Методы изучения баланса грунтовых - Лебедев А.В.
Скачать (прямая ссылка):
Большое значение мы придаем совместному изучению баланса подземных вод, проводимому в двух направлениях: 1) в естественных условиях; 2) в условиях, нарушенных искусственными факторами (например, в условиях эксплуатации подземных вод, при орошении или осушении земель). Если первое позволяет выяснить природный фон воднобалансовых процессов, естественные закономерности формирования баланса грунтовых вод, то второе направление дает возможность оценить изменение элементов баланса вод и его структуры под влиянием искусственных факторов.
Исследованию баланса грунтовых вод предшествуют изучение природных условий, водохозяйственных обстановок и учет плана водохозяйственного строительства. При этом подготавливаются исходные данные для организации всесторонних наблюдений над элементами водного баланса, а также для расчета отдельных составляющих баланса по экспериментальным данным. Большое значение уделяется всестороннему использованию и развитию смежных областей знания (гидрофизика, гидродинамика, почвенная гидрология и др.).
ГЛАВА ВТОРАЯ
ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ИЗУЧЕНИИ БАЛАНСА ГРУНТОВЫХ ВОД
Рассмотрим участок суши протяженностью Ах и площадью F. С поверхности до первого водоупорного слоя пород (рис. 1) можно выделить три зоны:
1) А — аэрации или неполного насыщения (между поверхностью и наивысшим за расчетное время At положением подпертой капиллярной каймы 2);
2) В — аккумуляции
$ или осушения от гравита-
ционных вод, возникающих соответственно при подъеме или понижении уровня грунтовых вод (в пределах Г—2") на величину АН;
3) С — полного насыщения, не изменяющегося при колебании уровня (ниже линии Г).
Общий водный баланс изучаемой пространственной области представляет собой совместное рассмотрение за расчетный промежуток времени At прихода, расхода и изменения (аккумуляции) вод на данном участке суши и внутри изучаемой области.
На дневной поверхности водный баланс представляется в виде алгебраической суммы
X + Kx+Yx-Z-Y2-— W^At^D-L, (II.1)
где X — атмосферные осадки; Кх — конденсация атмосферных водяных паров на поверхности и в зоне аэрации; Ух — приток поверхностных вод на данный участок; в условиях орошения сюда включаются водоподача и инфильтрация воды из каналов; Z — суммарное испарение, включающее испарение с почвы* транспирацию растениями, испарение с водной поверхности и снега; Yг — отток поверхностных вод с данного участка, включающий выклинивание грунтовых вод на поверхность в условиях естественного дренирования местности; wa — интенсивность вертикального водообмена зоны аэрации с атмо-
И' [Шг [Dll'7 i№ HU*
Рис. 1. Схема зональности почвенно-грунтовой призмы (а) и эпюра влажности (б).
1 — почва; г — водопроницаемые грунты; з — подпертая капиллярная кайма; 4 — водоупор; 5 — аккумуляция влаги в основании зоны аэрации при подъеме уровня воды — изменение запаса грунтовых вод. А — зона аэрации над наивысшим положением подпертой капиллярной каймы; В — зона аккумуляции гравитационных вод при подъеме их уровня на ДН; С — зона полного насыщения в начале наблюдения. Цифры на рисунке; 1', 1" — начальные уровни грунтовых вод и поверхности капиллярной каймы; г', г" — то же, в конце наблюдений; 1,2 — начальная и конечная эпюры объемной влажности
сферой на поверхности (при положительном значении — инфильтрация воды с поверхности совместно с поступлением водяных паров в зону аэрации, при отрицательном значении — расход влаги из зоны аэрации на суммарное испарение в атмосферу и транспирацию растениями), (размерность скорости фильтрации — мм/сут); Dx — изменение запаса воды за время At на поверхности земли (аккумуляция ее в понижениях местности, снеговом покрове, в водоемах, водотоках); At — расчетный промежуток времени, сут.
Все элементы водного баланса выражаются в мм слоя воды. В зоне аэрации (см. рис. 1, а) водный баланс выражается уравнением
waAt—wAt = D2, (П*2)
где w — интенсивность питания грунтовых вод сверху (размерность скорости фильтрации), представляющая собой скорость инфильтрации воды или расход суммарного потока влаги, поступающей из зоны аэрации к , уровню самого высокого за время At положения подпертой капиллярной каймы (см. рис. 1, а, линия 2"); при отрицательном значении — скорость суммарного расходования грунтовой воды на восходящий ток в зону аэрации; часто эту величину называют суммарным испарением грунтовых вод, что является условным термином; D2 — изменение запаса воды за время At в зоне аэрации.
В зоне полного насыщения, включая зону аккумуляции гравитационных вод, водный баланс представляется в виде
fx АН = At-'r w At — e At, (H-3)
где — водоотдача или недостаток насыщения почвогрунтов в зоне В (аккумуляции или осушения) при изменении уровня воды на АН; АН — изменение уровня грунтовых вод за время At; Qlt Q2 — приток и отток грунтовых вод в горизонтальном направлении за единицу времени (в объемном выражении); ? — интенсивность перетекания грунтовых вод по вертикали через слабопроницаемые породы ложа потока в подстилающий напорный или безнапорный межпластовый водоносный горизонт (размерность скорости фильтрации); F — площадь балансового участка.
