День научного творчества студентов МГУ 2 марта 2003г.
Геологический факультет. Тезисы докладов

Закономерности формирования водораздела в грунтовом потоке

Преображенская А.Е.

3 курс, кафедра гидрогеологии, научный руководитель: Гриневский С.О.

На практике оценки естественных ресурсов подземных вод используют модульную величину, представляющую собой отношение расхода питания (разгрузки) подземных вод к площади водосбора, в пределах которой произошло формирование потока. При этом для грунтовых потоков нередко считают, что площади поверхностного и подземного водосборов равны, и для расчета модуля естественных ресурсов подземных вод используют площадь поверхностного водосбора, которая достаточно легко определяется по топографическим картам. Однако такой подход может давать значительные ошибки в оценке модуля подземного стока, поскольку возможно большое отличие между подземным и поверхностным водосборами.

Для однородного пласта определить точку водораздела в грунтовом потоке можно путем аналитических расчетов, используя зависимости положения водораздела (Xmax) от параметров пласта - проводимости (Т) или коэффициента фильтрации (k), разницы урезов двух рек (H_L и H₀) и инфильтрационного питания (w) на участке потока L. При определении положения водораздела при неоднородном строении пласта используется метод фрагментов, согласно которому положение свободной поверхности рассчитывается отдельно для каждого однородного участка потока.

При однородном строении пласта исследовано влияние различных факторов, определяющих положение водораздельной точки в потоке. Получено, что значимое (>10%) отклонение водораздела от центрального положения может быть обусловлено высокими фильтрационными свойствами, различием в урезах рек, а также невысокими расходами инфильтрационного питания. При этом, при проводимости порядка 2500 м²/сут возможно даже исчезновение водораздела между двумя дренами, что вполне реально в природных условиях. Наиболее значимо смещение водораздела проявляется при субнапорном строении потока, а в безнапорных условиях влияние всех параметров менее ощутимо.

Положение точки водораздела в грунтовом потоке во многом определяется неоднородностью условий питания потока и фильтрационного строения водовмещающих отложений. Неоднородность инфильтрационного питания, связанная с различием ландшафтно-геоморфологических условий на водосборе (лес-поле, склон-поверхность водораздела), может вызывать значимую разницу поверхностного и подземного водосборов (>10%), когда интенсивность питания на участках отличается в 2-3 раза. Такое же различие площадей поверхностного и подземного водосборов может быть обусловлено и локальным участком повышенного питания, связанного, например, с карстовым понижением рельефа, где происходит интенсивное просачивание воды. В этом случае интенсивность питания в пределах локального участка должна превышать "фоновые" значения более чем в 5 раз.

Подземный водораздел может не совпадать с поверхностным и в связи с фильтрационной неоднородностью. Различие фильтрационных свойств в 1,5-2 раза, при близких размерах зон неоднородности уже приводит к разнице подземного и поверхностного водосборов более чем на 10%. Аналогичная разница водосборов может быть связана и с локальной фильтрационной неоднородностью, обусловленной, например, карстовыми процессами. При этом фильтрационные свойства на двух участках должны различаться на порядок. Сильнее смещается водораздел, если локальная область характеризуется меньшей проницаемостью.

Таким образом, приравнивание площадей подземного и поверхностного водосборов может приводить к серьезным ошибкам в определении модуля естественных ресурсов подземных вод. При переходе от мелких частных водосборов к бассейнам рек, разница в модулях подземного стока при разных методах проведения водораздела уменьшается. Для точного определения положения подземного водораздела необходимо знать схему строения пласта и его основные характеристики, после возможно использование аналитических зависимостей. При сложных и неоднородных условиях на водосборе необходимо использовать методы моделирования.