Методы изучения баланса грунтовых - Лебедев А.В.
Скачать (прямая ссылка):
При весьма слабой водопроницаемости пород водоупорного ложа (например, при коэффициенте фильтрации их <0,0005 м/сут и напорном градиенте вертикальной фильтрации ^ 10-1) последним элементом баланса можно пренебречь.
Сложив все три уравнения водных балансов разных зон, получим выражение для общего водного баланса пространственной области, ограниченной сверху дневной поверхностью и снизу первым водоупорным ложем, в виде
ц АН + D! + Вг = 'X + Кх — Z + Yi - У2+ Qx ~ At - е At, (II.4)
где обозначения прежние.
В соответствии с уравнениями (II.1), (И.2), (II.3) и общим уравнением
(II.4) подразделяются и направления в изучении баланса грунтовых вод.
Как видно из приведенных уравнений, баланс грунтовых вод, выражаемый уравнением (II.3), является частью общего водного баланса данной пространственной области. Если эту область ограничить более глубоким слоем земной коры, например региональным водоупором первого напорного (артезианского) водоносного горизонта, то кроме первых трех указанных уравнений пришлось бы написать четвертое балансовое уравнение для напорного потока, аналогичное
уравнению (II.3). В нем вместо гравитационной водоотдачи пород jx должна была бы учитываться упругая водоотдача [Л* (см. четвертую главу).
Различные направления в изучении баланса грунтовых вод обусловливаются областью (объектом) исследований и методами их проведения. Эти направления изучения подразделяются на: 1) общее воднобалансовое; 2) лиэи-метрическое; 3) гидродинамическое. Последнее включает в себя гидродинамический анализ режима грунтовых вод, выполняемый с помощью метода конечных разностей, метода аналитических решений дифференциальных уравнений неустановившегося движения грунтовых вод и других расчетных методов, а также с помощью моделирования гидрогеологических процессов на аналоговых и цифровых электронных вычислительных машинах.
К общему воднобалансовому направлению относится и метод генетического расчленения гидрографов рек, позволяющий находить усредненную по площади водосбора величину подземного стока. Рассмотрим основные особенности указанных направлений изучения баланса грунтовых вод.
Общее воднобалансовое направление заключается в постановке дифференцированных наблюдений за всеми или главнейшими элементами водного баланса на поверхности, в зоне аэрации и частично в грунтовом потоке. Главными методами принимаются экспериментальные, выполняемые с помощью различных приборов, опытных установок или эмпирических зависимостей.
Основным достоинством и наиболее ценным качеством этого направления является независимое определение каждого из элементов водного баланса [см. (II.4)], а также нахождение невязки баланса А. Последняя при таком изучении баланса вод входит в правую часть балансовых равенств [например,
(II.4)] со знаками ±. Если невязка менее 5—10% от суммы атмосферных осадков, то водный баланс считается вполне удовлетворительным.
Другим критерием оценки достоверности водного баланса является погрешность вычисленного из уравнения (И.4) изменения уровня грунтовых вод АН за время At и сравнение ее с фактически наблюденным средним изменением уровня за то же время. Допустимыми считаются расхождения указанных величин А Я, составляющие менее 15—20%.
Погрешность определения основных гидрометеорологических элементов водного баланса в среднем может быть равна: для стока ±5%, для твердых атмосферных осадков ±10%, для испарения с поверхности почвы, воды и снега ±10—20%.
По М. А. Великанову (1940), общий водный баланс участка суши представляется в виде
X -f К1-\- Qi~Z + @2 + (т— п'*)’ 0-1*5)
m п 2
гДе 2 У\ — приток воды по открытым водотокам числом Qx— приток под-
л*
земной воды; 2 У2 — УХ0Д воды по открытым водотокам числом п2\ (?2 — отток я*
воды подземным стоком; (т—п') — разность между накоплением т и убылью запасов влаги п..
Последние две величины относятся как к подземным (т. е. грунтовым водам и влаге зоны аэрации), так и к поверхностным водам. Все элементы являются усредненными для данной площади (в миллиметрах слоя воды) и отвечают определенному промежутку времени At.
Для замкнутого речного бассейна (также по М. А. Великанову) в наших обозначениях уравнение водного баланса принимает несколько иную форму:
X — Y^-\-Zш-\~ q, (И«6)
где Ур — речной сток; т — положительное или отрицательное значение всех изменений запасов влаги: на дневной поверхности, в зоне аэрации, в грунтовом потоке; q — положительное или отрицательное значение водообмена данного бассейна с соседним.
Для многолетнего периода -> 0 (где п — число лет наблюдений)1
при небольшом значении q по сравнению с другими элементами обычно полагают, что
X0 = Y0 + Z0, (II.7)
где Х0, Y0, Z0 — нормы соответственно атмосферных осадков, речного стока и суммарного испарения.
По Б. И. Куделину (1956 г.), пренебрегать величиной q в (II.6) при п -*¦ оо для конкретных речных бассейнов нет оснований. Этот исследователь пришел к выводу, что для речных бассейнов или их частей, расположенных в областях питания артезианских бассейнов, необходимо принять следующее балансовое уравнение:
