными и с природными факторами. Напорные же воды, которые отделены от поверхности водонепроницаемыми породами, связаны в большинстве и с искусственными факторами. Вне влияния этих факторов пьезометрический уровень напорных вод почти не колеблется. Исключение составляют напорные воды, находящиеся на небольшой глубине (до 50-80 м) в отложениях конусов выноса и предгорных равнин. Здесь заметно сказывается водоносность рек, питающих напорные воды.

По времени проявления изменений уровня и других элементов режима подземных вод различают:

1) суточный;

2) сезонный;

3) годовой;

4) многолетний режимы.

Суточный режим выражается главным образом в колебаниях поверхности неглубоко залегающих горных вод, вызванных чаще всего суточными изменениями испарения и транспирации, которая прекращается ночью. Это приводит при подземном притоке к ночному повышению уровня и дневному спаду его. Амплитуда суточных колебаний может достигнуть 10 -15 см.

Сезонный режим обусловлен сезонной ритмичностью метеорологических факторов (температура, испарение) и изменением водоносности рек. Сезонный характер имеют и некоторые хозяйственные факторы. Например, в большинстве орошаемых районов основные поливы проводят в летний период. Амплитуды сезонных колебаний УГВ изменяются в широких пределах (от нескольких сантиметров в пустынных районах с глубоким залеганием УГВ) до 10 - 15 м в галечниках горных рек и в предгорных шлейфах. Чаще она изменяется в пределах от нескольких сантиметров до 2 - 3 м.

Годовой режим проявляется в течение нескольких лет. Известно, что влажные и многоводные годы, как и засушливые и маловодные часть повторяются 2-3 раза подряд. Это отражается на режиме горных вод и неглубоко залегающих напорных вод. Амплитуды колебания, годовые, и изменение химического состава более значительны, чем сезонные.

Многолетний режим проявляется в периоды продолжительностью более 10-15 лет. Он обусловлен многолетними ритмическими изменениями осадков, испарения, водоносности рек, а также влиянием хозяйственных факторов. Амплитуда многолетних колебаний УГВ и изменение химического состава их значительно превышают сезонные и годовые.

2. Основные типы режимов и их характеристика

Режим подземных вод, в частности грунтовых, изучается с помощью сети наблюдательных пунктов (скважин, колодцев).

Определенный режим подземных вод формируется под влиянием на них природных или вызванных деятельностью человека факторов. К природным факторам следует отнести климат, геоморфологические условия, геологию и гидрологию изучаемой территории, почву растительность.

В зависимости от периодичности изучения выделяют многолетний, годовой, сезонный, месячный и суточный режимы подземных вод. Многолетний режим обусловлен изменениями климатических условий, связанных с внеземными процессами. Многолетние наблюдения за колебаниями климата выявили определенную цикличность: периоды повторения максимальных и минимальных количеств осадков в 32 - 36 лет выявляются довольно четко. Менее четко выделяются одиннадцатилетние и еще менее четко трехлетние периоды в колебании атмосферных осадков.

Годовой, сезонный режим и суточный режим подземных вод могут определятся разными факторами и при различном их сочетании. В зависимости от главного фактора влияющего на режим грунтовых вод, определяется тип их режима.

Основываясь на существующих классификациях режимов горных вод (Ланге, Каменского Т.Н. М.А. Шмидта и др.), выделяют следующие режимы подземных вод:

1.Климатический тип. Главными факторами режима являются атмосферные осадки, температура и дефицит влажности воздуха. Наблюдается на участках, удаленных от водотоков и водоемов при небольшой глубине залегания УГВ. Для условий республики Беларусь питание грунтовых вод атмосферными осадками происходит в весеннее время - УГВ поднимается. Величина питания уменьшается к югу и зависит, кроме того, от геоморфологии участка, глубины УГВ и металогического состава пород в зоне аэрации. Весенний подъем сменяется летним спадом уровня в результате подземного оттока и испарения при отсутствии питания. Иногда может наблюдаться небольшой подъём уровня при выпадении большого количества осадков осенью. Минерализация горных вод к осени обычно повышается.

2. Гидрологический тип режима наблюдается на участках, прилегающих к водоемам и водотокам (озерам, рекам, морям). Главный фактор - поверхностные воды водотоков и водоемов. Колебания уровней горных вод следуют с некоторым отстаиванием за колебанием УВ в реке, озере или море. В период паводков на реке происходит подпор и питание горных вод речными водами.

3. Гидрогеологический тип режима распространен на участках с глубоким залеганием УГВ (более 7 - 10 м) удаленных от водоемов и водотоков. Такой же тип режима имеет место в напорных и безнапорных межпластовых водах. Колебание уровня обычно в течение года незначительны и обусловливаются разностью между подземными притокам и оттоком в ненапорных водах и изменением разности в пьезометрических уровнях области питания и области наблюдения в напорных водах.

4. Смешанный тип режима имеет место на участках, где в равной степени на режим подземных вод влияют несколько отмеченных выше природных факторов.

3. Родники

Источником (родником, ключом) называются естественный выход подземной воды на земную поверхность.

Термин «источник» употребляется для выхода любой подземной воды (пресно, минеральной, термальной), родник - преимущественно для естественных выходов пресной воды.

Выход подземных вод на поверхность воды обусловливается тремя, часто связанными между собой факторами:

1) расчленением местности, т.е. пересечением водоносных горизонтов эрозионными и другими отрицательными формами современного рельефа - речными долинами, балками, оврагами, озерными котловинами и т.п.

2) структурно-геологическим строением местности, т.е. наличием открытых тектонических трещин, антиклинальных складок с нарушенными крыльями и прочее.

3) наличием в районе интрузий и даек, в зонах контактов которых с осадочными горными породами могут образоваться открытые трещины, выводящие на поверхность подземные воды.

Кроме того, в осадочных горных породах, в самих интрузиях и дайках по трещинам могут выходить на поверхность подземные воды.

4. Классификация родников

а) По связи с безнапорными и напорными водами различают: 1) нисходящие 2) восходящие источники;

б) По продолжительности действия (т.е. режим) различают: 1) постоянно действующие родники, существующие многие годы. Дебит изменчив по сезонам года и по годам. 2) сезонно-действующие родники, возникающие только в определенное время года. К этой группе относятся родники: пересыхающие, действующие только после весеннего снеготаяния или выпадения обильных осадков; переливающиеся, перемежающиеся, свойственные закарстованным породам, родники оттаивания, выводящие подмерзлотные воды на поверхность и др. 3) ритмически-действующие родники, характеризующиеся периодичностью изменений дебита и напора. Примером их служат гейзеры.

- Особое место занимает группа родников, образование которых связано с деятельностью человека. Это родники, выходящие в нижнем бьефе плотин, образованные в результате фильтрации из оросительных каналов и выклинивающихся на орошаемых массивах (возвратные воды) и др.

в) По степени изменчивости дебита в зависимости от отношения минимального дебита к максимальному. (Плакат, стр. 216 таблица).

Причины колебаний дебита родников различны. Дебит нисходящих родников связан в основном с сезонными и годовыми изменениями осадков. Чем глубже залегает водоносный горизонт, меньше его водопроницаемость , слабее связь его с атмосферой и чем больше область питания, чем с большим опозданием отражается влияние выпадения осадков на дебите родников. Оно может сказаться и через несколько дней и через много месяцев. Дебит восходящих родников отличается большим постоянством, чем нисходящих.

г) По приуроченности к отдельным типам подземных вод выделяют источники:

1. питающиеся верховодкой;

2. грунтовых поровых вод;

3. трещинных вод;

4. карстовых вод;

5. артезианских вод;

6. подземных вод в области многолетней мерзлоты.

Источники, питающиеся верховодкой, характеризуются резкими эпизодическими колебаниями дебита, температуры и состава, зависящим в основном от изменения метеорологических условий района распространения этих источников.

Источники грунтовых поровых вод являются нисходящими; дебит, температура и состав их подвержены сезонным и в меньшей мере эпизодическим колебаниям, которые обусловлены также в основном изменением метеорологических условий района.

Источники грунтовых и напорных трещинных вод бывают нисходящие и восходящие. Первые связаны с трещинами зоны выветривания магматических, метаморфических и осадочных гонных пород. От источников грунтовых паровых вод они отличаются тем, что обычно имеют более концентрированные сосредоточенные выходы. Восходящие источники приурочены к отдельным тектоническим трещинам и зонам тектонических нарушений, пересекающих и дренирующих систему трещин зоны выветривания. Эти источники питаются напорными трещинными водами, причем напор в них обуславливается гидростатическим давлением, давлением газов (нарзаны) или водяных паров (гейзеры). К этой группе относятся большинство выходов минеральных вод, а также термальные источники.

Источники грунтовых и напорных карстовых вод встречаются как нисходящие, так и восходящие. Они отличаются большим разнообразием условий выхода на поверхность. Питаются карстовыми водами, широко распространенными в районах развития карбонатных (известняки, доломиты, мергели), сульфатных (гипсы, ангидриды) и соленосных горных пород.

Из большого количества разнообразных карстовых источников можно выделить 3 подгруппы:

1. перемежающиеся;

2. постоянные;

3. субмаринные.

Перемежающиеся источники характеризуются резким непостоянством дебита во времени; действуя по принципу сифона, они дают то большие дебиты, то очень малые, вплоть до прекращения выхода воды. Связаны подобные источники с зоной, залегающей выше уровня карстовых вод.

Постоянные источники связаны с крупными трещинами, подземными каналами, горизонтальными пещерами, развитыми в зоне распространения основных карстовых водоносных горизонтов. Дебит этих источников иногда достигает несколько м³/с, причем часто имеет резкие колебания по сезонам года.

Субмаринные источники приурочены к подземным карстовым каналам, залегающим ниже уровня моря. Характерной особенностью этих источников является периодичность их выхода под водой в зависимости от соотношения давлений в канале и над головками источников. Если давление в канале превышает давление столба воды над головкой источника, то последний функционирует; при обратном соотношении давлений происходит засасывание морской воды вглубь карстующегося массива (морская мельница). Иногда при соответствующей взаимосвязи трещин и каналов в карстующемся массиве засасывание сопровождается выходом морской воды выше уровня моря.

Источники артезианских вод являются восходящими, связаны они с напорными водами артезианских бассейнов и склонов. На территории артезианских бассейнов источники выходят в долинах рек, оврагах, озерных котловинах, складках и др.

В областях вечной мерзлоты выделяются надмерзлотные - нисходящие, межмерзлотные - восходящие и подмерзлотные - восходящие.

К особой группе источников, встречаемых в районах молодой вулканической деятельности, относятся гейзеры, получившие свое название от района Гейзер в Исландии, где они впервые были исследованы.

5. Режим источников

Под режимом источника понимают изменение во времени его дебита, состава и температуры.

По особенностям режима все источники можно подразделить:

1) постоянно действующие - действуют постоянно в течение очень многих лет, имея годовые и многолетние изменения режима;

2) сезонно действующие - вследствие каких-либо специфических условий питания или особых гидрогеологических условий выхода действуют только в определенное время года;

3) ритмически действующие - те источники, которые имеют более или менее неправильную периодичность или ритмические колебания дебита и напора.

Литература

вода геологический родник

1. Кирюхин В.А.: Прикладная гидрогеохимия. - СПб.: Санкт-Петербургский гос. горный ун-т, 2011

2. Институт географии РАН ; отв. ред.: Н.И. Коронкевич и др ; рец.: А.Е. Асарин и др.: Экстремальные гидрологические ситуации. - М.: Медиа-ПРЕСС, 2010

3. Леонов Е.А.: Космос и сверхдолгосрочный гидрологический прогноз. - СПб.: Алетейя, 2010

4. Игошин Н.И.: Проблемы восстановления и охраны малых рек и водоемов. Гидроэкологические аспекты. - Харьков: БУРУН КНИГА, 2009

5. Петин А.Н.: Родники Белогорья. - Белгород: Константа, 2009

6. Ферронский В.И.: Изотопия гидросферы земли. - М.: Научный мир, 2009

7. Хубларян М.Г.: Водные потоки в различных средах. - М.: ГЕОС, 2009

8. Московский гос. индустриальный ун-т ; Рец. Н.Н. Агапов: Экологические проблемы охраны водных ресурсов России. - М.: МГИУ, 2008

9. Кондратьев С.А.: Формирование внешней нагрузки на водоемы: проблемы моделирования. - СПб.: Наука, 2007

10. М-во Eкологii Даниii, Даньске Агенство Захисту Довкiлля (DEPA), М-во охорони навколишнього природного середовища Украiни, Украiнський науково-дослiдний iнститут екологiчных проблем (УкрНДIЕП) ;

11. Васенко О.Г. и iншi: Комплексні експедиційні дослідження екологічного стану водних об'єктів басейну р. Уди (суббасейну р. Сіверський Донець). - Харків: Райдер, 2006

12. Эдельштейн К.К.: Гидрология материков. - М.: Академия, 2005

13. Эдельштейн К.К.: Структурная гидрология суши. - М.: ГЕОС, 2005

14. Зорина Е.Ф.: Овражная эрозия: закономерности и потенциал развития. - М.: ГЕОС, 2003

15. Беляков А.А.: Волга до начала XX века. - М.: [Б.И.], 2002

16. Пряжинская В.Г.: Компьютерное моделирование в управлении водными ресурсами. - М.: Физматлит, 2002

17. Фот. А. Князева; Текст Л. Безрукова; Ред. Г. Кузнецов; Науч. консультация Г. Галазия; Пер. Г. Бобылёва: Ангара - дочь Байкала. - Иркутск: Улисс, 1994

18. Государственный комитет СССР по гидрометеорологии; Государственный гидрологический институт; Под ред.: И.В. Попова, В.И. Замышляева: Вопросы гидрологии суши. - Л.: Гидрометеоиздат, 1988

Размещено на Allbest.ru