ГИДРО­ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ

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 получить, располагая замерами высоты всасыва­ния для всей мощности зоны аэрации. Эти замеры даже при от­сутствии данных о коэффициенте влагопереноса могут служить индикатором направления потока влаги и его относительной ин­тенсивности. На рис. 76 показан профиль склона лога Корак-сай на территории Джизакского массива в Средней Азии. Характер рельефа определяет различную глубину залегания уровня под­земных вод и соответственно различное распределение влажности и высоты всасывания по вертикали. Это различие хорошо видно на графиках зависимости высоты всасывания ф от высоты над уровнем г, построенных по замерам в шурфах, пройденных в усло­виях различной глубины залегания уровня (рис. 77, а). Отложен­ные на графике точки совмещены с кривыми, построенными рас­четом по формуле (2.71) для различных соотношений v/k0. Таким образом удается определить характер изменения испарения от глу­бины залегания уровня. Эти данные представлены в табл. 45, При ko — 10^3 м/сут и р = 1 м-1, полученных экспериментально, интен­сивность разгрузки подземных вод за счет восходящих потоков влаги определяется в зависимости от соотношения v/k0.

Эти же материалы позволяют изучить влияние интенсивности испарения на характер распределения влажности в капиллярной зоне (рис. 77, б). Причем данные, полученные при глубоком зале­гании уровня, дают возможность построить кривую *ф (б) в доста­точно большом диапазоне влажности.

А — зависимость - ф(г); б — зависимости 9(г) и 9Сф); J — шурф № 6; 2 — шурф № 5; 3 — шурф № 2; 4 — шурф № 4; 5~ кривая в(ф); 6 — фактическое распределение влажности в(г). Закрашенные точки — значения 0(ф), незакрашенные — в (z)

1 — при поливе; 2 — после полива; 3 — гра­ница, разделяющая нисходящий и восходя­щий потоки

Рис. 78. Определение питания и испарения по расчету баланса влаги в зоне аэра­ции при глубоком залегании уровня (заштрихованная площадь соответствует объему испарившейся влаги за 20 сут).

1 — распределение влаги до полива; 2—5 — распределение влаги после полива: через 1 (2),

2 (3), 3 (4) и 20 сут (5)\ 6~ кривая d\|)/dz=l

Следует отметить, что такие низкие значения расходов влаги, как 10~3 мм/сут, вряд ли могут быть определены каким-либо дру­гим методом.

Наблюдения в верхней части зоны аэрации при ее достаточной мощности позволяют оценить нисходящие и восходящие потоки влаги балансовым методом, не прибегая к дополнительным иссле­дованиям. Удобнее всего принцип такого расчета продемонстри­ровать на примере расчета потоков влаги при поливе в совхозе им. Ф. Энгельса (Джизакский массив в Средней Азии).

На рис. 78 показано распределение влаги на глубине до полива (кривая 1) и после полива (кривые 2, 3, 4 и 5), построенное на различные моменты времени. На этих кривых методом, рассмотрен­ным в разделе 1 § 3 этой главы, найдены точки, разделяющие во­сходящие потоки от нисходящих, и построена граница раздела, ордината которой zr меняется во времени.

Расчет поступления влаги к уровню подземных вод или к любому выделенному сечению, где намечается точка с началом

Координат, определяется по формуле

Г dQ л 0и=в J ~wdz-

О

Соответственно расход восходящего потока vB определяется: следующим образом:

(6.54)

Г,

Где L — ордината поверхности земли.

Учитывая имеющееся обычно небольшое число замеров влажно­сти и их невысокую точность, расчеты удобнее проводить, вычис­ляя объемы влаги, заключенные между эпюрами и ограниченные каким-либо сечением и границей между восходящими и нисходя­щими потоками влаги. Так, на графике (см. рис. 78) заштрихована область, соответствующая объему испарившейся влаги в период между 2 и 20 сут. после полива. Для рассматриваемого случая суммарное поступление воды составило 200 мм (2000 м3/га). При этом на испарение ушло 80 мм, что соответствует среднему испа­рению 4 мм/сут. Поступление влаги к уровню подземных вод соста­вило за этот период 120 мм, что вызвало его подъем почти на 1 м-

При неглубоком залегании уровня измерения влажности целе­сообразно совместить с измерениями уровня подземных вод и вод­но-балансовыми исследованиями на поверхности земли. Последние необходимы для оценки потерь на фильтрацию и испарение в меж­поливной период. В общем цикле от одного полива до другого можно выделить четыре характерных периода.

Первый период соответствует собственно поливу. На его про­тяжении наблюдаются насыщение зоны аэрации и транзитные по­токи влаги, вызывающие подъем уровня еще до того, как види­мый фронт промачивания достигнет свободной поверхности. Ин­тенсивность поступления влаги к свободной поверхности в этот период определяется по формуле

(6.55)

Где / — фильтрационные потери, определяемые путем непосредст­венных измерений; h — ордината уровня подземных вод.

Второй период характеризуется расходованием влаги зоны аэрации на испарение и отток вниз. Интенсивность потоков рассчи­тывается по формуле (6.53, 6.54) при предварительном выяснении положения границы, разделяющей восходящие и нисходящие по­токи. Заканчивается этот период тогда, когда граница раздела под­ходит к уровню подземных вод. С этого момента начинается отток влаги из зоны полного насыщения. Этот процесс определяет на­
чало третьего периода, когда восходящий поток влаги формируется как за счет дальнейшего уменьшения влагозапаса в зоне аэрации, так и за счет оттока из зоны насыщения. Для определения интен­сивности этого оттока необходимо знать суммарное испарение Е, которое должно определяться независимым путем. Соответственно для vB имеем

L

OB=E~\~~dz. (6.56)

А

Четвертая стадия характеризуется установлением равновесного профиля влажности, соответствующего станционарному режиму. В этот период интенсивность восходящих потоков влаги может определяться путем непосредственного измерения испарения Е. Эти стадии можно проследить, пользуясь рис. 79. На этом рисунке по­казаны эпюры влажности, наблюдаемые при поливе и в межполив­ной период в совхозе Дальверзин-1 в Средней Азии. Зона аэрации мощностью 1,5 м сложена легкими суглинками и супесями с коэф­фициентами фильтрации около 1 м/сут, полив проводился по бо­роздам в течение 2 сут. Как следует из анализа наблюдений, в пе­риод полива потери на фильтрацию составили 150 мм (1500 м3/га), при этом на насыщение зоны аэрации израсходовано 70 мм. Сле­довательно, питание подземных вод за счет транзитных потоков влаги определяется величиной 80 мм. После полива наблюдается расходование влагозапаса зоны аэрации на суммарное испарение и питание подземных вод. Длительность этого этапа около 3-х су­ток. Питание подземных вод в этот период составило около 50, а испарение 20 мм. В период установившегося режима интенсив­ность восходящего потока влаги была около 0,45 мм/сут. За весь межполивной период разгрузка подземных вод на испарение со­ставила 10 мм. Таким образом, для всего цикла имеем следующие составляющие баланса: водопоступление 150, испарение 30, пита­ние подземных вод 120 мм.