Конденсаційна складова підземного живлення річок і джерел кримсько-кавказького карстового регіону

 
  • Версія друку Весь реферат без реклами та завантаження шаблону:)
  •  
    Реферат на тему:
    Конденсаційна складова підземного живлення річок і джерел кримсько-кавказького карстового регіону


    У гірсько-карстових областях Криму і Західного Кавказу карстуючі вапняки, що складають басейни багатьох гірських річок, утворять особливе середовище розвитку гідролого-гідрогеологіних процесів. Гідрологічні дослідження карстових регіонів, аналіз і узагальнення фактичного матеріалу відрізняються визначеною специфікою розрахунків основних гідрологічних параметрів карстових річок, озер і джерел. Крім того, відсутність, у більшості випадків, репрезентативної мережі гідрологічних посад і метеостанцій на території гірських масивів регіону породжує проблему недостатності і вірогідності вихідної гідрологічної інформації.
    Таке положення речей привело до необхідності створення в рамках Міжнародної асоціації гідрологів і Міжнародного спелеологічного союзу комісій з вивчення й узагальнення досвіду по проведенню гідролого-гідрогеологічних розрахунків і спостережень у карстових областях.
    Існує значна кількість літератури, в якій розглянуті загальні закономірності формування поверхневих і підземних вод карстових областей, зазначені основні гідрологічні характеристики річок, на які карст значно впливає. Це - норма стоку, його внутрірічна мінливість, зарегульованість, максимальний і мінімальний стік [1, 5, 6, 7, 13, 14 та ін.].
    Важливим досягненням гідрології карсту є розробка морфологічної [13] і гідрологічної [1, 5, 15] типізації карстових річок. В основу останньої покладений характер підземного водообміну зв'язаний з розбіжністю поверхневих і підземних водозборів [1, 2, 5, 7, 10, 11]. Потік підземних вод із сусідніх басейнів, широко розвинутий у карстових областях, є найважливішим чинником порушення зональних закономірностей річкового стоку. У зв'язку з цим, при водобалансових розрахунках дуже перспективний підхід І.П. Торсуева [15], який запропонував розглядати карстовий гідрологічний комплекс, як елемент карстової територіальної системи, що охоплює усі гідролого-гідрогеологічні явища і процеси на досить великій площі, складеній, породами як тими, що карстуються, так і тими, що не карстуються.
    У сучасних роботах по гідрології карсту [3, 4, 10, 11, 16] велика увага приділяється умовам і особливостям формування карстових вод у зв'язку з проблемою конденсаційної складової підземних вод, що живлять річки. Ця складова може досягати 90 % і більш обсягу їхнього меженного стоку.
    Наукові основи конденсаційної теорії були викладені О. Фольгером на 15 з'їзді Німецьких інженерів у 1877 році. Теорія завоювала як прихильників (Р. Сойка, М. Кеник, Д. Мецгер та ін.), так і супротивників (Д. Люфі, А. Генле, О. Ганн та ін.). Дискусія, що розгорнулася, продовжувалася аж до початку 20 століття, коли детальні хоча і маловідомі за рубежем роботи О. Ф. Лебедєва [12] відродили цю концепцію на новому теоретичному рівні. Було встановлено, що пароподібна волога може переміщатися незалежно від потоку повітря із зон з найбільшою абсолютною вологістю і температурою до зон з меншими їх значеннями.
    Конденсація в надрах відбувається при е поверхневе мінус е підземне більше нуля, де е – абсолютна вологість повітря (мм.рт.ст. чи г/м3) тісно зв'язана функціональною залежністю з температурою повітря як на поверхні, так і в надрах карстових масивів.
    Роботи В. Н. Дублянського [8 – 11 та ін.] по карстовій гідрогеології дозволили розробити нові методики і принципи водобалансових розрахунків і одержання гідрологічних характеристик, прийнятних для закарстованних територій. Аналіз методів розрахунку конденсаційної вологи в карстових порожнинах, а також у зоні аерації карстових масивів (балансовим, мікрокліматичним і розрахунковим) показав, що найбільш прийнятним є мікрокліматичний підхід [8, 9, 10]. Застосований при цьому алгоритм розрахунку конденсаційної складової підземного живлення вод карстових річок і джерел, містить у собі показники, які досить легко одержати мікрокліматичними і геологічними розшуками:
    (1)
    де: V – обсяг зони конденсації гірського масиву вхідної в підземний водозбірний басейн, м3; - коефіцієнт тріщинно-карстової пустотності, частки чи одиниці відсотки; Т – тривалість періоду конденсації, доба; J – коефіцієнт повітрообміну, раз/доба; - різниця вологовмісту поверхневого і підземного повітря г/м3 чи Як видно з формули 1, перші два її члени зв'язані з морфометрією і геологією масивів, тоді як три останніх залежать від кліматичних факторів.
    Проведені, у тому числі й автором, за даною методикою розрахунки в гірсько-карстових областях Криму і Західного Кавказу показали значну роль конденсації у формуванні підземної складової живлення карстових річок регіону (табл. ) [3, 4, 9, 10, 11].
    Таблиця.
    Карстовий масив | Площа, км2 | Обсяг зони конденсації, км3 | Конденсаційний стік,
    мм | % від атмосферних опадів | Модуль конденсаційного стоку, л/с км2 | Об'ємний модуль конденсаційного стоку, л/с км3
    Гірський Крим
    Ай-Петринский
    Чатирдазьский
    Довгоруківский
    Карабійській
    Внутрішня гряда |
    97,7
    23,4
    79,5
    217,5
    293,0 |
    43,9
    5,8
    18,3
    43,5
    8,8 |
    77
    69
    25
    27
    11 |
    6,4
    7,2
    3,0
    3,2
    2,0 |
    2,46
    2,38
    0,81
    0,86
    1,85 |
    5,4
    8,8
    3,5
    4,3
    11,6
    Керченський п-ов
    Опуцький |
    2,7 |
    0,134 |
    75 |
    23 |
    2,38 |
    47,9
    Північний Кавказ
    (КМВ)
    Південна частина Скелястого хребта
    Північна частина Скелястого хребта
    Пасовищний хребет |
    44
    128
    320 |
    6,60
    3,84
    48 |
    10
    2
    10 |
    1,7
    0,4
    1,9 |
    0,30
    0,06
    0,31 |
    2,10
    2,15
    2,05
    Західний Кавказ
    Алек-Ахцу
    Ахштир-Ахун
    Гагрінський хребет (Арабіка)
    Бзибський хребет |
    28,8
    19,0
    517,8
    297,8 |
    12,96
    0,95
    414,24
    238,2 |
    82
    22
    134
    121 |
    3,4
    1,1
    5,6
    4,8 |
    2,60
    0,69
    4,27
    3,85 |
    5,7
    14,0
    5,3
    4,8
    Особливо показова роль конденсаційних вод під час тривалих (2-4 місяці) посухах, які нерідкі в аридних областях України, коли динамічні запаси карстових вод підземних водозборів досягають стадії повного виснаження.
    По своїй фізичній суті конденсація підсилюється при жаркій погоді, коли різниця температур, а отже й абсолютної вологості між поверхневим і підземним повітрям збільшується, тобто збігається з періодами найбільшого дефіциту стоку. У цьому полягає важливе гідрологічне (підтримка стійкої меженної витрати малих карстових річок і джерел) і господарське (літній меженний водозабір) значення конденсаційних вод.
    У зв'язку з цим дуже актуальним залишається проблема удосконалювання гідрологічних розрахунків, зв'язаних з конденсаційною складовою поверхневого і підземного стоку. Традиційно для характеристики водозбірних басейнів використовувалися площинні показники. Ці методики перенесені і на конденсаційні процеси, кількісні параметри якого найчастіше виражаються шаром конденсаційного стоку в мм, коефіцієнтом стоку, річних і сезонних модулях конденсаційного стоку, л/с км2.
    Розглянемо наступний приклад: карстовий масив Опук знаходиться в аридній області Керченського півострова (330 мм опадів у рік). Літні амплітуди температур поверхневого і підземного повітря можуть досягати 30 0С (21 червня 1996 р. температура поверхневого повітря 35 0С, підземного на глибині 37 м 4,7 0С). Для Ай-Петринського масиву ці показники значно знижені. Однако потужність зони конденсації г. Опук при площі 2,7 км2 складає всього 50 м (0,134 км3), тоді як на Ай-Петрі ці параметри виглядають у такий спосіб: площа 97,7 км2, потужність порід, де йде конденсація, до 450 м (43,9 км3). Виражаючи обсяг конденсаційних вод, що утворяться, як звичайно через модуль конденсаційного стоку, одержимо 2,38 л/с км2 і 2,46 л/с км2 відповідно (табл.). Отже, морфометричні показники природного конденсатора (тобто гірського масиву) при такому підході значно нівелюють кліматичні і мікрокліматичні розходження, від яких залежить інтенсивність конденсації.
    У зв'язку з цим пропонується введення об'ємного модуля конденсаційного стоку – л/с км3 , що характеризує водозбірний басейн у тривимірному просторі, адекватно існуючим кліматичним і мікрокліматичним умовам протікання конденсаційного процесу. Якщо мати на увазі той факт, що тріщинно-карстова пустотність порід більшості гірських масивів Криму і Західного Кавказу приблизно однакова (3%)[10], те відношення розрахункової величини конденсації до одиниці об'єму (а не до площі водозбору), дозволяє показати конденсаційну водовіддачу (інтенсивність конденсації), що залежить від кліматичних і мікрокліматичних умов даної території.
    У таблиці (стовпчик 7) приведені результати розрахунку конденсації, вираженої в об'ємному модулі стоку. Видно, що «продуктивність» надр карстового масиву Опук як природного конденсатора на порядок вище, ніж масиву Ай-Петрі.
    Порівняльний аналіз матеріалів приведених у таблиці показав, що обсяг конденсаційної води, яка стікає з того чи іншого водозбору прямо зв'язаний з розмірами зони конденсації, але її темпи цілком залежать від кліматичних показників.
    Показові матеріали по Скелястому хребті району Кавказьких мінеральних вод. Окремі його частини, розташовані практично в одних кліматичних умовах, значно відрізняються площею і потужністю порід (табл.). Незважаючи на це, виражаючи конденсацію через об'ємний модуль, ми одержуємо, як і випливало очікувати, подібні результати – 2,1 і 2,15 л/с км3. Традиційний запис через л/с км2, за рахунок більшої площі північної частини Скелястого хребта, знизило цей показник стосовно об'ємного модуля більш ніж на порядок – 0,06 л/с км2.
    Таким чином, не заперечуючи загальноприйняті підходи до гідрологічних характеристик карстових областей, зазначимо, що використання об'ємного модуля конденсаційного стоку дозволить більш раціонально відобразити кліматичні фактори, які визначають інтенсивність роботи природних конденсаторів, а також враховувати головну особливість карстової гідрографії – розбіжності поверхневих і підземних водозборів карстових річок і джерел.
    Список літератури
    Балков В. А. Влияние карста на сток рек Европейской территории СССР. – Л.: Гидрометеоиздат, 1970. – 125 с. 2. Вахрушев Б. А., Дублянский В. Н., Гигинейшвили Г. Н., Цвет А. П. Гидрология и палеогидрология Амткельского карстового района // Тр. Географ. общ. Груз ССР. Т. 18, Тбилиси, 1990. – С. 321-339. 3. Вахрушев Б. А. Использование подземных вод Крыма в античное и средневековое время и современность // Сб. научных статей к 130-летию со дня рождения В. И. Вернадского. – Симферополь, 1993. – С. 92-97. 4. Вахрушев Б. А., Вахрушев И. Б. Роль карстовых конденсационных вод в водном хозяйстве античных и средневековых поселений Керченского полуострова // Культура народов Причерноморья, № 10, 1999. – С. 7-10. 5. Владимиров Л. А. О влиянии карстовых вод на режим стока рек южного склона Главного Кавказского хребта в пределах Западной Грузии // Тр. ИТ АН Груз. ССР. т. VI. Ф/г серия, 1955. – С. 151-154. 6. Гаврилов А. М. Изучение стока в карстовых районах // Тр. III Всесоюзного гидрологического съезда. – Л.: Гидрометеоиздат, вып. 9, 1957. – С. 32-33. 7. Гигинейшвили Г. Н. Карстовые воды Большого Кавказа и основные проблемы гидрологии карста. – Тбилиси: Мецниреба, 1979. – 224 с. 8. Дублянский В. Н. Методика расчета конденсации влаги в трещинно-карстовых коллекторах // Бюлл. НТИ, Серия: Гидрогеология и инженерная геология, № 6. – М.: ОНТИ ВИЭМС, 1969. – С. 13-17. 9. Дублянский В. Н. Конденсация влаги в трещинно-карстовых коллекторах Горного Крыма // Гидрогеология и инженерная геология аридной зоны СССР – М: Недра, 1972. – С. 41-50. 10. Дублянский В. Н., Кикнадзе Т. З. Гидрогеология карста Альпийской складчатой области юга СССР. – М.: Наука, 1984. – 125 с. 11. Дублянский В. Н., Клименко В. И., Вахрушев Б. А., Ильюхин В. В. Карст и подземные воды горных массивов Западного Кавказа. – Л.: Наука, 1985. – 150 с. 12. Лебедев А. Ф. Роль парообразной воды в режиме почвенных и грунтовых вод // Агрономическая лаборатория Новороссийского ун-та. – Одесса, 1913. – 126 с. 14. Максимович Г. А. Основы карстоведения. Т. II. – Пермь, 1969. – 529 с. 13. Методические реомендации по изучению режима поверхностных вод в карстовых районах. – Л.: Гидрометеоиздат, 1969. – 180 с. 15. Торсуев Н. В. Карст: пути географического изучения. – Казань: Казанский университет, 1985. – 152 с. 16. Шестаков Ф. В. Конденсация водяных паров в почвогрунтах и приземном слое. Библиографический указатель. – Алма-Ата: Наука, 1989. – 77 с. 17. Dublyansky V. And Dubkyansky Y. Role of Condensation in Karst Hydrogeology and Speleogenesis // Speleogenesis, Huntsville, Alabama, U.S.A., 2000. P 100-113Vchys: ГДЗ, Решебники , Ответы, Реферати, Твори, ПрезентаціїГДЗ, Решебники и Ответы