Структура, содержание, характер граничных условий и параметризация отдельных блоков геогидрологической модели, а также принципы ее верификации определяются масштабом и целевым назначением оценки инфильтрационного питания и ресурсов подземных вод в естественных и нарушенных условиях.
В соответствии с этим целесообразно различать четыре основных типа (масштаба) геогидрологических моделей - бассейновый (мелкий), водосборный (средний), ландшафтный (крупный) и локальный (точечный).
2. Методика средне- и мелкомасштабной оценки среднемноголетнего инфильтрационного питания и естественных ресурсов подземных вод на основе геогидрологических моделей заключается в районировании территории по условиям инфильтрации, построении типовых ландшафтных моделей и оценке элементов водного баланса на поверхности земли и в зоне аэрации по результатам моделирования на основе многолетних рядов метеорологических характеристик.
Масштабная неоднородность инфильтрационного питания на площади речного бассейна (водосбора) характеризуется типовыми условиями формирования инфильтрации. В мелком (региональном) масштабе они определяются макроразличиями общего характера ландшафта (природный, урбанизированный, водный), типа растительности и литологического (механического) состава почвенного покрова и пород верхнего (до 5-7 м) интервала разреза зоны аэрации, средней глубиной залегания уровня грунтовых вод (УГВ). В среднем и крупном масштабах необходимо также учитывать характер сельскохозяйственного использования ландшафта, рельеф и экспозицию склонов.
3. Проведено обоснование характера граничных условий и параметрического обеспечения расчетных моделей для средне- и мелкомасштабной оценки среднемноголетнего инфильтрационного питания подземных вод, отражающее основные природные ландшафтно-климатические закономерности его формирования, применительно к климатическим условиям средней полосы России.
- На верхней границе модели формирования среднемноголетней инфильтрации оптимальной является суточная дискретность метеорологических характеристик, а условие на нижней границе может быть охарактеризовано среднемноголетним положением УГВ при глубине его залегания свыше 3-4 м. При меньшей глубине УГВ условие на нижней границе модели инфильтрационного питания должно отражать его сезонную динамичность, которая существенно влияет на процессы формирования водного баланса в зоне аэрации.
- Обоснованы обобщенные параметры, характеризующие ландшафтные условия, водно-физические свойства пород зоны аэрации, в зависимости от их литологического состава, а для верхнего почвенного горизонта - и от типа растительности, а также параметры модели транспирационного отбора влаги корневой системой древесной и травянистой растительности, в зависимости от состава почвы.
- Установлено, что различия в расчетных величинах среднемноголетней инфильтрации при возможной вариации обобщенных параметров моделей, в большинстве случаев не превышают 5%, что доказывает возможность их использования . Наиболее чувствительна модель инфильтрационного питания к параметрам поверхностного стокообразования, что требует их калибрации.
- Предложенные принципы калибрации и верификации геогидрологической модели основаны на использовании фактических характеристик речного стока, что обеспечивает достоверность расчетных интегральных показателей водного баланса речных бассейнов (водосборов).
4. Методика оценки среднемноголетнего инфильтрационного питания и естественных ресурсов подземных вод на основе геогидрологического моделирования процессов водного баланса на поверхности земли и в зоне аэрации может быть использована при средне-мелкомасштабных исследованиях, как альтернатива или существенное дополнение широко используемого гидролого-гидрогеологического метода. Она позволяет количественно охарактеризовать:
- неоднородность инфильтрационного питания в границах речных бассейнов разного порядка;
- «эвапотранспирационную» составляющую естественных ресурсов подземных вод;
- связь среднемноголетнего инфильтрационного питания с глубиной УГВ;
- инфильтрационное питание подземных вод балансово-незамкнутых территорий;
- питание глубоких интервалов гидрогеологического разреза зоны интенсивного водообмена, не дренируемых местной эрозионной сетью;
- многолетние показатели естественных ресурсов подземных вод заданной обеспеченности. Методика оценки инфильтрационного питания на основе геогидрологических моделей также может быть использована для обоснования количественных показателей степени защищенности (уязвимости) грунтовых вод.
5. В масштабе речного бассейна ландшафтные факторы, главными из которых являются тип растительного и почвенного покрова, обусловливают резкую неоднородность инфильтрационного питания подземных вод и определяют соотношение между составляющими суммарного испарения, а также поверхностным стоком и инфильтрацией. В региональном масштабе значимая неоднородность среднемноголетнего инфильтрационного питания и естественных ресурсов подземных вод может быть обусловлена также различием микроклиматических условий отдельных речных бассейнов территории, относящейся к единой климатической зоне.
В целом, наиболее благоприятные условия для инфильтрационного питания формируются на лесных ландшафтах, а для среднемноголетней эвапотранспирационной разгрузки подземных вод - на открытых полевых ландшафтах при глубине УГВ до 3 м. Ландшафтные условия определяют также параметры зависимости среднемноголетней инфильтрации от глубины УГВ.
Внутригодовые вариации ИП резко затухают с глубиной УГВ, и при его залегании глубже 5 м практически отсутствуют и не влияют на его режим. Это означает, что сезонный режим УГВ при их средней глубине свыше 5 м не связан с «местным» инфильтрационным питанием, а обусловлен изменениями в латеральном потоке (главным образом, уровня его дренирования). В то же время многолетняя вариация годовых сумм инфильтрации сохраняется и проявляется в режиме УГВ при значительной (более 10 м) его глубине.
6. Рассмотренные методические принципы геогидрологического моделирования необходимо использовать при оценке эксплуатационных запасов подземных вод, когда их формирование связано с процессами изменения уровня грунтовых вод или с привлечением поверхностных вод в объемах, нарушающих их гидрологический режим. В этих случаях геогидрологическое моделирование позволяет учитывать нелинейные процессы изменения инфильтрационного питания или эвапотранспирационной разгрузки подземных вод в зависимости от природных ландшафтно-климатических условий, и формирование гидрогеодинамически зависимого гидрологического режима водотоков и водоемов.
На примере конкретных объектов показано, что использование геогидрологических моделей при оценке эксплуатационных запасов подземных вод в этом случае повышает степень балансовой обеспеченности эксплуатационного водоотбора и позволяет адекватно прогнозировать его влияние на водный баланс территории, что является количественной основой для оценки его экологических последствий.
1.Гриневский С.О. Численное моделирование фильтрации // в кн. Гидрогеодинамические расчеты на ЭВМ. Под ред. Р.С. Штенгелова. М.: Изд-во МГУ. 1994. С. 91 - 133.
2.Полевые методы гидрогеологических, инженерно-геологических, геокриологических, инженерно-геофизических и эколого-геологических исследований (учебное пособие) // под ред. В.А.Королева, Г.И.Гордеевой, С.О.Гриневского, В.А.Богословского. М. Изд-во МГУ. 2000 г.
3.Гриневский С.О. Алгоритм моделирования потоков грунтовых вод и малой реки // в кн. В.М.Шестаков, С.П.Поздняков «Геогидрология». М., ИКЦ «Академкнига». 2003, с. 156-165
4.Гриневский С.О. Гидрогеодинамическое моделирование взаимодействия подземных и поверхностных вод. М.: Инфра-М. 2012. 152 с.
Статьи в рецензируемых журналах:
5.Гриневский С.О., Штенгелов Р.С. О прогнозировании влияния водозаборов подземных вод на сток малых рек. // Водные ресурсы. 1988. № 4. С.24 – 32.
6.Гриневский С.О. Формирование эксплуатационных запасов водозабора подземных вод в долине малой реки. // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 1991. № 3, с.87 – 92.
7.Гриневский С.О., Штенгелов Р.С. Мониторинг приречных месторождений подземных вод // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 1995. № 6, с.52 – 58.
8.Гриневский С.О., Короткова И.Ю. Обоснование допустимых понижений при оценке эксплуатационных запасов подземных вод // Вестник МГУ. Сер. Геология. 1997. № 4, с.71-74.
9.Гриневский С.О., Машкова Е. В. Оценка балансовой структуры эксплуатационного отбора подземных вод // Вестник МГУ. Сер. Геология. 1999. №5. С. 33 - 40.
10.Н.И.Алексеевский, С.О. Гриневский, П.В.Ефремов, М.Б.Заславская, И.Л.Григорьева Малые реки и экологическое состояние территории // Водные ресурсы, 2003, т.30 №5, с. 586-595
11.Гриневский С.О., Прокофьев В.В. К методике проведения и интерпретации термометрических измерений для выявления зон субаквальной разгрузки подземных вод // Вестник МГУ. Сер.4. Геология. 2005. №3. С. 55 – 61.
12.Всеволожский В.А., Гриневский С.О. Оценка естественных ресурсов подземных вод с использованием балансово-гидродинамических моделей // Водные ресурсы. 2006. Т.33. №4, с. 410-416.
13.Гриневский С.О., Грицаенко В.Г. Гидродинамическое моделирование при обосновании строительства подземных хранилищ газа в каменной соли // Вестник МГУ, сер. 4 Геология. 2006 №1, с. 41-49
14.Гриневский С.О., Преображенская А.Е., Юрченко С.А.Оценка баланса подземных вод Самур-Гюльгерычайской аллювиально-пролювиальной равнины (Южный Дагестан) // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 2009. № 4, с.44 – 54.
15.Гриневский С.О., Преображенская А.Е., Цяпа Л.П. Идентификация гидрогеодинамических условий потока подземных вод по опытным данным // Известия высших учебных заведений. Геология и разведка, 2009. №3, с. 39-45
16.Гриневский С.О. Схематизация строения и параметров зоны аэрации для моделирования инфильтрационного питания подземных вод // Вестник МГУ, сер. 4. Геология. 2010. №6. С.56-67.
17.Гриневский С.О., Поздняков С.П. Принципы региональной оценки инфильтрационного питания подземных вод на основе геогидрологических моделей // Водные ресурсы. 2010. Т. 37, № 5. С. 543 - 557.
18.Гриневский С.О., Маслов А.А., Поздняков С.П. Опыт создания и применения комплекса режимных гидрогеологических наблюдений в условиях Звенигородского учебного полигона МГУ им. М.В.Ломоносова // Инж. изыскания. 2011. №5. с.20 – 24.
19.Гриневский С.О. Моделирование поглощения влаги корнями растений при расчетах влагопереноса в зоне аэрации и инфильтрационного питания подземных вод // Вестник МГУ, сер. 4. Геология. 2011. №3, с 41-52.
20.Гриневский С.О., Новоселова М.В. Закономерности формирования инфильтрационного питания подземных вод // Водные ресурсы. 2011. Т.38, № 2. С. 169 - 180.
Основные статьи в научных сборниках:
21.Гриневский С.О. Особенности расчетов водозабора вблизи акватории сточного озера. Часть 1. Балансово-гидродинамическая модель // в Сб. Проблемы гидрогеологии XXI века: наука и образование. М.: РУДН. 2003 а. С. 276 – 288.
22.Гриневский С.О. Особенности расчетов водозабора вблизи акватории сточного озера. Часть 2. Моделирование динамики водного баланса водоема // в Сб. Проблемы гидрогеологии XXI века: наука и образование. М.: РУДН. 2003 б. 289 – 306.
23.Гриневский С.О., Преображенская А.Е. Оценка разгрузки подземных вод эвапотранспирацией методами моделирования (на примере Южного Дагестана). Материалы Всероссийской конференции по математическому моделированию в гидрогеологии, пансионат «Пахра», Московская область, 23-25 апреля 2008 г., Москва, Геомод, 2008.
24.Гриневский С.О., Преображенская А.Е. Комплексная оценка баланса подземных вод Самур-Гюльгерычайской аллювиально-пролювиальной равнины // Ресурсы подземных вод Юга России и меры по их рациональному использованию, охране и воспроизводству. Труды Института геологии ДНЦ РАН. Выпуск № 55. Махачкала, 2009 г. с.41-43
25.Гриневский С.О., Маслов А.А. Режимные гидрогеологические наблюдения на территории Зенигородского учебного полигона // Материалы Международной научной конференции «Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования». М., МАКС Пресс, 2010, с. 227-234
26.Гриневский С.О. Моделирование формирования инфильтрационного питания подземных вод // «Питьевые подземные воды. Изучение, использование и информационные технологии». Материалы международной научно-практической конференции. 18-22 апреля 2011 г. Моск. обл. п.Зеленый. с. 221-235
27.Гриневский С.О. Модельный анализ природных факторов формирования инфильтрационного питания подземных вод // Комплексные проблемы гидрогеологии: тез. докл. науч. конференции. СПб.: С.-Петерб. ун-т. 2011. с. 58-60
28.Grinevskiy S.O., Shtengelov R.S. Models of Surface Water and Groundwater Interaction for Local Lake Basins Under Natural and Water Supply Pumping Conditions. Proceedings of Taiwan-Russia Bilateral Symposium – Development of Water Resources Technology. Moscow, Russia 31 May, 2004. P. 124 – 144.
29.Grinevskiy S.O., Pozdniakov S.P. Simulation of regional-scale groundwater recharge and its change under transient climate conditions // Calibration and Reliability in Groundwater Modeling “Managing Groundwater and the Environment”. Proceeding of the 7-th International conference on calibration and reliability in groundwater modeling ModelCARE, Wuhan, China, China University of Geosciences, 2009. P. 499-502.
30.Pozdniakov S.P., Grinevskiy S.O., Lykhina A.A., Preobragenskaya A.E. Groundwater resources simulation under transient climate conditions // IAHR International Groundwater Symposium. 22-24 September 2010. Valencia, Spain.