Определение интенсивности питания грунтовых вод через зону аэрации

В подземные воды тритий поступает только в результате инфильтрации атмосферных осадков. Поэтому по концентрациям трития в грунтовых водах можно оценивать роль инфильтрационного питания их и, следовательно, использовать тритий для решения задач, связанных с выявлением областей питания и разгрузки водоносных горизонтов, а также с выявлением направления грунтовых потоков и т. п. Один из методов оценки инфильтрационного питания грунтовых вод основан на использовании «пиковых» поступлений трития в ненасыщенную зону с атмосферными осадками. Такие тритиевые пики в конце 50-х и начале 60-х годов были обусловлены испытаниями термоядерного оружия. Соответствующие пики наблюдались в последующие годы в инфильтрационных потоках в зоне аэрации. Образцы грунта отбирают из зоны аэрации и исследуют на содержание трития в его влаге (при этом фиксируется распределение влажности по глубине). Затем строят концентрационные профили трития, которые обрабатывают с использованием поршневой или дисперсной моделей. Последняя, как правило, обеспечивает лучшее согласование экспериментальных данных и теоретических предпосылок. Максимум концентрации трития движется с инфильтрующейся влагой в течение времени t=t2—t1 (где t1 — время появления пиковой концентрации на входе, a h — время отбора пробы). Отсюда средняя скорость инфильтрации определяется как V=h/(t2—t) (где h — глубина, на которой фиксируется максимум концентрации трития). Соответственно инфильтрационный расход Q=V*W (где W — средняя относительная объемная влажность, а V — скорость передвижения тритиевого пика, мм/год).

Д. Б. Смит и др. исследовали механизм передвижения влаги в двух зонах аэрации, сложенных карбонатными и глинистыми породами, мощности соответственно 27 и 13 м. Пробы воды отбирались из керна методом отжатия и дистилляции, Распределеление трития по глубине отображено на рис. 26. Два пика на кривых обусловлены поступлениями трития в 1958—1959 и 1963— 1964 гг. По расположению пиков относительно друг друга и дневной поверхности можно оценить скорость передвижения влаги в ненасыщенной грунтовой зоне. Для карбонатного профиля эта скорость равна 0,88 м/год, для глинистого ~ 0,20 м/год.

Метод тритиевых пиков для оценки инфильтрационного питания в модифицированном варианте используется также с применением тритиевой метки, которая вводится в зону аэрации. Следует подчеркнуть, что в мощных зонах аэрации на тритиевых профилях даже в 1978 г. удавалось прослеживать «пиковое» его поступление 1963 г. В частности, при исследовании тритиевых профилей и распределения влажности в зоне аэрации, сложенной песками (пустыня Калахари) мощностью от 15 до 25 м, было установлено, что на различных участках от 11 до 27% влаги поступило в грунтовые воды во влажный период 1973—1978 гг., а в засушливый период 1962—1974 гг. эта величина составляла от 5 до 14%. Соответственно за эти периоды в пустыне выпало 3500 и 2800 мм осадков. Скорость движения влаги для этого случая можно оценить величиной порядка 1 м/год.

В целом ряде случаев по концентрациям трития в различных составляющих водного баланса удается рассчитать долю подземных вод, участвующих в питании поверхностных водотоков. И. Мартинес и др., работая в Швейцарии, на основании измерения концентрации трития в подземных водах и снежном покрове рассчитали величину поверхностного и подземного стока в один из ручьев бассейна Дишма. Авторами показано, что доля подземных вод в его питании в периоды снеготаяния превосходит практически для всех наблюдаемых случаев долю поверхностного стока в ручей, составляя для разных временных интервалов наблюдения от 89 до 37% (в среднем более 60%).