Зональность грунтовых вод, основные типы.

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 России 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.

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:

1. Провинция I. Грунтовые воды области вечной мерзлоты. Эта обширная область охватывает около половины территории России. 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.

А) 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. 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.

Б) 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.

2. Провинция II. Грунтовые воды Европейской части России.

В) 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 примерно 62° с. ш. и захватывающей почти полностью Карелию, Кольский полуостров и значительную часть Северного края.

Г) 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.

Д) 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.

Е) 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.

Ж) 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.

З) 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.

3. Провинция III. Грунтовые воды засушливых полупустынных и пустынных пространств.

И) 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.

К) 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.