ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

РАСЧЕТНЫЕ СХЕМЫ ПИТАНИЯ, НАСЫЩЕНИЯ И ОСУШЕНИЯ ГЕОФИЛЬТРАЦИОННЫХ ПОТОКОВ

Важнейшей задачей гидрогеологических прогнозов в связи с ме­лиорацией земель является предсказание изменения режима уровня подземных вод. Традиционный подход к этой задаче состоит в раздельном рассмотрении зоны полного насыщения и зоны аэра­ции, границей между которыми является свободная поверхность с. давлением, равным атмосферному. Эта граница легко фикси­руется с помощью пьезометров и поэтому в силу сложившихся тра­диций к ней привязываются основные теоретические и эмпириче­ские построения. В общем случае этот подход несколько условен, поскольку обычно исследователей интересует не столько положе­ние границы с относительным нулевым давлением, сколько водный и солевой режимы зоны аэрации и главным образом ее корнеоби- таемого слоя.

Несмотря на возможность формализации и решения общей за­дачи, т. е, совместного рассмотрения зоны насыщения и зоны аэра­ции, традиционный подход во многих случаях остается наиболее целесообразным. В первую очередь это касается региональных прогнозов изменения гидрогеологических условий, когда размеры геофильтрационных потоков в плане значительно превышают мощ­ность зоны аэрации. В этом случае можно пренебрегать горизон­тальными составляющими потока в зоне аэрации и рассматривать одномерные схемы, характеристики которых типичны для опреде­ленных выделенных в плане участков. Для насыщенной зоны в этом случае решается задача плановой фильтрации. Сшивание этих зон осуществляется путем составления баланса на свободной поверхности подземных вод. Приращение расхода в насыщенной
зоне (расход от свободной поверхности v) определяется в зависи­мости от притока или оттока к свободной поверхности со стороны зоны аэрации w (интенсивности питания) и приращения уровня h следующим балансовым соотношением:

(У1 /Г, AKV

P-jf = w — (2.25)

Коэффициент емкости в данном случае обычно принимается посто­янным.

Для локальных задач, таких, как, например, обоснование и рас­четы дренажа, такой подход возможен далеко не всегда. Л. Лук - нером (Loukner, 1976 г.) показано, в частности, что горизонталь­ные потоки в зоне аэрации могут составлять до 50 % общего при­тока к дренам. В связи с этим целесообразно рассмотреть основные типовые режимы питания, насыщения и осушения геофильтра­ционных потоков и обосновать основные расчетные схемы этих процессов. Полный водный баланс элементарного объема водонос­ного пласта высотой L от поверхности земли до условной нижней границы или до водоупора можно представить с учетом поступле­ния воды через поверхность земли /, оттока из элемента v и из­менения его влагозапасов V

Поскольку V определяется влагосодержанием элемента, то урав­нение (2.26) можно изменить, если учесть переменную по высоте влажность пород

L

Г д

О

В рассматриваемой записи уравнение баланса оказывается неудоб­ным, поскольку приращение уровня выражено в нем неявно. Рас­смотрим поэтому приращение влагозапаса отдельно в зоне насы­щения и в зоне аэрации

$ в & + (2.27)

Поскольку в зоне насыщения влажность соответствует полной вла - гоемкости 0т, которую можно считать постоянной, получим

L

Dh , д

+ (2.28)

Т~ді

H

Уравнение (2.28) можно привести в соответствие с уравнением не­стационарной фильтрации (2.25), считая

Д г

W = /-— J е&г. (2.29)

H

Если мы придадим коэффициенту емкости его традиционный смысл, рассматривая разницу между полной влагоемкостью и до­лей неподвижной влаги р, о — Вт — ©о, то величина питания будет определяться следующим соотношением:

(2.30)

Таким образом, в общем случае интенсивность инфильтраци - онного питания будет определяться в зависимости от того, какой смысл придается коэффициенту емкости. В связи с этим разделить процесс насыщения или осушения и питания подземных вод в об­щем случае невозможно, что обусловливает неопределенность в этих двух понятиях. Строгий подход к этой проблеме, по нашему мнению, состоит в принятии постоянного коэффициента емкости и в определении притока к свободной поверхности в зависимости от процессов, происходящих в зоне аэрации.

Другой подход, несмотря на его условность, может быть при­меним для длительных монотонных процессов, когда поступление воды через поверхность земли отсутствует или постоянно во вре­мени. Изменяющийся приток к свободной поверхности w в этом случае может трактоваться с позиций изменения только коэффи­циента водоотдачи или насыщения. В связи с этим, на наш взгляд, под коэффициентом емкости следует подразумевать физическую емкость водоносного горизонта, определяемую характером поро­вого пространства и долей свободной воды, которая может быть получена из породы при ее стекании или которой порода может быть насыщена в течение бесконечно долгого времени.

Под коэффициентом водоотдачи или насыщения р следует по­нимать динамические характеристики, определяющие отношение абсолютного притока к свободной поверхности к приращению уровня

(2.31)

Из этого соотношения следует, что значение коэффициента водоот­дачи или насыщения должно быть переменным во времени и зави­сеть от начальных и граничных условий зоны аэрации. Для ана­лиза этих процессов ниже будут рассмотрены некоторые схемы, которые поддаются относительно простой идеализации.