Водный и солевой баланс подземных вод

Водный 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 —А₀;
• питание грунтовых вод за счет фильтрации воды из каналов, водохранилищ и рек — Ф_к;
• питание грунтовых вод при инфильтрации оросительных вод — О;
• подземный приток —П₁
• 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 оттток за пределы участка П₂;
• расход грунтовых вод на питание нижележащих водоносных горизонтов — Г;
• водоотбор при откачке из скважин — Q_отк ;

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

где μ - коэффициент водоотдачи (при понижении уровня грунтовых вод, т.е. при -∆H) или недостатка насыщения (при повышении уровня грунтовых вод на балансовом участке за время t, м; S - площадь балансового участка.

Основные элементы водного баланса (П₁,П₂,А₀,О,М) опреде­ляются с использованием результатов режимных наблюдений. При расчетах необходимо иметь основные гидрогеологические па­раметры — коэффициенты водоотдачи, уровнепроводности, пье- зопроводности 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

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 ∆С — изменение содержания ионов солей или какой-либо соли в балансовом участке горизонта грунтовых вод за время t; С₀, С_ф 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.