Н

Т, °С н, и 12

б)

Рис. 5.7. Типичные графики колебания уровня (глубины залегания) (/) и темпе­ратуры (2) грунтовых вод (по В. С. Ко­валевскому):

Провинции: а — кратковременного питания, б— сезонного питания, в — круглогодичного питания (I—XII — месяцы)

а территории бывшего СССР были выделены три провинции по режиму грунтовых вод (работы В. С. Ковалевского). Для каждой провинции характерен свой тип режима уровня грунтовых вод и других характеристик (рис. 5.7).

В провинции кратковременного летнего питания, относящейся в основном к зоне многолетнемерзлых грунтов, грунтовые воды находятся в жидком состоянии лишь в летне-осеннее время. Мак­симальный уровень связан с талым и дождевым питанием и обыч­но приходится на май — июнь (а при продолжительных летних дож­дях — на более позднее время) (рис. 5.7, а).

Водный режим грунтовых вод в провинции сезонного, преимуще­ственно весеннего и осеннего питания, охватывающей большую часть территории бывшего СССР, характеризуется зимним промерзанием зоны аэрации и максимумами уровня в периоды повышенного питания талыми водами в весеннее время и дождевыми — в осеннее время (рис. 5.7, б). Летние дождевые осадки в основном расходуют­ся на испарение. Минимальные уровни грунтовых вод наблюдают­ся в предвесеннее время. Необходимо отметить важную закономер­ность: чем больше толщина зоны аэрации и чем грунты менее водо­проницаемы в этой зоне, тем на более поздние сроки сдвигаются максимальные уровни грунтовых вод. Так, например, в Подмосковье при изменении глубины залегания грунтовых вод от 1 до Юм запаздывание повышения уровня увеличивается до двух месяцев.

В провинции круглогодичного, преимущественно зимне-весеннего питания, относящейся к южным и западным районам бывшего СССР, где зона аэрации обычно не промерзает, максимальные уровни грунтовых вод наблюдаются в феврале — апреле, минималь­ные — в летне-осеннее время (рис. 5.7, в).

Суточные колебания уровня неглубоко залегающих грунтовых вод есть реакция на суточные колебания испарения и транспира­ции. Днем уровень грунтовых вод несколько понижается, ночью — повышается.

Режим температуры грунтовых вод формируется под влиянием ряда факторов, из которых главные — это колебания температуры воздуха и температуры инфильтрующихся вод.

С глубиной многолетние, сезонные и суточные колебания тем­пературы грунтовых вод быстро затухают. Положение зоны с посто­янной температурой грунтовых вод наиболее высоко у экватора (всего несколько метров), что объясняется небольшой величиной сезонных колебаний температуры воздуха на поверхности земли (до 10—15 °С); наиболее глубоко (до 41 м) зона постоянной темпе­ратуры расположена в условиях резко континентального климата.

Температура воды в верхней части упомянутой зоны в пределах бывшего СССР изменяется в меридиональном направлении (с се­вера на юг) от нуля до 20 °С и примерно соответствует средней многолетней температуре воздуха на поверхности земли, обычно превышая ее всего на 1—3 °С. На больших глубинах температура постепенно увеличивается с глубиной в соответствии с характер­ным для данного района так называемым геотермическим гради­ентом.

Наиболее типичны сезонные колебания температуры грунтовых вод. Типы этих колебаний хорошо соответствуют типам водного режима грунтовых вод (см. рис. 5.7).

В провинции кратковременного летнего питания в многомерз­лотных грунтах температура грунтовых вод даже в летние месяцы редко достигает 8—10°С. Зимой грунтовые воды деятельного слоя промерзают. В провинции сезонного питания четко выражен и се­зонный ход температуры грунтовых вод, осложненный ее пониже­нием в периоды инфильтрации талых вод. Колебания температуры грунтовых вод в этой провинции чаще всего наблюдаются в пре­делах от 2—5 до 10—12 °С, реже — до 16—20 °С. В провинции круг­логодичного питания температура грунтовых вод обычно ко­леблется в пределах от 10 до 20—25 °С, а в наиболее теплых рай­онах, как, например, в Таджикистане,—от 15—16 до 33—36 °С.

Гидрохимический режим грунтовых вод (изменение их минерали­зации и химического состава) также связан с водным режимом и характером питания и разгрузки грунтовых вод. Наиболее важное значение имеют разбавление грунтовых вод пресными дождевыми и талыми водами и интенсивность испарения воды.

В провинции кратковременного летнего питания минимальная минерализация грунтовых вод, иногда 5—30 мг/л, отмечается в ве­сеннее и летнее время в результате разбавления грунтовых вод талыми водами. Максимальная концентрация солей (до 1 г/л и бо­лее) в грунтовых водах (там, где они не промерзают) наблюдается в предвесеннее время. Наиболее характерные ионы в грунтовых водах НСО^ и Са²⁺.

В провинциях сезонного и круглогодичного питания наблюда­ются два типа гидрохимического режима подземных вод. Первый из них характеризуется весенним разбавлением грунтовых вод та­лыми и дождевыми водами. Минимальная минерализация грунто­вых вод совпадает с максимальными уровнями. Максимальная минерализация в провинции сезонного питания наблюдается в предвесеннее и летнее время, в провинции круглогодичного пи­тания — в летне-осеннее время и, как правило, совпадает с мини­мальными уровнями грунтовых вод. В северных районах России и странах Балтии в условиях избыточного увлажнения минерализа­ция грунтовых вод колеблется в течение года в среднем от 10 до 400 мг/л.

В пределах средней полосы Европейской территории России в условиях умеренного и недостаточного увлажнения сезонные ко­лебания минерализации возрастают по направлению с севера на юг от 20 до 1000 мг/л и иногда до 2 г/л. В южных районах России сезонные колебания минерализации могут быть еще больше (в При- каспии от 0,2 до 11 г/л, в Средней Азии от 0,1 до 6 г/л). По направлению с севера на юг содержание ионов SO4^- и Na⁺ в со­левом составе грунтовых вод постепенно возрастает.

Второй тип гидрохимического режима грунтовых вод характе­ризуется преобладанием испарения над питанием грунтовых вод, их выпариванием и снижением уровня. Эти процессы сопровожда­ются накоплением солей в зоне аэрации и увеличением минерали­зации грунтовых вод. В периоды зимнего или весеннего питания грунтовых вод инфильтрующиеся воды частично растворяют эти соли и еще более увеличивают минерализацию грунтовых вод. В отличие от предыдущего типа в данном случае максимальная минерализация грунтовых вод наблюдается при максимальных уров­нях, а минимальная минерализация — при минимальных уровнях грунтовых вод. В солевом составе преобладают ионы Cl~, SO4 Na⁺, Mg²⁺.

Наконец, при больших глубинах залегания уровня (более 10 м) отмечается особый тип гидрохимического режима грунтовых вод, характеризующийся незначительными сезонными колебаниями минерализации.

Во всех провинциях с глубиной сезонные изменения минерали­зации и солевого состава грунтовых вод затухают.

Специфические колебания уровня, температуры и химического состава испытывают грунтовые воды, находящиеся вблизи рек, озер и водохранилищ и связанные с ними гидравлически (см. разд. 5.6). Для режима уровня грунтовых вод в этих случаях характерны, например, колебания, сопутствующие изменениям уровня воды в водотоке или водоеме.