РАЗДЕЛ 2
ОБЗОР МЕТОДОВ РАСЧЕТА ПОДЗЕМНОГО ПРИТОКА В РЕКИ
2.1. Методы оценки подземного притока в ненарушенных хозяйственной деятельностью условиях
Для расчета подземного питания рек, озер и других водоемов могут применяться различные методы и приемы. Использование того или иного расчета определяется целевым назначением исследований, характером водотока или водоема и степенью изученности гидрогеологических и гидрологических условий.
Разнообразие природных условий, различная степень гидрологической и гидрохимической изученности объектов исследования, а также разнообразие практических задач создают определенные трудности в выборе метода расчета подземного стока с требуемой точностью. Ни один из известных в настоящее время способов оценки подземного питания рек и водоемов не может считаться универсальным. Поэтому в сложных случаях природной обстановки, при решении важных гидрологических и гидрогеологических задач, наиболее точные результаты могут быть получены при использовании одновременно нескольких методов.
Основные методы и приемы количественной оценки подземного стока можно объединить в следующие группы: гидрогеологические, воднобалансовые, гидрохимические, физические и гидрологические [2,58,80,81,118,119,120,127,128].
2.1.1. Гидрометрические методы. Для определения подземного стока необходимо иметь данные изучения гидрометеорологических условий, водного режима и взаимосвязи речных и подземных вод.
В гидрологической практике для оценки подземной составляющей речного стока используют следующие способы и приемы: метод водного баланса, кривые истощения запасов подземных вод, исследование приращения меженных расходов между двумя створами, установление связей стока с осадками, наблюденные данные по минимальным расходам, расчленение гидрографа общего речного стока и др. [112].
Среди гидрометрических методов определения подземного питания рек наибольшее распространение получили методы расчленения гидрографов суммарного стока рек. Под суммарным или общим стоком в дальнейшем подразумевается сток, образованный как поверхностным, так и подземным притоком воды в русло. Теоретически обоснованный метод расчленения гидрографов общего речного стока и расчет подземной составляющей должны базироваться на гидродинамическом анализе закономерностей подземного стока из всех водоносных горизонтов зоны дренирования и учете гидрогеологических условий конкретных речных бассейнов. Таким методом является комплексный гидролого-гидрогеологический метод генетического расчленения гидрографа общего стока рек, разработанный и теоретически обоснованный Б.И. Куделиным [81]. Различный характер гидравлической связи подземных и речных вод, определяющий режим подземного стока в реку из дренируемых водоносных горизонтов, обусловливает разные схемы расчленения гидрографов общего стока рек.
Методика расчленение гидрографов рек для различных случаев взаимосвязи поверхностных и подземных вод сводится к следующему.
А). Расчленение гидрографа реки, питающейся из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой (рис. 2.1, колонка 1).
Подземные воды, гидравлически не связанные с рекой, обладают режимом и фазами стока, близкими к поверхностному стоку. Они отличаются лишь тем, что пик подземного стока выражен менее ярко, и наступает он несколько позже, чем пик речного половодья.
Б). Расчленение гидрографа общего стока реки, питающейся из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой (рис. 2.1, колонка II).
Рис. 2.1. Типовые схемы гидрогеологических условий (а) и расчленения гидрографа реки (б). По Б.И. Куделину: I и II - питание грунтовыми водами, гидравлически не связаными и связаными с рекой; III - смешаное грунтовое питание; IV - смешаное грунтовое и артезианское питание.
Подземный сток в реку из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой, характеризуется подпорным типом режима, при котором в периоды прохождения половодья или паводков подземное питание уменьшается и на пике половодья может быть равным нулю.
В). Расчленение гидрографа реки при смешанном ее питании из водоносных горизонтов, гидравлически связанных и гидравлически не связанных с рекой (рис. 2.1, колонка III).
Расчленение гидрографа реки в этом случае производится в два этапа. Вначале на гидрографе выделяют величину подземного стока из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой. Затем на нижнюю часть выделенного отрезка накладывают подземный сток из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой.
Г). Расчленение гидрографа общего стока реки при смешанном грунтовом и артезианском питании (рис. 2.1, колонка IV).
В этом наиболее сложном случае взаимосвязи подземных и поверхностных вод расчленение гидрографа общего речного стока реки проводится в три этапа. Сначала на гидрографе реки выделяется грунтовый сток из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой. Затем на нижней части расчлененного гидрографа выделяется подземный сток из водоносных горизонтов, гидравлически не связанных с рекой. Ниже этой части грунтового стока выделяют подземный сток из водоносных горизонтов напорного характера (артезианское питание).
Для выбора схемы расчленения гидрографа общего стока и определения подземной составляющей производится гидрогеологическое районирование территории по типам режима подземного стока в реки [81]. Для этого составляются схемы дренирования водоносных горизонтов, где указывается, воды каких отложений по их стратиграфической принадлежности принимают участие в подземном питании реки.
Глубина зоны дренирования определяется различными способами: а) по картам гидроизогипс и гидроизопьез; б) путем сопоставления глубин эрозионного вреза с положением водоносных пластов; в) по положению региональных водоупоров; г) по гидрохимическим данным.
Часто для решения практических задач достаточно установить основной водоносный горизонт или водоносный комплекс, являющийся главным источником подземного питания данной реки.