3.3.4. Водный баланс подземных вод

Водный баланс земной поверхности и подземных вод (вод зоны аэрации и грунтовых вод) необходимо изучать совместно. Рассмот­рим часть небольшого речного бассейна. Примем для упрощения задачи, что водообмен подземными водами с соседними бассейна­ми отсутствует, т. е. поверхностный и подземный водоразделы для рассматриваемого бассейна совпадают. Выделим в нем три взаимо­связанных по вертикали элемента – поверхность, зону аэрации и водоносный горизонт грунтовых вод (рис. 3.6) и напишем для каждого из этих элементов уравнение водного баланса.

Рис 3.6. Схема водного баланса для поверхности речного бассейна, зоны аэрации и грунтовых вод

Непосредственно для поверхности бассейна уравнение водного баланса будет иметь вид

x=y_пов + y_инф + z_пов + u_пов (3.10)

где х – атмосферные осадки на поверхности бассейна; у_пов – поверх­ностный (склоновый) сток; у_инф вода поступившая в зону аэра­ции в процессе инфильтрации; z_пов испарение непосредственно с поверхности почвы и смоченных водой растений, с участков, залитых водой, и т.д.; u_пов – изменение содержания (запасов) воды в неровностях поверхности бассейна, например в водных объектах на этой поверхности.

Для зоны аэрации получим уравнение водного баланса в таком виде:

y_инф + z_гр.в = y_почв + y_{пит.гр.в.} + z_тр + z_з.а. + u _з.а. (3.11)

где: y_инф – поступление воды в процессе инфильтрации с поверхно­сти (см. уравнение 3.10); у_почв – сток в почвенном слое (так называемый «почвенный», или «подповерхностный»,сток); у_{пит.гр.ввод} – вода, поступающая из зоны аэрации в грунтовые воды и участву­ющая в их питании; z_тр – поглощение воды из зоны аэрации кор­невой системой растений (десукция) и затрачиваемой впоследствии на транспирацию, а частично на увеличение биомассы растений; z_з.а. – подземное испарение воды из зоны аэрации и потери ее в ат­мосферу; z_гр.в – испарение воды с поверхности грунтовых вод (эта вода идет на пополнение содержания вод в зоне аэрации); u _з.а.– изменение содержания (запасов) воды в зоне аэрации (включая почву), выражающееся в изменении влажности грунтов.

Для водоносного горизонта грунтовых вод уравнение водного баланса имеет вид

y_{пит.гр.в}=y _гр.в + z_гр,в + y_гл + u _гр.в. (3.12)

где y_{пит.гр.в} –питание грунтовых вод из зоны аэрации (см. предыду­щее уравнение); y _гр.в в – сток грунтовых вод; z_гр,– испарение с по­верхности грунтовых вод; y_гл – питание грунтовых вод из глубин­ных напорных горизонтов или разгрузка грунтовых вод в эти глу­бинные горизонты; u _гр.в – изменение содержания (запасов) воды в водоносном горизонте грунтовых вод, выражающееся в измене­нии уровня грунтовых вод.

Суммирование трех приведенных выше уравнений (3.10) – (3.12) даст уравнение водного баланса для рассматриваемой части речно­го бассейна:

x = y + y_гл + z + u, (3.13)

где

y =y_пов + y_почв+ y_гр,в (3.14)

z = z_гр,в +z_тр + z_з.а (3.15)

u = u_пов + u _з.а + u _гр.в (3.16)

В уравнении (3.14) суммируется весь сток, поступающий в реку по поверхности (по склону), в почве и с грунтовыми водами (раз­грузка грунтовых вод в реку). Уравнение (3.15) суммирует расходо­вание воды на испарение, а (3.16) – изменение запасов воды в рас­сматриваемой части бассейна.

Уравнения (3.10) – (3.16) должны быть отнесены к какому-либо интервалу времени t, а их члены могут быть представлены либо в единицах слоя (тогда u _гр.в – пропорциональна величине изменения уровня грун­товых вод), либо в объемных единицах.