ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО ПИТАНИЯ

Проблемы, связанные с прогнозом питания подземных вод на больших территориях, выяснением закономерностей их формирова­ния и постановкой исследований, в первую очередь должны ре­шаться на качественном уровне в зависимости от доминирующих факторов. Основой для решения этой задачи является специальное районирование, учитывающее целый ряд показателей, определяю­щих как особенности строения зоны аэрации и ее гидрофизических характеристик, так и условия поступления и расхода влаги.

1. Анализ влияния строения зоны аэрации на интенсивность пи­тания подземных вод можно провести, рассматривая результаты численного эксперимента. Основным материалом для этого экспе­римента послужили данные изысканий, проведенных на Явкинской оросительной системе на юге Украины. Типовые схемы строения зоны аэрации представлены на рис. 33, а, а основные сведения о породах, входящих в ее состав, приведены в табл. 27.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО ПИТАНИЯ

1 2 3 4 5 6 7 8

Рис. 33. Схемы строения зоны аэрации.

А — при глубоком залегании уровня; б — при близком залегании уровня; / — почвенный слой; 2 — песок; 3 — супесь легкая; 4 — супесь средняя; В — суглинок легкий; 6 — суглинок средний

Параметры влагопереноса, используемые для численных экспериментов

Характеристика породы

К0, м.'сут

Вт

Во

П

Нк, м

Почвенный слой

0,94

0,45

0,17

4

2,5

Супесь легкая

0,40

0,45

0,17

4

2,5

„ средняя

0,20

0,42

0,15

4

3,0

Суглинок легкий

0,07

0,42

0,15

4

3,3

„ средний

0,05

0,42

0,15

4

3,5

„ тяжелый

0,01

0,40

0,13

4

3,5

Для всех систем рассматривался одинаковый режим увлажне­ния, характерный для среднего по водности года. Поливы в веге­тационный период, их нормы и характер водопотребления расте­ниями во всех случаях были одинаковы. Однако число поливов определялось в зависимости от рассмотренных выше условий ре­гулирования влажности в корнеобитаемом слое при одинаковых границах увлажнения. Сопоставление результатов численного экс­перимента, проведенного JI. Р. Шредером, показало, что на вели­чину питания подземных вод в первую очередь влияют параметры слоя, залегающего непосредственно под почвой, даже в том случае, если его мощность относительно мала. Это хорошо видно из табл. 28, обобщающей результаты моделирования.

Следует отметить также вообще слабое влияние, оказываемое величиной коэффициента фильтрации на величину инфильтрацион - ного питания. При изменении коэффициента фильтрации слоя, под­стилающего почвенный горизонт более чем в 10 раз, величина при­тока к уровню подземных вод меняется всего на 20—30 %. При высоких значениях коэффициента фильтрации его величина прак­тически не влияет на интенсивность нисходящих потоков. Этот вы­вод также следует и из рассмотрения решения балансового урав­нения (2.128) при <т= 1. Для одного полива коэффициент у, пред­ставляющий собой отношение объема питания (фильтрационных.

ТАБЛИЦА 28

Сопоставление результатов численного эксперимента

Параметры

Варианты

1-4

6-8

9-12

Коэффициент фильтрации второго слоя, м/сут

Диапазон изменения свойств ниже­лежащего слоя, м/сут Питание подземных вод, мм/год

0,4 0,4-0,01 0,43-0,48

0,2 0,2-0,01 0,41-0,48

0,07 0,4-0,01 0,36-0,38

Зависимость коэффициента питания от параметров влагопереноса

Ig//ftH

V

V

—5

І

0

0,3

—4

0,96

I

0,12

—3

0,9

2

0,05

-2

0,76

3

0

0,54

Потерь) к поливной норме, меняется весьма мало при существен­ных изменениях коэффициента фильтрации нижнего слоя kB. Ре­зультаты решения уравнения (2,128) даны в табл. 29.

Из данных таблицы следует, в частности, что в большом диа­пазоне изменения соотношения Ilkн от 10~5 до Ю-1 коэффициент питания у уменьшается только в 2 раза. Особенно мало он ме­няется при /Дн<10-А оставаясь практически постоянным.

Отмеченные особенности, по-видимому, могут объяснить пора­зительное однообразие в темпах подъема уровня и на орошаемых массивах, которое в основном определяется только оросительной нормой и практически не зависит от строения зоны аэрации. Дей­ствительно, среднее значение испаряемости для большинства оро­шаемых массивов территории СССР меняется незначительно — от 4 до 8 мм/сут, а коэффициент фильтрации от 10~2 до 1 м/сут, что определяет диапазон изменения соотношения Igl/km в пределах от 1 до —1 и соответственно коэффициента питания от 0,1 до 0,5 (табл. 30).

ТАБЛИЦА 30

Сопоставление скорости подъема уровня на различных орошаемых массивах

Система

Годовая норма испарения, мм

Годовая норма осадков, мм

Оросительная норма, мм

И,

М/год

Питание подземных

Вод от орошения, мм

Ь >>

О

SS Ш S

V

Джазакский мас­

1800

400

950

2,2

300

10

0,32

Сив

Центральный мас­

1800

400

950

1,5

200

10

0,21

Сив Голодной сте­

Пи

Очаковская си­

850

400

500

1,3

170

5

0,34

Стема

Ингулецкий мас­

850

400

300

0,8

100

5

0,33

Сив

Энгельская систе­

800

330

400

0,7-1

110

4

0,28

Ма

Анализ режимных наблюдений подтверждает это положение. При глубоком залегании уровня средний подъем его в год соста­вляет 1 м на каждые 5000 м3/га оросительной нормы.

При расчетах питания коэффициент недостатка насыщения р принимался равным 0,15. Коэффициент питания, как видно, колеб­лется в небольших пределах — от 0,2 до 0,3.

2. При неглубоком залегании уровня существенное значение приобретают процессы миграции влаги от уровня к поверхности земли за счет испарения. При этом роль неоднородности строения зоны аэрации возрастает, а интенсивность восходящих потоков влаги оказывается в существенной зависимости от абсолютных значений коэффициентов влагопереноса. Для доказательства этого положения можно привести результаты моделирования влагопере­носа при близком залегании уровня.

Рассматривались однослойные и двухслойные схемы строения зоны аэрации, представленной песками и суглинками, при залега­нии уровня на глубине 2 м (см. рис. 33, б). Зависимость коэффи­циента влагопереноса от влажности принималась согласно (2.11), а высота всасывающего давления от влажности принималась экспо­ненциальной (2.8). Пески и суглинки взяты со следующими ха­рактеристиками: суглинки — 0m = 0,4, 0О — 0,2, k = 0,1 м/сут, Як = = 2; пески — 0ОТ = 0,35, 0о = О,1, &о = 5 м/сут, Як = 0,5. При рас­четах рассматривалось перераспределение влаги и питание после полива. Принималось, что во время полива насыщение зоны аэра­ции до значения 0ОТ происходит практически мгновенно на глубину, определяемую поливной нормой. Задавались следующие значения поливных норм Vn'- для суглинков — 0,06, для песков — 0,11 м. При этом увлажнение пород в обоих случаях происходило до глубины 0,5 м. Завышенные поливные нормы в данном случае задавались для того, чтобы с большей определенностью оценить влияние строения. По своим величинам объемы инфильтрации соответст­вуют предпосевным влагозарядковым поливам или весеннему пе­риоду, когда зона аэрации увлажняется за счет таяния снега. Рас­четы проводились до периода, когда режим влажности в зоне аэрации становился близким к установившемуся. На поверхность земли задавалось испарение (транспирация) согласно зависимости (2.65) при суммарном испарении и транспирации Е0 = 0,0055 м/сут, логарифм всасывающего давления при нулевом испарении pF0 со­ставлял 4,375. На всех рассматриваемых схемах фильтрационного строения грунта после проведения полива выделяются четыре ха­рактерных этапа передвижения воды в ненасыщенной зоне; I этап — до поступления воды из зоны аэрации на уровень ГВ; начинается после полива и длится менее суток; II этап — поступ­ление воды из зоны аэрации на уровень грунтовых вод, причем интенсивность поступления воды начинается в первые сутки; дли­тельность этого этапа для всех вариантов составляет примерно 6 сут; III этап — начало оттока с уровня грунтовых вод к поверх­ности испарения; начинается с момента прекращения питания ГВ и длится до установления постоянного расхода с уровня ГВ в зону

ТАБЛИЦА ЗІ

Результаты моделирования влагопереноса при близком залегании уровня*

Баланс влаги на конец II

Этапа, мм

Баланс

Вариан­та

П мм

V „

И

В

V,

V „

Гв

Гз

Гв

1

40

32

1

7

0,71

-17

2

44

34

1

9

0,76

-29

3

25

6

10

0,6

—7

4

49

33

12

4

0,67

-27

5

77

55

12

10

0,71

— В

6

75

54

9

12

0,72

7

100

83

14

0

0,86

-21

8

75

55

20

0

0,73

- 13

* VrB — количество еоды, поступившей к свободной

С поверхности землн; В — изменение влагозапаса в зоне аэрации; питание подземных вод: Угв=- Угв/Уп; Е — интенсивность испарения.

Баланс влаги на конец IV этапа, мм

И

42 44 20 40 16 15 23 15

-18 -6 13

—9 9 9 -2 -2

2,8 1,5 2,7 1,5 1,4 2,2 1,4

И — испарение - относительное

Аэрации; длительность этого этапа составляет примерно 10 сут; IV этап — постоянных расходов с уровня ГВ в зону аэрации; начи­нается с момента стабилизации расхода с уровня ГВ в зону аэра­ции и характерен установившимся распределением влажности в не­насыщенной зоне.

В табл. 31 представлены значения расходов и объемов воды в слое, характерные для каждого этапа.

Анализ результатов, представленных в таблице, позволяет сде­лать следующие выводы. В период, непосредственно следующий за поливом (этапы I и II), влажность верхнего слоя достаточно ве­лика, и испарение в основном определяется испаряемостью, при этом питание подземных вод определяется главным образом вели­чиной поливной нормы и мало зависит от строения зоны аэрации. Об этом свидетельствуют очень близкие значения относительной величины питания для всех схем. В период, когда испарение в ос­новном компенсируется оттоком от уровня грунтовых вод, харак­тер сложения зоны аэрации и проницаемость пород приобретают решающее значение. Особенно это видно в период, когда наступает стационарный режим влагопереноса. Так, для схем с суглинками в верхней части испарение в этот период составляет в среднем 2,2 мм/сут, а для схем с песками в верхней части—1,6 мм/сут. Причем для чисто песчаного разреза эта величина равна 1,4 мм/сут. Однако и в рассмотренном случае роль неоднородности зоны аэра­ции все же не столь велика. Действительно, при разнице в коэф­фициентах фильтрации в 50 раз интенсивность питания и испаре­ния различается не более чем в 2 раза. Эти результаты лишний раз подчеркивают преобладающую роль режима увлажнения и ис­парения в формировании питания подземных вод.

3. Большое влияние на процесс влагопереноса оказывают па­раметры, входящие в сомножитель, представляющий степенную функцию в зависимости (2.125). Это влажность и показатель сте­пени п. Численный эксперимент подтверждает это положение. Рас­сматривалась зона аэрации мощностью 9 м. Верхний, корнеобитае - мый слой имел мощность 0,5 м и коэффициент фильтрации 0,4 м/сут, а нижний — соответственно 8,5 м и 0,04 м/сут. Условия поступления и расхода влаги были аналогичны рассмотренным выше. Зависимость коэффициента влагопереноса от влажности принималась, согласно (2.125), при различных значениях п. Коли­чество воды, поступившей к уровню подземных Вод за 1 год, со­ставило слой: при п~ 4 160 мм, при п = 3 500 мм и при п — 2 1400 мм. Как видно, в данном случае двукратное увеличение пока­зателя степени п приводит к изменению питания почти на порядок. Это важное и серьезное обстоятельство, налагающее весьма жесткие требования к экспериментам по определению параметров влагопереноса.

Не менее важным оказывается и характер водопоступления в зону аэрации. Последнее отчетливо прослеживается при анализе влияния выбранных пределов увлажнения во время поливов на фильтрационные потери, определяющие питание подземных вод. При численных экспериментах рассматривался режим оптималь­ного регулирования, при котором поливы назначались при дости­жении влажности нижнего предела увлажнения в корнеобитаемой зоне. Верхний предел во всех вариантах оставался одинаковым и соответствовал влажности 38%, а нижний предел менялся от 28,4 до 20,5%. Решение задачи показало, что сужение пределов увлажнения в сторону больших значений влажности приводит к существенному увеличению числа поливов и непроизводительных потерь на питание подземных вод. Это видно из данных табл. 32.

Полученные результаты свидетельствуют о существенном влия­нии характера верхнего слоя на результирующее питание подзем­ных вод. Эта особенность определяет как собственно величину питания, так и неравномерность ее по площади, что следует учиты­вать и при оценке питания в естественных условиях, и при прогно­зах этой величины при орошении.

Зависимость питания подземных вод V от влажности нижнего предела увлажнения

В связи с этим большое влияние на интенсивность водопоступ­ления должен иметь рельеф местности, особенно наличие на ней

ТАБЛИЦА 32

6Н, %

28,4

25,4

23,1

21,6

20,5

■ф, м

—3

-4

-5

-6

-7

V, м

1,3-1,5

0,6-0,8

0,35-0,55

0,28-0,48

0,2-0,4

Понижений, в которых может скапливаться вода. Наличие таких понижений приводит к существенному увеличению питания подзем­ных вод. При исследовании влияния этого фактора целесообразно выделить понижения трех порядков. К понижениям первого по­рядка можно отнести образования, размер которых на порядок меньше мощности зоны аэрации. Как показывают натурные иссле­дования, их влияние на формирование режима влажности прояв­ляется на глубину порядка среднего размера понижения. Ниже этой глубины влажность становится в каждом сечении одинаковой, а влагоперенос можно рассматривать, как одномерный. Ко второму порядку относятся понижения, размер которых соизмерим с мощ­ностью зоны аэрации. В этих условиях поток влаги имеет сложную пространственную структуру и задача не может быть сведена к од­номерной. К образованиям III порядка следует отнести формы рельефа, значительно превышающие мощность зоны аэрации. Здесь влагоперенос в пределах каждой области можно рассматривать изолированно, в независимости от влияния соседней области. Рас­четы влагопереноса в таких условиях можно проводить, решая од­номерную задачу для каждой области. К образованиям такого рода относят блюдцеобразные понижения (поды), характерные для областей развития лёссовидных суглинков, днища балок, а также искусственные выемки. Анализ, проведенный JI. Р. Шре­дером для подов с различной площадью водосбора, показал, что питание подземных вод в среднем для всей площади водосбора, включая под, больше, чем для аналогичных по строению участков без понижений при одинаковом количестве осадков. Причем сред-

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ВЕЛИЧИНУ ИНФИЛЬТРАЦИОННОГО ПИТАНИЯ

-100 -50

Питание 1 мм/год

О 50 100 150

2 1

Амплитуда, м

Рис. 34. Результаты расчетов питания подземных вод в зависимости от глу­бины их уровня.

Л riri * vnvrionvvi О ІШІВППЛ О CV * V. V * DvilliUtA _

Условиях; 2 —при орошении; 3 — амплн. СТИ территории СОВЄТСКОГО СоЮЗа

•РЧ7 ff <t tГГ\ ТГпЛо nne tmnnne » A/I<na^mnannuv * A A

Характерна следующая законо-

/ — иитеисивиость питания в естественных условиях; 2 — при орошении; 3 — ампли­туда колебания уровня в естественных условиях няя интенсивность питания ли­нейно возрастает с увеличением площади водосбора.

4. Качественным показателем режима питания подземных вод является режим их уровня. Как основные характеристики можно рассматривать среднюю глубину залегания уровня и амплитуду его колебания.

Глубина залегания уровня или, что то же самое, мощность зоны аэрации является основным показателем, характеризующим направленность процесса влаго­переноса.

Известно, что среднегодовой баланс на уровне подземных вод (интенсивность питания или ис­парения) тесно связан с глубиной его залегания. Для большей ча-

Мерность: при близком залегании уровня доминируют процессы ис­парения, а при глубоком — питания.

Общие закономерности изменения питания хорошо видны на рис. 34, где представлены результаты численного моделирования процесса влагопереноса, проделанного Л. Р. Шредером для усло­вий юга Украины. И в естественных условиях, и при орошении процессы испарения преобладают над питанием до определенной глубины залегания уровня. Более глубокое залегание уровня, на­оборот, характеризуется преобладанием питания, которое с глуби­ной уровня увеличивается, стремясь к постоянной величине.

Амплитуда колебания уровня характеризует поступление воды только в определенные периоды времени и поэтому не может слу­жить показателем интенсивности среднегодового питания. Во вся­ком случае, наблюдаемое часто закономерное уменьшение ампли­туды колебания уровня с увеличением мощности зоны аэрации свидетельствует только о затухании колебаний влажности в годо­вом разрезе в соответствии с закономерностями, рассмотренными в 4 разделе § 2 этой главы.

Такой вывод подтверждается и результатами моделирования, представленными на рис. 34, которые убедительно показывают, что вне зависимости от величины результирующего питания и его знака амплитуда колебания уровня уменьшается с глубиной.

Представленные в этом параграфе материалы дают некоторую основу для осуществления предварительного районирования терри­тории по качественным показателям, характеризующим величину питания. В основу районирования должны быть положены прежде всего принципы, рассмотренные в гл. 1.

Вторым этапом является выделение площадей с различной глу­биной залегания уровня, характеризующей направленность процес­сов влагопереноса. На этой основе могут быть выделены районы с различным характером форм мезорельефа и строения зоны аэра­ции, проведено геоботаническое районирование. Иерархия тексоно - мических единиц может определяться в данном случае конкрет­ными условиями.

ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

НАЛИВ НА СЛАБОПРОНИЦАЕМЫЙ СЛОИ

При слоистом строении зоны аэрации, когда в ней имеются пес - чано-супесчаные слои мощностью несколько метров, подстилаемые глинистыми слоями, опробование может производиться наливом через скважины в песчаный слой (рис. 54). …

Стационарные потоки в зоне аэрации

(2.68) Анализ режима влажности в естественных условиях и при оро­шении позволяет выделить в зоне аэрации три области. Первая область ниже активного слоя — область переменной влажности — имеет мощность от …

Определение питания подземных вод по режимным наблюдениям в зоне аэрации

При стационарном режиме влагопереноса, который наблюдается обычно при глубоком залегании уровня подземных вод, интенсив­ность потока влаги может быть определена непосредственным рас­четом по формуле (2.4). Интересную информацию при таких наб­людениях можно …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.