Атмосферные осадки.

Режимообразующие факторы.

Лекция 11

Гидродинамические режимы подземных вод.

Гидродинамический режим подземных вод представляет собой проявление пространственно-временной изменчивости гидродинамических элементов постоянного потока (уровней, расходов, скорости потока).

Метеорологический фактор включает в себя осадки, температуру и влажность воздуха. Одним из основных процессов, определяющих режим температуры и выпадение осадков, является циркуляция ветров. Выделяются две основные формы переноса ветров – меридиональная и зональная.

Меридиональный перенос тепла и влаги определяется наличием градиента температуры между экватором и полюсом, а зональный – между океаном и материком.

Анализ связей режима уровней подземных вод и атмосферных осадков позволяет выявить способность водоносных горизонтов отражать увлажненность ряда предыдущих лет. Чем меньше скорость фильтрации подземных вод и больше длина пути фильтрации, тем сильнее рассредоточена во времени разгрузка подземных вод и тем больший период увлажненности предыдущих лет находит отражение в уровнях подземных вод. В результате низкие корреляционные связи между уровнями подземных вод и осадками текущего года постепенно повышаются при использовании для расчета связей суммарных осадков 2-3 лет. Достигнув максимума соответствующего периода водообмена водоносного горизонта, теснота этой связи постепенно начинает затухать. Вскрытая закономерность позволяет определять степень инерционности водоносного горизонта.

Влияние температуры воздуха на гидродинамический режим подземных вод проявляется в промерзании зоны аэрации, препятствующее питанию подземных вод и испарению с поверхности грунтовых вод.

Гидродинамический режим изучает изменение во времени уровня, химического состава, температуры и расхода.

В естественных условиях для подземных вод характерен ненарушенный режим, который формируется в основном под влиянием метеорологических, гидрогеологических и геологических факторов.

Метеорологические факторы – это осадки, испарение, температура и атмосферное давление. Эти факторы являются основными в формировании грунтовых вод. Они вызывают сезонные и годовые колебания уровня, а также изменение химизма, температуры и расхода грунтовых вод. Сезонные колебания уровня обусловлены неравномерностью выпадения осадков и изменения температуры воздуха в течении года. Наиболее низкое положение уровня в годовом цикле отмечается к концу лета и в конце зимы. Разность между наивысшим и самым низким горизонтом подземных вод называется максимальной амплитудой колебания уровня.

Подъем уровня начинается лишь через некоторое время после выпадения осадков. Этот отрезок времени тем больше, чем меньше водопроводимость пород и больше глубина залегания грунтовых вод.

Уровень грунтовых вод колеблется не только по сезонам, но и в многолетнем цикле. Многолетние колебания уровня связаны с ритмическими изменениями климата. Изучение многолетнего режима подземных вод необходимо для расчетной величины мощности водоносного горизонта.

Гидрологический режим рек влияет на положение уровней подземных вод и их химизм в полосе шириной от 0,2-0,5 км до 2-6 км в проницаемых породах. Колебания уровня подземных вод в речной долине с некоторым отставанием отражают колебания уровня реки.

Геологические факторы действуют на любом участке земной коры. С глубиной их значение увеличивается. Выделяют медленно действующие (тектонические движения, внутренняя теплота и др.) и эпизодические (землетрясения, вулканизм) геологические факторы.

В районах тектонических поднятий уровень подземных вод снижается, породы лучше дренируются. При опускании уровень грунтовых вод повышается. Изменяется и химизм воды. При землетрясениях появляются новые и исчезают старые источники.

Режим артезианских, карстовых и надмерзлотных вод отличается от режима грунтовых вод. По сравнению с грунтовыми водами они подвержены меньшим изменениям.

Влияние метеорологических и гидрологических факторов существенно лишь в областях питания и разгрузки, где артезианские воды связаны с грунтовыми водами.

Формирование режима подземных вод зависит от природных условий (степень расчленения рельефа, почвенный покров, геологические структуры, строение водовмещающих пород и зоны аэрации). Велика роль хозяйственной деятельности людей.

Наиболее общие черты режима подземных вод определяются климатом. На территории России выделяются три провинции (рис. 20):

I – кратковременного летнего питания в пределах зоны многолетней мерзлоты, где грунтовые воды промерзают зимой и оттаивают в начале лета (летний максимум и осенний спад);

II – весенне-осеннего питания в зоне зимнего промерзания зоны аэрации с предвесенним и летне-осенним минимумом и максимумом весной;

III – зимне-весеннего питания в зоне отсутствия промерзания зоны аэрации (максимум – конец зимы – весна и минимумом – осень).

Геоморфологические различия участков территории определяют особенности баланса подземных вод и граничных условий. В частности, выделяют следующие участки для режима: приречной, террасовый, склоновый, междуречный. В пределах участков возможно выделение подучастков с различными глубинами залегания грунтовых вод.

Выделение таких провинций, зон, областей, районов, участков и подучастков позволяет районировать любую территорию по условиям формирования режима подземных вод. Подобное районирование служит основой для размещения опорной наблюдательной сети стационарного изучения режима подземных вод.

При прогнозировании естественного режима подземных вод чаще всего для практических целей требуется знать минимальные, максимальные и среднегодовые значения уровней подземных вод и расходов подземного потока (дебит песчаников), изменяющихся как в течение года, так и за многолетний период под влиянием метеорологических факторов.

Для прогноза естественного режима подземных вод обычно используют парные или множественные корреляции уровней или расходов с характеристиками метеорологических факторов.

На базе районирования территорий по основным режимообразующим условиям строятся крупномасштабные карты режима подземных вод.

По районам, где нет длительных наблюдений за режимом подземных вод, прогнозы составляются методом аналогий. На основании режимных наблюдений делается прогноз возможного изменения уровней или расхода подземных вод. Прогноз делается на основе парных корреляционных связей с известными на момент прогноза данными. Такие прогнозы выполняются на вычислительных машинах.

Контрольные вопросы:

1. Что понимают под режимом подземных вод?

2. Как составить программу режимных гидрогеологических наблюдений для полигона учебной геологической практики?

3. Дайте краткую характеристику полигона учебной геологической практики по условиям формирования подземных вод.