загрузка...

Разгрузка грунтовых вод


Разгрузка грунтовых вод осуществляется посредством родников, фильтрацией в русла рек или дно водоемов при наличии гидравлической связи с поверхностными водами, путем испарения, перетеканием в нижележащие водоносные горизонты, искусственным путем.
Родниками (источниками) называются естественные выходы подземных вод (в том числе грунтовых) на поверхность Земли. Образование источника определяется главным образом двумя причинами: эрозионной расчлененностью рельефа, обусловливающей вскрытие водоносного горизонта эрозионными врезами (понижениями в рельефе), и фильтрационной неоднородностью водовмещающих пород, обусловливающей неравномерную обводненность разреза, наличие высокопроницаемых участков, зон интенсивной трещиноватости и закарсто- ванности, наличие слабопроницаемых экранов и др.

Собственно родниками (крыница, булак) называются, как правило, концентрированные одиночные выходы подземных вод, однако такая разгрузка происходит также в виде высачи- ваний (малодебитные рассредоточенные выходы), линейных или пластовых выходов, с определенной протяженностью, групповых выходов (несколько близко расположенных источников) и др.
В гидрогеологической литературе рассматривается ряд классификаций источников (по типам подземных вод, типу водовмещающих пород, характеру выхода на поверхность, дебитам источников, температуре и др.), разработанных М.Е. Аль- товским, O.K. Ланге, Н.А. Мариновым, A.M. Овчинниковым, Ф.П. Саваренским, Н.И. Толстихиным и др.
Источники подразделяются следующим образом. По гидродинамическим признакам: восходящие, нисходящие. По характеру и условиям выхода собственно грунтовых вод на поверхность: контактовые, эрозионные, экранированные, субфлювиальные и субаквальные (рис. 15).
Контактовые выходы грунтовых вод (родники) образуются в том случае, когда эрозионные врезы вскрывают контакт водоносных пород (грунтового горизонта) с подстилающими слабопроницаемыми породами (рис. 15, а). Разгрузка грунтовых вод контактового типа нередко проявляется в виде рассре-

Рис. 15. Основные схемы формирования естественных выходов (источников)
грунтовых вод:


а - контактовый; б - депрессионный; в - экранированный; г - субфлювиальный;
1 - проницаемые (водоносные) породы; 2 - слабопроницаемые породы; 3 - рыхлые
склоновые образования; 4 - уровень грунтовых вод; 5 - родник; 6 - направление
движения грунтовых вод; 7 - разгрузка грунтовых вод испарением
доточенного высачивания, пластовых или групповых выходов маркирующих границу распространения водоносных пород (контакт со слабопроницаемыми породами) на определенном протяжении. При вскрытии эрозионным врезом переслаивания водоносных и слабопроницаемых горных пород контактовая разгрузка может проявляться в виде ярусно расположенных выходов подземных вод, приуроченных к подошве (контактам) нескольких водоносных горизонтов. По характеру выхода контактовые источники всегда нисходящие. Как правило, они дают весьма достоверную информацию о границах распространения водоносного горизонта, его водообильности, минерализации и температуре подземных вод и др.
Эрозионные (депрессионные) источники образуются, когда эрозионные врезы вскрывают уровень грунтовых вод, не прорезая весь водоносный горизонт до подстилающего водоупора (рис. 15, б). Формирование подобных выходов характерно для понижений в тыловых швах речных и озерных террас, заболоченных низменностей, а также для мелких эрозионных врезов (овраги, промоины, балки и др.) на участках с относительно неглубоким залеганием уровня грунтовых вод. Во многих случаях источники этого типа имеют сезонный характер, так как в периоды с низким положением уровня грунтовых вод мелкие эрозионные врезы не достигают поверхности водоносного горизонта. В общем случае депрессионные выходы грунтовых вод дренируют только верхнюю часть водоносного горизонта, а основная разгрузка осуществляется ниже по потоку в более глубоких эрозионных врезах.
Экранированные выходы (источники) грунтовых вод формируются в условиях, когда поток грунтовых вод (по направлению движения) достигает границы распространения слабопроницаемых пород (экрана). Подобные условия разгрузки характерны для оползневых склонов, а также для участков фациального или тектонического экранирования водоносных пород (рис. 15, в). Наличие слабопроницаемого экрана приводит к местному подъему уровня грунтовых вод и к формированию на более высоких отметках в определенной мере «восходящей» (подпертой) разгрузки грунтовых вод.
Субфлювиальными А.М. Овчинников назвал выходы грунтовых вод, перекрытые рыхлыми склоновыми отложениями, которые образуются главным образом при контактовых формах разгрузки (рис. 15, г). Наличие рыхлых склоновых образований приводит к тому, что грунтовые воды, разгружающиеся на контакте водоносных и слабопроницаемых пород, не образуют отдельного выхода (родника), а фильтруются в рыхлые отложения, разгружаясь в виде источников (высачиваний) на более низких отметках или путем испарения и транспирации.
Субаквальными родниками называются сосредоточенные выходы подземных вод (групповые выходы, пластовая разгрузка и др.), формирующиеся в руслах рек или на дне водоемов ниже уровня поверхностных вод. По дебиту (в м3/сут): больше 10; 1-10; 0,1-1; 0,01- 0,1; 0,001-0,01; 0,0001-0,001; 0,00001- 0,0001; меньше 0,00001.
Дебиты источников, или расходы воды (л/с, м3/с и т.д.), изменяются в широких пределах в зависимости от состава и проницаемости водовмещающих пород, а также условий вскрытия водоносного горизонта и характера выхода. По классификации Н.А. Маринова и Н.И. Толстихина, источники по величине дебита подразделяются на малодебитные (менее 1 л/с), среднедебитные (1-10 л/с) и высокодебитные (более 10 л/с).
Наиболее крупные источники и групповые выходы с дебитом до 1,0-10 м3/с и более связаны, как правило, с интенсивно закарстованными породами (воклюзами; от названия источника Воклюз на юге Франции), зонами интенсивной тектонической трещиноватости скальных пород, молодыми эффузивными породами и крупнообломочными осадочными отложениями. По постоянству существования: постоянные, периодические, перемежающиеся, сезонные, временные, интермиттиру- ющиеся (интермиттенция - ритмические колебания дебита горячих, а иногда холодных, обычно газирующих минеральных источников), ритмические, голодные и др. По химизму воды: пресные, минеральные. По температуре: кипящие, гипертермальные, термальные, субтермальные, или теплые, холодные, очень холодные, ледяные, отрицательнотемпературные.
Разгрузка грунтовых вод фильтрацией при наличии гидравлической связи с поверхностными водами осуществляется непосредственно в русла рек и водоемы ниже уровня поверхности вод (см. рис. 15). В зависимости от строения гидрогеологического разреза, а также распределения фильтрационных свойств водовмещающих пород и «руслового» слоя разгрузка этого типа осуществляется либо в виде рассредоточенной (относительно равномерной) фильтрации через донные отложения, либо путем концентрированных субаквальных выходов (родников).
В большинстве случаев при наличии гидравлической связи грунтовых и поверхностных вод формируется двусторонний приток к дрене с формированием под руслом реки границы между двумя разнонаправленными потоками грунтовых вод (условия полного дренирования потока грунтовых вод). Однако в специфических условиях (карст, трещиноватые породы и др.) возможно существование участков с односторонней разгрузкой, когда часть потока «проскакивает» под руслом в направлении более глубокой дрены (неполное дренирование). В этом случае на противоположном от участка разгрузки берегу уровень грунтовых вод может залегать ниже уровня поверхностных вод, что обеспечивает также возможность питания грунтовых вод за счет поглощения поверхностных.
Испарение является одним из основных видов разгрузки на участках с неглубоким залеганием уровня грунтовых вод. Собственно разгрузка грунтовых вод в этом случае может осуществляться тремя путями: испарением с поверхности почвы, когда капиллярная кайма, формирующаяся над уровнем грунтовых вод, достигает почвенного слоя (испарение с капиллярной каймы); испарением в породы зоны аэрации при глубоком залегании уровня грунтовых вод (внутригрунтовое испарение); поглощение воды корневой системой растений в случае, если она достигает уровня грунтовых вод или поверхности капиллярной каймы (транспирация).
Исходя из этого очевидно, что суммарная величина разгрузки грунтовых вод испарением определяется не только величинами радиационного баланса (температура воздуха и почвенного слоя, характер ее внутригодового, сезонного, суточного изменения и др.), но и глубиной залегания уровня грунтовых вод, строением и составом пород зоны аэрации, определяющими высоту капиллярного поднятия, наличием и видом растительности.
Разгрузка грунтовых вод за счет перетекания в нижележащие горизонты возможна на участках, где уровень грунтового водоносного горизонта залегает гипсометрически выше пьезометрической поверхности более глубоких подземных вод. Подобное соотношение уровней характерно главным образом для относительно повышенных участков территории, удаленных от областей интенсивной разгрузки грунтовых вод (центральные части междуречных пространств, высокие надпойменные террасы, предгорные равнины и др.). Указанное соотношение уровней определяет существование вертикального (межпластового) напорного градиента, обусловливающего возможность формирования субвертикальной нисходящей фильтрации грунтовых вод в нижележащие водоносные горизонты.
Искусственная разгрузка грунтовых вод формируется на участках, где уровень водоносного горизонта вскрывается горными выработками или любыми техногенными понижениями, создаваемыми на поверхности Земли (шахты, карьеры, котлованы, дорожные выемки и др.). Специфическими участками разгрузки являются дренажные сооружения (канавы, каналы и др.), оборудованные специально для снижения уровня грунтовых вод, и водозаборные сооружения (колодцы, скважины, галереи), с помощью которых осуществляется эксплуатация (водоотбор) грунтовых вод.
Распределение напоров в грунтовом водоносном горизонте, определяющее закономерности и направления движения грунтовых вод, формируется в связи с распределением величин их питания и разгрузки. Поскольку питание грунтовых вод принципиально возможно в пределах всей площади распространения грунтового водоносного горизонта, а основная разгрузка (дренирование) осуществляется преимущественно в понижениях рельефа, общей закономерностью является движение грунтовых вод в направлении от относительно приподнятых участков территории к пониженным элементам рельефа. В этих же направлениях происходит постепенное снижение напоров грунтовых вод.
При определении величины напора грунтовых вод (в каждой конкретной точке) в качестве единой плоскости сравнения, как правило, принимается уровень Мирового океана, в связи с чем величина напора соответствует абсолютной отметке уровня грунтовых вод (в данной точке), за исключением участков, где давление на верхней границе горизонта не равно атмосферному.
При наличии на площади распространения водоносного горизонта системы точек с известной абсолютной отметкой поверхности грунтовых вод эти точки (или промежуточные, полученные путем интерполяции) могут быть соединены плавными кривыми линиями, называемыми гидроизогипсами.
Гидроизогипсы - линии, соединяющие точки с одинаковой абсолютной отметкой поверхности (уровня) грунтовых вод, являются линиями равного напора. Система этих линий, построенная для любого участка территории, характеризует положение (абсолютные отметки) реально существующей поверхности грунтового водоносного горизонта, а также распределение напоров грунтовых вод в пределах рассматриваемого участка. В соответствии с общей закономерностью распределения напоров грунтовых вод эта поверхность, как правило, в сглаженной форме повторяет поверхность Земли, снижаясь от возвышенных (междуречных) участков территории к дренирующим понижениям в рельефе. В пределах каждого междуречного пространства, ограниченного дренами, формируются два разнонаправленных потока грунтовых вод, разделенных подземным водоразделом.
Таким образом, можно считать, что в нормальных условиях в грунтовом водоносном горизонте формируется система местных потоков грунтовых вод, гидродинамические границы которых определяются современным рельефом территории (водоразделы) и конфигурацией гидрографической сети (дрены).
Существует представление о потоках подземных вод, выделяемых на основе литолого-генетического типа водовмещающих пород, геоморфологических элементов или геологических структур (потоки подземных вод во флювиогляциальных или аллювиальных отложениях, в речных долинах, предгорных склонах, локальных структурах и др.). Применительно к грунтовому водоносному горизонту выделение потоков по этим принципам всегда условно. Во-первых, границы литогенетических комплексов, геоморфологических элементов и т.п. в большинстве случаев не являются гидродинамическими границами, поскольку через них осуществляется движение грунтовых вод. Во-вторых, в пределах таких элементов (поток грунтовых вод флювиогляциальной равнины, предгорного склона и др.) в большинстве случаев также существует система местных гидродинамических обособленных потоков грунтовых вод, границы которых определяются современным рельефом и конфигурацией гидрографической сети.
Вопросы для самоконтроля Каковы основные источники питания грунтовых вод? Что представляют собой основные схемы взаимодействия грунтовых и поверхностных вод? При каких условиях осуществляется разгрузка подземных вод? Какие бывают источники по характеру и условиям выхода на поверхность? 
<< | >>
Источник: Ю.А. Гледко. Гидрогеология. 2012

Еще по теме Разгрузка грунтовых вод:

  1. § 3. ГРУНТОВЫЕ II АРТЕЗИАНСКИЕ ВОДЫ
  2. Боковая разгрузка
  3. § 5. ИСТОЧНИКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОД (ст. 250 УК РФ).
  5. § 4. ПРОИСХОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  6. 87. ОХРАНА ВОД И ЗЕМЕЛЬ ВОДНОГО ФОНДА. ВОДООХРАННЫЕ ЗОНЫ
  7. Посреди вод
  8. § 8. ОСАДКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  9. ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
  10. Древляне и брачные культы вод
  11. Промышленная классификация вод и систем водоснабжения
  12. ГЛАВА ДВАДЦАТЬ ЧЕТВЕРТАЯ ЗА ГРАНЬЮ СИНИХ ВОД
  13. § 3. Экологические преступления в сфере уголовно-правовой охраны вод
  14. 85. УПРАВЛЕНИЕ ВОДНЫМ ФОНДОМ. КОНТРОЛЬ ЗА ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ И ОХРАНОЙ ВОД И ЗЕМЕЛЬ ВОДНОГО ФОНДА
  15. 1. От битвы у Синих Вод к союзу с Москвой и разгрому полчищ Мамая на Куликовом поле
  16. 84. ПОНЯТИЕ И СОСТАВ ВОДНОГО ФОНДА. ПРАВОВОЙ РЕЖИМ ВОД И ЗЕМЕЛЬ ВОДНОГО ФОНДА
  17. И. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ЗЕМЛЯНОМУ ПОЛОТНУ ДОРОГИ
  18. Глава 15. ЗАЩИТА ГИДРОСФЕРЫ