Часть I. Общая гидрография
Глава 7. Грунтоаые 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.

Провинция I. Грунтовые воды области вечной мерзлоты

Эта обширная область охватывает около половины территории Советского Союза. В гидрогеологическом отношении она характеризуется особыми типами вод, среди которых различают: 1) надмерзлотные воды, залегающие над толщей вечной мерзлоты на ее верхней поверхности, которая и является в данном случае водоупором; 2) межмерзлотные воды, находящиеся в пределах толщи вечной мерзлоты, 3) подмерзлотные воды, залегающие ниже толщи вечной мерзлоты, которая для подмерзлотных вод является водоупорной кровлей.

Надмерзлотные воды, ближе подходящие к понятию грунтовых вод, по условиям своего залегания в свою очередь можно разделить на: 1) сезонно-промерзающие, находящиеся в пределах активного (деятельного) слоя, 2) сезонно полупромерзающие, у которых только верхняя их часть располагается в пределах активного слоя, 3) сезонно непромерзающие, у которых верхний горизонт залегает под нижней поверхностью деятельного слоя.

1. Сезонно промерзающие надмерзлотные воды представляют собой верховодку, образующуюся в пределах небольшого (от 0,5 до 3 м) деятельного слоя, оттаивающего в летний период и вновь промерзающего с наступлением морозов.

Так как основным источником питания надмерзлотных вод являются атмосферные осадки, минерализация их является невысокой, но зато они богаты органическими веществами и кислородом. Температура вод низка и редко выходит за пределы 0-5°.

Передвигаясь по уклону с междуречных пространств в более пониженные, они расплавляют и разъедают поверхность вечной мерзлоты. Благодаря этому количество стекающих в реки вод постепенно возрастает по направлению к подножью склона. Надмерзлотные воды, ограниченные снизу мерзлым водоупором, при зимнем промерзании увеличиваются в объеме и развивают большое гидростатическое давление. Нередко при этом происходит разрыв деятельного слоя и вода, изливаясь на поверхность через трещины, образует наледи (грунтовые наледи).

Условия грунтового питания рек в этой зоне исключительно неблагоприятны, поэтому для нее характерно широкое распространение явления перемерзания рек и полного прекращения стока даже в таких больших реках, как Яна, Индигирка и др. Следует отметить в ряде случаев (в районах молодых разломов земной коры) наличие выходов подмерзлотных вод, являющихся причиной образования так называемых гигантских наледей и полыней.

2. Зона полупромерзающих и непромерзающих надмерзлотных вод характеризуется либо полным, либо частичным отсутствием сезонного промерзания. Воды этого типа образуются в основном вследствие смещения вглубь недр верхней поверхности вечной мерзлоты.

В ложе крупных рек, полностью не перемерзающих зимой, имеется течение грунтовых вод, называемое подрусловым потоком. Грунтовое питание рек в этой зоне несколько лучше, чем в предыдущей, но остается все же очень бедным; многие реки здесь в зимние периоды на длительный срок перемерзают.

Провинция II. Грунтовые воды Европейской части СССР

3. Зона тундровых вод характеризуется водами, залегающими очень близко к поверхности и непосредственно связанными с поверхностными водами; для них характерно почти полное отсутствие минеральных солей и большое содержание органических веществ. В питании местных водных артерий эти воды принимают значительное участие, являясь в известной степени их регуляторами. Под термином "тундровые воды" в данном случае имеются в виду не только подземные воды собственно зоны тундры, а и более широкой полосы, достигающей в Европейской части СССР примерно 62° с. ш. и захватывающей почти полностью Карелию, Кольский полуостров и значительную часть Северного края.

4. Зона высоких вод севера расположена непосредственно южнее предыдущей и захватывает верхнюю часть бассейна Камы, верховья Северной Двины, а на юге распространяется вплоть до Киева. В этой зоне на междуречьях грунтовые воды залегают обычно на глубине 3-4 м, реже - до 10 м. Минерализация их невелика, но уже ощутима, а количество органических соединений мало.

5. Зона неглубоких оврагов. Здесь грунтовые воды залегают на глубине до 20-25 м. По сравнению с предыдущим типом они более минерализованы (до 0,5 г/л), но еще сохраняют мягкость и органических веществ почти не содержат; часто образуют выходы в виде источников в оврагах и долинах рек. К этой зоне относится значительная часть бассейна Волги, Среднего Поволжья и Камы. В питании рек эти воды играют весьма заметную роль.

6. Зона глубоких оврагов простирается от Десны на западе до Волги на востоке и включает значительную часть Средне-Русской возвышенности. Глубина залегания и степень минерализации грунтовых вод по сравнению с предыдущими зонами заметно увеличивается (глубина до 25- 30 м, а минерализация до 0,75 г/л); воды обладают средней жесткостью. В питания рек грунтовые воды участвуют, но в меньшей степени, нежели в случаях, описанных выше.

7. Зона овражно-балочная занимает полосу от левобережной Украины до Саратовско-Куйбышевского Поволжья и Заволжья. Грунтовые воды находятся здесь глубоко - до 50-60 м; они обычно жесткие, иногда солоноватые (до 1 г/л и более). Для этой зоны характерно наличие оврагов, где только местами наблюдаются выходы грунтовых вод в виде родников и ключей. В питании рек эти воды особой роли не играют.

8. Зона балочная охватывает широкую полосу Черноморского и Азовского побережий и распространяется на восток до Прикаспийской низменности. Грунтовые воды здесь лежат на большой глубине, иногда глубже 100 м; они обычно очень жесткие, засоленные или солоноватые. В балках они залегают близко от поверхности и используются местным населением в целях водоснабжения.

Наряду с отчетливо выраженной зональностью, особенно хорошо проявляющейся в Европейской части СССР, в ряде случаев она нарушается местными условиями. В этом случае говорят о районах с азональными водами. К их числу относятся: 1) районы конечных морен с чрезвычайно пестрыми условиями залегания грунтовых вод, 2) карстовые районы, где грунтовые воды располагаются на различной глубине в легко растворимых породах (гипсах, известняках); таковы, например, Онежско-Двинское междуречье, отдельные местности Тульской, Горьковской и некоторых других областей; 3) болотные районы с поверхностным залеганием грунтовых вод, 4) районы аллювиальных и флювиогляциальных отложений, 5) районы развития кристаллических пород (трещинное залегание грунтовых вод), 6) солончаки (грунтовые воды минерализованы до насыщения).

Провинция III. Грунтовые воды засушливых полупустынных и пустынных пространств

9. Зона равновесия стока и испарения, охватывающая область Прикаспийской полупустыни и обширные пустынные и полупустынные районы Средней Азии и Казахстана. Грунтовые воды здесь большей частью лежат глубоко и обычно сильно засолены (до 10-20 г/л). Крупных постоянных рек нет, наблюдается преимущественно небольшой временный поверхностный сток в виде временно действующих балок и сток с такыров и такыровидных земель. Практически здесь испаряется все то, что выпадает в виде атмосферных осадков, поэтому эту зону и называют зоной равновесия подземного стока и испарения.

10. Зона предгорных шлейфов и предгорных равнин Средней Азии узкой полосой окаймляет горные массивы Тянь-Шаня, Памира и Копет-Дага. Она отделяет зону равновесия подземного стока и испарения от азональных горных областей. Характерным для зоны является наличие значительных ресурсов пресных грунтовых вод. Эта зона доступна орошению речными водами и является полосой развития оазисов Средней Азии. Для рек, протекающих в пределах зоны, характерно повышенное грунтовое питание.

Предыдущая В оглавление Следующая