7.3. Взаимодействие подземных и поверхностных вод

Подземные и поверхностные воды взаимодействуют в результате обмена водой с водами океанов, морей, рек, водоемов. Такой обмен осуществляется посредством гидравлической связи. Если выход подземных вод находится выше уровня воды в реке или море, гидравлическая связь отсутствует. Если же выход подземных вод находится ниже уровня речных вод или вод водоема, то связь есть. Итак, возможны различные варианты взаимодействия подземных и поверхностных вод: 1) гидравлическая связь от­сутствует, 2) постоянная гидравлическая связь, 3) временная гидравлическая связь (рис.7.1).

1. Отсутствие гидравлической связи поверхностных и подзем­ных вод обычно обусловлено геологическим строением и харак­тером водопроницаемости пород. Особенности геологического строения заключаются в том, что кровля водонепроницаемых пород, на которых формируются безнапорные грунтовые воды, зале­гает выше максимальных уровней воды в водоеме или водотоке (рис. 7.1а).

2. Постоянная гидравлическая связь поверхностных и подзем­ных вод зависит как от характера водотока или водоема и их режима, так и от геологического строения прибрежной полосы и может иметь разный характер. Например, поверхностные водотоки и водоемы в течение почти всего года дренируют грунтовые воды тем или иным образом (рис. 7.1б). Поверхностные водотоки и водоемы в течение всего года питают водоносные горизонты подрусловых грунтовых вод и грун­товых вод прибрежной полосы (рис. 7.1в). Этот тип гидравлической связи широко развит в аридных пустынных и полупустынных областях, в горных районах. Поверхностные водотоки и водоемы в течение всего года по­лучают питание из неглубоких горизонтов подземных, главным образом напорных, вод (рис. 7.1г,д).

3. Временная или периодическая гидравлическая связь поверх­ностных и подземных вод вызывает неоднозначный режим подзем­ного стока. Так, если поверхность водонепроницаемого слоя за­легает выше уровня воды в реке в маловодный период, но ниже уровня воды в полноводный период, то при низких уровнях будет происходить односторон­нее питание реки грунтовыми водами (см. рис. 7.1е). В периоды полноводья, располагаясь в течение длитель­ного времени выше кровли водоупора водоносного горизонта, речные воды будут вызывать подпор подземных вод.

Рис. 7.1. Схема гидравлической связи грунтовых и речных вод: 1 - водоносные слои, 2 - водонепроницаемые или слабо­проницаемые пласты, 3 - положение зеркала грунтовых вод, 4 - пьезометрические поверхности напорных вод, 5 - уровни речных вод, 6 - направление движения под­земных вод.

7.4. Пополнение подземных вод

Пополнение запасов подземных вод зависит главным образом от количества атмосферных осадков, их интенсивности, продолжительности. При интенсивных, но кратковременных или при не­значительных дождях атмосферная влага не успевает глубоко просочиться в почву, поэтому она испаряется из нее после дождя. Увеличение запасов подземных вод происходит при продолжительных дождях, орошающих большие территории, осо­бенно в осенью, когда потеря влаги на ис­парение мала. Жидкие осадки летнего периода играют значи­тельно меньшую роль, так как они интенсивно расходуются на испарение.

В условиях умеренных широт, где в холодный период накапли­ваются большие запасы снега, талая вода является основным источником питания подземных вод. Наиболее благоприятные ус­ловия для пополнения их запасов создаются в конце весеннего таяния снега, особенно если оно имеет затяжной характер. Увеличение запасов зависит также от водно-физических свойств почво-грунтов, так как они определяют степень инфильтрации поверхностных вод. В бассейнах, поверхность которых сложена лесными, песчаными или структурными почвами, обладающими большой во­допроницаемостью, происходит усиленная инфильтрация поверх­ностных вод и значительное пополнение запасов грунтовых вод. В бассейнах, поверхность которых представлена глинами, суглинками и неструктурными почвами со значительно меньшими коэффициентами инфильтрации, отмечается небольшое пополнение запасов грунтовых вод.

Степень пополнения запасов грунтовых вод при прочих равных условиях зависит от влажности почв и грунтов зоны аэрации: чем больше влажность при инфильтрации поверхностных вод, тем больше увеличиваются запасы грунтовых вод по сравнению с су­хими почвами и грунтами, т.к. в последнем случае часть влаги просочившейся в почву, идет на формирование почвенных вод.

Изменение запасов грунтовых вод во времени может быть приближенно оценено изменением уровней грун­товых вод. Колебания уровней подземных вод можно подразделить на многолетние, сезонные и эпизодические. Многолетние колебания средних годовых уровней грунтовых вод обусловлены разли­чием осадков и испарения за отдельные годы, не имеющим зако­номерного характера. Чередования многоводных и маловодных лет вызывает соответствующее изменение уровней грунтовых вод. Это подтверждается анализом многолетних рядов наблюдений за уровнями грунтовых вод в скважинах. В годы с обильными осад­ками запасы грунтовых вод пополняются, а в маловодные - рас­ходуются, что приводит к уменьшению амплитуды колебаний го­дового стока рек, имеющих постоянное грунтовое питание. Акку­мулирование части атмосферных осадков в виде запасов грунто­вых вод в многоводные годы и расходование этих запасов в виде речного стока в последующие маловодные годы приводит к тому, что связь между осадками данного года и стоком рек этого года нарушается: в многоводные годы речной сток относительно меньше, чем в маловодные. Грунтовый сток мало меняется от года к году, поэтому в многоводные годы он будет мало отличаться от стока маловодных лет и, следовательно, составит меньшую долю к осад­кам многоводного года, чем в маловодные годы.

Эпизодические колебания уровней грунтовых вод наблюдаются после оттепелей, а также после выпадения ливневых дождей ле­том и могут иметь значительную амплитуду.