Классификация источников

В справочной литературе приводится много вариантов классификаций источников по различным признакам (В.М. Максимов, Д.И. Пересунько, М.Е. Альтовский). Рассмотрим некоторые из них.

По времени действия. Источники подразделяются на постоянные и временно существующие. Постоянно действующие источники функционируют в течение многих лет и на одном месте. Их режим может испытывать сезонные колебания, но значительные размеры области питания позволяют им сохраняться длительное время. Поэтому дебиты постоянно действующих источников значительно выше, чем временно существующих. Последние обычно возникают в периоды инфильтрационного питания, затем их возможности постепенно иссякают, и через какой-то период (1-3 месяца) они пересыхают.

По приуроченности к определенным типам водоносных систем. Источники могут быть образованы верховодкой, грунтовыми водами, трещинно-грунтовыми водами, карстовыми водами, артезианскими водами, водами многолетней мерзлоты, трещинно-жильными водами и водами зон тектонических нарушений, а также водами современных вулканогенов.

1. Верховодка. Источники, питающиеся верховодкой, характеризуются резкими колебаниями дебита, температуры, химического состава. Время их существования после прекращения атмосферного питания невелико (до нескольких десятков дней). Чаще всего источники этого типа наблюдаются в горных районах, где их питают приповерхностные воды, называемые горной верховодкой.

2. Грунтовые воды. С ними связано образование нисходящих источников, изменение их основных параметров подвержено сезонным колебаниям. В рассматриваемой группе источников различают эрозионные, контактовые, выклинивания и переливающиеся, или экранированные. Эрозионные источники образуются в результате вскрытия водоносного горизонта эрозионно-абразионными процессами (рис. 17). Контактовые источники выходят по контакту водоносных и водоупорных пород на склонах и уступах рельефа. Источники выклинивания образуются на участках фациального замещения водоносных пород водоупорными в местах выклинивания водоносных горизонтов. Переливающиеся источники имеют восходящее движение на участках выхода водоносного горизонта на поверхность (рис. 18). Роль водоупорной покрышки, обусловливающей восходящий характер вод источника, выполняют аллювиально-делювиальные отложения, тектонические сбросы или фациальные замещения пород.

Рис.17. Эрозионный источник

1- водоносные известняки; 2 – водоупорные соли

Рис. 18. Переливающиеся родники (по М.Е. Альтовскому)

3. Трещинно-грунтовые воды. Источники, приуроченные к зоне выветривания магматических и метаморфических пород, могут иметь как нисходящий, так и восходящий характер. Дебиты источников заметно растут на участках, где трещиноватость выветривания усиливается трещиноватостью тектонических разломов.

4. Карстовые воды. Источники этой группы могут быть также нисходящими и восходящими. Условия образования этих источников весьма разнообразны, так как они связаны с породами, имеющими хорошо разветвленную сеть каналов, пустот и трещин (карбонатные, гипсоносные и соленосные породы). Среди карстовых источников различают перемежающиеся (рис. 19), постоянные и субмаринные, или эжекторные. Перемежающиеся источники отличаются резким непостоянством дебита. Они действуют по принципу сифона, и их производительность колеблется от очень значительной до весьма малой. Постоянные источники связаны с наиболее обводненной зоной карста, где распространены каналы, пещеры, подземные реки и озера. В этой зоне формируются самые крупные источники мира с дебитом до 10-20 м³/с. Производительность потоков карстовых вод подвержена значительным сезонным колебаниям. Субмаринные источники приурочены к подземным карстовым каналам, залегающим ниже уровня моря. Режим их действия зависит от соотношения давления, которое создается в канале и в головках источника. Если давление воды в канале превышает давление над головками источника, создается эжекторный эффект, и воды разгружаются в море. При обратном соотношении напоров происходит засасывание морских вод в канал. Этот эффект называется «морской мельницей». В этом случае соленые морские воды могут образовывать источники выше уровня моря.

Рис.19. Перемежающийся родник

5. Артезианские воды. Источники этой группы являются обычно восходящими. Они выходят в понижениях рельефа: долинах рек, котловинах озер, на дне оврагов и балок, на морских побережьях. Особенно велик перепад гидростатических давлений в пластах создается на участках предгорий, где область питания приподнята на многие сотни метров выше области разгрузки. Поэтому в предгорьях образуются наиболее мощные и фонтанирующие источники с дебитами десятки и сотни литров в секунду.

6. Подземные воды мерзлой зоны литосферы. Источники мерзлой зоны могут быть образованы тремя типами вод: надмерзлотными, межмерзлотными и подмерзлотными. Надмерзлотные источники связаны с деятельным слоем и таликами (подрусловыми и подозерными). Существование жидких вод в деятельном слое ограничено коротким теплым сезоном. В холодный период года Надмерзлотные источники исчезают, так как воды деятельного слоя промерзают, образуя бугры пучения и малые наледи. Наибольшее протаивание подрусловых и подозерных таликов происходит в сентябре. Это время наибольшей активности надмерзлотных источников. В холодный период года эти талики, как правило, промерзают, и деятельность источников прекращается.

Межмерзлотные воды встречаются в разрезе, сложенном так называемой слоистой мерзлотой. Межмерзлотные воды относятся к напорным, а источники, образующиеся при их разгрузке, - к восходящим и постоянно действующим. В зимний период на месте их выхода возникают наледи. Также восходящими и постоянно действующими являются источники, питаемые подмерзлотными водами. Эти источники способствуют появлению крупных наледей. Подмерзлотные источники установлены в долинах крупных рек (Нижняя и Подкаменная Тунгуска), их воды имеют высокую минерализацию и нередко отрицательную температуру.

7. Трещинно-жильные воды. В глубоких тектонических зонах возможно развитие циркуляционных систем, в которых одни трещины выполняют роль поглощающих, а другие – выводящих (рис. 20). При проникновении инфильтрационных вод на глубину нескольких километров растет температура их минерализации, они обогащаются минеральными слоями, газами и микрокомпонентами.

Рис.20. Восходящий родник тектонических зон

1- восходящий источник; 2 – направление движения вод; 3 – зона трещиноватости; 4 – тепловой поток

В молодых и омоложенных складчатых областях формируются минеральные воды различного типа (азотные термы, углекислые воды и др.). С тектоническими зонами связаны многочисленные выходы пресных вод, источники которых могут быть нисходящими и восходящими.

8. Минеральные термальные воды современных вулканогенов. В районах современной вулканической деятельности выявлено большое количество источников минеральных и термальных вод. Чаще всего встречаются восходящие источники, но нередко и нисходящие. Особый интерес среди источников районов современного вулканизма представляют гейзеры. Впервые они были обнаружены в Исландии. В нашей стране они встречены на Камчатке. Фонтанирование гейзера происходит с определенной периодичностью (несколько часов, суток). Механизм действия гейзера следующий. В канале гейзера инфильтрационная вода образует столб, который давит на воду, скопившуюся ранее и имеющую температуру около 100 ⁰С. Какое-то время эта вода не вскипает, потому что ей нужно набрать еще некоторое количество тепла. Наконец, перегретая вода бурно вскипает и фонтаном выбрасывается на поверхность. Продолжительность извержения горячей воды, как и подготовки к фонтанированию, у каждого гейзера разная.

По генезису. По происхождению источники разделяют на естественные и искусственные. Наиболее широко распространены естественные выходы подземных вод на земную поверхность. Искусственные выходы образуются в результате инженерно-хозяйственной деятельности человека. Примерами таких водопроявлений могут быть источники, образовавшиеся в нижней части бьефа плотин, возникшие на полях орошения, участках сброса дренажных вод, прорыва водопроводной сети, в местах устройства баражных сооружений и т.д.

По величине дебита. Диапазон колебаний дебита источников, известный в мировой практике, огромен: от долей кубических сантиметров до десятков кубических метров в секунду, т.е. максимальный дебит, по крайней мере, в 10 млрд раз больше минимального. Гигантские выходы подземных вод на земную поверхность (более 1 м³/с) наблюдаются в закарстованных массивах и молодых вулканогенах. Крупные источники с дебитом 10-100 л/с характерны для горных областей. Этому способствует сильно расчлененный рельеф, особенно глубокие эрозионные врезы и уступы. Нередко источники с такой производительностью встречаются и в равнинных областях, у подножья речных и морских террас.

В практике гидрогеологических обследований расход естественных водопроявлений, как правило, изменяется в диапазоне 0,1-2,3 л/с. Это примерно 70-80% от числа наблюдаемых родников. Они обычно являются репрезентативными, т.е. характеризуют определенную гидрогеологическую обстановку, легко опробуются, а результаты их опробования хорошо интерпретируются. Слабые проявления подземных вод на земной поверхности, т.е. рассеянные выходы, мочажины, заболачивания, переувлажнения почв, фиксируются как места разгрузки подземных вод и практического значения не имеют.