Основные режимообразующие факторы в гидрогеологии. Основные понятия. Космические факторы. Метеорологические факторы

ЛЕКЦИЯ 1

ОСНОВНЫЕ РЕЖИМООБРАЗУЮЩИЕ ФАКТОРЫ

1.1 Основные  понятия

Определение. Под режимом подземных вод обычно понимают естественно-исторический процесс, отражающий формирование подземных вод и характеризующий изменения во времени ресурсов, свойств и состава подземных вод, включая уровни или напоры, расходы, скорости, температуру, газовый и бактериологический состав.

Определение. Под балансом подземных вод понимается количественное соотношение между их поступлением и расходованием на той или иной площади за определенный период.

Режим и баланс подземных вод взаимосвязаны.

Изучение и анализ режима подземных вод позволяют установить генетические связи с определяющими его факторами, познать процессы, обуславливающие изменения, происходящие в подземных водах, выявить закономерности этих изменений во времени и пространстве.

Только выявив и познав причины возможных изменений, происходящих в подземных водах, изучив механизм их воздействия и закономерности проявления, можно подойти к прогнозам этих изменений во времени и построению моделей оптимального использования подземных вод или управления их режимом в нужном для человека направлении.

Режим подземных вод изучается также для решения таких практических задач как: а) определение расчетных гидрогеологических параметров; б) оценка условий на границах пластов; в) оценка величины питания подземных вод; г) оценка взаимодействия  водоносных горизонтов между собой и с поверхностными водами; е) для оценки влияния различной  хозяйственной деятельности человека на гидрогеологические условия и окружающую среду в целом.

По преобладанию воздействия на подземные воды основных групп факторов их режим подразделяется на естественный и нарушенный. Иногда дополнительно выделяют слабонарушенный режим. В этом случае имеется ввиду, что, несмотря на происшедшие изменения гидрогеологической обстановки, режим подземных вод формируется преимущественно под влиянием естественных факторов.

Определение. Под режимообразующими факторами понимаются такие природные процессы, которые, сами изменяясь во времени, приводят к изменениям в подземных водах.

Среди основных режимообразующих факторов выделяют эндогенные (геологические), экзогенные (космические, метеорологические, гидрологические и биогенные), а также искусственные или антропогенные.

1.2 Космические факторы

К космическим факторам воздействия на подземные воды относятся солнечная активность, приливные силы Луны и других планет.

Солнечная активность проявляется в электромагнитных и корпускулярных излучениях и гравитационных воздействиях. Изменения во времени электромагнитных и корпускулярных излучений определяет степень ионизации атмосферы, то усиливая, то ослабляя атмосферную циркуляцию. При усилении циркуляции снижаются градиенты потоков и контрасты тепла и влаги между океанами и континентами, а также между полюсами и экватором. Это отражается в распределении атмосферных осадков и температур воздуха, что в свою очередь сказывается на режиме и балансе подземных вод.

Силы притяжения Солнца и Луны вызывают океанические и земные приливы. Океанические приливы, усиливаемые вращением Земли, достигают 18 м, что определяет соответствующий подъем грунтовых и напорных вод в прибрежных зонах, постепенно затухающий в глубь берега.

Влияние приливных сил фиксируется в скважинах и вне зон подпора от  водных масс (например в Беларуси), так как силы притяжения растягивают земную кору, увеличивая тем самым пористость пород и снижая уровни подземных вод. Снижение уровней составляет несколько сантиметров и имеет четкую периодичность в 12 и 24 часа, а также менее четкую в 14 и 28 суток.

1.3 Метеорологические факторы

Многие особенности режима подземных вод определяются гидрометеорологическими  факторами – осадками, температурой и влажностью воздуха.

Одним их основных макропроцессов, определяющих интегрально режим температур воздуха и выпадения атмосферных осадков, является атмосферная циркуляция ветров. Выделяются две основные формы переноса ветров – зональная и меридиональная. Меридиональный перенос тепла и влаги определяется наличием градиента температур между экватором и полюсом, а зональный – градиентом температур между океаном и материком, Отмечено, что восточный тип циркуляции обуславливает снижение уровня грунтовых вод, а западный и северный - повышение.

Наиболее мощным режимообразующим фактором является режим выпадения атмосферных осадков, их интенсивность и расходование на испарение. Наибольшее питание подземных вод имеет место весной, осенью, а в ряде районов и зимой. При равных осадках и испарении размеры инфильтрации зависят от литологического состава пород зоны аэрации (рисунок 1.1) и от глубины залегания подземных вод (рисунок 1.2).

Изменение инфильтрации можно выразить как ,                 (1.1)

где  – амплитуда колебания уровня;

 – недостаток насыщения (водоотдача).

Величина инфильтрации и испарения с увеличением глубин залегания подземных вод постепенно уменьшается (рисунки 1.1, 1.3, 1.4).

Рисунок 1.1 – Зависимость годовых коэффициентов инфильтрации (I, II) и испарения (III) от глубины залегания грунтовых вод (H) [2]

I, III – грунтовые воды в торфе, супесях, песках тонко- и мелкозернистых; II – то же в суглинках; 1 – инфильтрация; 2 – испарение

Рисунок 1.2 – Зависимость величины питания грунтовых вод от глубины их залегания [1]

1 – изменение размеров инфильтрации (); 2 – изменение размеров испарения (); 3 – зависимость изменений размеров питания грунтовых вод ()

Рисунок 1.3 – Зависимость среднемноголетних годовых коэффициентов инфильтрации