Типы режимов подземных вод

Наиболее крупной единицей классификационной схемы, отражающей наиболее общие и характерные черты режима грунтовых вод, является тип режима грунтовых вод. Он определяется условиями, характером и сроками возможного питания грунтовых вод, определяемыми климатическими условиями и в первую очередь, режимом t^о воздуха. На территории России выделено 3 зональных типа режима грунтовых вод:

a. тип кратковременного питания (мерзлотный),

b. тип сезонного (преимущественно весеннего и осеннего) питания,

c. тип круглогодичного (преимущественно зимнего) питания.

Каждый тип характерен для крупных гидрогеологических провинций, где режим уровня грунтовых вод, t^о и химический состав имеют отличительные черты.

1) Тип кратковременного питания (преимущественно летнего) - характеризуется изменением в течение года физического состояния грунтовых вод от твердого до жидкого и кратковременным существованием потоков грунтовых вод. Он распространен в восточной Сибири, на севере европейской части России и западной Сибири. Южная граница его распространения совпадает с южной границей развития многолетнемерзлых пород. В течение большей части года грунтовые воды полностью промерзают, за исключением зон таликов под реками.

2) Тип сезонногопитания распространен в пределах провинции с сезонным промерзанием. При промерзании в зоне аэрации питание грунтовых вод отсутствует. Атмосферные осадки зимнего периода инфильтруются весной – в основной период питания грунтовых вод. Это отражается на колебаниях их уровня. Второй период питания совпадает с осенними дождями. Его влияние уменьшается по направлению с севера на юг. Северная граница территории распространения этого типа совпадает с южной границей развития многолетнемерзлых пород, а южная граница- с северной границей зоны отсутствия сезонного промерзания почв. Этот тип наиболее распространен.

3) Тип круглогодичного – преимущественно зимнего питания грунтовых вод распространен южнее зоны с сезонным промерзанием пород. Питание грунтовых вод здесь происходит в течение всего года. Максимум его в зимний период, когда выпадает наибольшее количество осадков, уменьшается испарение, вследствие максимальной влажности воздуха (Крым, Закавказье, южные районы Туркмении, Узбекистан и Таджикистан).

Территории с переходными типами режима грунтовых вод имеют значительную площадь. Наряду с 3 типами естественного режима подземных вод следует выделить искусственный тип режима подземных вод, обусловленный деятельностью человека.

Типы режима подземных вод подразделяются на подтипы, в зависимости от питания. В пределах территории с 3 типами естественного режима выделяются 4 подтипа: обильного, умеренного и скудного питания, а также гидрологический подтип. Первые три подтипа выделяются по степени увлажнения территории, т. е. по соотношению величин атмосферных осадков и испарения. Подтипы характеризуют режим грунтовых вод в пределах гидрогеологических зон, выделенных О.К. Лонге. Они отличаются режимом уровня грунтовых вод, t^о и химическим составом.

1) Подтип режима обильного питания распространен в зоне избыточного увлажнения, где коэффициент водного баланса больше 1 (по А.Н.Костякову)

Р – среднее количество осадков,

Е – испарение в мм,

К – коэффициент поверхностного стока.

Для этого подтипа характерно неглубокое залегание подземных вод и очень тесная связь режима грунтовых вод с климатом. В расходной части баланса отток грунтовых вод к дренам значительно превышает испарение.

2) Подтип режима умеренного питания распространен в пределах территории с неустойчивым увлажнением, где коэффициент водного баланса находится в пределах от 0,5 до 1,3 , она совпадает с зонами вод неглубоких и глубоких оврагов (по Ланге) или с овражно-болотной зоной (по Ильину). Вследствие глубокого залегания грунтовых вод, их связь с климатическими факторами менее отчетлива, чем в предыдущем подтипе. В расходной части баланса отток грунтовых вод и испарение грунтовых вод часто бывают равными по величине. В некоторых случаях отток превышает испарение и наоборот.

3) Подтип режима среднего питания распространен в пределах зоны недостаточного увлажнения, где коэффициент водного баланса < 1. Это зоны полупустынь и пустынь, а также провинции высокой сухости (по Ланге). В расходной части баланса грунт. вод преобладает испарение.

На территориях с круглогодичным питанием подтип режима обильного питания выделяется в местах, где осадки значительно превышают испарение (г. Батуми), а подтип скудного питания в незамерзающих пустынях, где испарение значительно превышает сумму осадков.

Гидрологический подтип выделяется в виде самостоятельного подтипа в пределах каждой гидрогеологической провинции. Он характерен для прибрежных территорий рек, озер, водохранилищ, морей, где наряду с климатическими условиями существенна роль поверхностных водоемов в формировании режима водоносного горизонта.

Каждый подтип (кроме гидрологического) по геолого-структурным признакам и степени расчлененности рельефа подразделяется на классы режима:

1) слабодренированных, 2) дренированных, 3) сильнодренированных областей.

Расчлененность рельефа определяет соотношение элементов баланса грунтовых вод. Равнины относятся к 1) классу режима грунтовых вод, т.к. на их территории расчлененность рельефа незначительна, эрозионная сеть неглубокая, дренированность грунтовых вод слабая. Скорость движения и отток грунтовых вод в сторону дрен невелика.

При слабом поверхностном стоке на равнинах наблюдается повышенная инфильтрация атмосферных осадков, однако вследствие малой глубины залегания грунтовых вод, роль испарения в расходной части баланса грунтовых вод значительна. Это обстоятельство вызывает увеличение минерализации грунтовых вод на равнинах по сравнению с соседними возвышенностями. Метеорологические факторы активно влияют на режим подземных вод (степной Крым, Прикаспийская низменность, Мещерская низменность).

Возвышенности характеризуются вторым классом режима. Густота эрозионной сети на их территории больше, чем на равнинах, глубина эрозионного вреза также более значительна. Дренированность подземных вод, скорость их фильтрации на территориях со вторым классом режима подземных вод возрастает. При одинаковой глубине залегания грунтовых вод второй класс режима отличается от первого более значительной амплитудой колебания уровня, но глубина залегания грунтовых вод на территории со 2 классом режима возрастает, поверхностный сток увеличивается, а инфильтрация атмосферных осадков уменьшается. Хорошая дренированность водоносных горизонтов способствует увеличению скорости движения подземных вод, которая способствует уменьшению минерализации грунтовых вод. Питьевое качество подземных вод на таких территориях улучшается (Высокое Заволжье, Тиманский кряж).

Области распространения 3 класса режима грунтовых вод приурочены к горным районам. Расчлененность рельефа здесь настолько велика, что инфильтрация атмосферных осадков из-за интенсивного поверхностного стока очень мала. Однако в таких районах в местах повышенной трещиноватости пород наблюдается инфлюация. Скорости движения подземных вод здесь высокие, дренированность водоносных горизонтов значительная. Уровни грунтовых вод испытывают частые, но кратковременные подъемы и резкие спады.

В горных районах режим подземных вод зависит также от мощности гидродинамической зоны, к которой они приурочены (Урал, Копет-Даг и др.)

Подклассы режима или гидрогеологические районы выделяются на основании особенностей геологического строения и гидрогеологических условий района, которые определяют условия питания, разгрузки, динамики и химического состава подземных вод. Основным критерием для выделения подкласса режима на территории с одинаковым расчленением рельефа является петрографический состав водовмещающих пород, а также пород зоны аэрации.

В трещиноватых кристаллических породах режим грунтовых вод отличается значительной амплитудой колебания уровня. Это характерно и для закарстованных пород, но скорость изменения уровня здесь более значительна. В водоносных песках при большой высоте подъема уровня наблюдаются его плавные нерезкие изменения. В суглинках колебания уровня зарегулированы.

На территории с подклассами режима всех типов, подтипов и классов выделяются следующие виды режимов: междуречный, склоновый, террасовый, приречный.

1. Междуречный вид режима характерен для междуречных и приводораздельных пространств, где колебания уровня тесно связаны с атмосферными осадками. Дренированность слабая. Уклоны грунтовых потоков здесь незначительны. В зависимости от мощности зоны аэрации на междуречьях можно выделить 3 разновидности режима:

1) Первая разновидность характерна для территорий с мощностью зоны аэрации <0,5м. Она отличается активной связью с поверхностью земли и преобладанием испарения над оттоком в теплых районах.

2) Вторая разновидность характерна для территорий с мощностью зоны аэрации от 0,5 до 4м. Она отличается четкой, но менее активной связью с земной поверхностью. Отток преобладает над испарением.

3) Третья разновидность междуречного вида режима отличается слабой связью грунтовых вод с поверхностными. Испарение в балансе грунтовых вод имеет малое значение.

2. Склоновый вид режима характеризуется повышенной скоростью движения грунтовых вод по сравнению с междуречным видом в связи с увеличением уклона поверхности грунтового потока. Он распространен на склонах речных долин, дренирующих грунтовые воды на высоких террасах с большой площадью водосбора, на присклоновых участках междуречных пространств. Чем выше и круче склон речной долины, чем интенсивнее его дренирующее влияние, тем больше размеры участков с присклоновым видом режима. Крутизна и высота склона значительно влияет на глубину залегания грунтовых вод, а также определяет количество горизонтов, дренируемых склоном долины.

Выделяют две разновидности склонового режима: Первая характерна для высоких и крутых склонов; вторая – для низких и пологих склонов. Для 1^ой разновидности режима типичны: значительная глубина залегания уровня и малая амплитуда его колебания. Это обусловлено средне постоянным обеспеченным в течение года подтоком воды со стороны водораздела. Амплитуда колебаний уровня в нижней части склона меньше, чем в верхних. Баланс грунтовых вод на склонах с 1^ой разновидностью складывается из подтока грунтовых вод с междуречного пространства, подтока их межпластовых горизонтов и оттока вод в сторону террас, поймы или реки.

На участках со второй разновидностью режима выделяют площади террасированных и пологих склонов. На террасированных склонах амплитуда колебания выше, чем на пологих склонах, так как на них происходит инфильтрация атмосферных осадков. Баланс 2^ой разновидности режима состоит из подтока грунтовых вод с междуречных пространств, инфильтрации осадков и оттока в сторону террас или рек.

В питании грунтовых вод на склонах атмосферные осадки почти не участвуют. Подпитывание грунтовых вод напорными здесь также или ограничено, или отсутствует, так как уровень грунтовых вод и пьезометрическая поверхность обычно совпадают.

Кривая колебания уровня грунтовых вод на склонах имеет весенний подъем, иногда – летний и осенний подъемы. Пики подъемов уровня грунтовых вод наступают позже, чем на прилегающем междуречье.

3. Террасовый вид режима характерен для речных долин. Он отличается наименьшими в гидрогеологическом районе колебаниями уровня подземных вод. Это определятся постоянным подтоком грунтовых и межпластовых вод со склонов. Приходная часть баланса состоит из притока грунтовых вод со склона, подтока межпластовых вод, инфильтрации атмосферных осадков и разгрузки напорных вод. Расходная часть – из оттока грунтовых вод в сторону поймы, испарения и транспирации.

В зависимости от мощности зоны аэрации выделяют участки с тремя разновидностями режима:

1) Участки с мощностью зоны аэрации < 0,5м, где испарение преобладает над оттоком.

2) Участки с мощностью зоны аэрации 0,5 – 4,0м, где отток подземных вод преобладает над испарением.

3) Участки с мощностью зоны аэрации > 4,0м, где испарение незначительно.

4. Приречный вид режима характерен для территорий, где грунтовые воды имеют гидравлическую связь с рекой, где колебания уровня воды в реке определяют положение уровня грунтовых вод. Дренирование водоносного горизонта изменяется в течение года. Оно бывает максимальным в периоды меженей. Во время половодья дренирование водоносного горизонта прекращается, речные воды в этот момент питают грунтовые воды. На участках с приречным видом режима выделятся 2 разновидности: пойменную и подпорную.

Пойменная разновидность характеризуется питанием грунтовых вод речными водами в паводок за счет инфильтрации в зону аэрации. После спада паводка происходит сток в реку, продолжительность которого зависит от фильтрационных свойств отложений, уклона грунтового потока, длительности паводка, строения поймы. Наличие пойменных озер, наполняющихся весной, создает постоянный источник питания грунтовых вод в течение всего года. В балансе грунтовых вод поймы играют значительную роль инфильтрация вод реки, инфильтрация атмосферных осадков, подток грунтовых вод со стороны водоразделов, террас, разгрузка напорных вод, испарение и транспирация (летом), вследствие небольшой глубины залегания грунтовых вод, отток грунтовых вод в реку (в межень).

Подпорная разновидность характеризуется подпором грунтовых вод во время паводка и последующим стоком в реку.

Границы участков с различными видами и разновидностями изменяются в пространстве и времени. В засушливые годы мощность зоны аэрации возрастает. Это вызывает смещение участков с различными разновидностями режимов. Пойменная разновидность режима распространяется на большую площадь в периоды высокого половодья по сравнению с годами, характеризующиеся низкими паводками. Таким образом, площадь участков с различными видами режимов подземных вод в течение года могут возрастать и сокращаться.

При выявлении региональных закономерностей режимов подземных вод можно провести районирование территории с любой степенью детальности в зависимости от масштаба районирования. Чем крупнее масштаб районирования режимов подземных вод, тем большее число факторов, влияющих на формирование подземных вод, принимается во внимание.

Подразделение основных режимообразующих факторов