Методы изучения баланса грунтовых - Лебедев А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Развитие и применение методов математического моделирования в гидрогеологии связано с работами как русских исследователей (Н. Н. Павловский,
В. И. Аравин, И. И. Дружинин, П. Ф. Фильчаков, В. М. Шестаков, И. Е. Жернов, В. Д. Бабушкин, И. К. Гавич, Д. И. Пересунько и др.), так и зарубежных (Г. Либман, Д. Тод, У. Карплюс и др.).
К методам экспериментального определения одного из главных элементов баланса подземных вод — их стока в реки — относится метод генетического расчленения гидрографа рек.
Этот метод впервые был применен в 1887—1888 гг. инженерами В. Г. Шуховым, Е. К. Кноре и К. Э. Лембке при изысканиях и постройке первого Московского городского водопровода в Мытищах. В последующем этот метод широко применялся в советской и зарубежной практике (Б. В. Поляков, Б. 3. Зайков, Б. И. Куделин, Ф. А. Макаренко, Г. П. Калинин и др. в СССР; Э. Гандолл, И. К. Хоун, О. Е. Мейнцер, Л. К. Шерман и др. в США).
Сущность этого метода основывается на предположении, что выклинивание подземных вод в реки равно их подземному стоку в данном бассейне. Этот сток легко определить на замыкающем гидрометрическом створе реки в периоды отсутствия выпадения атмосферных осадков или питания рек из водохранилищ и озер (т. е. в летнюю или зимнюю межень).
Этот метод в 40-х годах был развит в комплексный гидрогеолого-гидро-логический Б. И. Куделиным (1946, 1949, 1960 гг. и др.), а в дальнейшем Б. И. Куделиным, О. В. Поповым, И. С. Зекцером, В. А. Всеволожским и др. успешно применен для картирования регионального подземного стока. Генетическое расчленение речного стока на его составляющие — склоновый (поверхностный), грунтовый, артезианский — производится с учетом условий формирования речного стока во всем бассейне реки, в частности гидрогеологического'
строения бассейна, схем дренирования водоносных горизонтов, а также данных
о режиме подземных вод в прибрежной зоне.
Для равнинных бассейнов, в которых развита речная сеть, данный метод дает надежные показатели подземного стока в виде усредненных по площади норм, а следовательно, и величин питания грунтовых вод. Поэтому он обеспечивает картирование в мелком масштабе ресурсов подземных вод.
Тот же метод является основным и в горных районах, где кроме него требуется еще анализ режима родникового стока с целью оценки роли отдельных комплексов водоносных пород в формировании общего подземного стока, а также для детализации гидрографа последнего в течение года.
С целью расчленения гидрографа реки, питающейся из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой, применяют метод Ф. А. Макаренко (1948 г.). Последним подземный сток за год определяется суммой произведений меженного расхода реки (принимаемого за меру подземного питания реки) на коэффициент (например, ежемесячный), характеризующий режим грунтового стока в реки в течение года. Этот коэффициент динамического стока выражается отношением среднемесячного расхода опорных родников к среднемесячному расходу их в межень. Для расчета необходимо знать лишь меженные расходы реки и режим родников в течение года. Указанный коэффициент для времени меженного стока равен единице.
Несомненно, что методы изучения баланса подземных вод в горных речных бассейнах требуют своего дальнейшего развития. Не исключены возможность п рациональность применения аналитических решений задач неустановившегося движения подземных вод, полученных Буссинеском и Майэ для упорядоченного режима фильтрации. Под последним понимается такой вид неустановив-птегося движения подземных вод, при котором они не получают питания сверху п снизу, не расходуются на испарение в зону аэрации, а дебит и уровни их изменяются вследствие одного подземного оттока к дренам.
Что касается применения метода генетического расчленения гидрографов рек к картированию подземного стока в крупном масштабе (1: 25 ООО и крупнее); то необходимо учитывать следующие ограничения:
1. Грунтовые воды неглубокого залегания в бассейне при приближении к поверхности земли усиленно расходуются на суммарное испарение. Поэтому в реки с бассейна поступает лишь часть питания этих вод за счет инфильтрации атмосферных осадков, которые просачиваются на междуречных пространствах с глубиной до воды примерно более 2—3 м. В результате этого генетическое расчленение речного стока позволяет оценить лишь усредненную величину дренажного стока, а не все питание подземных вод, которое свойственно данному водосбору.
2. На небольших водосборных бассейнах, особенно в верхних частях речных долин, где усиленно формируется подземный сток, речной сток образуется преимущественно за счет склонового стока; отсутствие речного стока в засушливое время года объясняется интенсивным погружением подземного стока. Поэтому данный метод оценки подземного стока здесь неприменим.
3. В зависимости от условий взаимосвязи этажно расположенных водоносных горизонтов, особенно при наличии гидрогеологических «окон», часты случаи перетекания подземных вод из одних водоносных горизонтов в другие. При поступлении вод из верхних водоносных горизонтов в нижерасположенные, которые дренируются соседними более глубокими речными долинами (с более низким базисом эрозии), часть подземного стока первых горизонтов вообще не дренируется местной речной сетью.
