ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК КОМПОНЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

ПРИНЦИПЫ РЕГИОНАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ И КАРТИРОВАНИЯ ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Под естественными ресурсами подземных вод понимается обеспеченный питанием расход подземных вод, т. е. та их часть, которая непрерывно возобновляется в процессе общего круго­ворота воды на Земле. Естественные ресурсы характеризуют величину питания подземных вод за счет инфильтрации атмос­ферных осадков, поглощения речного стока и перетекания из других водоносных горизонтов, суммарно выраженную величи­ной расхода потока. Естественные ресурсы подземных вод яв­ляются, таким образом, показателем восполнения подземных вод, отражающим их основную особенность как возобновляе­мого полезного ископаемого, и характеризуют верхний предел возможного отбора подземных вод за многолетний период без их истощения. В среднемноголетнем значении величина пита­ния подземных вод за вычетом испарения равна величине под­земного стока. Поэтому в практике гидрогеологических иссле­дований естественные ресурсы подземных вод обычно выража­ются среднегодовыми или минимальными значениями модулей подземного стока (л/с км2) или величиной слоя воды (мм/год), поступающей в водоносный горизонт в области его питания.

Для подземных вод зоны интенсивного водообмена, находящихся в сфере дренирующего воздействия речной сети и питающихся главным образом за счет инфильтрации атмосферных осадков, важными характеристиками являются коэффициенты подземного стока и коэффициенты подземного питания рек. Коэффициенты подземного стока показывают отношение подземного стока к выпадающим атмосферным осадкам, т. е. какая часть атмосфер­ных осадков расходуется на питание подземных вод за тот или иной период времени. Коэффициенты подземного питания рек (отношение дренируемого подземного стока к общему речному стоку) показывают, какая часть расхода рек обеспечена за счет их питания подземными водами.

Следует отметить, что тезис "питание подземных вод экви­валентно подземному стоку" (при этом имеется в виду инфиль* трационное питание), широко используемый при региональных оценках естественных ресурсов подземных вод, требует поясне­ния. Во-первых, он справедлив только для среднемноголетних данных при изучении крупных территорий (например, крупных речных бассейнов, артезианских бассейнов или их частей, всей площади распространения водоносного горизонта и т. п.) и их картировании в мелком и среднем масштабе. При детальных исследованиях отдельных участков могут быть выделены слу­чаи, когда подземный сток существует, а инфильтрационное питание подземных вод на данном участке практически отсут­ствует (например, так называемый транзитный подземный сток в районах развития с поверхности мощных водоупорных толщ). Во-вторых, и это важно подчеркнуть, в ряде регионов, особен­но в полуаридных и аридных районах с неглубоким залеганием грунтовых вод важной расходной статьей баланса грунтовых вод является величина испарения с их уровня в естественных усло­виях. При снижении уровня воды при эксплуатации водоносно­го горизонта в пределах депрессионной воронки за счет прекра­щения испарения проявляется как бы "дополнительное" пита­ние. По сути и физическому смыслу понятия "естественные ре­сурсы" величина испарения с уровня подземных вод является их составной частью. Поэтому естественные ресурсы равны подземному стоку именно за вычетом испарения с поверхности подземных вод или когда этой величиной можно пренебречь.

Соотношение понятий "естественные ресурсы подземных вод", "подземный сток", "подземный сток в реки" и их величин в различных ландшафтно-климатических и гидрогеологических условиях подробно рассмотрено в работах В. М. Шестопалова (Водообмен..., 1988).

В качестве наиболее крупных районов формирования под­земного стока могут быть приняты такие подземные водные системы, как артезианские бассейны, горно-складчатые облас­ти, щиты. Балансовыми районами следующего порядка могут являться площади распространения того или иного рассматри­ваемого водоносного горизонта, включающие его области пи­тания, стока и разгрузки. При более детальных исследованиях выделяются районы более низких порядков, например речные бассейны или их части, участки развития подземных вод раз­личных типов (воды карстовых массивов, аллювиальных отло­жений и флювиогляциальных равнин) и т. д. Принципы райони­рования территории по условиям формирования естественных ресурсов подземных вод рассмотрены в работах В. А. Всеволож­ского и И. Ф. Фиделли (Vsevolozhsky, Fidelly, 1977).

Как уже отмечалось, при региональной оценке определяют­ся средние характеристики естественных ресурсов подземных вод для достаточно крупных территорий, а не для отдельного локального участка. Поэтому методы расчета величины пита­ния подземных вод по опытным данным натурных и инструмен­тальных исследований (например, по данным лизиметрических наблюдений или путем расчета баланса грунтовых вод по опыт­ным наблюдениям) имеют ограниченное использование и часто оказываются практически неприемлемыми для региональных исследований ввиду малочисленности таких наблюдений для многих районов и сложности их экстраполяции на значитель­ные площади. Подобные методы могут использоваться лишь для контроля региональных величин питания подземных вод за ис­ключением, конечно, тех районов, где сеть таких наблюдений столь значительна, что может быть использована и для регио­нальной оценки естественных ресурсов подземных вод опреде­ленного балансового района.

Разработанные совместно Институтом водных проблем РАН, кафедрой гидрогеологии МГУ, Государственным гидрологиче­ским институтом и институтом ВСЕГИНГЕО научно-методиче­ские основы региональной оценки и картирования естествен­ных ресурсов подземных вод позволяют проводить их оценку в различных природно-климатических и гидролого-гидрогеоло­гических условиях. Такие оценки в разных масштабах и с раз­личной детальностью выполнены для многих регионов России и других стран.

В таблице 3.1 указаны основные методы, широко используе­мые в настоящее время для региональной оценки естественных ресурсов подземных вод. Эти методы более подробно описаны в специальной литературе (Куделин, 1960; Подземный сток на территории СССР, 1966;Фиделли, 1980; Зекцер, Джамалов, 1982; Подземный сток Центральной и Восточной Европы, 1982).

Каждый из указанных методов имеет свои достоинства и ограничения в применимости. Выбор конкретного метода рас­чета естественных ресурсов зависит от целей, задач и масштаба исследований и от гидролого-гидрогеологических и антропо­генных условий оцениваемой территории. Однако, важно под­черкнуть два обстоятельства. Первое, указанные методы ре­гиональной оценки естественных ресурсов подземных вод не конкурируют, а дополняют друг друга. Поэтому наиболее досто­верный результат может быть получен при их совместном ис­пользовании. И второе, все указанные в таблице методы осно-

Таблица 3.1

Метод

Преимущества

Ограничения

Расчленение гидрографов рек

Возможность получения среднемноголетних характеристик; возможность оценки годовой и сезонной изменчивости

Необходимость многолетних наблюдений за речным стоком в ненарушенных условиях; применимость только для зоны дренирования подземных вод

Оценка изменений меженного стока реки между двумя гидрометрическими створами

Возможность получения среднемноголетних характеристик; возможность оценки годовой и сезонной изменчивости

Различия в величинах меженного стока должны превышать точность их измерений

Гидродинамический расчет расхода подземного потока (включая моделирование)

Возможность оценки естественных ресурсов отдельных водоносных горизонтов

Невозможность оценить годовую и сезонную изменчивость; необходимость осреднения гидрогеологических параметров

Среднемноголетний водный баланс областей питания или разгрузки подземных вод

Возможность расчета не дренируемого подземного стока

Оцениваемая величина подземного стока должна превышать погрешность определения основных компонентов водного баланса

Оценка инфильтрационного питания подземных вод по режиму их уровня

Возможность оценки естественных ресурсов отдельных водоносных горизонтов

Необходимость экстраполяции данных по отдельным скважинам; возможность применения в основном в условиях естественного режима уровня подземных вод

Методы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод

Ваны на анализе и обработке (путем аналитических расчетов или моделирования) уже имеющейся гидрологической и гидрогео­логической информации и не требуют проведения специальных дорогостоящих буровых и опытно-фильтрационных работ. Пос­леднее обстоятельство обуславливает весьма высокую экономи­ческую эффективность работ по региональной оценке естествен­ных ресурсов подземных вод.

Рассмотрим кратко наиболее распространенные методы ре­гиональной оценки естественных ресурсов подземных вод. Для гумидной зоны с хорошо развитой речной сетью широко исполь­зуется комплексный гидролого-гидрогеологический метод рас­членения гидрографов рек за многолетний период (Куделин, 1960; Попов, 1968; Зекцер, 1977). Сущность его состоит в учете конкретных гидрогеологических условий речных бассейнов и закономерностей подземного стока в реку из всех водоносных горизонтов зоны дренирования. Режим и динамика подземного стока в реки из отдельных водоносных горизонтов, дренируе­мых речной сетью, определяются условиями залегания и пита­ния грунтовых и артезианских вод в данном речном бассейне или его части и положением мест разгрузки по отношению к урезу реки. В тех случаях, когда дренируемые водоносные гори­зонты имеют гидравлическую связь с рекой и в период весенне­го половодья происходит подпор грунтовых вод, что характер­но для большинства равнинных рек, расчленение гидрографа речного стока на поверхностную и подземную составляющие производится с учетом процессов берегового регулирования подземного стока (Куделин, 1960).

Возможность применения этого метода обусловлена тем, что подземный сток зоны интенсивного водообмена в районах с постоянной речной сетью формируется под дренирующим воз­действием речных систем. Следовательно, естественные ресур­сы пресных подземных вод для гумидной зоны могут быть оха­рактеризованы величиной подземного стока в реки, определяе­мой на основе генетического расчленения гидрографа (гидро­граммы) общего стока рек, и путем выделения на нем той части, которая формируется за счет дренирования водоносных гори­зонтов и комплексов.

В некоторых случаях величину подземного стока приближен­но можно определить путем расчета изменения меженного рас­хода реки на участке между двумя гидрометрическими створа­ми. Величина изменения расхода реки на бесприточном участке (или за вычетом суммы расхода притоков), определенная в пе­риод устойчивой межени, будет характеризовать подземный сток из дренируемых водоносных горизонтов или величину питания подземных вод за счет поглощения речного стока. Гидрометри­ческие створы должны быть выбраны таким образом, чтобы разность в расходах реки в первом и во втором створах превы­шала суммарную величину погрешности измерения расходов реки. В районах, где питание подземных вод осуществляется в основном за счет поглощения поверхностного стока, а также в районах широкого развития карста указанный метод позволяет рассчитывать годовые величины естественных ресурсов подзем­ных вод.

Важное преимущество указанных методов определения под­земного стока заключается в возможности получения их сред- немноголетних характеристик в результате использования уже имеющихся гидрометрических данных по расходам рек. Эти методы являются основными при оценке подземного стока и ес­тественных ресурсов подземных вод в областях с хорошо раз­витой речной сетью при наличии длительных наблюдений за расходом реки. Следует отметить, что величины подземного сто­ка, полученные указанными методами, характеризуют естествен­ные ресурсы подземных вод всей зоны дренирования, включаю­щей обычно несколько водоносных горизонтов и комплексов. Для того чтобы оценить естественные ресурсы каждого из ос­новных водоносных горизонтов зоны дренирования, необходи­мо проанализировать гидрогеологические условия рассматрива­емого района - распространение, мощность, литологический состав и проницаемость отдельных водоносных слоев - и оха­рактеризовать степень участия основных водоносных горизон­тов в подземном питании рек.

В ряде случаев применение рассматриваемых методов зат­руднено или невозможно ввиду специфических особенностей отдельных регионов - значительного развития искусственного орошения, искажающего естественные условия речного стока и питания подземных вод, зарегулированное™ речного стока, су­щественного несовпадения поверхностного и подземного во­досборов вследствие особенностей гидрогеологических усло­вий речных бассейнов и других причин. Особенно важно иметь в виду искусственное регулирование речного стока, практиче­ски исключающее возможность использовать гидролого-гид­рогеологический метод расчленения гидрографов рек для ре­гиональной оценки подземного стока и естественных ресурсов подземных вод. Поэтому метод расчленения гидрографов рек можно рекомендовать для небольших речных бассейнов, нахо­дящихся в естественных условиях. На зарегулированных реках при наличии длинных рядов наблюдений для расчленения гид­рографов следует использовать данные измерения расходов рек до начала регулирования стока. В отдельных случаях на незаре - гулированных участках реки может быть применен метод расче­та подземного стока по изменениям ее меженного расхода.

При достаточно длительных наблюдениях за режимом уров­ней подземных вод в естественных условиях величина питания подземных вод может быть определена путем обработки и ана­лиза данных этих наблюдений. Она рассчитывается по отдель­ным скважинам по среднегодовой амплитуде колебания уровня (за многолетний период) с учетом вида режима подземных вод и значения величины недостатка насыщения или водоотдачи (Ковалевский, 1970). Величина водоотдачи или недостатка на­сыщения рассчитывается по результатам опытных работ или определяется по литературным данным с корректировкой их применительно к конкретным гидрогеологическим условиям. Последнее значительно снижает точность определения величи­ны инфильтрационного питания подземных вод и делает его весьма условным. Применение указанного метода для региональ­ной оценки инфильтрационного питания сложно, а часто и не­возможно из-за необходимости экстраполяции величины пита­ния, полученной в точке (скважине), на значительную площадь.

Для оценки подземного стока также используется гидроди­намический метод расчета расхода подземного потока по извес­тным аналитическим зависимостям или путем моделирования. Работа заключается в сборе и обработке имеющихся данных по гидрогеологическим параметрам. Гидродинамический метод расчета потока широко применяется в практике гидрогеологи­ческих исследований. Однако его использование для региональ­ной оценки подземного стока определяется степенью гидрогео­логической изученности исследуемых территорий (наличием и количеством скважин, по которым рассчитываются гидрогео­логические параметры). Точность расчета подземного стока этим методом зависит от количества и представительности информа­ции о значениях водопроводимости водоносных пластов и гид­равлических градиентов потоков подземных вод.

Недостатком гидродинамического метода расчета расхода потока является необходимость во многих случаях осреднения единичных значений гидрогеологических параметров, вычислен­ных по результатам опытно-фильтрационных работ, а также не­возможность получения представления об изменчивости харак­теристики подземного стока в многолетнем разрезе.

Вместе с тем значение гидродинамического метода в даль­нейшем будет возрастать ввиду сокращения территорий с есте­ственным режимом поверхностных и подземных вод и совер­шенствованием методологии гидродинамического анализа тер-

-S'T'T

12

13

Рис. 3.1. Карта подземного стока Центральной и Восточной Европы (фрагмент)

1-3 - средние годовые значения модуля подземного стока, л/с-км2: 1 - 0,5-1, 2 - 1-2, 3 - 2-3; 4 - изолинии коэффициента подземного стока, % от осадков. 5-8 - водовмешаюшие породы: 5 - преимущественно песчаные (пески, песчаники), 6 - песчано-глинистые (глинистые пески, супеси, алевриты), 7 - песчано-глинистые с крупнообломочными, Я - преимущественно карбонатные (известняки, доломиты); 9 - участие водоносных горизонтов (комплексов) в формировании подземного стока: а - основное (более 50%), б - подчиненное; 10- региональные области питания глубоких подземных вод; 11 - области (участки) восходящей разгрузки глубоких подземных вод; 12 - границы основных водоносных комплексов; 13- границы расчетных участков (оценка величин питания и разгрузки глубоких подземных вод); 14 - границы региональных областей питания подземных вод зоны глубокого стока

Ритории, в частности, с использованием современных компью­терных программ и геоинформационных технологий.

Среди выполненных опубликованных работ по региональ­ной оценке и картированию естественных ресурсов подземных вод следует в первую очередь назвать карты подземного стока территории бывшего Советского Союза в масштабах 1:5 ООО ООО и 1:2 500 ООО, карту подземного стока Центральной и Восточной Европы масштаба 1:1500000 и недавно вышедшую из печати карту гидрогеологических условий и подземного стока Земного шара в масштабе 1:10000000. Последние две карты составлены и отредактированы международной группой экспертов под ру­ководством и при непосредственном активном участии россий­ских специалистов в соответствии с проектами Международ­ной гидрологической программы ЮНЕСКО. На рисунке 3.1 (вклейка) в качестве примера приведен фрагмент карты Цент­ральной и Восточной Европы в масштабе 1:1 500000 и легенда карты. В начале 90-х годов автором настоящей монографии совместно с учеными Калифорнийского университета США (JI. Эверетт, С. Коллин и др.) была составлена и опубликова­на Карта подземного стока Калифорнии в масштабе 1:2000000 (рис. 3.2, вклейка).

Принципиальным отличием указанных карт подземного сто­ка, а также аналогичных по содержанию карт подземного стока различного масштаба отдельных артезианских бассейнов Рос­сии, от всех ранее опубликованных гидрогеологических карт является то, что на них впервые показаны региональные коли­чественные характеристики естественных ресурсов подземных вод (в л/с-км2) и их роль в общем водном балансе и общих вод­ных ресурсах (в процентах от атмосферных осадков и в процен­тах от среднемноголетнего речного стока).

Карты подземного стока позволяют решать следующие важ­ные практические задачи, связанные с комплексным использо­ванием и охраной водных ресурсов:

- определять естественные ресурсы пресных подземных вод для оценки и прогноза перспектив их исследования в отдель­ных регионах;

- определять величину питания подземных вод при регио­нальных оценках их эксплуатационных ресурсов;

- определять величину подземной составляющей речного стока, как наиболее устойчивой части ресурсов поверхностных вод с целью прогноза возможных изменений речного стока под влиянием интенсификации отбора подземных вод;

- определять величину подземного стока как элемента вод­ного баланса при перспективном планировании комплексного использования и охраны водных ресурсов отдельных регионов.

Анализ результатов выполненных исследований (Подземный сток на территории СССР, 1966; Зекцер, 1977; Подземный сток Центральной и Восточной Европы, 1982) позволил вскрыть ос­новные закономерности формирования подземного стока, ко­торые, коротко, сводятся к следующему:

- распределение основных количественных характеристик подземного стока отличается резкой неоднородностью и четко выраженной дифференцированностью по основным ландшаф - тно-климатическим зонам и геолого-гидрогеологическим струк­турам;

- более 80% общего подземного стока приурочено к избы­точно увлажненной и влажной зонам, около 18% стока форми­руется в зоне недостаточного увлажнения и лишь около 2% - в засушливой зоне;

- на равнинных территориях (на территории континенталь­ных платформ) характерно закономерное распределение пара­метров подземного стока в соответствии с общеширотным воз­действием климатических факторов. На этом фоне наиболее рез­ко проявляются местные изменения подземного стока, обусловленные особенностями геофильтрационной среды зоны интенсивного водообмена;

- в горно-складчатых областях распределение величины подземного стока определяется резкими изменениями типа гео­фильтрационных сред и орографическим увеличением осадков с высотой местности;

- на распределение величин подземного стока значительное влияние оказывает карст, широкое развитие хорошо проницае­мых аллювиальных отложений, распространение многолетне - мерзлых пород.

Результаты выполненных исследований определяют необ­ходимость разработки научно-методических основ прогноза ресурсов подземных вод как компонента окружающей среды в различных природных и антропогенных условиях в качестве основной проблемы современных научных исследований в об­ласти гидрогеологии.

Эта проблема включает решение следующих теоретических и практических задач:

- разработать методы прогноза ресурсов и качества подзем­ных вод в условиях интенсификации хозяйственной деятельно­сти и возможных изменений климата;

- разработать теорию и методологию прогнозов негативных последствий в окружающей среде, вызванных техногенным воз­действием на подземные воды;

- разработать природоохранные ограничения интенсифика­ции отбора подземных вод;

- совершенствовать методы оценки защищенности подзем­ных вод от загрязнения;

- повысить степень использования подземных вод путем их искусственного восполнения за счет поверхностных вод;

- разработать и внедрить в практику природоохранные кри­терии, определяющие допустимое влияние отбора подземных вод на другие компоненты окружающей среды, а также допус­тимое влияние техногенной деятельности на ресурсы и качество подземных вод:

- разработать и внедрить принципы ведения мониторинга подземных вод в различных природно-климатических и антро­погенных условиях как составной части общего мониторинга водных ресурсов и окружающей среды.

Решение указанных задач будет безусловно способствовать дальнейшему развитию учения о ресурсах подземных вод и под­земном стоке.

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК КОМПОНЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Подземный сток в Каспийской море

Основная проблема Каспийского моря связана со значитель­ными изменениями его уровня. За последние 15 лет уровень воды в этом крупнейшем в мире внутреннем озере поднялся почти на два метра. Так как …

Токсикологические аспекты

Спектр загрязняющих воду веществ необычайно широк. Он включает тяжелые металлы, многие микроэлементы, токсичные органические соединения, радиоактивные вещества. Значителен и спектр заболеваний, связываемый также с содержанием этих веществ в питьевой воде …

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение еще раз подчеркнем, что проблема использо­вания подземных вод - составная часть общей проблемы раци­онального природопользования и охраны окружающей среды. Только при комплексном рассмотрении и учете всех аспектов взаимодействия …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел. +38 05235 7 41 13 Завод
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 067 561 22 71 — гл. менеджер (продажи всего оборудования)
+38 067 2650755 - продажа всего оборудования
+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи всего оборудования
e-mail: msd@inbox.ru
msd@msd.com.ua
Скайп: msd-alexandriya

Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Представительство МСД в Киеве: 044 228 67 86
Дистрибьютор в Турции
и странам Закавказья
линий по производству ПСВ,
термоблоков и легких бетонов
ооо "Компания Интер Кор" Тбилиси
+995 32 230 87 83
Теймураз Микадзе
+90 536 322 1424 Турция
info@intercor.co
+995(570) 10 87 83

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.