7.2. Разгрузка грунтовых вод
Разгрузка грунтовых вод осуществляется в виде родников, фильтрацией в русла рек или дно водоемов при наличии гидравлической связи грунтовых и поверхностных вод, путем испарения, перетеканием в нижележащие водоносные горизонты, искусственным путем.
Родниками (источниками) называются естественные выходы подземных вод (в том числе грунтовых) на поверхность земли. Образование источника как формы разгрузки грунтовых вод определяется главным образом двумя причинами: эрозионной расчлененностью рельефа, обусловливающей вскрытие водоносного горизонта эрозионными врезами (понижениями в рельефе), и фильтрационной неоднородностью водовмещающих пород, обусловливающей неравномерную обводненность разреза, наличие высокопроницаемых участков, зон интенсивной трещиноватости и закарстованности, наличие слабопроницаемых экранов и др.
Собственно родниками (крыница, булак) называются, как правило, концентрированные одиночные выходы подземных вод, однако такая разгрузка происходит также в виде высачиваний (малодебитные рассредоточенные выходы), линейных или пластовых выходов, с определенной протяженностью, групповых выходов (несколько близко расположенных источников) и др.
В гидрогеологической литературе рассматривается ряд классификаций источников (по типам подземных вод, типу водовмещающих пород, характеру выхода на поверхность, дебитам источников, температуре и др.), разработанных М.Е. Альтовским, O.K. Ланге, Н.А. Мариновым, A.M. Овчинниковым, Ф.П. Саваренским, Н.И. Толстихиным и др.
Источники подразделяются следующим образом.
1. По гидродинамическим признакам: 1) восходящие; 2) нисходящие.
2. По характеру и условиям выхода собственно грунтовых вод на поверхность: контактовые, эрозионные, экранированные, субфлювиальные и субаквальные (рис. 15).
Контактовые выходы грунтовых вод (родники) образуются в том случае, когда эрозионные врезы вскрывают контакт водоносных пород (грунтового горизонта) с подстилающими слабопроницаемыми породами (рис. 15). Разгрузка грунтовых вод контактового типа нередко проявляется в виде рассредоточенного высачивания, пластовых или групповых выходов маркирующих границу распространения водоносных пород (контакт со слабопроницаемыми породами) на определенном протяжении. При вскрытии
эрозионным врезом переслаивания водоносных и слабопроницаемых горных пород контактовая разгрузка может проявляться в виде ярусно расположенных выходов подземных вод, приуроченных к подошве (контактам) нескольких водоносных горизонтов. По характеру выхода контактовые источники всегда нисходящие. Как правило, они дают весьма достоверную информацию о границах распространения водоносного горизонта, его водообильности, минерализации и температуре подземных вод и др.
Эрозионные (депрессионные) источники образуются, когда эрозионные врезы вскрывают уровень грунтовых вод, не прорезая весь водоносный горизонт до подстилающего водоупора (см. рис. 15, б). Формирование подобных выходов характерно для понижений в тыловых швах речных и озерных террас, заболоченных низменностей, а также для мелких эрозионных врезов (овраги, промоины, балки и др.) на участках с относительно неглубоким залеганием уровня грунтовых вод. Во многих случаях источники этого типа имеют сезонный характер, так как в периоды с низким положением уровня грунтовых вод, мелкие эрозионные врезы не достигают поверхности водоносного горизонта. В общем случае депрессионные выходы грунтовых вод дренируют только верхнюю часть водоносного горизонта, а основная разгрузка осуществляется ниже по потоку в более глубоких эрозионных врезах.
Рис. 15. Основные схемы формирования естественных выходов (источников) грунтовых вод
а – контактовый; б – депрессионные; в – экранированный; г – субфлювиальный. 1 – проницаемые (водоносные) породы; 2 – слабопроницаемые породы; 3 – рыхлые склоновые образования; 4 – уровень грунтовых вод; 5 – родник; 6 – направление движения грунтовых вод; 7 – разгрузка грунтовых вод испарением
Экранированные выходы (источники) грунтовых вод формируются в условиях, когда поток грунтовых вод (по направлению движения) достигает границы распространения слабопроницаемых пород (экрана).
Подобные условия разгрузки характерны для оползневых склонов, а также для участков фациального или тектонического экранирования водоносных пород (см. рис. 13, в). Наличие слабопроницаемого экрана приводит к местному подъему уровня грунтовых вод и к формированию на более высоких отметках в определенной мере «восходящей» (подпертой) разгрузки грунтовых вод.
Субфлювиальными А.М. Овчинников назвал выходы грунтовых вод, перекрытые рыхлыми склоновыми отложениями, которые образуются главным образом при контактовых формах разгрузки (см. рис. 15, г). Наличие рыхлых склоновых образований приводит к тому, что грунтовые воды, разгружающиеся на контакте водоносных и слабопроницаемых пород, не образуют отдельного выхода (родника), а фильтруются в рыхлые отложения, разгружаясь в виде источников (высачиваний) на более низких отметках или путем испарения и транспирации.
Субаквальными родниками называются сосредоточенные выходы подземных вод (групповые выходы, пластовая разгрузка и др.), формирующиеся в руслах рек или на дне водоемов ниже уровня поверхностных вод.
3. По дебиту (в м3/сут):
1) > 10; 2) 1-10;
3) 0,1-1; 4) 0,01- 0,1;
5) 0,001- 0,01; 6) 0,0001-0,001;
7) 0,00001- 0,0001; 8) < 0,00001.
Дебиты источников, или расходы воды (л/с, м3/с и т.д.), изменяются в широких пределах в зависимости от состава и проницаемости водовмещающих пород, а также условий вскрытия водоносного горизонта и характера выхода. По классификации Н.А. Маринова и Н.И. Толстихина, источники по величине дебита подразделяются на малодебитные (менее 1 л/с), среднедебитные (1–10 л/с) и высокодебитные (более 10 л/с).
Наиболее крупные источники и групповые выходы с дебитом до 1,0–10 м3/с и более связаны, как правило, с интенсивно закарстованными породами, зонами интенсивной тектонической трещиноватости скальных пород, молодыми эффузивными породами и крупнообломочными осадочными отложениями.