Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow География arrow Гидрогеология и основы геологии

ВОДНЫЙ И СОЛЕВОЙ БАЛАНС ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Водный баланс подземных вод представляет собой разность между приходом (питанием) и расходом воды в водоносном горизонте за определенный отрезок времени. Такой баланс называется водным балансом подземных вод. Кроме водного баланса иногда составляется солевой баланс подземных вод. По аналогии с водным он представляет собой разность между суммой солей (или содержанием какой-либо соли), поступивших в водоносный горизонт, и суммой солей (или количеством какой-либо соли), удаленных из него за определенный отрезок времени.

Баланс подземных вод изучают на основе анализа их режима (аналитические методы), а также экспериментально, с постановкой специальных лизиметрических и водно-балансовых исследований на типичных по гидрогеологическим условиям балансовых участках. В последнем случае элементы водного баланса (инфиль- трационное питание, испарение, транспирация, приток и отток подземных вод и др.) определяют экспериментально при помощи различных приборов и специальных установок и используют в дальнейшем для различных водно-балансовых расчетов и прогнозов режима и баланса подземных вод изучаемых районов.

Баланс подземных вод может определяться для существующих условий или для проектных (прогнозный баланс). Основная задача расчета балансов подземных вод — количественная оценка характеристик гидрогеологических условий, а в случае неблагоприятной оценки — разработка мероприятий по изменению баланса с целью улучшения гидрогеологических условий территории. На основании изучения режима и определения баланса подземных вод при известных условиях дается прогноз их режима.

Для мелиорации сельскохозяйственных земель наибольшее значение имеет баланс грунтовых вод, для составления которого следует количественно определить каждую приходную и расходную статью. Для этого поток грунтовых вод рассматривается в определенных границах: боковые границы — реки, каналы, коллекторы или условно принятые вертикальные поверхности; нижней границей обычно служит кровля подстилающего водонепроницаемого пласта или условная плоскость на принятой глубине.

Верхняя граница балансового блока выбирается по-разному. В одних случаях баланс грунтовых вод определяется с учетом баланса поверхностных вод и вод в зоне аэрации. Верхней границей балансового участка в этом случае будет поверхность земли, включая поверхностные воды. В других случаях при определении баланса собственно грунтовых вод верхней границей балансового участка следует считать переменную величину — уровень грунтовых вод или верхнюю границу капиллярной каймы.

Основные приходные элементы баланса грунтовых вод следующие:

• питание грунтовых вод за счет инфильтрации атмосферных осадков через зону аэрации —

• питание грунтовых вод за счет фильтрации воды из каналов, водохранилищ и рек — Фк;

• питание грунтовых вод при инфильтрации оросительных вод — О;

• подземный приток —

• питание грунтовых вод за счет перетекания из нижележащих напорных горизонтов — М;

• питание грунтовых вод за счет конденсации паров воды в зоне аэрации — К.

Основными расходными элементами баланса грунтовых вод являются:

• испарение с поверхности грунтовых вод и капиллярной каймы — И;

• транспирация воды растительностью — Т;

• отток в дренирующие сооружения (реки, коллекторы, дрены) — Д;

• подземный отток за пределы участка — П2;

• расход грунтовых вод на питание нижележащих водоносных горизонтов — Г;

• водоотбор при откачке из скважин — QOTK.

Все величины измеряются в м3/сут.

В общем случае уравнение баланса грунтовых вод за время t имеет вид:

где р — коэффициент водоотдачи (при понижении уровня грунтовых вод, т.е. при -АН) или недостатка насыщения (при повышении уровня грунтовых вод, т.е. при +АН) горных пород в зоне колебаний уровня грунтовых вод; АН — среднее изменение уровня грунтовых вод на балансовом участке за время /, м; S — площадь балансового участка.

Для решения уравнения водного баланса грунтовых вод следует количественно определить каждый его элемент (например, nt или П2) или алгебраическую сумму нескольких элементов (например, П, - П2). При этом для оценки влияния инженерных сооружений и различных мероприятий на грунтовые воды элементы водного баланса определяют для существующих условий и прогнозов на будущее.

Можно выделить две группы методов изучения и определения баланса грунтовых вод. Первая группа использует общий водный баланс участка. Определение элементов этого баланса производится экспериментально или расчетом по эмпирической формуле. К этой группе относятся методы, разработанные М.А. Великановым, А.Н. Костиковым, М.М. Крыловым, А.Ф. Слядневым, И.А. Шаровым, М.А. Шмидтом и др.

При изучении и одновременном решении общего водного баланса элементы баланса поверхностных вод количественно значительно превышают элементы баланса грунтовых вод. Поэтому целесообразно, как это предложил С.Ф. Аверьянов, составлять и решать отдельные балансы поверхностных вод, вод зоны аэрации и грунтовых вод.

Вторая группа методов собственно грунтовых вод разрабатывалась Г.Н. Каменским, Н.Н. Веригиным, П.А. Киселевым, А.В. Лебедевым и др. Эти методы основаны на гидродинамическом анализе режима грунтовых вод и решении дифференциальных уравнений неустановившегося движения или на решении уравнений неустановившегося движения в конечных разностях (П.Я. Полуба- ринова-Кочина, Г.Н. Каменский и др.).

Основные элементы водного баланса (П1? П2, О, М) определяются с использованием результатов режимных наблюдений. При расчетах необходимо иметь основные гидрогеологические параметры — коэффициенты водоотдачи, уровнепроводности, пьезопроводности и фильтрации. При решении баланса грунтовых вод его элементы могут определяться и экспериментальным методом. Это целесообразно делать при близком (3—5 м) залегании уровня грунтовых вод. При использовании экспериментального метода все элементы баланса грунтовых вод определяются на специальных участках, один независимо от другого, с помощью различных приборов и установок. Наиболее распространенными установками являются лизиметры — металлические или бетонные сосуды разной высоты с округлым, квадратным или прямоугольным сечением.

Солевой баланс подземных вод. Методы его решения разработаны слабее. В общем случае, взяв за основу водный баланс грунтовых вод, величину каждого элемента баланса в объемных единицах следует умножить на концентрацию солей (или какой-нибудь соли) и полученные данные алгебраически сложить:

где АС — изменение содержания ионов солей или какой-либо соли в балансовом участке горизонта грунтовых вод за время /; С0, Сф и т.п. — концентрации солей или какой-либо соли, г/л или г/см3.

Солевой баланс показывает направленность гидрогеологических процессов, ведущих к засолению или расселению.

 
Посмотреть оригинал
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
 
Популярные страницы