Содержание к диссертации
Введение
1. Состояние разработки проблемы, изученность территории 8
1.1. Постановка задачи 8
1.2. Состояние разработки проблемы 12
1.3. Изученность территории 24
2. Природные и техногенные факторы формирования геоэкологических условий бассейна 30
2.1. Рельеф 30
2.2. Климат 31
2.3. Гидрография 36
2.4. Тектоника 39
2.5. Стратиграфия 43
2.6. Интрузивные образования 47
2.7. Гидрогеологические условия 47
2.8. Геоэкологическая обстановка 62
2.9. Выводы 73
3. Гидрогеологическая модель рыбинского артезианского бассейна 74
3.1. Схематизация гидрогеологических условий 74
3.2. Схематизация области фильтрации 75
3.3. Схематизация источников питания и разгрузки 76
3.4. Подготовка исходных данных 77
3.5. Калибровка модели 83
3.5.1. Калибровка модели по уровням 83
3.5.2. Калибровка модели по расходам 85
3.5.3. Калибровка модели по водоотбору 90
3.6.Результаты моделирования 90
3.7. Гидрохимическая модель 109
4. Водный баланс рыбинского артезианского бассейна 115
4.1. Разгрузка подземных вод в гидросеть 116
4.2. Темпы водообмена подземных вод 126
4.3.Выводы 132
5. Устойчивость состояния рыбинского артезианского бассейна 133
5.1.Гидродинамическая устойчивость Рыбинского артезианского бассейна... 133
5.2. Гидрохимическая характеристика поверхностных вод 137
5.2.1. Макрокомпонентный состав 138
5.2.2. Микрокомпонентный состав 139
5.2.3. Распределение компонентов химсостава по площади 142
5.2.4. Распределение компонентов химсостава по профилям 148
5.3. Устойчивость качества подземных вод 157
5.3.1. Соответствие химсостава подземных вод нормам 157
5.3.2. Выбор методики прогнозирования 163
5.3.3. Коэффициент устойчивости и допустимые нормы поступления загрязнений 168
5.4. Выводы 178
6. Мониторинг подземных вод 179
6.1. Требования к проведению мониторинга подземных вод 179
6.2. Современное состояние и основные результаты мониторинга 181
6.3. Программа мониторинга подземных вод 193
6.4. Выводы 198
Заключение 199
Список использованной литературы 200
- Постановка задачи
- Интрузивные образования
- Схематизация гидрогеологических условий
- Разгрузка подземных вод в гидросеть
Введение к работе
Актуальность работы. Подземные воды Рыбинского артезианского бассейна, особенно на протяжении последних двух десятилетий, испытывают всё возрастающую нагрузку вследствие как их интенсивной эксплуатации, так и загрязнения природной окружающей среды. Выделение от техногенных объектов в окружающую среду массы химических соединений, зачастую токсичных для живых организмов, приводит к расширению площадей с неблагополучной экологической обстановкой и сокращает возможности природопользования. Суммарный водоотбор на отдельных площадях приблизился к величине естественных ресурсов подземных вод. Знание особенностей геоэкологических условий, изучение влияния антропогенной деятельности на состояние окружающей среды, определение критериев, оценок устойчивости и предельных нагрузок на геосистемы позволит обосновать масштабы негативных последствий экологически неоправданного хозяйственного использования территории. Прогнозирование развития экологической ситуации при дальнейшем освоении региона, контроль за состоянием водных объектов создают основу для принятия решений по поддержанию ресурсов и качества подземных вод на приемлемом уровне, обеспечивающем их использование в течение неограниченного времени, т.е. делает проблему оценки степени гидрогеоэкологической устойчивости Рыбинского артезианского бассейна особенно актуальной.
Цель работы. Изучить гидрогеоэкологические условия Рыбинского артезианского бассейна и оценить его устойчивость к техногенному воздействию в связи с рациональным использованием и охраной подземных вод в условиях интенсивных антропогенных нагрузок. Основные задачи: провести анализ и обобщение имеющихся материалов по гидрогеоэкологическим условиям Рыбинского артезианского бассейна, методам оценки степени устойчивости геологической среды к техногенному воздействию и обосновать методику такой оценки для изучаемого объекта; оценить современный уровень нагрузки на водоносные горизонты; изучить закономерности питания и разгрузки подземных вод; обосновать допустимые техногенные нагрузки на водоносные горизонты; обосновать особенности задач системы мониторинга подземных вод и методы их решения.
Методика исследований включает анализ собственных, а также фондовых и опубликованных материалов по гидрогеодинамическим и гидрогеохимическим составляющим водоносных горизонтов и по влиянию техногенного воздействия на окружающую среду, проведение гидрометрических и гидрохимических работ, применение методов численного моделирования.
Фактический материал, положенный в основу работы, основан на проводимых с участием автора исследованиях воздействия на геоэкологическую обстановку разработки угольных месторождений (1996 - 2004 гг.) и месторождений подземных вод (1983 - 2003 гг.) Красноярского края и Республики Хакасия, при изучении геоэкологических условий Рыбинской впадины (1999 - 2001 гг.). Привлечены также материалы проведённых с участием автора обследований Бородинского и Переясловского угольных разрезов (2003 г). В ходе полевых исследований в Рыбинской впадине самостоятельно проведены гидрометрические работы на 134 гидростворах с отбором 270 проб на полный химический и спектральный анализы. При камеральных исследованиях обработаны результаты бурения и опробования более 900 скважин и около 1,5 тыс. химических и спектральных анализов воды. Научная новизна:
Определены темпы водообмена и пространственные закономерности разгрузки подземных вод Рыбинского артезианского бассейна, при этом установлено, что время водообмена, определяющее длительность нахождения потенциального загрязнения в водоносных горизонтах, изменяется в широких пределах, составляя в среднем 111 лет.
Обоснованы критерии и показатели гидрогеоэкологической устойчивости, на их основе экологическое состояние Бородинской площади оценено как критическое; в качестве инструмента оценки разработана гидрогеодинамическая модель.
Разработан метод оценки степени устойчивости химического состава подземных вод и расчёта допустимых норм поступления загрязнителей для водоносных горизонтов артезианских бассейнов, связанных с терригенными отложениями юрского возраста в наложенных впадинах Центральной Сибири.
Установлено, что при современном уровне хозяйственной деятельности в пределах природно-технического комплекса Рыбинской впадины существенная опасность связана с нитратным загрязнением, интенсивность поступления хлоридов и сульфатов в водоносные горизонты далека от критических значений. Основные защищаемые положения
1. Геолого-тектонические особенности территории обуславливают гидродинамическую обособленность Рыбинского артезианского бассейна от окружающих структур; боковой приток из доюрских горизонтов не играет существенной роли, ресурсы подземных вод формируются, главным образом, за счёт инфильтрации атмосферных осадков на площади бассейна.
2. Основная часть территории Рыбинского артезианского бассейна характеризуется устойчивым состоянием геологической среды, однако интенсивность современного техногенного воздействия близка к предельно допустимой. Дальнейшее повышение нагрузки на подземные воды способно привести к необратимым изменениям.
3. Гидрогеоэкологические особенности Рыбинского артезианского бассейна, реализованные на модели, позволяют принимать обоснованные природоохранные управленческие решения, что во взаимосвязи с системой мониторинга обеспечивает условия устойчивого использования подземных вод в регионе.
Практическое значение работы. Неблагоприятные прогнозы снижения уровней подземных вод и их загрязнения при существенном возрастании техногенной нагрузки предопределяют необходимость тщательного анализа перед принятием решений, в том числе и с использованием результатов данной работы. При проектировании новых и расширении действующих объектов допустимые нормы поступления загрязнений в водоносные горизонты являются критериями экологически обоснованного природопользования. Детальные карты разгрузки подземных вод обеспечивают основу планирования постановки поисково-оценочных работ на пресные подземные воды. Посредством использования разработанной модели решаются задачи охраны подземных вод от истощения и загрязнения, такие, как влияние водоотбора на подземные и поверхностные воды, взаимовлияние водозаборных сооружений, возможность увеличения производительности существующих и размещения новых водозаборов подземных вод, определение зон санитарной охраны, установление путей распространения загрязнения. Реализация основных предложений по усовершенствованию мониторинга подземных вод обеспечивает как оперативный контроль за протеканием гидрогеоэкологических процессов в областях наибольшего техногенного воздействия, так и по структуре в целом.
Реализация работы. Основные положения диссертации использованы при прогнозировании изменений в гидрогеоэкологической обстановке в связи с расширением угольных разрезов (Березовский, Сереульский, Канский, Восточно-Бейский, Черногорский, Изыхский) Красноярского края и Республики Хакасия (ООО «Управление проектных работ АО Красноярску голь»). Выводы учтены при доработке рабочего проекта полигона захоронения ТБО в г. Бородино (ООО «Геоэкология») и разработке ТЭО научно-исследовательской работы: «Оценка запасов подземных дренажных вод Бородинского буроугольного месторождения и возможности их комплексного использования. Оценка воздействия осушения разреза на существующие водозаборы подземных вод хозяйственно-питьевого водоснабжения расположенные в расчетной зоне влияния разреза» (ОАО «Бородинский угольный разрез»). Территориальным центром «Красноярскгеомониторинг» приняты к сведению и используются при составлении программы дальнейших работ предложения по усовершенствованию мониторинга подземных вод Рыбинского артезианского бассейна.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на XVII Всероссийском совещании по подземным водам Востока России (г. Красноярск,2003), на научно-практической конференции, посвященной 60-летию Красноярской геологии (г. Красноярск,2003), на совещании «Предварительные итоги геологоразве дочных работ в 2003 году и задачи на 2004 год» 22-23 января 2004 г. в г. Красноярске на ТПИ и подземные воды (от Государственной геологической службы МПР России), на научно-техническом совещании ФГУП «Красноярск-гидрогеология» в 2001 г. Материалы работы опубликованы в научной печати в виде статей и тезисов - 7 работ.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Общий объём 211 страниц, включая 87 рисунков, 20 таблиц, список литературы из 167 наименований.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю работы -доценту ТГАСУ Покровскому Д.С. за внимание и поддержку в работе. Автор искренне благодарен руководителю геологической службы ФГУП «Красноярскгид-рогеология» Горюнову А.А. за ценные советы и многолетнее сотрудничество. Автор осознаёт, что базой для научных обобщений послужили материалы, созданные многолетним трудом красноярских геологов и гидрогеологов, и выражает им свою глубокую признательность.
Основные положения диссертации опубликованы в работах:
1. Запольский А.Н. Загрязнение поверхностных вод Рыбинской впадины. //Проблемы использования и охраны природных ресурсов Центральной Сибири. Вып.4. Красноярск: КНИИГиМС. - 2003. - С.188-190.
2. Горюнов А.А., Запольский А.Н. Ресурсы подземных вод Рыбинского артезианского бассейна. //Минеральные ресурсы Красноярского края. Красноярск, КНИИГиМС, кн. 1,2. - 2002. - С.538-549.
3. Запольский А.Н. Устойчивость качества подземных вод Рыбинского артезианского бассейна. //Состояние и проблемы геологического изучения недр и развития минерально-сырьевой базы Красноярского края. Материалы докладов научно-практической конференции, посвященной 60-летию Красноярской геологии, 7-Ю октября 2003 г. Красноярск, КНИИГиМС. - 2003. - С.318-321.
4. Запольский А.Н. Воздействие разработки Бородинского углеразреза на подземные воды. //Состояние и проблемы геологического изучения недр и развития минерально-сырьевой базы Красноярского края. Материалы докладов научно-практической конференции, посвященной 60-летию Красноярской геологии, 7-10 октября 2003 г. Красноярск, КНИИГиМС. - 2003. - С.310-317.
5. Запольский А.Н. Темпы водообмена подземных вод в Рыбинском артезианском бассейне. //Материалы Всероссийского совещания по подземным водам Востока России. Иркутск: Издательство ИрГТУ.-2003. - С.198-199.
6. Запольский А.Н. Гидродинамическая структура Рыбинского артезианского бассейна. //Разведка и охрана недр. - 2004. №6. - С.36-40.
7. Запольский А.Н. Подземные воды хозяйственно-питьевого использованиям/Справочник региональных эколого-геохимических данных Красноярского края. Красноярск (в печати).
Постановка задачи
Ещё в начале прошлого века В.Н. Вернадский говорил о том, что человек превращается в основную геологообразующую силу планеты. Особенно заметно развитие человечества шло по пути противопоставления природы и общества в последнем столетии. В настоящее время есть много оснований думать, что мы подошли к некоторому пределу, т.е. близки к исчерпанию возможностей избранного пути развития, основанного на безграничной неисчерпаемости природных ресурсов. В условиях глобализации общественных отношений новый экологический кризис неизбежно разрастётся до общепланетарного масштаба и, вполне возможно, при стихийном его развитии борьба за жизненно необходимые людям ресурсы при наличии современного оружия массового уничтожения может закончиться для человечества весьма печально. Альтернативой этому должно стать разумное целенаправленное - общее для всего человечества - развитие. На сегодняшний момент ещё не вполне понятны принципы и пути достижения этой цели, но, очевидно, они должны опираться на установление таких взаимоотношений природы и общества, при которых будет обеспечено их взаимное приспособление и продолжение развития.
Ряд исследователей обозначают условия, необходимые для выживания человека, т.е. сохранения его в составе биосферы, термином «коэволюция человека и биосферы». При этом в основе такого сосуществования лежит необходимость включения жизнедеятельности человека в стабильные биогеохимические циклы биосферы.
С учётом этого академиком Н.Н. Моисеевым предложил термин «sustainable development», которому в русском соответствует перевод «устойчивое развитие», интерпретировать как стратегию переходного периода к такому состоянию природы и общества, которое можно характеризовать термином «коэволюция» или «эпоха ноосферы». Абсолютно необходимым, хотя и не достаточным, условием является природоохранная деятельность, имеющая своей целью сохранение биосферы. Достаточные же условия в рамках «нынешних технологий и цивилизационных норм мы сформулировать не можем» [57].
Предостерегая от утилитарного понимания «устойчивого развития», которое сейчас широко распространено, Н.Н. Моисеев, ставя на первое место проблемы экологического образования и просвещения, одновременно призывал к рассмотрению широкого круга вопросов. Среди них не последнее место занимает изучение ситуации, которая при современном уровне техники способна обеспечить режим совместного развития природы и человека.
Предвестниками экологического кризиса, их локальными1 проявлениями, можно считать напряжённую экологическую обстановку в ряде регионов и расширение этих регионов. Поэтому столь важна повсеместная оценка состояния экологических условий, изучение влияния антропогенной деятельности на состояние окружающей среды и определение предельных нагрузок на неё.
В Нидерландах, разрабатывая план устойчивого развития [1], обратились к концепции «энвайроментального пространства». Под этим термином понимаются «предельные нормы глобального загрязнения, расходования мировых запасов не-возобновляемых ресурсов, площадей сельскохозяйственных земель и лесов, при соблюдении которых не будет нанесён ущерб последующим поколениям». По определению, эта величина ограничена и частично может быть выражена количественно. Количественная оценка её во многом условна, т.к. в основу её расчётов должны быть положены мало изученные параметры антропогенной деятельности, способные обеспечить стабильность биогеохимических циклов.
Чрезвычайно трудно или невозможно своевременно учесть многообразие техногенных воздействий на природную среду, но, судя по многолетнему опыту, эффективная природоохранная деятельность возможна на основе мониторинга геологической среды. Основываясь на наблюдениях, изучении и оперативной оценке состояния обстановки, на реакции отдельных компонентов природной среды на сложившиеся техногенные нагрузки, можно добиться стабилизации экологического состояния территории путём разработки и осуществления необходимых природоохранных мероприятий. Оперативная оценка состояния геологической среды может быть выполнена посредством изучения её гидрогеологической составляющей. Такая возможность обосновывается следующими положениями [50]: подземная гидросфера как наиболее динамичный компонент геологической среды достаточно быстро реагирует на изменение природно-техногенных условий; реакция подземной гидросферы чётко фиксируется применяемыми в настоящее время средствами измерений; изменение гидрогеологических условий может оказывать влияние на развитие многих экзогенных процессов, на поверхностные воды, почвы, растительность, многолетнюю мерзлоту.
Таким образом, изменения в подземных водах, оцененные по их гидрогеоди-намическим, гидрогеохимическим и гидрогеотермическим характеристикам, содержат обширную информацию об экологическом состоянии окружающей среды и могут служить её интегральным показателем. Важно также подчеркнуть, что актуальность изучения подземной гидросферы вызвана тем, что развитие гидрогеологических процессов начинается на самой ранней стадии техногенного воздействия. Появляется возможность предупредить или ослабить негативные процессы в других компонентах окружающей среды, которые выражаются, например, в загрязнении и нанесении ущерба стоку поверхностных вод, в развитии экзогенных геологических процессов, в деградации почв и растительности. Коль скоро гидрогеологическую (особенно гидрогеодинамическую) обстановку возможно искусственно регулировать, то открывается возможность посредством направленного её изменения добиваться минимизации ущерба.
Многофакторность воздействия и реакции на него среды определяет необходимость поиска решений в области сложных оптимизационных процедур так, чтобы совокупный эффект обеспечил наиболее благополучные экологические условия не только для подземной гидросферы, но и для связанных с ней компонентов природной среды, а также определил допустимый уровень воздействия, т.е. допустимые при имеющихся технологиях объёмы производства.
Прогнозные результирующие оценки оптимизации весьма эффективно решаются при использовании методов моделирования. Учитывая значительные (в масштабах Красноярского края) размеры территории и достигнутую степень их изученности, оценку техногенного воздействия следует проводить поэтапно [50,2]. Перед проведением детальной оценки на локальных территориях плотного промышленного и селитебного освоения необходима общая оценка существующих крупных агломераций, где объективно возможно ухудшение экологической обстановки на значительных площадях.
Интрузивные образования
К нижнему отделу (Qi) относятся аллювиальные отложения VI надпойменной террасы. Пользуются широким распространением по рекам Кан, Кунгус, Агул и др. В основании террасы залегают галечники с хорошо окатанной галькой черных слюдистых кварцитов, гранитов и эффузивов. Мощность галечников 3-5 м. Выше по разрезу залегает пачка разнозернистых полимиктовых песков мощностью 5 м. Общая мощность до 12 м.
Средний отдел (Q2) представлен аллювиальными отложениями IV и V надпойменных террас рек Кана, Агула и Кунгуса. Это, в основном, песчано-глинистая толща, в основании залегает галечник мощностью 2-3 м. Мощность отложений V террасы не превышает 15-17 м. IV надпойменная терраса имеет распространение в долине реки Кан. Наибольший разрез наблюдается у д. Мостовой, наряду с песчаниками и галечниками здесь встречаются супеси и глины. Мощность отложений IV террасы 25-30 м.
Средний и верхний отделы (Q2+3) встречаются на юге площади, представлены глинами темно-серыми с прослоями песков серых. Однородность состава глин указывает на их озерное происхождение. Залегают на отложениях V террасы. Мощность 15 м.
К верхнему отделу (Оз) относятся отложения II и III надпойменных террас рек Кана, Кунгуса, Агула, Ягаша. Отложения представлены преимущественно по-лимиктовыми песчаниками, галечниками изверженных и метаморфизованных пород. Мощность III террасы около 10 м. Мощность II террасы 10-12 м.
Верхний и современный отделы (Q3+4) слагают вершины водораздельных пространств, представлены элювиальными образованиями: плотными суглинками, мощностью 1-3 м и щебенистыми обломками коренных пород. Элювиально-делювиальные образования имеют распространение на склонах водораздельных пространств, представлены рыхлыми бурыми, часто лёссовидными суглинками. Мощность 2-7 м.
Современный отдел (Q4) представлен аллювиальными отложениями пойм и I надпойменной террасы, которые сложены преимущественно полимиктовыми сред незернистыми песками. Они распространены в долинах крупных рек - Кана, Кун-гуса, Агула, Рыбной. Мощность до 12 м.
Основная часть района исследований занята Рыбинским артезианским бассейном. На северо-востоке к нему примыкает Канско-Тасеевский артезианский бассейн, на северо-западе - Енисейский гидрогеологический массив, на юге - Ал-тае-Саянская гидрогеологическая складчатая область.
Выделение гидрогеологических подразделений проводилось в соответствии с [52] по следующим критериям: тип водопроницаемости горных пород, стратиграфическая принадлежность, характер водоносности и величина водопроницаемости пород.
По характеру вмещающей среды подземные воды четвертичных отложений относятся к типу порово-пластовых. Подземные воды дочетвертичных отложений в подавляющем большинстве относятся к типу трещинно-пластовых, причем в юрских отложениях наиболее развиты порово-трещинно-пластовые воды. К интрузивным породам приурочены трещинные и трещинно-жильные воды.
Водоносный современный-верхнечетвертичный аллювиальный горизонт (аСЬ+Д Распространён в долинах рек Кан, Рыбная, Балай, а также, хотя и в меньшей степени, в нижнем течении или устьевых частях их притоков. Состав водо-вмещающих пород различен для крупных и для мелких рек. Так, для Кана характерны гравиино-галечниковые отложения с песчаным заполнителем. Аллювий Рыбной и Балая в нижнем течении представлен песчано-гравийным материалом. В долинах мелких рек и ручьёв развиты супесчано-торфянистые отложения. Мощность обводнённой части разреза этого горизонта обычно от 2-3 м до 5-9 м. Глубина залегания уровня подземных вод изменяется от 1 до 10 м.
Различие в литологическом составе определяют неравномерную водообильность отложений: удельные дебиты скважин и колодцев изменяются от 0,03 до 5 л/с. В целом водообильность горизонта высокая, более 50% скважин имеют удельный дебит 0,5 - 2 л/с (рис. 2.9).
По химическому составу подземные воды четвертичных отложений преимущественно гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатные со смешанным катионным составом (рис. 2.10). Минерализация их обычно 0,3 - 0,8 г/л, но в областях разгрузки ниже залегающих горизонтов (долина р. Кан) встречаются солоноватые воды с минерализацией до 1,5-2 г/л.
Водоносный комплекс бородинской свиты средней юры (hbr). Породы данного комплекса слагают водораздельные поверхности Бородинской мульды и в значительной степени сдренированы. Подземные воды приурочены к песчаниково-алевролитовой толще с пластами угля, часто носят сезонный характер и не имеют перспективы для водоснабжения. Отличительной чертой этого горизонта является присутствие в нём угольного пласта Бородинского мощностью 27 - 51 м, разрабатываемого Бородинским угольным разрезом. Добыча угля сопровождается водоотливом. На площади около 45 кв.км угольный пласт выгорел, горельники представлены обожжёнными алевролитами, аргиллитами с приуроченными к ним трещинными водами, что многим исследователям позволяет выделять эту зону в качестве самостоятельного гидрогеологического подразделения.
Изменения водообильности комплекса связывается, главным образом, с ростом трещиноватости угольного пласта в местах выхода его под четвертичные отложения и в долинах рек. Следует отметить, что в целом водообильность комплекса невысокая и характеризуется диапазоном удельных дебитов 0,01 — 0,5 л/с (рис. 2.11).
Схематизация гидрогеологических условий
Программное обеспечение MODFLOW-96, используемое при выполнении данной работы, позволяет моделировать структуры, содержащие до 80 слоев, соответствующих водоносных горизонтам, т.е. формально существует возможность задать на модели и проанализировать все без исключения гидрогеологические подразделения Рыбинской впадины [94 ,95]. Вместе с тем, объём информации, накопленный по этой территории к настоящему времени, свидетельствует о бесперспективности такого подхода, уже хотя бы потому, что подавляющая часть слоев оказывается если не вообще неизученной, то изученной в отдельных точках. В этом случае усложнение модели приведёт не к повышению её правдоподобия, а к прямо противоположному, неоднозначному, результату.
Повышение надёжности модели осуществляется, прежде всего, схематизацией гидрогеологического разреза по вертикали. При этом учитывались следующие факторы: - гидрогеологическая изученность выделяемого слоя, в том числе наличие достаточного количества контрольных точек для калибровки; - наличие естественных границ (водоупоры); - гидродинамическая однородность в пределах слоя; - гидродинамическая разнородность между соседними слоями; - роль слоя в водном балансе структуры; - значение слоя в сложившейся водохозяйственной обстановке. Результатом такой схематизации явилась четырёхслойная модель: - слой 1 - водоносный горизонт четвертичных аллювиальных отложений в долинах рек Кан, Кунгус, Агул, Рыбная, Уярка, Конок; - слой 2 - водоносные комплексы бородинской свиты и верхнекамалинской под-свиты; - слой 3 - водоносный комплекс нижнекамалинской подсвиты и переясловской свиты; - слой 4 - водоносные комплексы домезозойских отложений.
Слой 1. Изучен по 40 водопунктам, для калибровки использовались 25 контрольных точек. Его выделение основывалось практически по всем выше перечисленным критериям, прежде всего, по гидродинамической разнородности с нижележащими горизонтами и его роли в водном балансе (обеспечивает взаимосвязь поверхностных и подземных вод и площадную разгрузку из нижележащих слоев).
Слой 2. Изучен по 91 водопункту, для калибровки использовались 80 контрольных точек. Причины разделения юрских отложений на 2 слоя следующие: верхняя часть разреза менее водообильная, к нижней части приурочены основные продуктивные водоносные горизонты, эксплуатируемые рядом разведанных месторождений, к верхней части приурочены основные запасы бурого угля и связанный с их добычей водоотлив (Бородинский углеразрез).
Слой 3. Изучен по 315 водопунктам, для калибровки использовались 259 контрольных точек. Граница между 2 и 3 слоями проведена в соответствии с принятой гидрогеологической стратификацией, согласно которой выделяется единый водоносный комплекс нижнекамалинской подсвиты и переясловской свиты.
Слой 4. Изучен по 586 водопунктам, для калибровки использовались 472 контрольные точки. Слой объединяет подземные воды в палеозойских и протерозой-архейских породах, слагающих фундамент Рыбинской впадины. Несмотря на различающиеся гидрогеологические условия, выделение единого слоя обусловлено следующими причинами. Воды относятся преимущественно к трещинному типу, а затухание трещиноватости с глубиной и дислоцированность пород приводят к формированию единого потока подземных вод. Водоносные комплексы выходят на дневную поверхность преимущественно на периферии Рыбинской впадины и слагают её обрамление. В связи с этим основной ролью их в водном балансе Рыбинской впадины является получение инфильтрационного питания и его транзит в водоносные комплексы юрских отложений, что осуществляется однотипно для всех входящих в слой комплексов.
Нижняя граница модели - подошва 4 слоя - в местах выхода его на дневную поверхность проведена условно, исходя из общепринятого положения о существенном затухании трещиноватости на глубине свыше 150-200 м от дневной поверхности. В наиболее погруженной части структуры (соответственно, наименее изученной), его мощность принималась условно не менее 20 - 30 м для обеспечения приемлемого диапазона изменения коэффициента фильтрации в этой части модели, в переходной области нижняя граница задавалась плавным переходом между указанными областями.
Моделирование осуществлялось в рамках номенклатурных листов N-46-V, N-46-VI, и частично O-46-XXXV, O-46-XXXVI (южная половина листов). Эта площадь включает интересующую нас часть Рыбинской впадины в границах не только мезозоя, но и карбона и частично захватывает структуры, сложенные девонскими и более древними породами. Решено было не ограничиваться собственно площадью, занимаемой юрскими отложениями для того, чтобы не задавать, в общем-то, неизвестные граничные условия по этому контуру, а сформировать их на модели, отнеся от него границы на достаточное расстояние.
Исследуемая территория была вписана в прямоугольник размером 126 на 112 километров, стороны его ориентированы по границам планшетов. Шаг сетки принят равным 1 км в центральной, наиболее изученной части и 2 км на остальной территории. Эта величина избрана, главным образом, по таким критериям, как соотношение количества ячеек сетки с фактическим числом водопунктов и точностью задания резкой смены граничных условий (реки, водозаборы, фильтрационная неоднородность). Как выяснилось в процессе работы, принятый шаг оказался достаточным для решения поставленных задач. Размерность модели составляет 93 73 4 = 27156 ячеек, что на порядок превышает число водопунктов, использованных для характеристики моделируемой территории.
Граничные условия I рода (постоянный напор) задавались только периметру слоя, соответствующего водоносным комплексам доюрских отложений. При этом дополнительно были учтены значения напора по скважинам на смежных листах и урезы воды в реках. Неизбежные ошибки при задании границ мало сказались на модели собственно Рыбинского артезианского бассейна как гидрогеологической структуры, поскольку были исправлены по контрольным точкам, лежащим между внешними границами модели и границами моделируемого объекта.
Прямые определения гидравлического сопротивления ложа реки выполняются крайне редко, поэтому первоначально этот параметр рассчитывался по литературным данным [10], согласно которым коэффициент сопротивления заиленного слоя для широких рек (Кан) составляет 1 - 5 сут, для средних рек (Рыбная) 5 -15 сут, для малых рек 10-30 сут. В последующем эти значения подверглись существенной корректировке на модели.
Инфильтрационное питание задавалось в виде суммы фонового (22 мм/год) и дополнительного (от -22 до 146 мм/год). Фоновое питание определялось статистически, по минимальной дисперсии между фактическими и модельными уровнями подземных вод с шагом 4 — 10 мм/год. Дополнительное питание задавалось в местах разгрузки (отрицательные значения) и интенсивного питания (водоразделы) подземных вод в процессе калибровки.
Разгрузка подземных вод в гидросеть
Детализация разгрузки подземных вод в речную систему Рыбинской впадины осуществлена по авторским замерам на 134 временно оборудованных гидростворах (глава 2.3). На участке реки с ламинарном течением, отсутствием прижимов, выровненной поверхностью дна реки, незначительным развитием водной растительности размечались и промерялись два створа. На залесённых участках рек проводилась очистка русла от древесного материала. Промеры осуществлялись вброд, либо с лодки. Скорость течения определялась поплавковым способом в различных сечениях русла (обычно 3-5 сечений); в каждом сечении определение выполнялось не менее 3 раз. Фиксировались также погодные условия (осадки, ветровой режим), характер и расположение водной растительности, состав русловых отложений и, в отдельных случаях, мощность ила. Эти сведения учитывались при выборе поправок и коэффициентов для расчёта расходов.
Привязка створов производилась по топопланшетам масштаба 1:100 000 и при помощи спутникового навигатора GPS-II Plus (GARMIN). Погрешность плановой привязки, согласно техническим характеристикам оборудования и условиям проведения замеров, не превышает 10 - 20 м. Абсолютная отметка, первоначально выдаваемая прибором, уточнялась по топопланшету, затем уточнённое значение вводилось в навигатор и выполнялось повторное определение координат точки. В этих же точках отбирались пробы воды на полный химический и полный спектральный анализ, результаты гидрохимического опробования показаны в отдельной главе.
Участки приурочены к областям разгрузки, поэтому этим методом не фиксируются разведанные месторождения подземных вод, связанные с областью транзита в нижне-среднеюрских горизонтах (Александровское, Михалёвское, Баргинское, Бородинское).
Не останавливаясь на описании ранее выделенных перспективных участков Орловского, Нойского и эксплуатируемого Сушиновского месторождения, кратко охарактеризуем новые участки и площади.
В необходимых случаях эксплуатационные запасы будем оценивать приближённо по методу «большого колодца» для условий линейного ряда равнодебит-ных скважин, расположенных в 100 м друг от друга и на значительном (2 км, поскольку не оценена связь с поверхностными водами и источником питания являются не поверхностные воды, а разгружающиеся в него подземные) расстоянии от контура питания.
Малоуринский перспективный участок расположен в среднем течении р. Мал. Уря, приурочен к известнякам красногорьевской и чаргинской свит. Область питания связана с юрскими отложениями. Аналог Восточного (Зеленогорско-го) месторождения подземных вод. Эксплуатационные запасы оцениваются по среднемноголетнему подземному стоку (т.н. 18) и составляют Ютыс. м3/сут (кат. С2).
Тырбыльский перспективный участок расположен в верхнем - среднем течении р. Тырбыл, приурочен к известнякам красногорьевской и чаргинской свит. Область питания связана с юрскими отложениями. Аналог Восточного (Зеленогорско-го) месторождения подземных вод. Эксплуатационные запасы оцениваются по среднемноголетнему подземному стоку (т.н. 22) и составляют 9 тыс. м /сут (кат. С2).
Громадский перспективный участок расположен в нижнем течении р. Уярка с выходом в долину р. Рыбная. Питание подземных вод осуществляется за счёт поступления из вышележащих юрских отложений и разгрузки подземных вод павловской свиты вблизи локальной дрены - р. Рыбной. Прогнозные ресурсы оцениваются по среднемноголетнему подземному стоку (т.н. 49, 50, 52) и составляют более 50 тыс. м3/сут (кат. Р).
Перспективным является водоносный комплекс кунгусской свиты, протянувшийся от северной окраины г. Уяра до п. Громадский. Дебиты скважин дости-гают 5-6 л/с, водопроводимость около 40 м /сут.
Для ряда из 20 скважин с дебитом по 5 л/с понижение составит 48 м, что меньше допустимого и обеспечивает работу водозабора с производительностью 8,6 тыс. м3/сут. То же при 40 скважинах - 63 м (17,26 тыс. м3/сут). Эти расчёты свидетельствуют о возможности работы двух водозаборов производительностью до 8 тыс. м /сут на относительно перспективных участках (севернее Уяра и между Громадским и Новоалександровкой).
Итак, выделяемый Громадский перспективный участок характеризуется эксплуатационными запасами 16 тыс. м3/сут (кат. С2) и прогнозными ресурсами свыше 50 тыс. м /сут (кат. Р).
Чаргинский перспективный участок расположен в нижнем течении р. Тины, приурочен к известнякам чаргинской свиты. Питание подземных вод осуществляется за счёт разгрузки из юрских отложений и непосредственно инфильтрацией на площади выхода девон-карбоновых пород. Дебиты скважин до 5 л/с при незначи тельных понижениях и водопроводимости 20 - 190 (среднее 60 м2/сут). Для ряда из 10 скважин с дебитом по 10 л/с понижение составит 46 м, что меньше допустимого и обеспечивает работу водозабора с производительностью 8,6 тыс. м3/сут. Прогнозные ресурсы оцениваются по среднемноголетнему подземному стоку (т.н. 107) и составляют 10 тыс. м/сут (кат. Р), эксплуатационные запасы - 8 тыс. м/сут (кат. С2).
Существенными ресурсами подземных вод обладают Балайская и Имбеж-ская перспективная площади, однако низкая степень их гидрогеологической изученности не позволяет выделить внутри них перспективные участки.
Имбежская перспективная площадь охватывает бассейны рек Имбеж, Мал. Имбеж, Умбаж, Илей, ручьёв Худой, Асафьев и прилегающий бассейн р. Рыбной. Питание подземных вод инфильтрационное в области развития трещинных и трещинно-пластовых вод палеозойских и докембрийских отложений. Продуктивными горизонтами, по аналогии с разведанными участками для водоснабжения с. Агинское и опираясь на результаты по имеющимся эксплуатационным скважинам, могут быть известняки павловской свиты и песчаники кунгусской. По аналогии, эксплуатационные запасы отдельных участков в таких условиях, как правило, не превышают 4 тыс.м3/сут. Прогнозные ресурсы оцениваются по среднемноголетнему подземному стоку (т.н. 89, 92, 93, 94, 95) и составляют свыше 50 тыс. м /сут (кат. Р).
Балайская перспективная площадь расположена в среднем течении р. Балай. Питание подземных вод осуществляется на возвышенностях, сложенных юрскими, палеозойскими и докембрийскими породами. Выбор продуктивного горизонта и места возможного заложения скважин не проведены ввиду низких фильтрационных свойств всего разреза в целом. Для их выявления на этой площади потребуется проведение комплекса поисково-оценочных работ. Прогнозные ресурсы оцениваются по среднемноголетнему подземному стоку (т.н. 99, 100) и составляют до 50 тыс. м /сут (кат. Р).
