yпит. гр. в= yгр. в+zгр. в±yгл±Duгр. в,, где:

yпит. гр. в - вода поступающая из зоны аэрации на питание грунтовых вод,

yгр. в - сток грунтовых вод,

zгр. в - испарение воды с поверхности грунтовых вод,

±yгл - питание грунтовых вод из глубинных напорных горизонтов или разгрузка в глубинные горизонты,

Duгр. в - изменение запасов воды в водоносном горизонте грунтовых вод, выражающееся в изменении их уровня.

Из уравнения видно, что уровень грунтовых вод прежде всего реагирует на изменение их питания из зоны аэрации (yпит. гр. в) и изменение притока - оттока грунтовых вод (yгр. в). Среди факторов, не учтённых в уравнении, необходимо упомянуть искусственное дренирование (откачку).

Поскольку определяющие природные факторы испытывают многолетние, сезонные и суточные колебания, соответствующие колебания испытывает и уровень грунтовых вод. Многолетние колебания уровня грунтовых вод обусловлены колебаниями атмосферных осадков и испарения. Сезонные колебания имеют чёткий зональный характер. На территории СНГ выделяют три провинции по режиму грунтовых вод:

Провинция кратковременного летнего питания. В основном зона вечной мерзлоты. Грунтовые воды в жидком состоянии лишь в летне-осеннее время. Максимальный уровень связан с талым и дождевым питанием и обычно приходится на июнь-июль, реже на август-сентябрь (при обильных дождях).

Провинция сезонного, преимущественно весеннего и осеннего питания. Охватывает большую часть территории СНГ. Характеризуются зимним промерзанием зоны аэрации и максимальным уровнем грунтовых вод весной (питание талыми водами) и летом - осенью (питание дождевыми водами). Минимальный уровень наблюдается в предвесеннее время. Чем толще зона аэрации и чем менее водопроницаемы слагающие её грунты, тем в более поздние сроки наблюдается максимум грунтовых вод.

Провинция круглогодичного, преимущественно зимневесенего питания. Южные и западные районы СНГ, где зона аэрации обычно не промерзает. Mаксимальные уровни грунтовых вод наблюдаются в феврале - апреле, минимальные - в летне-осеннее время.

Суточные колебания уровня неглубоких грунтовых вод - реакция на испарение и транспирацию. Днём уровень несколько снижается, а ночью - повышается.

Вопрос 4. Температурный и гидрохимический режимы грунтовых вод

Температурный режим грунтовых вод.

Формируется под влиянием колебаний температуры воздуха и инфильтрующихся вод. С глубиной многолетние сезонные и суточные колебания температуры грунтовых вод быстро затухают. Положение зоны с постоянной температурой грунтовых вод наиболее высоко у экватора (всего несколько метров), поскольку малы сезонные колебания температуры воздуха. Особенно глубоко зона с постоянной температурой грунтовых вод (до 41 м) располагается в условиях резко континентального климата. Температура воды в верхней части упомянутой зоны в пределах СНГ в меридиональном направлении изменяется от 0 до 20 0С и примерно соответствует средней многолетней температуре воздуха, превышая её на 1-3 0С. На больших глубинах температура возрастает в соответствии с характерным для данной местности геотермическим градиентом. Суточные колебания температуры в провинции кратковременного питания достигают 8-10 0С, в провинции сезонного питания - от 2-5 до 10-12 0С, реже 16-20 0С. В провинции круглогодичного питания суточные колебания составляют от 10 до 20-25 0С, а в наиболее тёплых р-нах - от 15-16 до 30 0С.

Гидрохимический режим грунтовых вод.

В провинции кратковременного питания достигают минимальная минерализация составляет 5-30 мг/л и наблюдается в весеннее и летнее время (результат разбавление талыми водами), максимальная (до 1 г/л) - в предвесеннее время (если нет промерзания). Наиболее характерны ионы HCO3 - и Ca2+.

В провинции сезонного питания и провинции круглогодичного питания существует два типа гидрохимического режима подземных вод.

1. Минимальная минерализация совпадает с максимальным уровнем - весной. Максимальная минерализация в провинции сезонного питания наблюдается в предвесеннее и летнее время, в провинции круглогодичного питания - в летне-осеннее время, совпадая с минимальным уровнем грунтовых вод. Колебания минерализации от 10-400 мг/л в Прибалтике до 20-1000 мг/л в Средней полосе России и 0,2-11 г/л в Прикаспии. С севера на юг растёт содержание ионов SO42 - и Na+.

2. Характеризуется преобладанием испарения над питанием грунтовых вод, их выпариванием и снижением уровня. В результате происходит накопление солей в зоне аэрации и увеличение минерализации грунтовых вод. В периоды зимнего и весеннего питания инфильтрующиеся воды растворяют эти соли и ещё более повышают минерализацию.Т. е. максимальный уровень и максимальная минерализация совпадают. Преобладают ионы Cl-, SO42-, Na+, Mg2+.

На больших глубинах залегания уровня (более 10 м) отмечается особый тип гидрохимического режима грунтовых вод, характеризующийся ничтожными колебаниями минерализации. С глубиной сезонные изменения минерализации и солевого состава затухают во всех трёх провинциях. Специфические колебания уровня, температуры и химического состава испытывают грунтовые воды, гидравлически связанные с водами рек, озёр водохранилищ и т.д.

Вопрос 5. Охарактеризовать четыре типа взаимодействия речных и грунтовых вод.

Обмен подземных вод и вод океанов и морей изучен крайне слабо. Ежегодно в Мировой океан поступает 2,2 тыс. км3 не дренируемых реками подземных вод. Рассмотрим взаимодействие подземных вод и реки, хотя всё изложенное справедливо и для других водных объектов суши (например, озёр). Выделяют 4 типа взаимодействия речных и грунтовых вод.

Постоянная односторонняя гидравлическая связь. При очень низком положении водоупора река в течение всего года через дно и берега питает подрусловые и прибрежные грунтовые воды.

Постоянная двусторонняя гидравлическая связь. Характерно более высокое положение водоупора. Река питает грунтовые воды в половодье и дренирует в межень часть аккумулированной в грунте воды. Это явление называется береговым регулированием речного стока.

Временная гидравлическая связь. Наблюдается при ещё более высоком положении водоупора. Река также питает грунтовые воды в половодье и в межень сама питается грунтовыми водами. Однако в межень происходит разрыв кривой депрессии грунтовых вод и понизившегося уровня реки (последний оказывается ниже уровня водоупора). На склонах русла возникают мочажины, родники и ключи.