Многолетняя изменчивость режима подземных вод и ее причины. График колебаний среднегодовых расходов подземного стока в бассейне р. Боровки

ЛЕКЦИЯ 3

МНОГОЛЕТНЯЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ РЕЖИМА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Многолетние колебания уровней и расходов подземных вод имеют большой практический и теоретический интерес. Закономерности их многолетней изменчивости изучены еще недостаточно, и поэтому прогнозирование этих изменений представляет значительные трудности.

3.1 Причины многолетней изменчивости уровней и расходов подземных вод

Размеры многолетних колебаний уровней и расходов подземных вод зависят от литологического состава водовмещающих пород, граничных условий пласта, глубины залегания водоносного горизонта, климатических условий и хозяйственной деятельности человека.

Наименьшие многолетние колебания уровней грунтовых вод отмечаются в песчано-суглинистых отложениях террас и склоновых участков. Многолетние амплитуды составляют здесь всего 2 –5 м. Наибольшие колебания отмечаются на водоразделах, особенно в трещиноватых и карстовых породах, где многолетние амплитуды уровней грунтовых вод могут достигать 10 –30 м, а в отдельных случаях 80 м. Соответственно коэффициенты изменчивости дебитов источников (т. е. отношение их максимального за многолетие дебита к минимальному могут достигать 10 – 30, а в отдельных случаях 600.

Вклад сезонных колебаний в указанные многолетние амплитуды зависит от глубины залегания подземных вод и степени их связи с гидрометрическими факторами. При небольших глубинах и хорошей связи этот вклад может достигать 50 – 80 %, а при плохой связи и больших глубинах (например, в напорных водах) всего 10 –20 %.

Наиболее общие тенденции многолетней изменчивости режима уровней и расходов подземных вод оценивается выделением в их колебаниях линейных или нелинейных трендов (рисунки 3.1, 3.2, 3.3).

Рисунок 3.1 – Линейный (1) и нелинейный тренд второй степени (2) в многолетнем ходе колебаний уровня подземных вод по скв. 17 в долине

 р. Ханака [2]

Рисунок 3.2 – График колебаний среднегодовых расходов подземного стока в бассейне р. Боровки [2]

1 – линейный тренд, 2 – тренд второй степени, 3 – тренд третьей степени

Рисунок 3.3 – Обобщенный региональный график режима грунтовых по всей территории СССР [1]

1 – линейный; 2 – нелинейный тренды

Определение. Под трендом понимается основное, плавное изменение неколебательного характера на протяжении значительного периода времени.

В большинстве наиболее длинных рядов наблюдений с естественным и слабо нарушенным режимом, как уровней подземных вод, так и подземного стока такие тренды имеются. Однако их выдержанность или темпы изменчивости различны. Так, в подземном стоке линейные тренды характеризуются величинами направленной многолетней изменчивости модулей подземного стока от

± 0,0001 до ± 0,7 л/с∙км²  ежегодно, т. е. от практически незначимых до весьма существенных. И в уровнях и в подземном стоке выявляются как положительные, так и отрицательные тренды, при преобладании отрицательных (рисунок 3.1). Это свидетельствует о наметившейся общей тенденции к истощению запасов подземных вод.

Среди причин, обуславливающих появление таких и, прежде всего интенсивных трендов, можно назвать хозяйственную деятельность человека, которая помимо явных воздействий (водоотбор, осушение, орошение и т. п.) имеет иногда и трудно оцениваемые последствия. К таковым относятся вырубка лесов и распашка земель, планировка и застройка территорий, прокладка дорог, создание прудов и т. п.

Наличие трендов в уровнях и расходах подземных вод, как в обжитых, так и в слабо обжитых районах свидетельствует о том, что причины появления трендов имеют место и в естественных природных процессах. Это вековые и сверхвековые изменения климата Земли, а также неотектонические колебания земной коры. Отмеченное климатологами повышение температур воздуха в Северном полушарии в XX столетии, уменьшение льдистости северных морей, отступание горных ледников, обмеление бессточных озер, а также повышение уровня Мирового океана свидетельствует о крупномасштабном постепенном изменении климатических условий, приводящих к истощению запасов вод суши.

3.2 Цикличность уровней подземных вод

Определение. Под цикличностью в данном случае  понимается не строго периодические колебания, характеризуемые обычно переменной во времени длинной циклов и амплитуд.

Массовый анализ большинства существующих рядов по уровням подземных вод и подземному стоку показал, что в режиме подземных вод встречаются различные по продолжительности циклы от 2-х летних до 34-летних.

Наличие такого разнообразия циклов свидетельствует о значительной доле случайности в их формировании. Анализ цикличности уровней подземных вод, проводимый по одному и тому же ряду наблюдений, но различными методами  дает нередко различные результаты. Это свидетельствует  о случайности отдельных циклов и обязывает