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)

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

 

 

gdc\— 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.

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.

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.

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.
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.

Похожие записи