Процессы инфильтрации воды в грунт

Установив основные условия равновесия системы горная порода — вода, А. Ф. Лебедев дал также научное обоснование инфильтрационной теории происхождения подземных вод. Он выяснил, что питание грунтовых вод за счет инфильтрации атмосферных осадков может происходить в том случае, когда грунты зоны аэрации находятся в сос­тоянии максимальной молекулярной влагоемкости. Поле­вые определения естественной влажности грунтов пока­зали, что на некоторой глубине в природных условиях влажность грунтов находится обычно в состоянии макси­мальной молекулярной влагоемкости. Даже в степных районах с низким залеганием уровня грунтовых вод грунты «мертвого горизонта» обладают максимальной молеку­лярной влагоемкостью и, таким образом, в этих районах возможно питание грунтовых вод за счет инфильтрации.

А. Ф. Лебедев наблюдал, что в степях, равно как и в других местах, где по геологическим и климатическим условиям грунтовые воды залегают глубоко, в грунтах образуется горизонт с максимальной молекулярной влаго­емкостью, присущей данной породе. В течение осенне-зимнего и зимне-весеннего периодов в верхней части этого горизонта накопляется избыток воды, образуя подвешен­ный горизонт почвенных вод. Летом этот горизонт под влиянием испарения и транспирации растений обычно теряет не только свою гравитационную, подвешенную воду, но и часть пленочной, пересыхая до влажности, соответствующей коэффициенту завядания или несколько ниже, если осень бывает очень сухой. Если осенне-зимне­-весеннее увлажнение будет значительным и горизонт под­вешенных вод опустится настолько, что развивающаяся весной растительность уже не в силах будет использовать воду, находящуюся в его нижней части, то эта вода должна неизбежно двигаться вниз под влиянием силы тяжести, пока не достигнет грунтовых вод.

Схема инфильтрации воды в грунт

Очевидно, что инфильтрация возможна и при наличии «мертвого горизонта» в грунте, если только имеется неко­торый избыток влаги в горизонте с подвешен­ной водой. Интенсив­ность инфильтрации раз­лична, изменяясь в за­висимости от климатиче­ских, литологических, топографических и тому подобных предпосылок. В зоне вечной мерзлоты она равна нулю. В более умеренных северных зо­нах она,вероятно,дости­гает максимума. В степ­ных районах она умерен­на, отсутствуя изредка, в глинистых же пустынях она, по-видимому, отсут­ствует всегда. Там, где на дневную поверхность выходят пески, инфильтрация имеет место повсюду, независимо от широты местности, исключая районы с вечной мерзлотой.

Процесс образования грунтовых вод в общем состоит:

1. из перегонки парообразной воды из одних слоев грунта в другие
2. из инфильтрации жидких вод. Иногда инфиль­трация выпадает, как это имеет место в зоне вечной мерзло­ты или в глинистых пустынях, но никогда не может выпасть — перегонка воды.

Не исключается, конечно, конденсация парообразной влаги воздуха на поверхности почвы, впитывание ее в почву и перемещение далее вниз.

Возможна ли инфильтрация грунтовых вод из выше­лежащих горизонтов в горизонты нижележащие? Пред­ставления о грунтовых водах связываются с наличностью водоупорного ложа грунтовых вод. По-видимому, более правильным будет представление, если мы будем говорить об относительной водопроницаемости ложа грунтовых вод. Абсолютно водонепроницаемые слои грунта — большая редкость. Это или некоторые кристаллические породы, или мощные толщи тонкозернистых глин. Гораздо чаще в при­роде встречаются другие случаи, когда для просачивания через тот или иной так называемый водонепроницаемый слой требуется лишь известное гидростатическое давление. Величиной этого давления и следовало бы определять относительную водонепроницаемость ложа грунтовых вод и грунтов вообще. Понятие об относительной водонепро­ницаемости грунта важно для учения об инфильтрации, так как, пользуясь им, можно представить образование двух, трех и т. д. горизонтов грунтовых вод путем про­сачивания вод вышележащих горизонтов. Если к данному слою грунта в единицу времени притекает жидкой воды больше, чем просачивается через него, то над таким слоем неминуемо должно происходить накопление воды, т. е. обра­зование грунтовых вод.

Здесь встречается пестрое просачивание воды, когда через данный слой на одних участках его вода просачивает­ся, а на других такое просачивание будет отсутствовать. Неравномерное просачивание возможно при наличии вол­нистого рельефа в водонепроницаемом слое или при разно­образии его механического состава и структуры. Просачи­вание в подобных условиях может объяснить нам различную соленость грунтовой воды одного и того же горизонта грунтовых вод на различных участках его: там, где есть просачивание, соли могут быть вымытыми, и мы будем иметь пресную или опресненную воду, там же, где просачи­вание отсутствует, грунтовая вода может быть солоноватой.

Формирование грунтовых вод происходит:

1. путем конденсации парообразных вод почвы, грунта и ювениль­ных вод
2. путем инфильтрации жидких вод (осадки, грунтовые воды вышележащих горизонтов).

По-видимому, бывает так, что эти процессы происходят одновременно, накладываясь один на другой. Однако в природе, несом­ненно, наблюдаются и такие условия, когда грунтовые воды образуются исключительно конденсационным путем. И в том, и в другом случае грунтовые воды должны зале­гать на относительно водонепроницаемом слое, причем в последнем случае положение грунтовой воды может не совпадать с конденсационным слоем, где из водяного пара образуются жидкие воды