 |
Астронет: А. А. Соколов Гидрография СССР http://variable-stars.ru/db/msg/1192178/p1ch7a.html |
| << Предыдущая | В оглавление | Следующая >> |
| Часть I. Общая гидрография | Глава 7. Грунтоаые воды и условия их стока в реки |
Развивая идеи выдающегося русского ученого В. В. Докучаева, В. С. Ильин показал, что в распространении грунтовых вод имеет место определенная закономерность, проявляющаяся в их зональности. В последующем этот вопрос получил дальнейшее свое развитие и обоснование в трудах ряда советских ученых: Б. Л. Личкова, Ф. А. Макаренко, О. К. Ланге, М. П. Распопова и др.
Основой районирования грунтовых вод в настоящее время является представление о вертикальной зональности. В вертикальном направлении от поверхности вглубь земли выделяются: три характерные зоны по условиям движения и водообмена:
1) зона активного стока (верхняя зона подземных вод);
2) зона замедленного стока (средняя зона подземных вод);
3) зона относительно застойных вод (нижняя зона подземных вод).
В зоне активного стока формируются нисходящие безнапорные (свободные) подземные воды или воды с местными напорами, вызванными наличием водонепроницаемых прослоек в толще водоносных горизонтов. Залегают они на уровне или выше местных эрозионных врезов рек. Режим их теснейшим образом связан с метеорологическими факторами, поэтому в части распространения они подчинены широтной зональности. К ним относятся так называемые грунтовые воды и воды более глубоких водоносных горизонтов, свободно сообщающиеся с дневной поверхностью и находящиеся под воздействием дренирующего влияния рек. Грунтовое питание рек в равнинных районах территории СССР происходит почти исключительно за счет вод этой зоны. По мнению Ф. А. Макаренко, из данной зоны реки получают более чем 99,5% от общего объема подземного питания. Сток этой зоны включает все основные виды подземного стока: внутрипочвенный, верхний грунтовый и глубокий грунтовый.
В зоне замедленного стока формируются, как правило, устойчиво напорные, с высоким давлением (восходящие) подземные воды, известные под названием артезианских вод; они залегают ниже местных эрозионных врезов малых и средних рек, ограничены в глубину и в горизонтальном направлении глубинами и линиями эрозионного вреза и значительно слабее реагируют на метеорологические воздействия. Воды этой зоны играют некоторую, иногда и немаловажную, роль в питании больших рек в засушливых районах, русла которых отличаются глубоким эрозионным врезом. По характеру их поступления в реки различают открытые артезианские воды, непосредственно гидравлически связанные с поверхностными водами, и закрытые артезианские воды, поступающие в реки через вышележащие, сопряженные с ними водоносные горизонты.
Воды обычно отличаются повышенной минерализацией; сток их в реки всегда сопровождается значительным повышением минерализации речных вод.
В зоне относительного застоя залегают подземные воды, находящиеся под большим давлением. Они, как правило, восходящего типа, с большим пьезометрическим напором, с устойчивыми, местами очень высокими температурами. Движение вод этой зоны к поверхности земли обусловлено наличием тектонических разломов и представляет собой чрезвычайно редкое явление. Наиболее же ярко эта зона выражена в полосе вечной мерзлоты, где с выходами ее вод (подмерзлотных вод) связано устойчивое подземное питание рек и образование гигантских наледей.
Изложенное можно представить в виде схемы вертикального подразделения подземных вод по условиям подземного стока в реки (по М. П. Распопову) (табл. 14).
| Зоны подземного стока | Типы подземных вод | Виды подземного стока | Вертикальные зоны климатического воздействия | |
| Зона активного стока | Почвенные воды и верховодка | Внутрипочвенный сток | Глубина внутригодового (интенсивного) воздействия | |
| Верхние грунтовые воды | Верхний грунтовый сток | |||
| Глубокие грунтовые воды | Глубокий грунтовый сток | Глубина многолетнего (ослабленного) воздействия | ||
| Зона замедленного стока | Открытые артезианские воды | Открытый артезианский сток | ||
| Закрытые артезианские воды | Закрытый артезианский сток | Глубина векового (слабого) воздействия | ||
| Зона относительного застоя | Глубокие артезианские воды | Локальный, чрезвычайно редкий восходящий сток в реки и озера, преимущественно по тектоническим разломам | Глубина относительного отсутствия воздействия |
В природе подземный сток в реки представляет собой сложный процесс и включает обычно несколько из названных выше видов. Основное значение имеет все же питание за счет верхней зоны - активного стока, тесно связанной с климатическими факторами. Поэтому в распространении подземных вод (прежде всего грунтовых) отмечается определенная климатическая зональность, хорошо прослеживаемая в равнинных районах, особенно в Европейской части СССР.
Сущность гидрогеологической зональности заключается в следующем. В пределах равнинных районов СССР, прежде всего в Европейской части СССР, уровень грунтовых вод в направлении с севера на юг постепенно понижается; вместе с тем увеличивается степень минерализации грунтовых вод. В то время как на севере грунтовые воды расположены близко к поверхности и очень слабо минерализованы, в южных районах они находятся на большой глубине и в той или иной мере засолены. Важным показателем зональности также является уменьшение в направлении с севера на юг содержания органических веществ в воде и увеличение ее жесткости в том же направлении. Воды северных районов СССР - зоны избыточного увлажнения - отличаются, наряду с исключительно малой общей минерализацией, относительно большим содержанием органических веществ. Воды южных районов - степных, полупустынных и особенно пустынных, обладая высокой минерализацией, отличаются высокой жесткостью и малым содержанием органических веществ.
С гидрологической точки зрения зональность проявляется в закономерном уменьшении в направлении с севера на юг доли грунтового питания и вообще водности рек в периоды летней и зимней межени, когда они в значительной мере переходят на грунтовое питание. Ярким показателем зональности является также пересыхание рек, которое по направлению к югу приобретает все большие размеры, распространяясь не только на малые, но и на довольно значительные реки. Закономерность распространения зональных грунтовых вод на территории СССР показана по данным О. К. Ланге на карте (рис. 18); ниже дается краткая характеристика выделенных им зон грунтовых вод.
Рис. 18. Зоны грунтовых вод СССР (по О. К. Ланге).
1 - в сплошной мерзлоте, 2 - в таликовой и островной мерзлоте, 3 - в полосе избыточного увлажнения, 4 - в полосе неустойчивого увлажнения, 5 - в полосе преобладания подземного стока над испарением, 6 - в полосе равновесия подземного стока и испарения, 7 - в полосе предгорных равнин и подгорных шлейфов, 8 - горные области азональных грунтовых вод. Цифры (1-10), показанные на карте, означают зоны грунтовых вод по более детальному районированию, рассмотренному в тексте.
Эта обширная область охватывает около половины территории Советского Союза. В гидрогеологическом отношении она характеризуется особыми типами вод, среди которых различают: 1) надмерзлотные воды, залегающие над толщей вечной мерзлоты на ее верхней поверхности, которая и является в данном случае водоупором; 2) межмерзлотные воды, находящиеся в пределах толщи вечной мерзлоты, 3) подмерзлотные воды, залегающие ниже толщи вечной мерзлоты, которая для подмерзлотных вод является водоупорной кровлей.
Надмерзлотные воды, ближе подходящие к понятию грунтовых вод, по условиям своего залегания в свою очередь можно разделить на: 1) сезонно-промерзающие, находящиеся в пределах активного (деятельного) слоя, 2) сезонно полупромерзающие, у которых только верхняя их часть располагается в пределах активного слоя, 3) сезонно непромерзающие, у которых верхний горизонт залегает под нижней поверхностью деятельного слоя.
1. Сезонно промерзающие надмерзлотные воды представляют собой верховодку, образующуюся в пределах небольшого (от 0,5 до 3 м) деятельного слоя, оттаивающего в летний период и вновь промерзающего с наступлением морозов.
Так как основным источником питания надмерзлотных вод являются атмосферные осадки, минерализация их является невысокой, но зато они богаты органическими веществами и кислородом. Температура вод низка и редко выходит за пределы 0-5 .
Передвигаясь по уклону с междуречных пространств в более пониженные, они расплавляют и разъедают поверхность вечной мерзлоты. Благодаря этому количество стекающих в реки вод постепенно возрастает по направлению к подножью склона. Надмерзлотные воды, ограниченные снизу мерзлым водоупором, при зимнем промерзании увеличиваются в объеме и развивают большое гидростатическое давление. Нередко при этом происходит разрыв деятельного слоя и вода, изливаясь на поверхность через трещины, образует наледи (грунтовые наледи).
Условия грунтового питания рек в этой зоне исключительно неблагоприятны, поэтому для нее характерно широкое распространение явления перемерзания рек и полного прекращения стока даже в таких больших реках, как Яна, Индигирка и др. Следует отметить в ряде случаев (в районах молодых разломов земной коры) наличие выходов подмерзлотных вод, являющихся причиной образования так называемых гигантских наледей и полыней.
2. Зона полупромерзающих и непромерзающих надмерзлотных вод характеризуется либо полным, либо частичным отсутствием сезонного промерзания. Воды этого типа образуются в основном вследствие смещения вглубь недр верхней поверхности вечной мерзлоты.
В ложе крупных рек, полностью не перемерзающих зимой, имеется течение грунтовых вод, называемое подрусловым потоком. Грунтовое питание рек в этой зоне несколько лучше, чем в предыдущей, но остается все же очень бедным; многие реки здесь в зимние периоды на длительный срок перемерзают.
3. Зона тундровых вод характеризуется водами, залегающими очень близко к поверхности и непосредственно связанными с поверхностными водами; для них характерно почти полное отсутствие минеральных солей и большое содержание органических веществ. В питании местных водных артерий эти воды принимают значительное участие, являясь в известной степени их регуляторами. Под термином "тундровые воды" в данном случае имеются в виду не только подземные воды собственно зоны тундры, а и более широкой полосы, достигающей в Европейской части СССР примерно 62 с. ш. и захватывающей почти полностью Карелию, Кольский полуостров и значительную часть Северного края.
4. Зона высоких вод севера расположена непосредственно южнее предыдущей и захватывает верхнюю часть бассейна Камы, верховья Северной Двины, а на юге распространяется вплоть до Киева. В этой зоне на междуречьях грунтовые воды залегают обычно на глубине 3-4 м, реже - до 10 м. Минерализация их невелика, но уже ощутима, а количество органических соединений мало.
5. Зона неглубоких оврагов. Здесь грунтовые воды залегают на глубине до 20-25 м. По сравнению с предыдущим типом они более минерализованы (до 0,5 г/л), но еще сохраняют мягкость и органических веществ почти не содержат; часто образуют выходы в виде источников в оврагах и долинах рек. К этой зоне относится значительная часть бассейна Волги, Среднего Поволжья и Камы. В питании рек эти воды играют весьма заметную роль.
6. Зона глубоких оврагов простирается от Десны на западе до Волги на востоке и включает значительную часть Средне-Русской возвышенности. Глубина залегания и степень минерализации грунтовых вод по сравнению с предыдущими зонами заметно увеличивается (глубина до 25- 30 м, а минерализация до 0,75 г/л); воды обладают средней жесткостью. В питания рек грунтовые воды участвуют, но в меньшей степени, нежели в случаях, описанных выше.
7. Зона овражно-балочная занимает полосу от левобережной Украины до Саратовско-Куйбышевского Поволжья и Заволжья. Грунтовые воды находятся здесь глубоко - до 50-60 м; они обычно жесткие, иногда солоноватые (до 1 г/л и более). Для этой зоны характерно наличие оврагов, где только местами наблюдаются выходы грунтовых вод в виде родников и ключей. В питании рек эти воды особой роли не играют.
8. Зона балочная охватывает широкую полосу Черноморского и Азовского побережий и распространяется на восток до Прикаспийской низменности. Грунтовые воды здесь лежат на большой глубине, иногда глубже 100 м; они обычно очень жесткие, засоленные или солоноватые. В балках они залегают близко от поверхности и используются местным населением в целях водоснабжения.
Наряду с отчетливо выраженной зональностью, особенно хорошо проявляющейся в Европейской части СССР, в ряде случаев она нарушается местными условиями. В этом случае говорят о районах с азональными водами. К их числу относятся: 1) районы конечных морен с чрезвычайно пестрыми условиями залегания грунтовых вод, 2) карстовые районы, где грунтовые воды располагаются на различной глубине в легко растворимых породах (гипсах, известняках); таковы, например, Онежско-Двинское междуречье, отдельные местности Тульской, Горьковской и некоторых других областей; 3) болотные районы с поверхностным залеганием грунтовых вод, 4) районы аллювиальных и флювиогляциальных отложений, 5) районы развития кристаллических пород (трещинное залегание грунтовых вод), 6) солончаки (грунтовые воды минерализованы до насыщения).
9. Зона равновесия стока и испарения, охватывающая область Прикаспийской полупустыни и обширные пустынные и полупустынные районы Средней Азии и Казахстана. Грунтовые воды здесь большей частью лежат глубоко и обычно сильно засолены (до 10-20 г/л). Крупных постоянных рек нет, наблюдается преимущественно небольшой временный поверхностный сток в виде временно действующих балок и сток с такыров и такыровидных земель. Практически здесь испаряется все то, что выпадает в виде атмосферных осадков, поэтому эту зону и называют зоной равновесия подземного стока и испарения.
10. Зона предгорных шлейфов и предгорных равнин Средней Азии узкой полосой окаймляет горные массивы Тянь-Шаня, Памира и Копет-Дага. Она отделяет зону равновесия подземного стока и испарения от азональных горных областей. Характерным для зоны является наличие значительных ресурсов пресных грунтовых вод. Эта зона доступна орошению речными водами и является полосой развития оазисов Средней Азии. Для рек, протекающих в пределах зоны, характерно повышенное грунтовое питание.
| << Предыдущая | В оглавление | Следующая >> |