Формування та особливості іригаційно-грунтових вод

Як зазначалося вище, у меліоративній гідрогеології розрізняють власне грунтові й іригаційно-грунтові води. Формування цих вод характеризується відсутністю або наявністю впливу на процес формування іригаційно-господарських факторів.

Утворення і поведінку власне ґрунтових вод цілком визна­чають фактори природного походження — клімат, морфологія рельєфу, геологічні та біогенні умови.

Іригаційно-грунтові води виникають внаслідок штучного зрошення, яке стає причиною втрат іригаційної води на фільтрацію каналів і полів.

Фільтраційні втрати від зрошення стають джерелом утворення іригаційно-грунтових вод там, де їх раніше не було, і являють собою додаткове джерело нагромадження запасів ґрунтових вод, при неглибокому їх заляганні.

Слабкий або мізерний підземний стік, характерний для гідрологічних умов аридних і напіваридних зон, сприяє прискоренню процесу формування іригаційно-грунтових вод.

Іригаційно-грунтові води за режимом і характером утворення дуже відрізняються від власне ґрунтових вод. Динаміка рівня і мінералізація іригаційно-грунтових вод визначаються насамперед Обсягом фільтраційних витрат, а отже, нормами й режимом зрошення, а також водопроникністю і хімічним складом порід зони Іспанії, первинною глибиною залягання ґрунтових вод, їх взаємозв’язком з напірними водами. Мінералізація зрошувальних вод і інтенсивність випаровування певною мірою впливають на хімічний режим іригаційно-грунтових вод.

Загальний характер зміни рівнів ґрунтових вод зрошува­них територій, коли немає штуч­ного дренажу, характеризується безперервним збільшенням їх напорів у часі. На швидкість розвитку цього процесу впли­вають згадані вище природні умови. Так, при глибокому пер­винному заляганні ґрунтових вод, малій проникності порід зони аерації та незначних філь­траційних втратах в іригацій­ній системі зростання рівня іри­гаційно-грунтових вод буде не­значним і тривалим. Якщо ж будуть умови протилежні, зростання рівня іригаційно-грунтових вод буде швидким, а при досягненні глибини, доступної для випаровування, знову уповільненим.

Негативні явища, пов'язані з нагромадженням іригаційно-грунтових вод на глибинах, доступних для випаровування, зво­дяться до перерозподілу солей по профілю грунтів і вторинного засолення кореневмісного шару. Випаровування іригаційно-грунто­вих вод зумовлює підвищення їх мінералізації і пересування солей у верхні шари грунтів.

За даними багатьох дослідників, рівень ґрунтових вод на слабо-дренованих та безстічіих масивах зрошення при первинній їх глибині 8—10 м піднімається щороку на 0, 5—2, 5 м.

В умовах високого зівня іригаційно-грунтових вод коливання їх поверхні швидко настають після змін подачі води на зрошувану площу.

Порівняно прісні іригаційно-грунтові води, немовби накла­дені на високомінераліювані власне грунтові води, утворюють характерні для таких уюв гідромеханічні схеми і змінюють меліоративно-гідрогеологічну обстановку.

Схеми руху іригаційю-грунтових вод є просторово складними за характером, що зумоілюється наявністю і ступенем підземного стоку, випаровуванням, а також літологічною будовою та міне­ралогічним складом водовмісних порід. Із збільшенням відтоку ґрунтових вод підвищення їх рівнів відповідно уповільниться, а зміна порід різної водопроникності визначить співвідношення напрямів їх руху та активність нагромадження.

Розвиток напору в самих ґрунтових водах зумовлюєтся дво- або багатошаровою будовою водовмісних четвертинних порід і перерозподілом областей живлення і дренування у зв'язку з розташуванням іригаційних систем чи водосховищ.

У процесі районування зрошуваних територій або призначення меліоративно-гідрогеологічних заходів регулювання режиму іриграційно-грунтових вод взаємозв'язок їх з нижніми напірними водами в літературі (А. М. Кац, 1967) зводять до таких чотирьох типів: 1) рівень іригаційно-грунтових вод перевищує п'єзометричну поверхню напірних вод; 2) рівні практично збіга­ються; 3) рівень іригаційно-грунтових вод тимчасово (в період поливів та інфільтрації опадів) перевищує рівень напірних вод; 4) рівень напірних вод перевищує рівень іригаційно-грунтових вод.

При першому типі взаємозв'язку та близькому розташуванні рівня іригаційно-грунтових вод від поверхні землі їх режим регу­люють нормуванням режиму зрошення, застосуванням проти­фільтраційного одягу в каналах, впровадженням захисного дре­нажу.

При трьох останніх типах взаємозв'язку і загрозі засолення або заболочення грунтів потрібного зниження рівня напірних вод досягають застосуванням дренажу у напірному водоносному гори­зонті.

Зміну мінералізації ґрунтових вод під час зрошення визначають такі фактори, як інтенсивність зрошення, наявність і склад солей у водовмісних породах і породах зони аерації, умови бокового відтоку, іноді рельєф поверхні та величина випаровування.

Найбільш опріснені іригаційно-грунтові води зустрічаються поблизу постійно діючих зрошувальних каналів.

У зонах, прилеглих до каналів та зрошувачів діючих зрошуваль­них систем, навіть тоді, коли природні води сильномінералізовані (Голодний степ та ін.), спостерігаються лінзи опріснених вод із сухим залишком не більш як 1 г/л. Такі лінзи залягають на ґрун­тових водах з підвищеною мінералізацією з обох боків каналу. Склад опріснених вод близький до хімічного складу поливних вод, за винятком підвищеної сульфатності перших.

За межами впливу каналів і зрошувачів мінералізація і гідро­хімічний режим верхнього шару іригаційно-грунтових вод харак­теризується мозаїчністю із зміною їх загальної мінералізації в ши­роких межах (0, 6—25 г/л). Мінералізація їх залежить головним чином від потужності й первинного ступеня засоленості зони аера­ції, мінералізації природних вод, умов бокового відтоку. У пери­ферійних частинах іригаційних систем, куди витісняються мінера­лізовані природні води або іригаційні води, збагачені солями зони аерації, розміщені іригаційно-грунтові води, що мають вищу міне­ралізацію.

Вплив зрошення змінює катіонний склад іригаційно-грунтових вод, які за аніонами зберігають сульфатний тип. Катіонний склад, опріснених вод характеризується переважанням кальцію і маг­нію, а вод підвищеної мінералізації — переважанням натрію і магнію.

Формування іригаційно-грунтових вод зумовлене переважаючим впливом штучних (іригаційних) факторів. Зміною рівнів і хіміч­ного складу цих вод можна керувати за допомогою інженерно-меліоративних і агротехнічних заходів, обгрунтоване застосування яких потребує детального вивчення режимів іригаційно-грунтових вод.

З’ясування умов формування режимів ґрунтових вод у зв'язку і поширенням зрошувальних меліорацій і питання їх класифікації знайшли відображення у працях багатьох дослідників.

Класифікації М. М. Крилова, А. Г. Владимирова, Д. М. Каца и інших дослідників найповніше враховують умови формування режиму ґрунтових вод і являють собою основу для призначення іасобів і методів регулювання цього режиму в умовах зро­шення.

М. М. Крилов для меліоративно-гідрогеологічних провінцій Узбекистану намітив чотири типи формування режиму грунтових под: інфільтраційно-випарний; інфільтраційно-стоковий; стоковий і перехідний, або змішаний.

Інфільтраційно-випарний тип формування режиму притаманний територіям (міжгірні западини, безстічні зниження) із стійким неглибоким заляганням рівня грунтових вод, де переважають процеси інфільтрації і випаровування. В таких Умовах спостерігається строкатий розподіл солей у зоні аерації і в грунтових водах при загальній тенденції до їх нагрома­дження.

Інфільтраційно-стоковий тип формування режиму поширений у крайових частинах міжгірних западин, и.і добре дренованих високих річкових терасах, а також у галечних частинах конусів виносу. Тут грунтові води живляться за рахунок інфільтрації з річок та іригаційних систем. Атмосферні опади становлять порівняно невелику долю живлення. Основним їм і ратним елементом, що впливає на формування режиму, яскраво виражений підземний стік. Випаровування ж не має істот-иого впливу, і грунтові води залишаються прісними, оскільки весь час знаходяться у зоні вимивання.

Стоковий тип формування режиму характерний для пролювіальних рівнин і дренованих незрошуваних річкових терас з глибокими ґрунтовими водами при незначному інфільтраційному живленні.

Змішаний тип поширений в умовах близького до по-іорхні залягання грунтових вод на дренованих річкових терасах,..п м мочених ділянках конусів виносу тощо.

Д. Г. Владимиров за основу для класифікації режимів грунтових вод у посушливій зоні взяв сезонний і багаторічний характери і і мінливості.

Сезонний режим грунтових вод він поділив на чотири типи: гідрологічний, кліматичний, іригаційно-кліматичний, ірига­ційний.

Гідрологічний тип сезонного режиму грунтових вод Поширений у річкових заплавах, складених водопроникними утвореннями (галечники, піски, легкі суглинки). Грунтові води цього типу мають гідравлічний зв'язок з річками і характери­зуються синхронними змінами їх рівнів.

Кліматичний тип сезонного режиму належить до незрошуваних рівнинних територій з перевагою випаровування над опадами. Підземний стік також не дуже впливає на формування ре­жиму.

Річна амплітуда коливання рівня ґрунтових вод залежить від глибини їх залягання і пори року, а отже, від ступеня активності випаро­вування За межами глибини 3—4 м рівень ґрунтових вод у річному роз­різі майже не реагує на випаровуван­ня і залишається без значних змін. Характер поведінки кривої режиму ґрунтових вод цілком залежить від кліматичних факторів.

Іригаційно-кліматич­ний тип режиму притаманний зниженим ділянкам зрошуваних ма­сивів, що характеризуються близьким від земної поверхні положенням ґрун­тових вод. Втрати на фільтрацію від зрошення та з іригаційної мережі на­кладаються на живлення ґрунтових вод описаного вище кліматичного режиму і утворюють літній (полив­ний) пік максимуму.

Іригаційний тип сезонного режиму ґрунтових вод і и внаслідок інфільтрації зрошувальних вод, атмосферних ІВ і внаслідок недостатнього дренажу вододільних територій. Положсння кривої режиму на графіку утворює піки максимумів Вегетаційний період та під час промивних поливів. Графіки іригаційного типу режиму мають багато форм, що зумовлене режим експлуатації іригаційної системи, літологічною будовою зрошувальної території та іншими факторами.

Багаторічний режим ґрунтових вод. Виділення типів багаторічного режиму грунтується не тільки на відомостях спос-режень за зміною рівнів або мінералізації ґрунтових вод, а й на її можливих змін режиму під впливом зрошення. Рольокремих факторів при цьому визначають з урахуванням особливостей сезонних змін режиму ґрунтових вод. А. Г. Владимиров Мрізняє три типи багаторічного режиму ґрунтових вод, взятих їм за таксономічні одиниці при меліоративно-гідрогеологічному Існуванні (розд. III). До них належать: стійко-сприятливий тип, нестійкий, стійко-приятливий.

Стійко-сприятливий багаторічний режим грунтових вод характеризується доброю дренованістю території, а отже, і п.пою проточністю, низькою Інералізацією та незначним літанням рівня ґрунтових за межами критичної глибини ­.

Нестійкий режим ґрунтових вод характеризується значною мінералізацією води, розвивається в маловодопроникних породах і и іежить від умов зрошення.

Відповідно до поєднання цих обставин нестійкий тип режиму Поділяється на два підтипи: нестійко-сприятливий і нестійко-непринтливий.

Перший із підтипів залежить від зміни кліматичних факторів і відповідає кліматичному типу режиму з малими змінами рівня протягом сезону. Зміни рівня ґрунтових вод відбуваються на глибині, більшій за критичну, що характерне для богарних площ або для поливних площ, на яких суворо нормуються поливи.

При зміні живлення ґрунтових вод за рахунок надмірних поливів і при слабкому відтоці іригаційно-грунтових вод порушу­ється стійкість режиму і створюються умови для пе­реходу до суміжного (не­стійко-несприятливого) під­типу режиму.

Для цього підтипу ха­рактерне нагромадження іригаційно-грунтових вод і загальне підняття їх рівня, а також пересування водо­розчинних солей вгору по профілю, що зумовлює роз­виток вторинного засолен­ня. У сезонному розрізі — це іригаційний тип режиму. При усуненні причин, що викликають інтенсивне живлення ґрунтових вод, цей підтип режиму перехо­дить у нестійко-сприятли­вий.

Стійко - несприят­ливий режим ґрунто­вих вод характеризується залежністю несприятливих для зрошуваного землероб­ства гідрогеологічних умов від природних факторів, що зумовлюють його стій­кість.

Цей режим також по­діляють на два підтипи: заболочення і засолення. Режим заболочення ха­рактерний для всякого роду знижень, заплав і низьких надзаплавних терас, де грунтові води наближаються до поверхні землі і гідравлічно пов'я-їм і з межами живлення і дренування. У сезонному розрізі — це гідрологічний тип режиму, що характеризується швидкою зміною рівня. Внаслідок доброго водообміну грунтові води в зоні цього режиму переважно прісні.Режим засолення формується в умовах слабкої водопроникності водовмісних грунтів, які не забезпечують належного відтоку грунтових вод. Останні залягають близько від поверхні землі (вище критичної глибини), витрачаються на випаровування і засолюють при цьому грунтово-рослинний шар.

У сезонному розрізі режим грунтових вод залежить від зрошення і змінюється від кліматичного до іригаційно-кліматичного. Визначальними факторами формування режиму засолення є сумарні атмосферні опади в області живлення ґрунтових вод, втрати на фільтрацію від зрошення, а в окремих випадках — вплив річок.