Режим і баланс підземних і ґрунтових вод
Режим підземних вод - це зміна в часі їх рівня, хімічного складу, температури і витрати.
Режим підземних вод в природних умовах
У природних умовах для підземних вод характерний непорушений (природний) режим, який формується в основному під впливом метеорологічних, гідрологічних і геологічних факторів.
Метеорологічні фактори (опади, випаровування, температура повітря, атмосферний тиск) - основні в формуванні режиму грунтових вод. Вони викликають сезонні і річні (багаторічні) коливання рівня, а також зміни хімізму, температури і витрати грунтових вод.
Сезонні коливання рівня обумовлені нерівномірністю випадання опадів і змінами температури повітря протягом року. Найбільш високе зниження рівня доводиться на періоди весняного сніготанення (весняний максимум) і осінніх дощів (осінній максимум). Найбільш низьке положення рівня в річному циклі відзначається в кінці літа - початку осені і в кінці зими.
Різниця між найвищим і найнижчим горизонтом підземних вод називають максимальною амплітудою коливання рівня. Зазвичай амплітуди сезонних коливань ґрунтових вод не перевищують 2,5-3,0 м, а максимальні складають 10-15 м (в долинах гірських річок, складених галечниками і закарстованими вапняками).
Підйом рівня починається лише через деякий час після випадання опадів. Цей відрізок часу тим більше, чим менше водопроникність порід і більше глибина залягання грунтових вод.
Рівень грунтових вод коливається не тільки по сезонах, а й в багаторічному циклі. Багаторічні коливання рівня пов'язані з ритмічними змінами клімату і приурочені до різних циклів, серед яких найбільш чітко фіксується 11-річний цикл. Амплітуди багаторічних коливань можуть перевищувати амплітуди сезонних коливань і досягати значних розмірів (до 8 м і більше). Вивчення багаторічного режиму підземних вод необхідно для визначення розрахункової величини потужності водоносного горизонту, прогнозу положення рівня на весь період тривалої експлуатації споруд та інших інженерних розрахунків.
Гідрологічний режим річок впливає на стан рівнів підземних вод та їх хімізм в смузі шириною від 0,2-0,5 км (в піщано-глинистих відкладах) до 2-6 км в добре проникних породах. Коливання рівня підземних вод у річковій долині з деяким відставанням відображають коливання рівня річки.
Режим підземних вод в умовах впливу техногенних факторів
Інженерно-будівельна діяльність людини та інші техногенні причини змінюють природні режімообразующіе фактори і сприяють виникненню нових, так формується штучний (або порушений) режим підземних вод.
Діяльність людини може проявлятися в підвищенні і в зниженні рівня підземних вод, в зміні їх хімічного складу, витрати і температури. Основна увага при інженерно-геологічних дослідженнях приділяється вивченню уровенного режиму підземних вод.
Підвищенню рівня підземних вод сприяють будівництво водосховищ і інших штучних водойм, зрошення, витік води з підземних мереж водогінних комунікацій, промислових басейнів, водосховищ і т. Д. Під впливом штучних (антропогенних) факторів рівні підземних вод можуть підніматися на 10-15 м і більше . Особливо значно обводнять дію великих водосховищ.
Під балансом підземних вод розуміють співвідношення між приходом і витратою підземних вод на даній ділянці за певний час.
Режим і баланс підземних вод взаємопов'язані, і якщо перший відображає зміну кількості і якості підземних вод в часі, то другий - результат цієї зміни. Баланс може складатися для великих територій або для окремих ділянок (поля зрошення і фільтрації, групові водоза- бори і т. Д.). Ділянки, де проводяться вимірювання надходжень і витрат підземних вод, називають балансовими.
За допомогою балансу характеризують водозабезпеченість району та можливості щорічного поповнення запасів підземних вод, вивчають причини підтоплення територій, прогнозують зміну рівня підземних вод.
Для вирішення цих питань необхідні дані про складові балансу: прибуткових і видаткових.
Прибуткова частина балансу ґрунтових вод під впливом природних режімообразующіх факторів складається з наступних складових: інфільтрації атмосферних опадів (А); конденсації водяної пари (К); підземного припливу (П).
Підземний приплив в свою чергу включає бічний приплив (П), фільтраційні надходження з поверхневих водних джерел (річки, озера) (П2) і перетікання з нижчого водоносного горизонту (П3).
Видаткова частина балансу складається з випаровування (І) і підземного стоку (С).
Випаровування (І) включає витрата води за рахунок випаровування з поверхні ґрунтових вод і транспірації води рослинністю. Підземний стік (С) може бути представлений бічним стоком (С1) і перетіканням в ніжній водоносний горизонт (С2).
Балансове рівняння грунтових вод для даної ділянки за час t має вигляд:
# 916; W = А + К + П1 + П2 + П3 - І - С1 - С2,
де # 916; W - зміна запасів грунтових вод за час t.
Якщо на території ділянки проводились режимні спостереження за рівнем ґрунтових вод, баланс ґрунтових вод може бути виражений рівнянням:
де # 916; h - середня зміна рівня за час t;
# 956; - коефіцієнт водовіддачі (при # 916; h з мінусом) і недолік насичення (при # 916; h з плюсом).
величина # 956; # 916; h змінюється по сезонах і в багаторічному циклі. Вона може бути позитивною при підйомі рівня ґрунтових вод і негативною при його опусканні.
На балансовому ділянці можуть бути виражені не всі складові. Так, наприклад, при глибокому заляганні грунтових вод з балансового рівняння виключається випаровування (І), а при відсутності перетікання води через водоупорами - члени С2 і П3.
В умовах штучного (порушеного) режиму підземних вод в балансове рівняння грунтових вод вводяться витрати на водопостачання (В), витрати в дренажі (Д), фільтрація з зрошувальних каналів (Фк) і інші складові. Перевищення приходу підземних вод над витратою може викликати підтоплення території, при зворотному співвідношенні складових балансу - її осушення.
Вивчаючи баланс великої території або будь-якого іншого ділянки, можна регулювати режим підземних вод в потрібному напрямку.
Для вирішення балансових рівнянь застосовують експериментальні та розрахункові методи. У першому випадку всі основні статті балансу підземних вод визначають безпосереднім виміром, у другому - їх розраховують на основі режимних спостережень, використовуючи рівняння несталого руху в кінцевих різницях (метод Г. Н. Каменського).