Рассматривается методика учёта ресурсов подземных вод при составлении водохозяйственных балансов орошаемых территорий. В зависимости от вида водопотребления предлагается методика оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод и влияния их отбора на поверхностный сток как для условий, когда подземные воды представляют основной источник водоснабжения, так и для случая, когда они являются дополнительным водоисточником к ресурсам поверхностных вод. В каждом случае исследуются проблемы оценки надёжности функционирования системы совместного использования ресурсов поверхностных и подземных вод.

Табл. 32. Ил. 68. Библиогр.: с. 195—197 (77 назв.)

По действующему в СССР водному законодательству пресные подземные воды вследствие лучшей по сравнению с поверхностными водами защищённости от загрязнения и меньшей подверженности ресурсов и их качества сезонным и многолетним колебаниям должны использоваться в первую очередь для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Поэтому использование подземных вод питьевого качества для целей орошения земель может быть допущено органами по использованию и охране водных ресурсов только при наличии серьёзного обоснования.

В СССР, согласно сложившейся практике, разрешение на использование пресных подземных вод питьевого качества для орошения даётся лишь в тех случаях, когда в данном районе отсутствуют в необходимом количестве ресурсы поверхностных вод, а имеющиеся эксплуатационные ресурсы подземных вод питьевого качества превышают перспективную потребность в воде хозяйственно-питьевого назначения. Последнее обстоятельство весьма часто имеет место и в условиях, когда ресурсы поверхностных вод вполне достаточны для обеспечения потребностей орошения. Тем не менее использование для этой цели части ресурсов подземных вод может оказаться предпочтительнее. Это объясняется несколькими причинами. Прежде всего тем, что в ряде районов интенсивный отбор подземных вод на орошение может существенно улучшить мелиоративное состояние орошаемых и соседних с ними земель благодаря снижению уровня грунтовых вод и уменьшению в связи с этим их расходования на испарение. Это не только приведёт к прекращению естественного засоления земель, характеризующихся затруднёнными условиями оттока грунтовых вод, но и позволит предупредить вторичное их засоление, связанное с орошением.

При этом мелиоративный эффект будет особенно выражен, конечно, при эксплуатации грунтовых вод, но и при водоотборе из напорных вод, подпитывающих в естественных условиях грунтовые, если это привело к смене знака разности напоров, мелиоративный эффект оказывается достаточно заметным.

Вторым важным аргументом в пользу использования подземных вод на орошение при достаточности ресурсов поверхностных вод может служить заметный выигрыш в площади орошения, так как при этом может отпасть (или существенно сократиться) надобность в создании горизонтального дренажа, отнимающего значительные площади ценных земель.

Наконец, использование подземных вод на орошение, особенно если это грунтовые воды, расходующиеся в естественных условиях на непродуктивную эвапотранспирацию, приводит к увеличению общего количества располагаемых водных ресурсов — поверхностных и подземных — за счёт сокращения и даже полного прекращения непродуктивного испарения.

Несомненно, что и при ограниченных ресурсах поверхностных вод, и при их избыточном количестве для суждения о возможных масштабах использования подземных вод питьевого качества для целей орошения земель какого-либо района прежде всего необходимо оценить эксплуатационные ресурсы подземных вод в этом районе и сравнить их с перспективной потребностью в воде для хозяйственно-питьевых целей.

Под эксплуатационными ресурсами подземных вод понимается то их количество (расход), которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при сохранении кондиционного качества воды в течение всего расчётного срока водопотребления.

По принятой в СССР практике к оценке величины эксплуатационных ресурсов существует два подхода. Согласно первому подходу эксплуатационные ресурсы оцениваются применительно к конкретному водопотребителю. В этом случае задача сводится к определению величины понижения уровня, вызванного водоотбором, равным заявленной потребности, и сравнению этого понижения с предельно допустимой величиной. Если расчётное понижение меньше допустимого, ресурсы считаются обеспеченными и принимаются равными заявленной потребности.

Согласно подходу, более отвечающему понятию «эксплуатационные ресурсы», оценивается та производительность водозабора, при которой вызванное его работой понижение уровня на конец расчётного срока станет равным допустимому.

Таким образом, задача оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод сводится в основном к задаче установления пространственно-временных зависимостей понижения уровня эксплуатируемого горизонта от производительности и режима работы водозабора. При этом основным фактором, лимитирующим величину эксплуатационного водоотбора при прочих равных условиях, является, как отмечено выше, величина допустимого понижения.

Последнее определяется конкретными гидрогеологическими условиями и технико-экономическими соображениями. Так, при большой мощности водоносного горизонта или большой глубине его залегания допустимое понижение уровня, если это, конечно, экономически оправдано, не должно превышать максимальную высоту подъёма имеющегося насосного оборудования при сохранении такого столба воды в скважине, при котором обеспечивалась бы нормальная работа насоса с требуемой производительностью.

Применительно к целям использования подземных вод для орошения особое значение в приведённом выше определении понятия «эксплуатационные ресурсы» приобретает требование сохранения заданного режима эксплуатации. При орошении режим отбора подземных вод определяется тем, являются ли они основным или дополнительным к поверхностным водам источником орошения.

В первом случае, т.е. когда подземные воды представляют собой основной источник оросительной воды, режим их отбора характеризуется выраженной сезонной цикличностью, определяемой условиями вегетации орошаемых культур, необходимостью влагозарядковых и промывных поливов.

В случае же, когда подземные воды используются как дополнительный к ресурсам поверхностных вод источник орошения, режим их отбора будет претерпевать случайные колебания, связанные со стохастическим характером колебаний стока и водопотребления на орошение.

Учитывая, что как в первом, так и во втором случае одновременно с отбором подземных вод на орошение они, как правило, эксплуатируются и для хозяйственно-питьевых нужд, когда режим отбора практически не изменяется во времени, при оценке эксплуатационных ресурсов подземных вод в этих условиях должно предусматриваться комплексирование режимов водоотбора.

Методика оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод для таких условий разработана ещё недостаточно, и одной из важных задач, стоящих перед гидрогеологической наукой в настоящее время, является разработка теоретических основ и практических методов такой оценки. Одна из задач настоящей работы — рассмотрение основ гидрогеологических расчётов для оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод в разных природных условиях с учётом различных режимов их отбора. Второй важной задачей, возникающей при решении вопросов использования подземных вод для орошения, является оценка тех изменений, которые произойдут с ресурсами поверхностных вод при отборе гидравлически связанных с ними подземных вод. При планировании развития водного хозяйства, в том числе при проектировании оросительных систем, обязательно предварительно составляются перспективные водохозяйственные балансы, в которых сопоставляются перспективные потребности в воде для всех отраслей народного хозяйства с суммарными водными ресурсами рассматриваемой территории (района, речного бассейна и тд.). Последние слагаются из ресурсов поверхностного стока заданной обеспеченности (с учётом мероприятий по его регулированию, если они или осуществлены, или проектируются), и эксплуатационных ресурсов подземных вод (оцененных с учётом режима водоотбора, определяемого видом водопотребителя) за вычетом того сокращения поверхностного стока, которое произойдёт в результате эксплуатационного отбора подземных вод.

При определении величины этого сокращения должна, конечно, учитываться, помимо природных условий и режима отбора подземных вод, степень существующей или проектируемой зарегулированности поверхностного стока.

Действительно, если на реках нет и не проектируется создание водохранилищ ниже по течению от водозаборов подземных вод, влияние эксплуатации последних на поверхностный сток выразится в виде определённого изменения его расходов в любой заданный момент времени. Эти изменения, учитывая, что они могут иметь различный знак, в настоящей работе предлагается называть «редукцией» поверхностного стока. Если же реки зарегулированы или проектируется их зарегулирование ниже по течению водозаборов подземных вод, при составлении перспективных водохозяйственных балансов, вернее, при оценке общих водных ресурсов территории, влияние отбора подземных вод на поверхностный сток выразится в изменении объёма стока в водохранилище в результате редукции за тот отрезок времени, на который рассчитывается регулирование водохранилищем (сезонное, годовое, многолетнее). Это изменение объёма в настоящей работе предлагается называть «интегральной редукцией» оверхностного стока.

Методика определения этих величин, весьма важных при оценке общих водных ресурсов, до настоящего времени разработана ещё недостаточно. Поэтому в настоящей работе уделяется большое внимание рассмотрению теоретических основ и практических методов расчёта редукции и интегральной редукции поверхностного стока.

При разработке теоретических основ и практических методов как оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод, так и определения величины редукции поверхностного стока при их отборе использованы методы теории линейных систем, позволившие разработать единый подход к изучению геофильтрационных процессов при разных режимах отбора подземных вод и для различных природных условий. Он основан на том, что универсальной характеристикой реакции геофильтрационной системы на возмущение, вызванное водоотбором, служит передаточная функция системы, связывающая изображения по Лапласу возмущения и реакции.

При разработке методики оценки эксплуатационных ресурсов подземных вод рассматривается геофильтрационная система водозабор-водоносный пласт, реакцией которой на возмущение водоотбором является понижение уровня подземных вод в эксплуатируемом горизонте.

Аналогично при решении задач методики оценки влияния отбора подземных вод на поверхностный сток рассматривается геофильтрационная система водозабор — водоносный пласт — поверхностный водоток, в которой реакцией на возмущение, вызванное водоотбором, является редукция поверхностного стока.

Как уже отмечалось выше, универсальной характеристикой реакций геофильтрационных систем водозабор—водоносный пласт и водозабор — водоносный пласт — поверхностный водоток служат передаточные функции. Рассматриваются методика получения и конкретные выражения для пеоедаточных функций, связывающих изображения по Лапласу понижения или редукции с изображениями возмущения (величины водоотбора) для различных природных условий и разных типов водозаборов.

Каждая из этих передаточных функций является, в сущности, основой для разработки алгоритмов для численных расчётов на ЭВМ вызванных водоотбором понижений уровня и редукции поверхностного стока на любой заданный срок.

При этом для значительной части расчётных схем и типов водозаборов представилось возможным перейти от изображения к оригиналам и получить достаточно простые аналитические зависимости для определения соответствующих реакций геофильтрационных систем на вызванное эксплуатационным водоотбором возмущение. Все входящие в полученные зависимости функции табулированы, и в работе приведены соответствующие таблицы и графики.

ВВЕДЕНИЕ

Книги на ту же тему

1. Подземные воды Мира: ресурсы, использование, прогнозы, Зекцер И. С., ред., 2007
2. Исследование поверхностного и подземного стока, Срибный М. Ф., Курдюмов Л. Д., ред., 1967
3. Карта грунтовых вод Европейской части СССР масштаба 1:1500000. Объяснительная записка, Духанина В. И., Родионов Н. В., Семихатов А. Н., ред., 1958
4. Геология и гидрогеология предгорных равнин, Али-Заде С. А., Алиев Ф. Ш., Красильщиков Л. А., Листенгартен В. А., 1990
5. Подземные воды СССР: Части I и II (комплект из 2 книг), Ланге О. К., 1963
6. Анализ формирования стока равнинных рек, Попов Е. Г., 1956
7. Методика обоснования региональных гидрогеологических моделей многослойных систем, Водоватова З. А., Гохберг Л. К., Ефремов Д. И., Клюквин А. Н., Коробейников В. А., Леви Л. З., Померанцева Л. Г., Печерин А. Т., Семёнова-Ерофеева С. М., Фрейдина Н. Н., 1982
8. Прогнозирование влияния эксплуатации подземных вод на гидрогеологические условия, Злотник В. А., Калинин М. Ю., Усенко В. С., Черепанский М. М., 1985
9. Физико-географические основы формирования водохозяйственных балансов, Воропаев Г. В., Местечкин В. Б., 1981
10. Водное хозяйство Белоруссии, Булавко А. Г., Гатилло П. Д., Коваленко Э. П., ред., 1965
11. Гидрогеологические прогнозы в системе мониторинга подземных вод, Семенов С. М., 2005
12. Мелиоративная гидрогеология, Кац Д. М., Шестаков В. М., 1981
13. Региональная гидрогеология: Учебник для вузов, Кирюхин В. А., Толстихин Н. И., 1987
14. Мелиоративная оценка оросительных и дренажных вод Ташаузской области, их рациональное использование и охрана, Эсенов П., 1989
15. Закономерности формирования водопотребления и водообеспеченности агроценозов в условиях юга Русской равнины, Шумова Н. А., 2010
16. Сборник задач по общей гидрогеологии: Учебное пособие для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп., Гавич И. К., Лучшева А. А., Семёнова-Ерофеева С. М., 1985
17. Рентные отношения водопользования в России, Ушаков Е. П., 2008
18. Актуальные проблемы водообеспечения, Раткович Д. Я., 2003
19. Основы гидрогеологии. Общая гидрогеология, Пиннекер Е. В., Писарский Б. И., Шварцев С. Л., Богданов Г. Я., Борисов В. Н., Караванов К. П., 1980
20. Гидрофизика водоёмов суши, Одрова Т. В., 1979
21. Динамика ландшафтов Центрального Казахстана при водохозяйственном освоении, Костюковский В. И., 1988
22. Динамико-стохастическое моделирование формирования талого стока, Гельфан А. Н., 2007
23. Инфильтрация воды в почву: Краткий справочник, Кулик В. Я., 1978
24. Изменение почвенно-мелиоративных условий Хаузханского массива в связи с развитием орошения, Реджепбаев К., Эсенов П., 1987
25. Регулирование водно-солевого и питательного режимов орошаемых земель, Айдаров И. П., 1985
26. Орошение сельскохозяйственных культур в степных районах. — 2-е изд., перераб., Битюков К. К., Дорожко П. К., 1965
27. Оценка влияния изменения режима вод суши на наземные экосистемы, Новикова Н. М., ред., 2005
28. Моделирование эрозионных процессов на территории малого водосборного бассейна, Керженцев А. С., Майснер Р., Демидов В. В., Оллеш Г., Сухановский Ю. П., Волокитин М. П., Кистнер И., Коломийцев Н. В., Роде М., Сон Б. К., Быховец С. С., Демин Д. В., Пискунов А. Н., Ильина Т. А., Киселева О. Е., 2006
29. Нелокальные математические модели переноса в водоносных системах, Сербина Л. И., 2007
30. Нелинейная динамика поверхностных вод суши, Найденов В. И., 2004
31. Зарастающие водотоки и водоёмы: Динамические процессы формирования донных отложений, Казмирук В. Д., Казмирук Т. Н., Бреховских В. Ф., 2004
32. Бурение скважин малого диаметра, 1961
33. Палеогидрогеологические исследования при поисках нефти и газа, Ходжакулиев Я. А., Абукова Л. А., 1985
34. Избранные работы. Речная гидравлика. Теория фильтрации. Аэродинамика и газовая динамика. Горное дело. Теория пластичности. Энергетика, Христианович С. А., 1998
35. Проблемы опустынивания и засоления почв аридных регионов мира, Ковда В. А., 2008
36. Климатическое опустынивание, Золотокрылин А. Н., 2003