Глава 7. Грунтовые воды и условия их стока в реки
Зональность грунтовых вод
Развивая идеи выдающегося русского ученого В. В. Докучаева, В. С. Ильин показал, что в распространении грунтовых вод имеет место определенная закономерность, проявляющаяся в их зональности. В последующем этот вопрос получил дальнейшее свое развитие и обоснование в трудах ряда советских ученых: Б. Л. Личкова, Ф. А. Макаренко, О. К. Ланге, М. П. Распопова и др.
Основой районирования грунтовых вод в настоящее время является представление о вертикальной зональности. В вертикальном направлении от поверхности вглубь земли выделяются: три характерные зоны по условиям движения и водообмена:
1) зона активного стока (верхняя зона подземных вод);
2) зона замедленного стока (средняя зона подземных вод);
3) зона относительно застойных вод (нижняя зона подземных вод).
В зоне активного стока формируются нисходящие безнапорные (свободные) подземные воды или воды с местными напорами, вызванными наличием водонепроницаемых прослоек в толще водоносных горизонтов. Залегают они на уровне или выше местных эрозионных врезов рек. Режим их теснейшим образом связан с метеорологическими факторами, поэтому в части распространения они подчинены широтной зональности. К ним относятся так называемые грунтовые воды и воды более глубоких водоносных горизонтов, свободно сообщающиеся с дневной поверхностью и находящиеся под воздействием дренирующего влияния рек. Грунтовое питание рек в равнинных районах территории СССР происходит почти исключительно за счет вод этой зоны. По мнению Ф. А. Макаренко, из данной зоны реки получают более чем 99,5% от общего объема подземного питания. Сток этой зоны включает все основные виды подземного стока: внутрипочвенный, верхний грунтовый и глубокий грунтовый.
В зоне замедленного стока формируются, как правило, устойчиво напорные, с высоким давлением (восходящие) подземные воды, известные под названием артезианских вод; они залегают ниже местных эрозионных врезов малых и средних рек, ограничены в глубину и в горизонтальном направлении глубинами и линиями эрозионного вреза и значительно слабее реагируют на метеорологические воздействия. Воды этой зоны играют некоторую, иногда и немаловажную, роль в питании больших рек в засушливых районах, русла которых отличаются глубоким эрозионным врезом. По характеру их поступления в реки различают открытые артезианские воды, непосредственно гидравлически связанные с поверхностными водами, и закрытые артезианские воды, поступающие в реки через вышележащие, сопряженные с ними водоносные горизонты.
Воды обычно отличаются повышенной минерализацией; сток их в реки всегда сопровождается значительным повышением минерализации речных вод.
В зоне относительного застоя залегают подземные воды, находящиеся под большим давлением. Они, как правило, восходящего типа, с большим пьезометрическим напором, с устойчивыми, местами очень высокими температурами. Движение вод этой зоны к поверхности земли обусловлено наличием тектонических разломов и представляет собой чрезвычайно редкое явление. Наиболее же ярко эта зона выражена в полосе вечной мерзлоты, где с выходами ее вод (подмерзлотных вод) связано устойчивое подземное питание рек и образование гигантских наледей.
Изложенное можно представить в виде схемы вертикального подразделения подземных вод по условиям подземного стока в реки (по М. П. Распопову) (табл. 14).
Таблица 14. Зоны подземных вод
| Зоны подземного стока | Типы подземных вод | Виды подземного стока | Вертикальные зоны климатического воздействия | |
| Зона активного стока | Почвенные воды и верховодка | Внутрипочвенный сток | Глубина внутригодового (интенсивного) воздействия | |
| Верхние грунтовые воды | Верхний грунтовый сток | |||
| Глубокие грунтовые воды | Глубокий грунтовый сток | Глубина многолетнего (ослабленного) воздействия | ||
| Зона замедленного стока | Открытые артезианские воды | Открытый артезианский сток | ||
| Закрытые артезианские воды | Закрытый артезианский сток | Глубина векового (слабого) воздействия | ||
| Зона относительного застоя | Глубокие артезианские воды | Локальный, чрезвычайно редкий восходящий сток в реки и озера, преимущественно по тектоническим разломам | Глубина относительного отсутствия воздействия |
В природе подземный сток в реки представляет собой сложный процесс и включает обычно несколько из названных выше видов. Основное значение имеет все же питание за счет верхней зоны - активного стока, тесно связанной с климатическими факторами. Поэтому в распространении подземных вод (прежде всего грунтовых) отмечается определенная климатическая зональность, хорошо прослеживаемая в равнинных районах, особенно в Европейской части СССР.
Сущность гидрогеологической зональности заключается в следующем. В пределах равнинных районов СССР, прежде всего в Европейской части СССР, уровень грунтовых вод в направлении с севера на юг постепенно понижается; вместе с тем увеличивается степень минерализации грунтовых вод. В то время как на севере грунтовые воды расположены близко к поверхности и очень слабо минерализованы, в южных районах они находятся на большой глубине и в той или иной мере засолены. Важным показателем зональности также является уменьшение в направлении с севера на юг содержания органических веществ в воде и увеличение ее жесткости в том же направлении. Воды северных районов СССР - зоны избыточного увлажнения - отличаются, наряду с исключительно малой общей минерализацией, относительно большим содержанием органических веществ. Воды южных районов - степных, полупустынных и особенно пустынных, обладая высокой минерализацией, отличаются высокой жесткостью и малым содержанием органических веществ.
С гидрологической точки зрения зональность проявляется в закономерном уменьшении в направлении с севера на юг доли грунтового питания и вообще водности рек в периоды летней и зимней межени, когда они в значительной мере переходят на грунтовое питание. Ярким показателем зональности является также пересыхание рек, которое по направлению к югу приобретает все большие размеры, распространяясь не только на малые, но и на довольно значительные реки. Закономерность распространения зональных грунтовых вод на территории СССР показана по данным О. К. Ланге на карте (рис. 18); ниже дается краткая характеристика выделенных им зон грунтовых вод.
Рис. 18. Зоны грунтовых вод СССР (по О. К. Ланге).
1 - в сплошной мерзлоте, 2 - в таликовой и островной мерзлоте, 3 - в полосе избыточного увлажнения, 4 - в полосе неустойчивого увлажнения, 5 - в полосе преобладания подземного стока над испарением, 6 - в полосе равновесия подземного стока и испарения, 7 - в полосе предгорных равнин и подгорных шлейфов, 8 - горные области азональных грунтовых вод. Цифры (1-10), показанные на карте, означают зоны грунтовых вод по более детальному районированию, рассмотренному в тексте.