Колебания уровня грунтовых вод

Колебания уровня грунтовых вод иногда имеют весьма резко выраженный характер и достигают в течение года нескольких метров.

Причины колебания уровня грунтовых вод очень разно­образны. Тут могут иметь значение прежде всего осадки. Особенно резко они сказываются в равнинных областях, сложенных легко проницаемыми для воды породами. В этих случаях можно сравнительно легко установить связь между выпадением осадков и повышением или понижением уровня грунтовых вод.

В тех случаях, когда грунтовые воды питаются за счет конденсации парообразной влаги или когда уровень грун­товых вод лежит неглубоко, имеет значение недостаток насыщения влагой воздуха или его относительная влаж­ность. Значительный недостаток насыщения вызывает уси­ленное испарение воды с поверхности земли и, следователь­но, усиленный расход грунтовой воды на капиллярное поднятие, в связи с чем уровень грунтовых вод постепенно падает.

В некоторых случаях было замечено влияние барометри­ческого давления на стояние грунтовых вод и на расход родников:        при    повышении барометрического давления

уровень грунтовых вод падал, а родники давали меньшие расходы; при понижении барометрического давления наблюдались обратные явления. Если воды сильно гази­рованы (углекислотой, сероводородом, метаном), то при понижении барометрического давления особенно усиливает­ся выделение газов, увлекающих с собой воду. Вот почему перед грозой, метелью (циклоны) усиливается расход газированных родников, а рудничные воды и газ заполняют шахты. Такие же явления наблюдаются и в колодезных водах, если они содержат много растворенного воздуха.

П. В. Отоцкий, которому принадлежат первые обобщающие работы по режиму подземных вод, так оцени­вает влияние атмосферных факторов на колебания уровня грунтовых вод: 

1)Температурные влияния:

• При всяком повышении почвенной температуры, когда этому не препятствуют другие факторы, уровень воды в колодцах подымается, дебит источников увеличивает­ся; при понижении температуры — наоборот.
• Зависимость эта проявляется при прочих равных- условиях тем резче, чем ближе к поверхности залегает водоносный слой и чем мелкоземистее и теплопроводнее почва и грунт.
• Эффект действия температурных колебаний про­является сильнее в тех случаях, когда верхние слои почвы насыщены водами атмосферных осадков или иными водами.
•  Колебания уровня колодезных вод относятся к ка­тегориям, по преимуществу, периодическим — суточным, сезонным и годовым.
• Суточные колебания воды проявляются ясно в неко­торые периоды летнего сезона, годовые же обыкновенно маскируются иными факторами.
• Почвенная температура воздействует на уровень колодезных вод различными путями: 1) преимущественно путем изменений давления (упругости) почвенных газов в водоносном слое почвы-грунта, 2) конденсацией передви­гающейся в почве парообразной влаги и вyутрипочвенным испарением, 3) путем изменения силы капиллярного под­нятия грунтовой воды.
• При изменении упругости почвенных газов происхо­дят нередко значительные колебания уровня воды в колод­цах, в то время как уровень собственно грунтовых вод обнаруживает лишь микрометрические колебания противо­положного направления; при действии же двух других агентов происходят одновременные движения уровня грунтовых и колодезных вод.

2)Барические влияния:

• Среди факторов, вызывающих кратковременные колебания уровня колодезных вод и дебита источников, находится и атмосферное давление.
• Гидробарические колебания бывают беспорядочные и ритмичные (полусуточные).
• При всяком повышении барометрического давления уровень колодезных вод понижается, дебит источников слабеет; при понижении — наоборот.
• При прочих равных условиях эффект действия баро­метрического давления выступает резче: 1) при более высо­ком барическом градиенте, 2) близ моментов перегиба баро­метрических кривых, 3) в более глубоких колодцах, 4) при более плотных почво-грунтах.
• Влияние атмосферного давления большей частью сплетается с влияниями других факторов (температуры, осадков, агентов механических, биологических и др.), а потому нередко ими маскируется и даже парализуется.
• Вероятны два типа гидробарических колебаний: I)- вертикальные движения всей толщи подземных вод, сопряженные сдвижением участков земной коры (например, землетрясения), 2) движение одних открытых или полуот­крытых грунтовых вод, колодезных, ключевых, рудничных и др. вследствие изменений упругости почвенных надводных газов.

3)Влияние упругости почвенных газов:

• При всяком более или менее значительном выпадении жидких осадков на незамерзшую почву уровень колодез­ных вод поднимается, если тому не препятствуют другие метеорологические факторы, даже в тех случаях, когда между почвой и водоносным слоtм залегает слой воздушно- сухого грунта.
• Поднятие уровня обычно наступает или непосред­ственно после выпадения осадков, или через столь корот­кий промежуток времени, что исключается всякая возмож­ность просачивания до уровня грунтовой воды
• Высота поднятия уровня колодезной воды зависит от чрезвычайного множества внутренних и внешних факто­ров, так что установление общего коэффициента действия осадков едва ли возможно.
• За поднятием уровня воды наступает его опускание до отправной высоты, свидетельствующее о нарушении гидростатического равновесия в водоносном горизонте.
• Движение уровня колодезных вод вызывается не обо­гащением водоносного слоя выпавшими осадками, а вслед­ствие изменившегося гидростатического давления на уро­вень грунтовых вод.
• Изменение давления (упругости) почвенных газов производится жидкими осадками двумя путями: 1) непосред­ственно силой их тяжести и 2) компенсацией действия дру­гих метеорологических и геофизических агентов в силу закупорки водой пор в верхних слоях почвы.
• В противоположность общепринятому мнению осад­ки в огромном большинстве случаев непосредственно после выпадения не только не поднимают уровня грунтовых вод, но и производят на них депрессионное действие.

4)Влияние сезонных явлений:

• В равнинных странах средних и высоких широт, именно в странах с зимним снежным покровом, весной обычно наблюдается чрезвычайно быстрый и резкий подъем колодезных вод, достигающий местами нескольких метрдв.Темп и размеры подъема находятся, по-видимому, в прямом отношении: 1) с общим запасом в почве зимне-ве­сенней влаги, 2) с энергией весеннего прогревания почвы,3)с плотностью почвы и грунта и 4) с глубиной залегания водоносного слоя.
• Начало подъема вод приурочено к моменту оттаивания последних слоев промерзшей почвы.
• Вслед за максимумом поднятия наступает более мед­ленное опускание уровня колодезных вод.
• Депрессионная кривая обычно представляет собой неравномерно кривую линию, равнодействующую многих агентов: силы тяжести водяного столба, атмосферного дав­ления, осадков, колеблющейся температуры, скважности почвы, пробудившейся вегетационной деятельности, обо­гащения водоносного слоя конденсационной влагой и т. п.
• В огромном большинстве случаев явление весеннего подъема колодезных вод не стоит в прямой связи и зави­симости от поднятия водоносного горизонта; последнее может только сопутствовать ему и то лишь в незначитель­ной степени вследствие прироста конденсированной влаги или притока воды со стороны.
• Годовые кривые колебаний колодезных вод и вод собственно грунтовых, равно как и их баланс, большей частью совершенно различны
• Увеличение весной влажности глубоких горизонтов почвы-грунта может быть кажущимся явлением вслед­ствие методологических недостатков исследования.

В приморских областях на колебание уровня грунтовых вод влияют морские приливы. В этих условиях колебание уровня носит правильный ритмичный характер. Колебания достигают большого диапазона у самых побережий и посте­пенно замирают по направлению внутрь материка. Как и морские приливы, грунтовые воды испытывают колебания ежедневные, месячные и годовые.

Если грунтовые воды питаются из каких-либо водоемов или рек, то колебания уровня воды в них передается грун- товым водам, причем колебания передаются по направле­нию от реки или водоема все в более смягченном виде и с не­которым запозданием. Это запоздание тем больше, чем даль­ше находится наблюдательный пункт от реки или водоема. Однако скорость распространения такой волны во много раз превышает скорость притока воды к наблюдательному пункту из водоема, где резко повысился уровень. Так, указывают, что резкое повышение уровня воды в паводок р.Аму-Дарьи распространяется в несколько дней в глубь Каракумов на много десятков километров и выражается в заметном повышении уровня воды в колодцах — пере­дача гидравлического напора.

График колебания уровня воды в реке,атмосферных осадков и уровня грунтовых вод

Колебания уровня воды в реке и в колодцах,расположенных от реки на разных расстояниях

При неглубоком залегании грунтовых вод и волнистом рельефе или наличии впадин колебания уровня грунтовых вод могут привести к периодическим выходам их на поверх­ность. Если такие выходы захватывают большие равнинные пространства, возникают заболоченные массивы. Если грунтовые воды выступают в котловинах, то могут обра­зоваться временные озера; если грунтовые воды выступают по водотокам оврагов, то образуются родники и ключи.

Колебания уровня грунтовых вод могут вызывать также искусственные причины. Искусственным путем можно пони­зить уровень грунтовых вод, выбирая (откачивая) воду из водоносного слоя. В некоторых случаях, когда близость грунтовых вод к поверхности земли мешает сооружениям или вызывает заболачивание, понижение уровня грунтовых вод применяют для осушения местности. Осуществляет­ся оно различными способами: 1) колодцами, из которых вода откачивается насосами; 2) дренажными каналами, отводящими избыточную грунтовую воду в какое-нибудь естественное понижение, например, в овраги, речные долины и т. д.; 3) поглотительными колодцами (верти­кальный дренаж), если под их водоупорным ложем лежит безнапорный водоносный горизонт.

Всякая откачка грунтовых вод, хотя бы с целью водо­снабжения, вызывает понижение уровня грунтовых вод во­круг колодца, причем это понижение будет тем больше, чем дольше и чем более значительное количество воды выбирается из грунта, и тем меньше, чем дальше отстоит точка наблю­дения от колодца. В других случаях искусственным спо­собом можно повысить уровень грунтовых вод. Так, напри­мер, при орошении полей замечается всегда подъем зеркала грунтовых вод. Иногда в результате такого подъема в за­сушливых местностях возникают весьма нежелательные последствия — засоление почвы. Поглотительные колодцы, устраиваемые для сброса загрязненных вод и доведенные до уровня грунтовых вод, также могут поднять их уровень и тем больше, чем ближе точка наблюдения к поглотитель­ному колодцу.

Отмечено, что в условиях вечной мерзлоты колебания уровня подземной воды нередко зависят в большой степени от замерзания и оттаивания деятельного слоя.