Режим и баланс подземных вод. Родники и их использование


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.


. 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.

. 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.

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


. 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.


. 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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


Теги: Режим и баланс подземных вод. Родники и их использование  Реферат  Геология
Просмотров: 43352
Найти в Wikkipedia статьи с фразой: Режим и баланс подземных вод. Родники и их использование
Назад