Зональность грунтовых вод

Учение о зональности грунтовых вод разработано российскими гидрогеологами И.В. Гармоновым, И.К. Зайцевым, B.C. Ильиным, Г.Н. Каменским, O.K. Ланге и другими. Согласно этому учению, под зональностью понимаются закономерности пространственного (площадного) изменения условий формирования и типа грунтовых вод, определяемые воздействием природных факторов, связанных с проявлением широтной климатической зональности. Впервые представления о такой зональности были высказаны В.В. Докучаевым, который считал, что грунтовые воды, являющиеся элементом ландшафта, неизбежно должны быть определенным образом связаны с широтной климатической зональностью, а также с зональностью рельефа, почвенного покрова, растительности и т.д. В 1922 г. B.C. Ильиным была составлена первая карта-схема зональности грунтовых вод европейской части России, Белоруссии и Украины, на которой в направлении с севера на юг этой территории выделены субширотные зоны: I) грунтовых вод типа тундровых; 2) "высоких" грунтовых вод севера; 3) грунтовых вод неглубоких оврагов; 4) глубоких оврагов; 5) овражно-балочной сети; 6) балок причерноморского типа; 7) балок прикаспийского типа; 8) азональные типы грунтовых вод

При выделении указанных зон и азональных типов грунтовых вод B.C. Ильиным учитывалась обшеприродная широтная зональность климатических условий территории, строение рельефа, геолого-литологические условия верхней части разреза и др. Однако собственно название выделяемых зон и положение их границ определялись на основе учета ландшафтно-геоморфологических условий рассматриваемой территории. Выделенные зоны в целом охватывают обширные территории, в пределах которых возможны различия в грунтовых водах. Однако в каждой зоне могут быть выделены общие (общезональные) закономерности условий залегания и типы грунтовых вод, характеристика которых приведена в табл. 7.6. Тем самым отнесение грунтовых вод к определенной зоне сразу дает представление об основных (наиболее общих) закономерностях их формирования, что определяет безусловное научное и практическое значение учения об их зональности, в частности и карты-схемы B.C. Ильина, со времени составления которой прошло более полувека.

В соответствии со схемой B.C. Ильина, в пределах европейской части России с севера на юг (от зоны к зоне) происходит постепенное увеличение глубины залегания грунтовых вод, уменьшение в соответствии с сокращением степени увлажнения (К) средних

годовых величин инфильтрационного питания, увеличение минерализации грунтовых вод и соответственное изменение их химического состава (см. табл. 7.6). Одним из важнейших зональных показателей является глубина залегания грунтовых вод, определяемая интенсивностью увлажнения (величины питания грунтовых вод), степенью и глубиной эрозионной расчлененности рельефа, а также строением верхней части

гидрогеологического разреза. Цифры, приведенные в табл. 7.6,

характеризуют средние глубины залегания грунтовых вод в центральных

частях междуречных пространств на определенном удалении

от крутых склонов, уступов речных террас, заболоченных понижений

(южные зоны), где глубины могут существенно отличаться.

В свою очередь глубина залегания грунтовых вод в центральных

частях междуречных пространств определяет, при прочих равных

условиях, величины инфильтрационного питания, расстояние до

основных дрен (длину путей фильтрации), особенности режима

грунтовых вод и др.

Зональные изменения минерализации (и химического состава)

грунтовых вод также определяются степенью увлажнения территории

(величины питания), глубиной их залегания и литоло-

го-геохимическим комплексом пород зоны аэрации и грунтового

горизонта. Как было сказано выше, формирование в пределах

"южных" зон сульфатных и сульфатно-хлоридных вод с минера-

лизацией до 3,0—5,0 г/л связано с наличием (сохранением) в породах

зоны аэрации относительно более растворимых соединений

(NaCl. CaS04 и др.), что объясняется значительной мощностью

зоны аэрации и малыми величинами инфильтрационного питания.

В пределах зоны прикаспийских балок (частично в зонах овраж-

но-балочной сети и причерноморских балок) резкое увеличение

минерализации и преимущественно хлоридный состав грунтовых

вод характерны для пониженных участков рельефа с неглубоким

(до 2—3 м) залеганием их уровня, где основным видом разгрузки

является испарение.

В северных более увлажненных территориях породы зоны аэрации

находятся на карбонатной стадии выщелачивания, так как в

связи с интенсивным водообменом (большие величины питания)

здесь отсутствуют условия для сохранения легкорастворимых соединений

в верхней части гидрогеологического разреза.

В схеме зональности, предложенной B.C. Ильиным, одновременно

с зональными выделены еще шесть типов (областей) азональных

грунтовых вод, условия формирования которых наряду с

зональными факторами (климат, рельеф) в решающей степени

определяются особенностями геологического строения, гидрографией

и др. К азональным типам грунтовых вод B.C. Ильиным

отнесены: трещинные воды кристаллических массивов и горно-

складчатых областей, трещинно-карстовые воды, воды аллювиальных

отложений, конечно-моренных образований, воды болот

и солончаков. Для каждого из этих типов в связи с проявлением

различных природных факторов (состав пород и строение зоны

аэрации, глубина залегания грунтовых вод, связь с поверхностными

водами и др.) характерны различные условия залегания, формирования

гидродинамического режима, минерализации и химического

состава грунтовых вод.

Схема зональности B.C. Ильина (1922) на уровне современных

требований гидрогеологической науки и состояния изученности

грунтовых вод имеет ряд серьезных недостатков. В названии выделенных

зон не отражены особенности геолого-гидрогеологических

условий территории, хотя они в некоторой мерс учитываются

при определении положения зональных границ; на территории

ряда зон могут быть выделены значительные по площади участки

с особыми условиями формирования и типами грунтовых вод,

которые не отражены в принятом масштабе схемы или вообще не

учитываются (например, при выделении азональных типов грунтовых

вод).

Дальнейшее развитие представлений B.C. Ильина о зональности

грунтовых вод выполнено O.K. Ланге, составившим первую

схему зональности грунтовых вод территории России и сопре-

дельных государств в 1947 г. (рис. 7.9). На основании особенностей

климатических условий территории O.K. Ланге выделены три

провинции зональных грунтовых вод: провинция вечной мерзлоты

с отрицательными среднегодовыми температурами; провинция с

высокой влажностью воздуха, положительными среднегодовыми

температурами и небольшой амплитудой суточных, сезонных и

годовых колебаний температуры; провинция с высокой сухостью

воздуха и большими амплитудами колебаний температуры. В пределах

каждой провинции выделение зон (полос — по O.K. Ланге)

осуществляется по различным принципам; типы азональных грунтовых

вод в целом соответствуют схеме B.C. Ильина.

На основе других принципов разработаны схемы зональности

грунтовых вод И.В. Гармонова (1948) и Г.Н.Каменского (1949),

которые учитывали главным образом распространение грунтовых

вод определенного химического состава и представление о генетических

типах грунтовых вод (основных процессах формирования

химического состава грунтовых вод). Так, И.В. Гармоновым

на территории европейской части России было выделено четыре

зоны грунтовых вод с севера на юг: I) гидрокарбонатно-кремне-

земистых вод; 2) гидрокарбонатно-кальциевых вод; 3) гидрокар-

бонатно-калыдиевых, сульфатных и хлоридных вод с подзоной

континентального засоления; 4) гидрокарбонатно-кальциевых вод

горных областей Крыма и Кавказа. Г.Н. Каменским на территории

России выделены также четыре зоны: I) фунтовые воды зоны выщелачивания;

2) зоны выщелачивания с участками вод континентального

засоления; 3) грунтовые воды зоны континентального

засоления; 4) зона выщелачивания горных районов.

На основе определенного сочетания принципов, предложенных

O.K. Ланге, И.В. Гармоновым и Г.Н. Каменским, составлена схема

зональности грунтовых вод И.К.Зайцева и М.П. Распопова (1958),

на которой выделены две провинции грунтовых вод: устойчивой

многолетней мерзлоты и отсутствия многолетней мерзлоты. В пределах

первой провинции зоны (пояса — по И.К. Зайцеву и М.П. Рас-

попову) выделены на основе типа распространения многолетне-

мерзлых пород и их мощности, в пределах второй — на основе

типа процессов формирования химического состава (выщелачивание,

вынос солей и соленакопление) с дальнейшим подразделением

по типу химического состава и величине минерализации

грунтовых вод.

На основе использования собственно геолого-гидрогеологических

принципов районирования составлена схема зональности

грунтовых вод А.Н. Семихатова и В.И. Духаниной (1958), на которой

положение границ выделенных зон определяется главным

образом распространением основных литогенетических типов

четвертичных отложений. Тип, возраст и мощность четвертичных

отложений обусловливают строение верхней части гидрогеологического

разреза, тип пород, с которыми связаны грунтовые воды,

рельеф территории, т.е. факторы, решающим образом влияющие

на условия залегания и формирования грунтовых вод.

На территории европейской части России этими авторами выделено

восемь зон грунтовых вод (рис. 7.Ю). Каждая зона характеризуется

определенными глубинами залегания, минерализацией

и химическим составом грунтовых вод.

Анализ существующих схем зональности грунтовых вод показывает,

что принципы составления этих схем до настоящего времени

разработаны еще недостаточно, и схемы зональности не дают

полного представления об особенностях условий залегания, формирования

и типах грунтовых вод. Это определяет необходимость

дальнейшей разработки проблемы формирования природной зональности

грунтовых вод, обоснования принципов составления

схем зональности, зональных характеристик видов и величин питания

и разгрузки грунтовых вод, особенностей их режима и других