Гидрогеология

 

Понятие о поверхностном и подземном стоках

Под стоком подразумевается передвижение дождевой и талой воды по земной поверхности (поверхностный сток) и в толщах горных пород (подземный сток).

Атмосферные осадки расходуются на поверхностный сток, испа­рение и поглощение горными породами. Поверхностный сток соз­дается водами, текущими по поверхности земли под влиянием силы тяжести со стороны водораздельных пространств — от более высоких участков к пониженным. Речной сток зависит от нескольких факторов.

1. размеры и форма водосборных бассейнов,

2. климатические условия и вид осадков

3. рельеф местности

4. характер и состояние склонов

5.водопроницаемость горных пород, а также искусственные меро­приятия

Выделяют следующие виды питания рек поверхностными водами: дождевое, снеговое, ледниковое и смешанное. Кроме того реки питаются подземными водами.

Подземные воды участвуют в питании вследствие дренирования их речными руслами.

В зависимости от строения рельефа, степени его расчлененности и геоструктурных условий соотношения между бассейнами поверх­ностного и подземного стока могут быть самыми разнообразными. В некоторых районах они совпадают, в других — бассейны поверх­ностного стока превышают площади подземных водосборных бас­сейнов, а иногда бассейны подземного стока значительно превышают наземную водосборную площадь.

Количество воды, протекающей в единицу времени через попе­речное сечение русла реки, называется расходом воды. Большие расходы воды обычно измеряются в метрах кубических в секунду, а малые — в литрах в секунду.

Чтобы определить расход воды Q в том или ином сечении русла реки, необходимо знать среднюю скорость V и пло­щадь сечения S речного потока.

Расход воды в общем виде определяется по формуле Q =VS, м 3 / с.

Для определения скорости течения и расхода воды в речном русле разбивают гидрометрические створы.

Сток может быть выражен следующими характеристиками: модулем стока, нормой стока, коэффициентом стока.

1. Модулем стока М называется количество воды, сте­кающей в единицу времени с 1 км2 водосборной площади речного бассейна:

M = Q*1000, л/с на 1 км2,

S бас

где Q средний годовой расход, м 3 / с; Sбac — водосборная площадь речного бассейна, км2.

2. Нормой стока называется среднеарифметическая вели­чина речного стока за продолжительный период наблюдения (40— 50 лет).

3.Коэффициентом стока L называется отношение величины стока у за какой-либо период к количеству атмосферных осадков х за тот же период (обычно за год): у

L = ---------- 100 %

х

Здесь сток у и количество атмосферных осадков х выражены высотой слоя воды в миллиметрах. Поэтому коэффициент стока выражается в отвлеченных единицах или в процентах.

Режим питания реки, распределение стока в течение года, а также величину подземного стока можно определить путем анализа гидро­графа реки. Гидрографом называется график изменения во времени расхода воды за год или часть года (сезон, половодье или паводок).

 Водный баланс территории

Количественное выражение процесса климатического круговоро­та воды и его отдельных звеньев может быть охарактеризовано с помощью водного баланса. Водный баланс какой-либо территории, т.е. накопление и расходование воды в ее пределах за те или иные интервалы времени, зависит от климатических факторов и характера подстилающей поверхности. Соотношение элементов водного балан­са — осадков, испарения, поверхностного и подземного стоков в определенных физико-географических условиях для многолетнего периода в среднем является практически постоянным и определяет средние расходы рек и водные ресурсы конкретного региона.

Закономерность изменения запасов вод обычно выражается урав­нением водного баланса. В общем случае это уравнение для любой территории за любой промежуток времени имеет следующий вид: X+K+Y1 Y2 Z+W1 +W2 + U1U2 = 0, где Х количество осадков: К конденсация влаги; У1 — приток речных вод из других районов; У2 — сток рек за пределы рассмат­риваемой территории (включая водозабор); Z — испарение; W1 — изменение запасов подземных вод; W2 изменение влагозапасов на поверхности водосбора; U1 приток подземных вод из смеж­ных районов; U2— сток подземных вод в соседние районы ниже уровня дренирования их речными руслами.

Современные представления о круговороте воды

Учение о круговороте воды в земной коре имеет долгую исто­рию, анализ которой показывает, что в течение продолжитель­ного времени это важное природное явление рассматривалось одно­сторонне, только с гидрологических позиций, которые механизм кру­говорота сводят к перемещению воды под действием тепловой энер­гии солнца (испарение и перемещение в атмосфере) и силы тяжести (движение дождя, снега, воды рек и подземных вод).

Второй, менее известный, но не менее важный круговорот воды связан с процессами осадкообразования: вместе с осадочным веще­ством в эпиконтинентальных морях, лагунах, озерах захороняются седиментационные воды. В дальнейшем, после регрессии морей, захороненные воды остаются на территории материков и принимают участие в формировании водоносных горизонтов или в ходе дальней­шего развития земной коры участвуют в метаморфических процес­сах, проходят стадию связывания горными породами, затем в про­цессе разрушения кристаллической решетки последних переходят в свободное состояние и по зонам тектонических нарушений направ­ляются к дневной поверхности. Этот механизм движения воды обусловлен геологическими процессами, такими, как осадконакопление, тектонические движения, вулканизм, метаморфизм, гранитизация горных пород и др. Этот тип круговорота воды получил название геологического.

2.1.7. Климатический (гидрологический) круговорот воды

Одно из главных свойств воды на поверхности земли, к кото­рому мы привыкли, — это способность воды изменять в термоди­намических условиях земной коры свое фазовое состояние.

Попав в атмосферу, вода вместе с воздухом вовлекается в сложную систему воздушных течений. В определенных условиях пар начинает конденсироваться, собираться в капли воды, которые падают на землю в виде дождя или снега, а на охлажденных участках — и в виде так называемых "горизонтальных осадков": инея, изморози, росы. Количество выпадающих осадков и их форма также зависят от конкретных географических условий: удаленности от берега моря, высоты местности, положения поднятий рельефа относительно воздушных течений, приносящих влагу, и многих других факторов.

Большая часть атмосферных осадков, выпадающих на материки, под влиянием силы тяжести, группируясь в струйки, ручьи и реки, стекает снова в океан, замыкая цикл кругооборота. Так совершается одно из наиболее могучих явлений природы, опреде­ляющих в итоге климат, а значит, и лик Земли в целом. При этом интенсивность и масштабы этого явления целиком определяются количеством солнечной энергии, поступающей на Землю, которая через сложный механизм движения водных масс определяет климат того или иного участка Земли. Поэтому этот круговорот воды называют климатическим.

В результате климатического кругооборота непрерывно воспол­няются запасы подземных вод. Дело в том, что на земной повер­хности происходит разделение выпавших атмосферных осадков на три составные части: одна часть этих осадков тут же снова испаряется в атмосферу, вторая часть, стекающая по поверхности земли в сторону Мирового океана, образует поверхностный сток, и, наконец, третья часть проникает через почву в горные породы, образуя подземный сток.

Соотношение между выделенными тремя составляющими различ­но и зависит от конкретных природных условий: характера рельефа, типа горных пород, их пористости и трещиноватости, температуры воздуха, характера растительности и т.д.

Важней­шими результатами климатического круговорота, как следствие непрерывного движения, являются следующие.

1. Формирование ветви пресных вод

2. Поддержание на континентах более высоких относительно океана уровней подземных вод,

3. Строгую направленность движения воды от горных сооруже­ний (водоразделов) к бассейнам стока и в конечном итоге возвра­щение воды в океан.

4. Формирование разнообразного водообмена.

5. Возобновляемость запасов воды на континентах.

6. Физическое и химическое преобразование (гидрогенез) горных пород.

7. Перенос солей.