Методы изучения баланса грунтовых - Лебедев А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Метод экспериментального определения питания грунтовых вод впервые был обоснован Г. Н. Каменским (1953), который предложил уравнение (11.13) для оценки связи этого элемента баланса грунтовых вод с гидрометеорологическими факторами. В последующее время мы широко применяли этот метод для оценки достоверности лизиметрических наблюдений (Лебедев, Добровольская, 1961).
В недавно опубликованной работе И. Б. Вольфцун (1972) широко развил этот же экспериментальный метод на основе тщательно поставленных наблюдений за всеми приходными и расходными элементами, которые предопределяют величину питания грунтовых вод сверху.
Баланс грунтовых вод так же, как и общий водный баланс, выражается в виде алгебраической суммы приходных и расходных элементов. При составлении уравнения (II.3), представляющего баланс этих вод на участке площадью F для отрезка времени At, было указано, что верхней границей балансовой области служит самое высокое за время At положение подпертой капиллярной каймы (см. рис. 1, а). Нижней границей является водоупорное ложе. Боковые границы могут проводиться по линиям равного напора, т. е. по вертикалям в разрезе и по линиям тока в плане. Как увидим далее, при составлении баланса грунтовых вод для элемента потока и наличии трех наблюдательных скважин в створе по потоку балансовый элемент с боков ограничивается средними сечениями потока, проведенными вертикально между смежными скважинами.
М. М. Крылов для орошаемых районов предложил баланс грунтовых вод представлять уравнением
где Xf — просочившаяся часть атмосферных осадков, достигшая зеркала грунтовых вод, мм; /п — просочившаяся часть оросительной воды, поданной на поля, м3; /к — приход фильтрационных вод. из водотоков и водоемов; м3; к[ — конденсационное питание грунтовых вод, мм; и — суммарное испарение грунтовых вод, мм. Остальные обозначения прежние [см. (11.12)].
Из этого уравнения следует, что в условиях орошения величина питания грунтовых вод сверху равна
wAt = X—(Z — K1)-\-(Yx—F2)—/?!—D2, мм слоя воды. (11.13)
(11.14)
(11.15).
где обозначения прежние.
Необходимо заметить, что величина питания грунтовых вод w/\t, определяемая по (11.13) и (11.15), может быть положительной (w > 0) или отрицательной (w <3 0). Положительная величина питания, или величина инфильтрации осадков, поливных вод, достигающих грунтовые воды, обозначается через wxАт, где w1 — интенсивность инфильтрации (мм/сут), Ат — соответствующий отрезок времени (сут). Отрицательная величина питания, или величина расходования грунтовых вод в зону аэрации (часто — на суммарное испарение), обозначается через иАф, где и — интенсивность отрицательного питания или испарения этих вод в зону аэрации, Аф — соответствующий отрезок времени (сут). На основе этих определений компонентов величины питания будет действительно равенство
wAt = w1&x—и Ай, (11.16)
где
Af = AT+Aft. (11.17)
Методика определения отдельных элементов водного балапса рассматривается в последующих разделах книги.
Лизиметрическое направление изучения баланса грунтовых вод, так же как и общее воднобалансовое, насчитывает более 200 лет своего применения. Сущность этого направления заключается в том, что величины инфильтрации осадков wxАт и суммарного испарения грунтовых вод в зону аэрации г^Аф определяются непосредственно с помощью лизиметров с постоянными уровнями воды. В последнее десятилетие широко распространяются лизиметры с переменными уровнями воды, позволяющие эксперимен-
тальным путем находить и разность между горизонтальными притоком и оттоком вод ( р —2 При наличии вертикального тока вод Qu эта величина экспе-
риментально определяется совместно с последней величиной горизонтального водообмена. Изменение запаса грунтовой воды [л АН за отрезок времени At находится по данным колебаний уровня воды ближайшей наблюдательной скважины (АН) и по величине водоотдачи пород [л.
Наиболее обстоятельные работы по развитию лизиметрического направления изучения баланса грунтовых вод проводились в Средней Азии (М. М. Крылов, А. Ф. Сляднев, Н. Н. Ходжибаев и др.). В европейской части СССР лизиметрические исследования выполнялись В. Е. Сочевановым, А. А. Роде,
А. В. Лебедевым, Н. Д. Добровольской, А. С. Субботиным и др.
Гидродинамическое направление в изучении баланса грунтовых вод базируется па анализе наблюдений режима грунтовых вод и на применении для этого различных методов расчета элементов баланса, а также методов математического моделирования.
Впервые гидродинамический метод исследования режима грунтовых вод для количественной оценки их питания был разработан Г. Н. Каменским (1938, 1943 гг.), предложившим широко применять численное решение (в конечных разностях) дифференциальных уравнений неустановившегося движения. Он развил метод конечных разностей и впервые применил его в разделе гидрогеологии — динамике подземных вод для решения различных задач не-установившейся фильтрации (прогноз режима грунтовых вод в районах гидротехнических сооружений, прогноз водопритоков в горные выработки и т. п.).
