Содержание к диссертации
Введение
1. Методологические основы и методика геоэкологических исследований взаимосвязи рельефа и подземных вод 10
1.1. Подземная гидросфера как объект геоэкологических исследований .. 10
1.2. Структура геоэкологического анализа взаимосвязи рельефа и подземных вод 24
1.3. Методика построения морфометрических карт 42
1.4. Геоэкологический анализ взаимосвязи рельефа и подземных вод в планировании природоохранной деятельности 58
2. Основные факторы, формирующие гидрогеологические условия Республики Мордовия 62
2.1. Влияние геоморфологических условий и геологического строения на формирование подземной гидросферы 62
2.2. Гидроклиматические факторы формирования ресурсов подземных вод 73
2.3. Влияние морфологической структуры ландшафтов на формирование подземных вод 79
3. Пространственно-географический анализ взаимосвязи рельефа и подземных вод Республики Мордовия 100
3.1. Геоэкологический анализ подземной гидросферы 100
3.2. Прогноз залегания грунтовых вод на основе морфометрического анализа рельефа 115
3.3. Геоэкологическое районирование подземной гидросферы 146
4. Развитие геоэкологических ситуаций в подземной гидросфере Республики Мордовия 157
4.1. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды 157
4.2. Влияние подземных вод на развитие геоэкологических ситуаций... 163
4.3. Освоение ресурсов подземных вод Республики Мордовия 170
Заключение. 177
Литература
- Подземная гидросфера как объект геоэкологических исследований
- Влияние геоморфологических условий и геологического строения на формирование подземной гидросферы
- Геоэкологический анализ подземной гидросферы
- Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды
Введение к работе
Развитие территориально-производственных комплексов, рост их влияния на окружающую среду, а также сложившаяся, явно неудовлетворительная структура водопотребления, требуют решения проблемы использования подземных вод в условиях дефицита чистой питьевой и промышленной воды.
Проблемы взаимодействия хозяйственной деятельности человека и гидрогеосферы становятся всё более сложными и многогранными. Нарушения гидрогеологических условий происходят в процессе инженерной деятельности человека. Возрастающее техногенное воздействие на поверхностные и подземные воды приводит к возникновению множества локальных и региональных проблем с водообеспечением населения и промышленных предприятий качественными водами.
Актуальность темы. В последнее время заметно обострились противоречия между экологическими условиями и экономическими интересами общества. Геоэкологические исследования подземной гидросферы призваны изучить закономерности изменения гидрогеологических условий в процессе хозяйственной деятельности человека, разработать методы оценки состояния подземных вод, прогнозировать последствия хозяйственного вмешательства в природную среду, обосновать допустимые техногенные нагрузки на подземные воды, их охрану и рациональное использование.
Следует отметить, что вся хозяйственная деятельность человека развёртывается на земной поверхности, поэтому учёт данных о рельефе крайне необходим для познания природной среды в целом, для понимания отдельных её компонентов и взаимоотношений между ними.
Проблема анализа взаимосвязи рельефа и подземных вод стоит на стыке наук, в этом ее сложность, из которой следует необходимость использования комплекса методов исследования. В настоящее время разработана система методов и приемов, которые позволяют использовать параметры рельефа земной поверхности для решения гидрогеологических задач.
Подземные воды для Республики Мордовия, являются основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения, они испытывают наибольшие нагрузки со стороны комплекса водозаборных сооружений промышленных центров, а также агропромышленных и мелиоративных комплексов.
В этих условиях особую важность приобретает выбор верной стратегии управления водопользованием. Существующие разработки либо решают глобальные проблемы в самых общих чертах, либо концентрируют внимание на сугубо конкретной ситуации. Как следствие, познание закономерности взаимосвязи экологических и гидрогеологических процессов, происходящих в подземной гидросфере, имеет недостаточную глубину проработки. В связи с этим особую важность приобретает стратегия научно обоснованного водохозяйственного, ландшафтно-гидрогеологического устройства подземной гидросферы и, связанная с этим, разработка мер по решению вопросов, связанных с рациональным использованием ресурсов подземных вод.
Изучение первого от поверхности земли горизонта грунтовых вод позволяет провести анализ развития процесса подтопления территорий, оползневых и карстовых явлений, широко развитых на исследуемой территории и выработку рекомендаций по защите населённых пунктов от этих природных явлений.
Цель и задачи исследования. Цель работы состоит в геоэкологической оценке взаимосвязи рельефа и подземных вод, пространственно-географическом анализе залегания первого от поверхности водоносного горизонта и специфике ландшафтно-гидрогеологического состояния подземной гидросферы.
Для достижения поставленной цели потребовалось решить следующие задачи:
- разработать систему методических подходов пространственного геоэкологического анализа подземной гидросферы;
проанализировать структуру подземной гидросферы и дать характеристику основных её элементов в пределах территории Республики Мордовия;
- определить степень влияния геоморфологических, гидроклиматических,
гидрографических факторов, геологического строения и тектонических
структур на формирование различных типов подземных вод;
на основе морфометрического метода выявить зависимость между рельефом и грунтовыми водами;
дать пространственно-географический анализ взаимосвязи рельефа и уровня залегания грунтовых вод на основе предложенного метода;
- определить степень защищённости территорий от подтоплений.
Объект исследования - рельеф и грунтовые воды в пределах территории
Республики Мордовия.
Предмет исследования - геоморфолого-геоэкологический анализ уровня залегания, динамики и состояния грунтовых вод в различных ландшафтных условиях.
Исходные материалы. В основу работы положены результаты научно-исследовательских и производственных работ, выполненных автором в составе геологических организаций и научно-исследовательских подразделений Мордовского государственного университета в 1993 - 2003 гг. В диссертации использованы опубликованные и фондовые материалы Комитета природных ресурсов, Мордовского центра по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды, Мордовской гидрорежимной партии, Мордовского государственного университета и многих других организаций проводящих геолого-геоморфологические исследования и занятых проблемами водопользования.
Научная новизна и предмет защиты:
1. Рассмотрены геоэкологические аспекты взаимосвязи рельефа и подземных вод.
Выявлены основные факторы, влияющие на формирование ресурсов подземных вод.
Разработаны на конкретной территории методические приёмы анализа взаимосвязи рельефа и подземных вод для целей планирования и рационального использования ресурсов подземной гидросферы.
Исследована устойчивость подземных вод к техногенному воздействию на территории Мордовии.
Проведена оценка защищённости территорий от подтоплений.
На основе применения новейших технических средств (использование пакета программ AutoCAD 2000, GeoDraw 3,1 и Arc View 3.1 ГИС) произведено автоматизированное составление геоэкологических, гидрогеологических и геоморфологических карт региона.
Практическое значение результатов исследования. Результаты геоэкологического анализа взаимосвязи рельефа и подземных вод положены в основу выработки комплекса мероприятий, позволяющих оптимизировать выбор мероприятий по стабилизации геоэкологических ситуаций в подземной гидросфере и защите территорий от подтоплений.
Реализация предложенного проекта оптимизации природопользования поможет стабилизировать, а в дальнейшем и снизить остроту геоэкологической ситуации, обеспечить стабильное обеспечение населения качественной питьевой водой, провести мероприятия по защите территорий от подтоплений.
Результаты разработок и исследований использованы в учебном процессе по курсам "Введение в природопользование", "Гидрогеология", «Инженерная геология», при проведении учебных практик на географическом факультете Мордовского университета.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались и обсуждались на научных конференциях молодых учёных Мордовского госуниверситета (Саранск, 1996-2003), на научно-практической конференции «20 лет изучения и охраны геологической среды в Мордовском
университете» (Саранск, 1998), и на ежегодных Огарёвских чтениях (Саранск,
^ 1993-2002). По теме диссертации опубликовано 11 научных статей.
Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы, который насчитывает 204 наименования, из них 15 фондовых материалов. Общий объем работы 199 страниц машинописного текста. Работа включает 32 рисунка, 3 таблицы и 19 приложений.
Автор приносит глубокую благодарность профессору географического
факультета Мордовского государственного университета А. А. Ямашкину,
доценту В. Н. Маскаикину, сотрудникам Научно-производственного центра
экологических исследований Мордовского госуниверситета, директору ФГУ
^ «Мордовский территориальный фонд геологической информации» В. Н.
Сафонову, начальнику Мордовской гидрорежимной партии А. М. Шутову за консультации и помощь в сборе фактического материала; научному консультанту доценту Смоленского гуманитарного университета Г. С. Евдокимовой за помощь в подборе и применении математических методов в работе. Особая благодарность научному руководителю профессору С. П. Евдокимову за неизменную поддержку и доброжелательное отношение на всех этапах работы.
Подземная гидросфера как объект геоэкологических исследований
Методологические основы исследования подземной гидросферы заложены ещё в работах Б. Л. Личкова (1931, 1933) и Ф. А. Макаренко (1937, 1939), обосновавших и доказавших роль рельефа, как глобального фактора в формировании вертикальной гидродинамической зональности подземных вод. Ф. А. Макаренко считает, что зональное распределение подземных вод по химическому и газовому составу, температуре, физическому состоянию, по динамичности и другим проявлениям, есть основной закон их существования в земной коре. На естественные гидрогеологические процессы распределения вод в течение геологического развития земной коры влияют такие основные факторы, как тектонический режим, вещественный состав горных пород и условия их залегания, особенности геологической структуры, характер и формы рельефа, климат, палеогеографические условия, ландшафтная обстановка, антропогенные воздействия. При этом большое значение имеет время проявления и действия тех или иных факторов, а также их сочетание, степень взаимодействия и взаимовлияния. Гидрогеологическим структурам равнинно-платформенных регионов свойственна хорошо выраженная вертикальная изменчивость.
Геоэкологическая направленность в отечественной географии присуща с ранних этапов ее развития. В конце XX в. она становится приоритетной. Ее теоретические аспекты раскрываются в работах А. Н. Клюквина (1990), В. И. Осипова (1993), В. Б. Поздеева (1994, 1996, 1998), Н. Ф. Реймерса (1990), В. С. Преображенского (1992, 1994), С. П. Горшкова (1997), И. А. Авессаломовой (1992), А. В. Евсеева (1988, 1992), В. А. Королева и С. К. Николаева (1994), Б. В. Виноградова (1994), А. Н. Трофимова, В. М. Котлякова, Ю. П. Селиверстова и др. (1994), А. М. Грина, М. Н. Клюева и Л. И. Мухина (1995), Б. И. Кочурова (1997), Н. И. Плотникова (1998) и др.
В общей структуре геоэкологии как научного направления выделяются следующие направления: 1) формирование экологического подхода во всех науках о Земле; 2) становление в ландшафтоведении новой дисциплины, включающей в сферу рассмотрения человека и ставящей задачей изучение его взаимодействия с ландшафтной оболочкой; 3) развитие нового научного направления на стыке физико-географических, геологических, социальных экономиких наук.
Важнейшим объектом геоэкологических исследований являются ресурсы питьевых вод, которые в значительной степени сосредоточены в толще горных пород земной коры. Постепенное погружение водоносных горизонтов И ухудшение связи с ландшафтной оболочкой приводит к изменению качества подземных вод. Изменение качества питьевых вод также происходит вследствие антропогенного изменения ландшафтной оболочки и активного водоотбора. В этой связи водные ресурсы, и подземная их составляющая должны стать объектом изучения всей совокупности географических наук.
В естественных условиях небольших территорий закономерное пространственное изменение подземных вод происходит по падению пласта. Поэтому можно говорить о пластовой зональности. В этой связи является важным предположение С. А. Шагоянца (1949, 1959) о том, что. двигаясь, по водоносному горизонту инфильтрационные воды вытесняют ранее поступившие воды и проникают до места пересечения пьезометрического уровня с уровнем моря. Развивая эту идем,Г. Ю. Валуконис (1967) выделил ряд гидрогеодинамических зон артезианских пластов с количественными критериями их разделения. По падению артезианского пласта он предложил различать генетико-гидрогеодинамические зоны: фильтрационного движения вод атмосферного происхождения, фильтрационного движения вод смешанного генезиса, застойного режима вод се-диментационного (элизионного) или древнеинфильтрационного генезиса.
При этажном расположении водоносных горизонтов в гидрогеологических структурах сочетание генетико-гидрогеодинамических зон по вертикали создает картину вертикальной гидрогеодинамической зональности. Отсюда следует, что в разрезе можно отграничить следующие гидрогеодинамические зоны: свободного, затрудненного и весьма затрудненного водообмена. Трехчленное деление, принимаемое большинством ученых, достаточно объективно отражает результат взаимодействия основных сил, движущих подземные воды, гидростатического и геостатического давлений. Выделение большего количества зон можно отнести к процессу детализации гидрогеодинамического разреза внутри этих зон по второстепенным движущим силам: сцепления и поверхностного натяжения, тепловым и тектоническим движениям, генерации газов и других превращениях вещества под действием высоких давлений и температур.
В процедурах выделения вертикальной гидрогеодинамической зональности исходят из разных принципов. Первое теоретическое обоснование структуры гидрогеодинамической зональности было дано Б. Л. Дичковым (1931, 1933). В качестве главного момента в выделении зоны свободного водообмена он предложил рассматривать положение подземных вод относительно основного базиса эрозии. В работах Ф. А. Макаренко (1937, 1939), Н. К. Игнатовича (1944, 1947), 3. А. Макеева (1948) было обосновано проводить отграничение гидрогеодинамических зон по условиям формирования и степени интенсивности водообмена между поверхностными и подземными водами, условиям развития подземного стока. Ю. В. Мухин (1962) дифференцировал зоны по условиям и особенностям формирования пластовых давлений. В исследованиях Л.Г. Заварзина (1969), И. К. Зайцева (1970) акцентируется внимание на использование принципа зависимости гидрогеодинамической зональности от вида приложенной к подземным водам энергии, размеров порового пространства и общего сопротивления среды. Качественно новая схема была предложена Л. А. Островским (1985), которая базируется на комплексном анализе процессов формирования напоров, режима подземных вод и характера водообмена. Таким образом, в гидрогеологических исследованиях отражается стремление отразить все многообразие динамики бассейнов пластовых вод, принимая во внимание единство природных вод, комплексность факторов, участвующих в создании гидрогеодинамической зональности.
Сопоставление предложенных схем показывает наличие разных подходов в вертикальной дифференциации гидрогеосферы. Это является следствием использования авторами неодинаковых принципов и критериев для расчленения подземной гидросферы. Но в то же время наблюдается и сходство в выделении гидрогеодинамических объектов, с характерными для них гидрогеодинамическими условиями. Из множества схем вертикальной гидродинамической зональности нами для дальнейших исследований в качестве основного объекта принимается верхняя часть гидрогеологического разреза, содержащая воды находящиеся в зоне влияния дренажных систем крупных эрозионных форм, главным образом движущихся под действием гравитационных сил. Эту зону будем именовать зоной свободного водообмена (ЗСВ).
Зону свободного водообмена можно разделить на множество качественно различных частей. Предполагается, что комплексы зоны свободного водообмена отличаются внутренними связями более высокого уровня, обеспечивающими их существование. Внешние же связи, менее сильные, определяют единство ЗСВ. Это позволяет отделять одни комплексы от других, производить горизонтальную и вертикальную дифференциацию типов фильтрационных областей.
Влияние геоморфологических условий и геологического строения на формирование подземной гидросферы
В целом рельеф территории Мордовии носит равнинный характер. Это связано, прежде всего, с длительным ее геологическим развитием в условиях платформы. Однако, несмотря на общую равнинность, рельеф Мордовии нельзя назвать однообразным, т.к. здесь чередуются широкие плоские водоразделы с глубокими долинами рек, которые наряду с оврагами и балками создают довольно сложные формы рельефа. Отдельные водоразделы достигают 330-335 м над уровнем моря, а долина реки Алатырь, на границе с Чувашией, спускается до 80-85 м абсолютной высоты (рис. 8).
В орографическом отношений территория Мордовии расположена в северо-восточной части Окско-Донской равнины (Примокшанская слабо расчлененная эрозионно-аккумулятивная равнина) и северо-западной оконечности Приволжской возвышенности (Мордовская сильно расчлененная эрозионно-денудационная возвышенность), представляющей собой обширное приподнятое плато, склоны которого заходят на территорию нашей республики. По характеру рельефа на них выделяются две крупные ступени: возвышенности поздненеогенового (олигоценового) и равнины раннеплейстоценового возраста, которые осложнены более мелкими генетически однородными поверхностями и формами рельефа. Морфологически эрозионно-денудационная равнина олигоценового возраста представляет собой сочетание генетически однородных поверхностей - водоразделов, склонов, речных террас, эоловых форм, с разнообразными микроформами рельефа в их пределах, причем денудационные формы рельефа преобладают над аккумулятивными, что обусловлено положительными тектоническими движениями.
Водораздельные пространства занимают довольно значительную площадь и разнообразны по форме. Среди них можно выделить плоские, плосковыпуклые, выпуклые и седловинные. Плоские водоразделы развиты в северной части равнины на междуречьях рек Алатырь и Меня.
В пределах водораздельных пространств, выделяются следующие геоморфологические элементы: водораздельные массивы, останцы, уступы, поверхности, склоны, различные виды седловинных и долинных водоразделов. Ширина водораздельных пространств изменяется от 0,5 до 8-10 км, причем наиболее широкие водоразделы приурочены к водораздельным узлам и массивам, разделяющим крупные речные системы.
В долинах pp. Сура, Алатырь прослеживаются три надпойменных террасы, высокая и низкая поймы; в долинах рек Штырма, Б. и М.Сарка, Чеберчинка и др. - одна надпойменная терраса и пойма, остальные долины характеризуются наличием только поймы.
В результате длительной эволюции под воздействием разнообразных экзогенных агентов поверхность равнины приобрела сложную морфоскульптуру. В связи с этим на этой территории выделяют более мелкие генетически однородные поверхности - вторичные моренные и водно-ледниковые зандровые равнины.
Область Примокшанской равнины занимает западную часть исследуемой территории и находится в пределах площади распространения максимального раннечетвертичного оледенения. Она представляет собой систему низменных равнин с абсолютными отметками 100-150 м и группу водораздельных пространств с пологими склонами. Максимальные абсолютные высоты (более 180 м) приурочены к Мокша-Сивиньскому междуречью. Минимальные абсолют 65 ные высоты располагаются в долинах рек и составляют менее 90 м в низовьях pp. Вад и Мокша на крайнем северо-западе равнины. Максимальная глубина расчлененности составляет около 80 м.
В результате длительной эволюции под воздействием разнообразных экзогенных агентов поверхность равнины приобрела сложную морфоскульптуру. Выделяются генетически однородные поверхности - водно-ледниковые равнины. Они занимают наиболее низменные области запада, северо-запада и северо-востока территории. Их формирование связано с таянием ледника и накоплением толщи разнообразных флювиогляциальных отложений. В формировании водно-ледниковых равнин большую роль сыграли эпохи похолодания и потепления и связанные с ними явления..
Наиболее низкие водоразделы распространены на западе Мордовии - водораздел В ад-Мокша, средняя ступень - в центральной части - водораздел Мокша-Инсар, а верхняя - в южной, восточной и северо-восточной частях равнины. Склоны уступов, разделяющие эти ступени, очень пологие, не превышают 5.
Колебания абсолютных высот незначительны как по главному водоразделу, так и по водоразделам второстепенным. Абсолютные высоты последних в наивысших точках колеблются в пределах 200 м, а высотные колебания отдельных водоразделов между плато и дном долины достигают максимума в 55 м. Ширина водоразделов различна - от 0,5 до 6-10 км.
В северном направлении, начиная со среднего течения реки Урей, происходит вначале постепенное, а затем резкое понижение местности. Здесь в долинах рек Мокши и Вада находятся самые низменные участки республики, с абсолютными отметками 90 м и ниже. Это в основном поймы и надпойменные террасы. Из элементов микрорельефа часто встречаются замкнутые западины и блюдца, приуроченные исключительно к плато, в его более плоской, равнинной части. Почти везде отчетливо выражена несимметричность водораздельных пространств, имеющих один, обычно северный склон пологий и противоположный - крутой. Денудационная поверхность водоразделов равнины осложнена различными микроформами рельефа, к которым относятся песчаные бугры, карстовые и суффозионные западины. Эти формы характерны для северо-западных районов Мордовии, где для их развития существуют благоприятные условия.
От речных террас водораздельные поверхности отделяются пологими широкими склонами преимущественно вогнутой и прямой формы. Выпуклые и сложные склоны развиты значительно реже и на небольших участках.
Большинство оврагов и балок имеет заметно выраженную асимметрию своих склонов. У широтных и субширотных оврагов и балок крутыми, как правило, являются склоны, обращенные на юг, а у меридиональных и субмеридиональных - на запад.
На крутых склонах долин широким распространением пользуются осыпи и оползни. Наибольшее количество оползней прослеживается по притокам рек Парцы и Вада. Довольно часто они встречаются в системах рек Инсара и Алатырь, и все же наиболее интенсивно развитые оползневые процессы проявляются в бассейне р. Мокши по крутым правым бортам р. Исса, р. Сивинь и по левому борту самой р. Мокши.
Основными формами рельефа долин рек являются террасы, которые наиболее полно представлены в долинах p.p. Мокши, Иссы, Сивини и Алатырь. Здесь прослеживается до трех надпойменных террас, а также высокая и низкая поймы.
Таким образом, на относительно небольшой территории, при кажущейся ее равнинности, мы видим достаточно сложное, разнообразное геоморфологическое строение. Здесь чередуются широкие плоские водоразделы с глубокими долинами рек. По ряду геолого-геоморфологических особенностей здесь выделяются две крупные равнины олигоценового и средне-позднеплейстоценового возраста, осложненные более мелкими генетически однородными поверхностями и формами рельефа.
Геоэкологический анализ подземной гидросферы
Зона аэрации. Мощность зоны аэрации в пределах ландшафтов Мордовии изменяется от 0,1 до 43,6 м. Сокращение мощности зоны аэрации происходит от водоразделов к долинам рек и ручьев. Литологический состав пород зоны аэрации пестр и фациально изменчив. На территории Мордовии можно выделить пять литологических типов строения зоны аэрации: 1) песчаный (пески, супеси); 2) суглинистый (суглинки с прослоями глин); 3) слоистый (переслаивание песков, суглинков, глин и других пород); 4) торфо-минеральный (торф неразложившиеся растительные остатки); 5) трещинно-щебнистый (щебень мергеля, опок, трепелов с прослоями суглинков). Песчаный тип наиболее широко распространен в ландшафтах водно ледниковых равнин. Суглинистый тип чаще встречается в типах местностей ВЗм, ВЗт, А4м, А4т. Широко представлен слоистый тип зоны аэрации. Он чаще всего встречается в долинных НТК. Торфо-минеральный тип имеет локальное распространение в болотных НТК. В типах местностей А1п, А2т ландшафтов эрозионно-денудационных равнин встречается трещинно-щебнистый тип зоны аэрации. . Литология пород во многом определяет фильтрационные свойства геосистем. Последние определялись по литературным источникам и в процессе работы с фондовыми материалами.
Литологический состав пород зоны аэрации ландшафтов эрозионно-денудационных равнин достаточно однороден. НТК сложены в основном отложениями верхнего мела (мел писчий, глина), палеогена (мергель, песчаник, опока, трепел) и перекрыты в верхней части элювиально-делювиальными суглинками среднеплейстоцен-голоценового возраста. Особенности литогенной основы этих геосистем (значительная вертикальная и горизонтальная расчлененность рельефа и высокие инфильтрационные свойства горных пород создают благоприятные условия для дренирования вод) определяют глубокое залегание зеркала грунтовых вод и тем самым формируют зону аэрации значительной мощности. Коэффициент фильтрации мела и мергелей 1,4 — 9,9, суглинков 0,1 — 2,8 м/сут. Максимальная мощность зоны аэрации характерна для приводораз-дельных типов местностей — А1п, А1м, А2т (от 11,0 до 43,5 м). Отмечается закономерное её сокращение от водораздельных к придолинным пространствам. Минимальные значения (2,0 — 5,0 м) приурочены к придолинным ПТК — А4т, А4м. Анализ литологического состава зоны аэрации показал, что приводораз-дельные типы местностей сложены в основном на 88,0 - 96,0% водопроницаемыми породами. В придолинных типах местностей доля водопроницаемых пород сокращается, возрастает доля полуводопроницаемых. Зона аэрации придолинных типов местностей полностью сложена суглинками и глинами.
Литологический состав пород зоны аэрации ландшафтов вторичных мореных равнин пестр и фациально изменчив. ПТК сложены в основном моренными, элювиально-делювиальными, озёрно-ледниковыми суглинками, флюви-огляциальными и неогеновыми песками, кремнисто-карбонатными отложениями палеогена, писчим мелом. Ледниковые отложения обладают худшими ин-фильтрационными свойствами. Коэффициент фильтрации глин 0,12 — 0,036, суглинков 0,01 м/сут. Несколько выше коэффициент у покровных суглинков — 0,1 - 2,8 м/сут. Мощность зоны аэрации закономерно сокращается от приводо-раздельных (10,0 - 15,0 м в типе Віт) к придолинным (2,0 - 5,0 м в типе ВЗт) типам местностей. Выделяются типы местностей, имеющие в своей структуре горизонты сложенные неоген-палеогеновыми отложениями. Толща аэрации в этих ПТК имеет более значительные мощности, чем в соседних. Доля водопроницаемых пород в ландшафтах вторичных мореных равнин, по сравнению, с ландшафтами эрозионно-денудационных равнин заметно сокращается. Их доля в вертикальном разрезе зоны аэрации в приводораздельных типах местностей варьирует от 70,0 до 15,0 %, в среднесклоновых от 23,0 до 2,0 %. Придолинные типы местностей сложены полуводопроницаемыми породами.
Литологический состав зоны аэрации ландшафтов водно-ледниковых равнин достаточно разнообразен. Ее слагают в основном флювиогляциальные пески, мореные суглинки, реже встречаются нижнеплейстоценово-плиоценовые и миоценовые пески, элювиально-делювиальные и озерно-ледниковые суглинки, эоловые пески и супеси. Флювиогляциальные пески обладают хорошими инфильтрационными свойствами (коэффициент фильтрации 2,3 - 6,7 м/сут). В целом ландшафты водно-ледниковых равнин отличаются наименьшими значениями толщи аэрируемых почвогрунтов. Максимальные ее значения (7,0 - 12,0 м) характерны для среднесклоновых типов местностей. Амплитуда максимальных и минимальных значений мощности зоны аэрации в пределах этой группы типов местностей не значительна. Минимальная мощность (2,0 - 5,0 м) зоны аэрации характерна для типа местности, в вертикальной структуре которого выделяется горизонт мореного суглинка (тип С1). Близкое к земной поверхности залегание зеркала грунтовых вод на слабоводопроницаемой толще мореных суглинков определяет небольшую мощность зоны аэрации и создает в понижениях рельефа благоприятные условия для заболачивания.
Зона аэрации долинных ландшафтов сложена аллювиальными песчано-глинистыми отложениями голоцена и плейстоцена. Мощность толщи аэрированных грунтов изменяется от 0,1 до 7,0 м. В поименно-луговых типах местностей зона аэрации варьирует от 0,1 до 2,8 м, в надпойменно-террасовых - от 2,0 до 7,0 м. Максимальные значения мощности зоны аэрации отличают тип местности Д5д. Зона аэрации долинных 111К имеет сложное литолого-фациальное строение - характерно переслаивание песков, суглинков и глин. Доля водопроницаемых пород, в общей толще аэрируемых почвогрунтов в надпойменно-террасовых типах местностей изменяется от 10,0 в Инсарском, Иссинском, Руднинском до 80,0 % в Алатырском, Мокшанском, Сурском ландшафтах. В поименно-луговых типах местностей доля водопроницаемых грунтов увеличи 103 вается. В Инсарском, Иссинском и Руднинском ландшафтах зона аэрации наполовину сложена песчано-супесчаными отложениями, а в остальных на 90,0 % от общей мощности. На основе анализа мощности зоны аэрации составлена карта глубины залегания УТВ.
Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды
Отличительной особенностью процесса загрязнения подземных вод является то, что он в значительной степени обусловлен загрязнением других природных сред - атмосферного воздуха, поверхностных вод, почв. Будучи загрязненными, вследствие выбросов различных веществ антропогенного происхождения, эти среды становятся как бы вторичными источниками загрязнения, влияющими на подземные воды. В свою очередь загрязнение подземных вод может сказаться на качестве речных вод в местах разгрузки загрязнённых подземных вод в реки.
Загрязнение подземных вод, их водоотбор на хозяйственно-питьевое водоснабжение является интенсивным и массовым воздействием на состояние геологической среды и происходящих в ней процессов.
При работе водозаборов происходит снижение уровней грунтовых вод, снижение напоров, осушение водонасыщенных толщ и увеличение мощности зоны аэрации, исчезают родники, осушаются болота, изменяются условия питания и разгрузки подземных вод. В результате возникает ущерб речному стоку, нарушается водный баланс, изменяется русловой режим, параметры естественного геостатического поля и поля напряжения, возникают суффозионно-карстовые явления, происходят процессы подтопления территорий, изменяются водно-физические свойства пород, происходит загрязнение подземных вод, использованных для питья. В процессе водоотбора нарушаются условия взаимосвязи поверхностных и подземных вод, претерпевает изменение геологическая среда и подземная гидросфера, которая является наиболее динамическим компонентом геологической среды. Все это приводит к изменению общих природных условий.
На территории Республики Мордовия подземные воды являются основным источником водоснабжения. Водоотбор осуществляется весьма неравномерно по площади, его интенсивность соответствует плотности населения и концентрации промышленных центров.
В связи с особой ролью водных ресурсов в социально-экономическом развитии республики, принимается ряд мер, направленных на усиление их рационального использования и охраны.
При оценке эксплуатационных запасов водозаборов, гидрогеологи разрабатывают вопросы рационального использования и охраны подземных вод, понимая под этим задачу наиболее экономичного извлечения из недр вод, пригодных для питья. Для сохранения кондиционного состава подземных вод определяются зоны санитарной охраны, и производится прогноз качества воды. Следует отметить, что до последнего времени не учитывалось влияние водоотбора на окружающую среду, и не оценивалась вероятность истощения водных ресурсов.
Таким образом, учитывая глубокие изменения подземной гидросферы и геологической среды, возникающие при водоотборе, следует существующий подход к оценке эксплуатационных ресурсов дополнить учетом допустимого ущерба, который в данных природных условиях может быть, нанесен среде. Задача исследователя заключается в определении объемов максимально возможного водоотбора при минимальном ущербе окружающей среде и, в первую очередь, геологической среде как непосредственному объекту воздействия подземных вод.
Существующее и ожидаемое влияние водоотбора на изменение природных условий, проявление характерных процессов, вызывающих те или иные нежелательные явления, устанавливаются на основе изучения взаимосвязи эксплуатируемого горизонта и других водоносных комплексов и особенностей его связи с реками и другими поверхностными водоемами, степени связи эксплуатируемого горизонта с атмосферными осадками (С.М.Семенова, 1981).
Таким образом, намечается следующий подход к исследованию водоотбора: анализ характера связи эксплуатируемого горизонта с поверхностными водами и другими водоносными комплексами; выявление основных источников формирования эксплуатационных ресурсов и- функциональное выявление процессов, которые сопутствуют водоотбору и определяют изменения подземной гидросферы; интенсивность и особенности изменения гидросферы, в свою очередь, влияют на инженерно-геологические процессы геологической среды, что обуславливает определенную картину нарушения природных условий.
Загрязнение подземных вод не является изолированным, локальным процессом, обусловленным только непосредственным воздействием техногенного источника загрязнения. Оно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом. Загрязняющие вещества сначала попадают в различные природные среды (поверхностные воды, почвенный слой, атмосферу), загрязняет их, а затем из этих сред и через них - в подземные воды. Таким образом, имеет место прямая взаимосвязь загрязнения подземных вод и окружающей природной среды. Загрязненные в результате хозяйственной деятельности поверхностные воды, почвенный слой и атмосферу можно рассматривать в качестве вторичных источников загрязнения подземных вод, относя к первичным техногенные источники. Таким образом, подверженность подземных вод загрязнению прямо пропорциональна техногенной нагрузке окружающей среды загрязняющими веществами и обратно пропорциональна защищенности подземных вод.
Изменение качества пресных подземных вод зоны свободного водообмена в значительной степени зависит от загрязнения поверхностных вод и особенно проявляется на месторождениях подземных вод речных долин. Наиболее подвержен здесь загрязнению аллювиальный водоносный горизонт, а также гидравлически связанный с ним нижележащий горизонт напорных вод. Проникновение загрязненных речных вод в водоносные горизонты происходит за счет боковой фильтрации со стороны берега и вертикальной фильтрации с поверхности земли при затоплении поймы и низких террас в период половодья. Загрязнение подземных вод, обусловленное влиянием реки, прослеживается вдоль долины и носит линейный характер.
В свою очередь загрязненные воды могут, разгружаясь в реки и водоемы, повлиять на качество поверхностных вод, особенно когда расходы воды рек небольшие, а подземные воды интенсивно загрязнены. Проникающие в подземные воды загрязняющие вещества антроногенного происхождения в конечном итоге попадают в реки и водоемы, являющиеся дренами для подземных вод. Итак, имеет место круговорот загрязняющих веществ в системе поверхностных и подземных вод (В.М. Гольдберг, 1987).
Не менее важным, но мало изученным фактором загрязнения подземных вод Мордовии является загрязнение приземной части атмосферы, основной причиной которого является газодымовые выбросы промышленных предприятий и автотранспорта. Загрязняющее воздействие атмосферы сказывается на почве, поверхностных и подземных водах в результате осаждения пыли и аэрозолей, выпадения загрязненных атмосферных осадков.
Важную роль, как показатель загрязнения почвогрунтов и грунтовых вод играет снежный покров. Выпадающее из атмосферы пыль, аэрозоли в зимнее время оседают на снежный покров и накапливаются в нем, поэтому состав снежного покрова характеризует загрязненность атмосферного воздуха. С другой стороны, образующиеся при таянии загрязненные снеговые воды, могут быть причиной ухудшения качества грунтовых вод. Загрязнение атмосферы приводит к загрязнению поверхности земли и подземных вод на больших площадях, хотя и со сравнительно малой интенсивностью.
