5. Водный баланс и режим подземных вод

1. Водный баланс подземных вод

Водный баланс земной поверхности и подземных вод (вод зоны аэрации и грунтовых вод) необходимо изучать совместно. Рассмот­рим часть небольшого речного бассейна. Примем для упрощения задачи, что водообмен подземными водами с соседними бассейна­ми отсутствует, т. е. поверхностный и подземный водоразделы для рассматриваемого бассейна совпадают. Выделим в нем три взаимо­связанных по вертикали элемента — поверхность, зону аэрации и водоносный горизонт грунтовых вод (рис. 5.6) и напишем для каждого из этих элементов уравнение водного баланса согласно общим положениям, сформулированным в гл. 2.

\х

Рис. 5.6. Схема водного баланса для поверхности речного бассейна, зоны аэрации и грунтовых вод

Непосредственно для поверхности бассейна уравнение водного баланса будет иметь вид

-*■ ~ ^ПОВ -Уинф -^ПОВ — Д^ПОВ» (5^-12)

где х — атмосферные осадки на поверхности бассейна; у_пов — поверх­ностный (склоновый) сток; у_тф — вода, поступившая в зону аэра­ции в процессе инфильтрации; г_пов — испарение непосредственно с поверхности почвы и смоченных водой растений, с участков, залитых водой, и т.д.; ± Ди_пов — изменение содержания (запасов) воды в неровностях поверхности бассейна, например в водных объектах на этой поверхности.

Для зоны аэрации получим уравнение водного баланса в таком виде:

•Уинф £гр.в ^— .Упочв .Улит.гр.в -^тр -^з.а — (5.13)

где Хш_ф — поступление воды в процессе инфильтрации с поверхно­сти (см. предыдущее уравнение); у_почв — сток в почвенном слое (так называемый «почвенный», или «подповерхностный», сток); _у_пит._гр,_в —

вода, поступающая из зоны аэрации в грунтовые воды и участву­ющая в их питании; z_Tp — поглощение воды из зоны аэрации кор­невой системой растений (десукция) и затрачиваемой впоследствии на транспирацию, а частично на увеличение биомассы растений; z₃._a — подземное испарение воды из зоны аэрации и потери ее в ат­мосферу; Zrp.B — испарение воды с поверхности грунтовых вод (эта вода идет на пополнение содержания вод в зоне аэрации); ± Ди_зя — изменение содержания (запасов) воды в зоне аэрации (включая почву), выражающееся в изменении влажности грунтов.

Для водоносного горизонта грунтовых вод уравнение водного баланса имеет вид

(5.14)

где ^_питгрв — питание грунтовых вод из зоны аэрации (см. предыду­щее уравнение); у_грв — сток грунтовых вод; z_rp._в — испарение с по­верхности грунтовых вод; ± у_гл — питание грунтовых вод из глубин­ных напорных горизонтов или разгрузка грунтовых вод в эти глу­бинные горизонты; ± Дм_{гр в} — изменение содержания (запасов) воды в водоносном горизонте грунтовых вод, выражающееся в измене­нии уровня грунтовых вод.

С

(5.15)

уммирование трех приведенных выше уравнений (5.12) — (5.14) даст уравнение водного баланса для рассматриваемой части речно­го бассейна:

x = y + z±y_n±Au,

где

( 5.16)

(5.17)

(5.18)

В уравнении (5.16) суммируется весь сток, поступающий в реку по поверхности (по склону), в почве и с грунтовыми водами (раз­грузка грунтовых вод в реку). Уравнение (5.17) суммирует расходо­вание воды на испарение, а (5.18) — изменение запасов воды в рас­сматриваемой части бассейна. Уравнение баланса речного бассейна будет рассмотрено также в разд. 6.6.

Уравнения (5.12) — (5.18) должны быть отнесены к какому-либо интервалу времени At, а их члены могут быть представлены либо в единицах слоя (тогда ± Дм_{гр в} — величина изменения уровня фун­товых вод), либо в объемных единицах.

Исследование роли зоны аэрации и фунтовых вод в формиро­вании водного баланса речных бассейнов в различных природных условиях показало: 1) значение зоны аэрации в вертикальном во­дообмене в речном бассейне весьма велико; 2) в речном стоке существенная доля приходится на подземную составляющую; 3) в ве­личине испарения основная роль принадлежит транспирации.