Характеристика подземного СОСТАВЛЯЮЩЕГО стока реки сюнь

Глава 2. Взаимосвязь  поверхностного и подземного стока  реки  Сюнь

Окружающая среда - это  довольно вместительное понятие, имеющее к тому же различное толкование. Тем не менее, ясно, что основой формирования ландшафта определенной природной зоны (включая реки, озера, почвы, растительный и животный мир), являются особенности водного баланса поверхности суши. В конечном итоге рассмотрение этого баланса сводится к проблеме взаимосвязи подземных и поверхностных вод.

Рассмотрим часть круговорота  воды в природе. И начнем этот обзор  с процесса поступления воды в  подземные воды, который мы называем инфильтрацией.

За многолетний период инфильтрационное питание подземных вод, как правило, характеризуется его среднемноголетней величиной, которую по аналогии с осадками будем называть нормой питания. В последнее время именно эта величина и считается естественными ресурсами подземных вод.

Для больших территорий это практически основная и часто единственная приходная статья баланса.

Суммарное питание подземных  вод должно быть равно их суммарной  разгрузке, так как приходная  и расходная статьи баланса за многолетний период в естественных условиях сбалансированы. Поэтому суммарное питание подземных вод может быть определено также по сумме расходных элементов их баланса (физическое испарение и транспирация, родниковый сток, разгрузка в поверхностные водотоки и водоемы, отток в соседние водоносные системы). На практике суммарное питание, часто, определяют по такой расходной статье баланса, как "подземный сток в реки". При этом, поскольку не вся вода, поступающая путем инфильтрации в подземные воды, разгружается в реки, оцененная таким образом величина, как правило, бывает меньше, чем суммарное питание. Это связано с тем, что частично подземные воды разгружаются за счет суммарного испарения и транспирации в пределах пониженных участков территории (например, в поймах рек), частично перетекают в глубокие водоносные горизонты и разгружаются за пределами территории, где происходит их питание.

 

Рис. 6. Схема дренирования подземных вод реками различного порядка [http://www.geolink-consulting.ru/company/confer2/pashkvsk.html]

 Разгрузка подземных вод в реки подчиняется определенному иерархическому принципу. В пределах крупных гидрогеологических структур малые реки дренируют в основном верхние горизонты. При этом часть инфильтрационного питания, расходуется на фильтрацию в более глубокие водоносные горизонты, которые дренируются уже крупными реками на более низких отметках [7]

На рис. 7 показано, в какой мере естественные ресурсы участвуют в питании малых рек в зависимости от коэффициента перетекания. Рост этой доли естественно наблюдается с уменьшением проницаемости слабопроницаемых слоев.

Рис. 7. Зависимость доли подземного питания малых рек от коэффициента перетекания  [http://www.geolink-consulting.ru/company/confer2/pashkvsk.html]

На  рисунке 7 показана одна кривая, которая дает представление об этом влиянии. Как видно, заметное влияние водоотбора на малые реки начинается при тех же значениях коэффициента перетекания (В<8-10). Соответственным образом водоотбор должен влиять и на уровни верхних горизонтов, которыми определяется их разгрузка в реки.

Сток малых рек составляет менее 1/3 естественных ресурсов, заметного изменения режима верхних водоносных горизонтов не наблюдается. Следует сказать, что если подобная ситуация характерна в целом для региона, то на отдельных участках мы можем встретить и другую обстановку, где в слабопроницаемых отложениях имеются размывы и связь между верхними и нижними горизонтами более тесная и влияние эксплуатации подземных вод может повлиять на компоненты ландшафта.

В каком же взаимодействии находятся подземные воды и окружающая среда. И почвы и растительность и в конечном итоге животный мир  находятся в тесном взаимодействии с подземными водами. Их режим в естественных условиях является производной и от климата, и от характера почвы и растительного покрова, и от условий дренирования.

Соответственно антропогенные  изменения в какой-либо из перечисленных  компонент в большей или меньшей  степени повлечет изменение изменения  в других. Для оценки возможных  изменений, в том числе и на поверхностном стоке, рассмотрим, как влияет положение уровня на водный баланс ландшафта.

 

 

 

Рис.8. Зависимость питания подземных вод и поверхностного стока от глубины залегания уровня подземных вод. [http://www.geolink-consulting.ru/company/confer2/pashkvsk.html]

 

 
Рис. 9. Зависимость амплитуды колебания уровня от глубины его залегания. [http://www.geolink-consulting.ru/company/confer2/pashkvsk.html]

 

 

Для характеристики этого баланса  рассмотрим зависимость составляющих водный баланс ландшафта от глубины залегания подземных вод. На рис.8 и рис.9 показаны зависимости, характеризующие питание подземных вод и сезонную амплитуду колебания уровня. Как видно, с увеличением средней глубины залегания уровня подземных вод норма питания увеличивается, стремясь к некоторой постоянной величине, которую предлагается называть потенциальным питанием. При близком залегании уровня баланс подземных вод может быть отрицательным. В общем виде эта зависимость может быть охарактеризована экспоненциальной зависимостью [2], модификацию которой для моделирования предложил Рошаль А.А.:

        (1)

где W₀ - питание при залегании уровня у самой поверхности земли (для большинства районов W₀ < 0 и соответствует разгрузке), W_p - потенциальное питание, z - глубина залегания уровня, a - константа, зависящая от литологического состава пород и определяющая крутизну кривой W(z).

С увеличением глубины  увеличивается общая емкость  зоны аэрации, которая может принять  талые воды и соответственно при этом уменьшается сток. При этом снижение уровня, связанное, например, с водоотбором, в первую очередь повлияет именно на сток половодья и меньшей степени на сток межени, который зависит от изменения градиента потока к реке.

Крутизна кривой, характеризующей изменение питания от глубины залегания уровня, зависит главным образом от литологии зоны аэрации. Численное решение влагопереноса для различных почвенных разрезов выполненное Н.Н. Жильцовой, дает следующие значения a в формуле (1): для песков и супеси составляет 0.1-0.3м, для суглинков - 0.3-0.6м, для глин - 1-1.5м.

Видно, что в песчаных породах при глубине более 1м. мы всегда имеем дело с предельной величиной и дальнейшее снижение уровня уже не приведет к изменению  водного баланса ландшафта. В случае с суглинистыми породами это глубина уже 5м, а для глинистых пород порядка 8м.

Для достоверной оценки естественных ресурсов и влияния  водоотбора на окружающую среду необходимы исследования на всех уровнях детальности рассмотрения процесса круговорота воды в природе.

Как было показано выше, полное замыкание баланса воды возможно только при исследовании достаточно большой площади (не менее 2000 км²) с рассмотрением всех водоносных горизонтов, вовлеченных в процесс водообмена и эксплуатации. Эта задача может быть решена только с помощью региональных моделей на базе специальной режимной сети. На этом уровне детальности целесообразно рассматривать составляющие водного баланса, осредненные за многолетний период. Для этой цели, в частности, целесообразно использовать зависимость нормы питания подземных вод от глубины их залегания. Следует только иметь в виду, что при этом на модели необходимо воспроизводить первый от поверхности водоносный горизонт.

Задачи локального уровня, направленные на оценку влияния антропогенной деятельности, на окружающую среду, целесообразно решать на специальных полигонах, исследования на которых должны быть сосредоточены на решении конкретных задач, характерных для данного региона. В частности для изучения условий формирования естественных ресурсов подземных вод созданы так называемые водно-балансовые полигоны. Достаточно упомянуть Каменностепский полигон, на котором исследования начаты более 100 лет назад по инициативе Докучаева, полигон Малая Истра (Истринский опорный пункт), где исследуется влияние лес на сток подземных и поверхностных вод.

На водно-балансовых полигонах  должны решаться задачи, связанные  с оценкой влияния ландшафтных  условий (экспозиции и крутизны склонов, характера растительного покрова, строения зоны аэрации и др. факторов) на режим подземных вод, поверхностный и подземный сток. И, наоборот, на этих же полигонах целесообразно проводить специальные геоботанические работы по выявлению связи между растительностью и характером водного режима почвы и зоны аэрации. Для выявления и осмысления этих связей целесообразна разработка специальных моделей, с помощью которых можно было бы воспроизводить часть кругооборота воды, начиная с ее выпадения в виде осадков и снега и заканчивая речным стоком . Поскольку предметная область для этих моделей значительно шире, чем для чисто гидрогеологических В.М. Шестаков предложил называть такие модели геогидрологическими.

         По данным гидрологических ежегодников   за 1979, 1989 и 1999 года построим гидрографы  стока реки Сюнь. После чего можно сделать несколько значимых для нашей работы выводов, а так же определить степень влияния поверхностного и подземного истока реи Сюнь

 

Рис .10.  Гидрограф реки Сюнь  за1979 год.

 

 

 

 

 

 

                               Рис.11. Гидрограф реки Сюнь  за1989 год

 

 

      Рис.12. Гидрограф реки Сюнь за 1999 год

        

 

 

Построив гидрографы за 1979, 1989 и 1999 года можно сделать  несколько выводов.

        В 1979 году (рис.10) как и в 1999, 1989 годах происходит поднятие уровня и резкое увеличение расходов воды. Но по сравнению с двумя предыдущими годами, пик максимума всего один, но самый высокий и составляет 642 м³/c (30.IV).

Осенняя межень выражена не ярко, дождевое питание  в этом году не значительно.

         В 1989 году (рис.11) так же можно пронаблюдать резкий подъем расхода и поднятие уровня воды, однако стоит отметить, что пик осеннего половодья меньше, чем в 1999 году. Заметны два максимума, 18.IV 276 м³/c и 19.IV 246 м³/c.

Осенняя межень выражена не так ярко, как в 1999году.

Так же стоит обратить внимание, что в 1989 году подземного сток не превышает и 10 м³/c в году

         В 1999 году (рис.12) мы наблюдаем резкую волну подъема расхода, так и уровня воды из-за таяния снега. Максимум расхода воды можно пронаблюдать 14.IV, который составляет 402 м³/c, а так же отметить второй пик максимума 15.IV , который составляет 423 м³/c.

Так же ярко выражена осенняя межень.

   Проанализировав  данные, полученные после построения гидрографов за 1979, 1989 и 1999 года, можно отметить, что поверхностный  сток составляет 66%, а подземный сток 34%.

Глава 3. Охрана подземных вод бассейна реки Сюнь

 Все более разнообразным и глубоким становится воздействие антропогенных процессов на подземную гидросферу. Взаимодействие человека и подземной гидросферы имеет различные аспекты; среди отрицательных последствий этого взаимодействия наиболее серьезными являются загрязнение и истощение подземных вод. Острота этой проблемы возрастает в связи с загрязнением крупных рек и озер в густонаселенных странах и стремлением к переходу на водоснабжение подземными водами.

Предотвращение загрязнения  и истощения подземных вод  и неблагоприятных последствий  от этих явлений – главная задача охраны подземных вод – нового направления гидрогеологии, развивающегося в последние годы[16].

         Загрязнение подземных вод вызывает ухудшение их свойств и состава, ограничивающее или даже не допускающее использование подземных вод (для питьевых, хозяйственных, ирригационных и других целей). Загрязнение подземных вод происходит под влиянием как техногенных, так и естественных природных процессов. Это воздействие на подземную гидросферу может иметь как региональный, так и локальный характер.

        Подземные воды по сравнению с поверхностными, в целом характеризуются значительно более высокой естественной защищенностью от различных видов загрязнения. Однако и для подземных вод, особенно для условий первого от поверхности грунтового водоносного горизонта, существует достаточно много путей их возможного загрязнения. Загрязнение подземных вод может происходить через атмосферу путем выпадения и последующей инфильтрации уже загрязненных атмосферных осадков; через загрязненные поверхностные воды на участках их поглощения в грунтовые водоносные горизонты; при инфильтрации чистых атмосферных осадков и поверхностных вод через загрязненную поверхность земли и почвенный слой (при внесении минеральных удобрений и ядохимикатов); путем фильтрации жидких продуктов или отходов производства и канализационных стоков при утечках из трубопроводов и сетей или на местах их складирования (сточные ямы, отстойники, шламонакопители и др.) при отсутствии или недостаточной надежности противофильтрационных мер; при инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод на участках складирования твердых отходов (коммунальные или промышленные свалки, отвалы горнодобывающих предприятий и др.).[8]

         Санитарное состояние подземных вод определяется их естественной защищенностью от техногенного (антропогенного) влияния. Здесь не рассматривается вопрос об истощении запасов, так как подземные воды являются возобновляемыми за счет постоянной инфильтрации атмосферных осадков, и оценка ресурсов выполнялись с приведением их к уровням 90 и 95% обеспеченности минимального месячного меженного стока.