Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Условия и факторы формирования химического состава подземных вод в пределах территории г. Перми 9
1.1. Терминологическая и понятийная основа 11
1.2. Факторы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми 18
1.3. Процессы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми
Глава 2. Подземные воды четвертичных отложений 52
2.1. Литолого-стратиграфическая характеристика четвертичных отложений 52
2.2. Гидрогеологическая характеристика четвертичных отложений 57
2.3. Гидрогеохимическая характеристика четвертичных отложений 63
2.3.1. Химический состав подземных вод по данным опробования скважин 64
2.3.2. Химический состав подземных вод по данным опробования родников 80
Глава 3. Шешминскии терригенныи водоносный комплекс 94
3.1. Литолого-стратиграфическая характеристика шешминских отложений 94
3.2. Гидрогеологическая характеристика шешминских отложений 96
3.3. Гидрогеохимическая характеристика шешминского водоносного комплекса 102
3.3.1. Химический состав подземных вод по данным опробования скважин 103
3.3.2. Химический состав подземных вод по данным опробования родников 117
Глава 4. Соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита 139
4.1. Литолого-стратиграфическая характеристика Соликамских отложений 139
4.2. Гидрогеологическая характеристика Соликамских отложений 141
4.3. Гидрогеохимическая характеристика Соликамской водоносной свиты 147
4.3.1. Химический состав подземных вод по данным опробования скважин 148
Глава 5. Гидрогеохимическое районирование территории г. Перми 159
5.1. Принципы и критерии гидрогеохимического районирования 162
5.2. Гидрогеохимическое картирование территории г. Перми 167
5.3. Гидрогеохимическое районирование территории г. Перми... 168
Заключение 179
Литература 181
- Факторы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми
- Гидрогеологическая характеристика четвертичных отложений
- Гидрогеологическая характеристика шешминских отложений
- Гидрогеологическая характеристика Соликамских отложений
Введение к работе
Актуальность темы. Многолетними исследованиями российских и зарубежных ученых установлено, что подземные воды урбанизированных территорий претерпевают существенные изменения в количественном и качественном отношениях (Тютюнова, 1981, 1984, 1985, 1987; Осипов, Медведев, 1997; Самарина, Гаев, Нестеренко и др., 1999; Bolzer, 1981; Harrison, Laxen, 1981; Katz, Lindner, Ragone,1980; Kondratas, 1981 и др.). Город Пермь, как показывают наши исследования (Шимановский, 1973, 1974; Иконников, Костарев, 2000; Иконников, 1997, 2002; Тюрина 1969, 2000; Бельтюков, 1992, 2000; Щукова, 1995-2005 и др.), не является исключением последствий глобального процесса урбанизации и промышленной интеграции.
На сегодняшний день для территории г. Перми не проведено обобщение результатов многолетних разрозненных исследований химического состава подземных вод с точки зрения научного анализа его трансформации.
Изучение химического состава подземных вод г. Перми в условиях интенсивного техногенного воздействия тесно связано с вопросами охраны их от загрязнения, борьбы с загрязнением природной среды в целом, контроля и управления процессами, протекающими в верхней части подземной гидросферы, что является, несомненно, очень актуальным.
Объект исследований - подземные воды основных водоносных комплексов территории г. Перми: четвертичного, шешминского терригенного и Соликамского терригенно-карбонатного.
Предмет исследований - закономерности и тенденции изменения во времени химического состава подземных вод водоносных комплексов в пределах территории г. Перми.
Цель работы - выявление особенностей формирования современного гидрохимического состояния подземных вод и критериев прогноза изменения химического состава подземных вод на территории г. Перми.
Основные задачи исследований:
- собрать, систематизировать, проанализировать результаты
гидрохимических исследований на территории г. Перми с 1960 по 2004 гг.;
разработать структуру и создать базу данных химического состава подземных вод;
разработать концептуальную модель влияния природно-техногенных условий и факторов на формирование химического состава подземных вод в пределах городской территории;
установить современный гидрохимический облик подземных вод, выявить качественно-количественные особенности и тенденции изменения их химического состава во времени;
- разработать принципы и критерии гидрогеохимического
районирования территории по степени изменения химического состава
подземных вод.
Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены результаты гидрохимического опробования скважин и родников, выполненного кафедрой динамической геологии и гидрогеологии ПТУ с 1934 г. по 2004 г., результаты опробования скважин различными научными и производственными организациями по архивным данным Пермского территориального фонда геологической информации (ПТФГИ) с I960 г. по 2000 г., а также данные ФГУДП «Пермгеомониторинг», ЗАО «ВерхнеКамТИСИЗ, СЭС г. Перми.
Созданная база данных включает 3425 химических анализов воды, в том числе проб: из родников - 1413, колодцев - 226, скважин - 1242, атмосферных осадков и поверхностных вод - 544. Период исследования и опробования режимных родников составляет 44 года (1960-2004 гг.).
При выполнении работы был использован комплекс методов, который включал: полевое обследование, гидрогеохимическую съемку и картирование, лабораторный анализ природных вод, статистическую обработку результатов анализов проб воды, метод аналогий. При анализе и
обобщении полученного материала использован комплекс стандартных программных продуктов Microsoft Office (Word, Excel, Access), STATISTIKA и Arc View 3.2a.
Автор занимается данной проблемой с 1995 г. Под его руководством проводилось ежегодное обследование водопунктов, режимное опробование источников, лабораторный анализ проб, выполнено аналитическое обобщение результатов исследований.
Научная новизна работы заключается в том, что в ней для территории г. Перми впервые
проведен ретроспективный анализ изменения химического состава подземных вод водоносных комплексов исследуемой территории за период с 1960 по 2004 гг.;
выявлены и рассмотрены во временном аспекте (последние 45 лет) факторы формирования современного химического состава подземных вод основных водоносных комплексов;
установлены особенности современной вертикальной гидрогеохимической зональности;
установлены тенденции, критерии и параметры изменения химического состава подземных вод водоносных комплексов, позволяющие создать основу прогноза их состояния.
Практическая значимость работы:
- создана база данных, которую можно использовать как основу при
проведении гидрогеологических, гидрогеохимических, экологических работ
на территории города;
- выявленные закономерности изменения химического состава
подземных вод во времени позволяют прогнозировать гидрогеохимический
облик вод и направленность процессов его трансформации;
- создана гидрогеохимическая карта территории г. Перми масштаба
1:25000 и ее электронная версия, включающая два основных электронных
слоя с характеристиками четвертичного и шешминского водоносных комплексов;
- результаты исследований внедрены в учебный процесс на геологическом факультете Пермского государственного университета при чтении курсов «Гидрогеохимия», «Гидрогеология», «Математические методы в геологии».
Защищаемые положения:
Формирование современного химического состава подземных вод в зоне активного водообмена на территории г. Перми обусловлено закономерными процессами, которые определяются специфическим комплексом природных и техногенных факторов.
Трансформация химического состава вод родникового стока на территории г. Перми определена преобладающей тенденцией их сульфатизации, обусловленной техногенными факторами.
Четвертичный водоносный комплекс является природно-техногенным геохимическим барьером, сохраняющим природную гидрогеохимическую зональность.
Прогноз изменения состава подземных вод во времени в пределах Пермской градопромышленнои агломерации основан на выявлении тенденций, критериев и параметров природно-техногенных процессов их метаморфизации.
Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены автором на 12 конференциях различного ранга: «Современные проблемы Западного Урала» (Пермь, 1995); IV и V межвузовская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология: проблемы и пути решения» (Пермь, 1996, 1997); Международная конференция студентов и молодых ученых «Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях» , (Пермь, 1996); Болгарско-Российская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях» (Варна-
Пермь, 1997); региональная научно-практическая конференция «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 1997); региональная научная конференция «Вопросы региональной геоэкологии» (Вологда, 1997); региональная научно-техническая конференция «Экология города» (Пермь, 1998); региональная научная конференция «Геология Западного Урала на пороге XXI века» (Пермь, 1999); V молодежная сессия «Сергеевские чтения» (Москва, 2003); Школа экологической геологии (Санкт-Петербург, 2003); международная научная конференция «Севергеоэкотех-2004» (Ухта, 2004); региональная научно-практическая конференция «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2005); 3 Simposium «Quality and Management of Water Resources» (Санкт-Петербург, 2005).
Автор принимал участие в выполнении хоздоговорной темы по заданию Пермского геологического комитета «Контроль за охраной подземных вод от истощения и загрязнения на территории гг. Перми и Краснокамска за 1995-1996 гг.» (руководитель Е.А. Иконников). Результаты исследований изложены в отчете и использованы при публикации книги «Родники Перми. Качество и возможность использования подземных источников питьевого водоснабжения в г. Перми» / Гос. комитет по охране окружающей среды Пермской области. - Пермь: Изд-во Перм, у-та, Пермь, 1998. 90 с.
По теме диссертации автором опубликовано 17 работ.
Достоверность результатов исследований обеспечивается большим объемом фактического материала, длительностью и непрерывностью периода наблюдений (44 года), применением комплекса методов исследований, глубиной проработки рассматриваемых вопросов, непротиворечивостью полученных результатов и выводов, а также их соответствием законам, основным положениям и правилам гидрогеологии как науки.
Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 103 наименования. Объем диссертации 190 страниц машинописного текста, содержащего 48 рисунков и 35 таблиц.
Составной частью диссертации является гидрогеохимическая карта территории г. Перми масштаба 1 : 25 000 и ее электронная версия, состоящая из 4 листов.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору В.Н. Катаеву; благодарит за полезные советы, критические замечания и практическую помощь ученых ПТУ и весь коллектив кафедры динамической геологии и гидрогеологии. Особые слова признательности выражает проф. Г.В. Бельтюкову , доц. Е.А. Иконникову, доц. И.М. Тюриной и асе. Д.Ю. Крылову.
Факторы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми
Учитывая принципы классифицирования Е.В. Посохова (1975) рассмотрим главные (ведущие) факторы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми. Физико-географические факторы - это климат, рельеф, гидрографическая сеть, процессы выветривания, почвенный покров. Комплекс климатических факторов из всех природных оказывает наиболее существенное влияние на формирование и режим подземных вод, косвенно создавая общий фон, на котором развиваются процессы, непосредственно влияющие на химию природных вод (Алёкин, 1953). Однако, такие климатические элементы, как атмосферные осадки, непосредственно воздействуют на состав вод. Климат прежде всего определяет метеорологические условия, от которых зависит режим поверхностных и грунтовых вод, а также вод более глубоко залегающих горизонтов.
Климат является основой широтной или климатической зональности подземных вод. Для подземных вод г. Перми и Пермской области в целом, широтная зональность проявляется в преобладающем распространении пресных вод гидрокарбонатной гидрохимической формации и гидрокарбонатно-кальциевой гидрохимической фации (Максимович, 1955).
К основным метеорологическим элементам, воздействующим на состав природных вод, относятся атмосферные осадки, температура и испарение. Доля атмосферной составляющей в общем подземном химическом стоке достигает 7,4%. Подобной величиной можно оценивать в среднем вклад солей, поступающих с атмосферными осадками в подземные воды зоны интенсивного водообмена (Киссин, 1980). Загрязнение атмосферы и соответственно атмосферных осадков приводит к изменению химического состава поверхностных и подземных вод. Среднегодовое количество осадков в г. Перми изменяется от 416 до 842 мм и в среднем составляет 609 мм. На осадки в виде дождя приходится примерно две трети от их годовой суммы. Максимум осадков выпадает в мае-августе, в это же время происходит наибольшее испарение. До 20% осадков приходится на сентябрь-октябрь при небольших величинах влажности и испарения (табл. 1.2). На исследуемой территории максимальный дефицит влажности отмечается в летние месяцы, поэтому минерализация и концентрация всех компонентов в этот период заметно увеличиваются.
Снежный покров является важным климатическим элементом, оказывающим влияние на питание грунтовых вод. Продолжительность периода со снежным покровом в среднем составляет 176 дней. Влагозапасы в снеге на конец марта составляют 100-110 мм, но нередко превышают эту величину до 172-211 мм, что обусловливает высокий паводок и значительный подъем уровня грунтовых вод.
Согласно горизонтальной гидрохимической зональности (Максимович, 1955) атмосферные осадки на территории Пермской области имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав. В равнинных районах Пермской области, удаленных от источников промышленного и хозяйственного загрязнения, минерализация дождевых вод изменяется от 23,7 до 63,5 мг/дм3, составляя в среднем 41,2 мг/дм , снеговых - от 0,7 до 36,3 мг/дм , в среднем - 9,7 мг/дм (Шимановский и др., 1985). Минерализация снежных вод намного ниже дождевых вод для одного и того же района. Это объясняется тем, что в холодный период, в связи с промерзанием почвенного покрова, влияние зональной коры выветривания на химический состав атмосферных осадков резко уменьшается. Высокую минерализацию летних осадков в районах с большой концентрацией промышленности следует объяснить еще специфичностью поглощения в атмосфере примесей промышленного происхождения. Примеси S02, СО2, СО, H2S, окислы азота, частицы золы, топлива легче поглощаются каплями дождя, чем кристаллическими формами осадков (Матвеев, Башмакова, 1966).
Минерализация снежных вод изменяется в широких пределах - от 31,1 до 441,1 мг/дм , составляя в среднем 99,7 мг/дм , что в 10 с лишним раз больше средней минерализации снежных осадков для равнинных районов Пермской области (табл. 1.4). Приведенные данные таблицы 1.4. свидетельствуют о том, что все показатели химического состава снежных вод в черте города значительно больше фоновых значений, а особенно минерализация, кальций, натрий и сульфаты. По величине показателя рН снежные воды имеют слабокислую, нейтральную и слабощелочную среды.
В таблице приведены данные по материалам Двинских С.А., Бельтюкова Г.В. (1992), а таїоке Михайлова Г.К. (1964), Шестова И.Н. (1964), Максимовича Г.А. и Тюрииой И.М. (1967), Иконникова Е.А. (1971). В числителе - пределы изменений, в знаменателе - среднее значение. Дождевые воды города также характеризуются преимущественно гидрокарбонатной гидрохимической формацией. Минерализация вод изменяется от 202 до 456 мг/дм3, составляя в среднем 305 мг/дм3 - это в 14,5 раз выше фоновых значений (табл. 1.4).
Концентрация всех макрокомпонентов больше фона, а особенно Са (в 18,5 раз), НСОз (в 12 раз), Na и S04 (в 9 раз). Во всех пробах присутствуют нитраты, аммоний, в большинстве анализов - нитриты. В дождевых водах обнаружен фтор (0,02-0,24 мг/дм3), в единичных пробах - кадмий (0,003 мг/дм), цинк (0,16 мг/дм). Значения рН изменяются от 6,9 до 8,8. Преобладают воды с нейтральной реакцией.
При этом максимальные содержания компонентов и большая минерализация осадков отмечается в пробах, отобранных вблизи промышленных предприятий (Двинских, Бельтюков, 1992).
Таким образом, минерализация и содержание основных макрокомпонентов атмосферных осадков в г. Перми значительно больше (иногда в десятки раз) чем в целом по Пермской области. Повышенная минерализация обусловлена в основном большим содержанием гидрокарбонатов, сульфатов, ионов кальция и натрия, а в снежных водах и хлоридов. По величине показателя рН снежные воды имеют слабокислую, нейтральную и слабощелочную среды, дождевые — нейтральную.
Общий список вредных веществ, поступающих в атмосферу города, состоит из 336 веществ, из них 29% приходится на ЛОС (летучие органические соединения), 27% - на сернистый ангидрит, 26% - на оксиды азота, 15% - на оксид углерода и 3% - на прочие другие вещества (Состояние и охрана..., 2003).
Рельеф и гидрографическая сеть оказывают влияние на условия водообмена, а от последних зависят минерализация и химический состав природных вод. Степень расчлененности рельефа определяет размеры поверхностного стока и дренированность подземных вод. Чем расчлененнее рельеф, тем интенсивнее водообмен и тем более благоприятные условия создаются для формирования пресных вод.
Для выяснения влияния рельефа на гидрохимию надо учитывать и геологическое строение форм рельефа, т.е. решать этот вопрос на базе геоморфологического анализа (Посохов, 1969). Территория г. Перми входит в пределы возвышенной волнисто-вогнутой равнины Пермского Прикамья (Чазов, 1952, 1962). Рельеф территории города сформирован, в основном, эрозионными процессами. Релъефообразующими элементами являются долина р. Камы, её притоки и овраги. По внешнему облику рельеф территории равнинный, по морфологическим категориям - волнистый, холмистый, увалистый, балочный и долинный. По отношению к уровню океана - низкий (абс. отм. 92-180 м), по глубине расчленения - от очень мелкого на пойме до крупного - на высоких террасах, по густоте расчленения - слабо- и среднерасчл енённый.
Гидрогеологическая характеристика четвертичных отложений
Мощность водоносного горизонта обычно на пойме и низких терраса составляет 10-20 м, на III террасе 5-Ю м. Горизонт характеризуется присутствием пластов и линз гравия и галечника в основании разреза и разнозернистых песков с прослоями и линзами супесей и суглинков в его верхней части. На пойме аллювиальные отложения перекрыты часто глинистыми наносами.
Коэффициент фильтрации для мелких песков изменяется от. ОД до 9,8 м/сут (в среднем 1-3 м/сут), средних - от 3 до 18,5 м/сут (в среднем 5-8 м/сут), гравелистых - 6-10 м/сут (Костарев и др., 1985). Для песчано-гравийно-галечных отложений значения коэффициента фильтрации в основном составляет 20-50 м/сут, редко менее (Жаворонкова, 1961; Мошковский и др., 1965; Костарев и др., 1985). Так, например, коэффициент фильтрации этих о тложений в Нижней Курье варьировал в пределах 2 1 -66 м/сут, в районе завода им. Кирова - 46-55 м/сут, а на пойме и I террасе правобережья о н составлял 32-42 м/сут. В целом отмечаются более низ кие значения коэффициента фильтрации для левобережной части исследуемой территории. На пойме и низких террасах прослеживается четкая гидравлическая связь аллювиального горизонта с р. Камой. Ширина зоны влияния режима водохранилища на колебаниях уровня подземных вод зависит от литологического состава прибрежной полосы и степени наполнения водохранилища. По данным В.П. Костарева (1985), это влияние сказывается на расстоянии от 110 до 350 м, захватывая в основном пойму и I надпойменную террасу. На отдельных участках в сферу влияния водохранилища попадают подземные воды II надпойменной террасы (Курья, Закамск) (Малеев, Бельтюков, Двинских и др., 1993).
По водообильности аллювиальный горизонт неоднороден, Производительность скважин варьирует от менее 1,0 л/с (долина р. Пыж, Н. Курья) до 5-6 л/с и более (Н. Курья, Закамск, долина рек Васильевки и Пыж) при понижениях уровня в основном в пределах 3-5 м (табл. 2.1). Дебиты родников колеблются от сотых долей до нескольких литров в секунду (пластовые выходы).
Основным источником питания горизонта являются атмосферные осадки, на что указывает зависимость дебита родников от времени года, дополнительными - трещинно-грунтовые воды шешминского терригенного комплекса, речные воды р. Камы, а также утечки из коммуникаций и промстоки. Движение грунтовых вод происходит от тылового шва II и III террас к р. Каме. Гидравлический уклон - от 0,0014 до 0,05.
Аллювиальные отложения малых рек, за исключением р. Мулянки, имеют мощность от 1,5 до 3-5, редко 10 м. В верхней части разреза преобладают суглинки и глины, часто заторфованные, мощность залегающих ниже песков, иногда гравия невелика (1-3 м). Грунтовые воды находятся в основном на глубине до 2 м. Питание их происходит за счет атмосферных осадков, речных вод и разгрузки трещинно-грунтовых вод в аллювий на коренных склонах (Костарев, 1985).
Вследствие незначительной мощности горизонта и различной степени его дренированности, в естественных условиях рассматриваемый горизонт является локально-водоносным. Подземные воды приурочены к линзам песка и песчано-гравийных отложений, залегающих среди покровных суглинков, которые на отдельных участках сдренированы и являются безводными.
На обводненных территориях подземные воды встречаются на глубине 5-Ю м, реже на 3-4 м. Воды, разгружаясь в делювий, часто вызывают сплавы грунтовых масс в верхней части склонов (правобережье р. Егошихи). Локальная обводненность горизонта наблюдается на Городских Горках (северная часть междуречья Егошиха-Ивы), в микрорайоне Костарево (бассейн рек Ивы-Таложанки), на Висиме и Вышке I. Дебиты скважин 3,3 л/с при понижении 3,0 м (см. табл. 2.1). В ряде районов в процессе застройки естественная локальная обводненность горизонта нарушается. Это происходит вследствие нарушения дренированности (засыпки дрен) и создания дополнительных источников питания (утечки из трубопроводов и т.п.). В толще слабопроницаемых покровных суглинков формируются техногенные водоносные горизонты, которые, сливаясь с природными водами, обводняют всю толщу четвертичных отложений. В результате на застроенных площадях на глубине от менее 2 до 4 м подземные воды фиксируется повсеместно.
Проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины ввиду малой мощности, очень низкой водообильности и локальной (спорадической) обводненности практического значения не имеет.
Верховодка довольно широко распространена на территории города. Обусловлена она в основном различием фильтрационных свойств верхней части разреза и обильным питанием подземных вод в некоторые периоды, в том числе и техногенным. Распространена верховодка в основном на II надпойменной террасе и на пойме. Водовмещающими породами служат чаще всего пылеватые глинистые пески, торф. Коэффициенты фильтрации незначительны 0,01-0,2 м/сут. Мощность водоносного слоя от 0,5 до 2 м. Глубина зеркала грунтовых вод в межень от нескольких десятков сантиметров до метра. Весной и осенью участки часто покрываются водой на 0,2-0,3 м. При продолжительном засушливом периоде маломощная верховодка полностью пересыхает. Питание происходит за счет атмосферных осадков, а на пойме еще и за счет паводковых вод (Костарев, 1985). На IV террасе и высокой равнине верховодка формируется в суглинках. Водоносные грунты имеют низкие фильтрационные свойства и малую мощность. Водообильность низкая и неравномерная.
В районах городской и промышленной застройки образуется техногенная верховодка. Вначале формируются «купола», которые распространяются на соседние территории. Постепенно техногенная верховодка сливается с грунтовыми водами, обводняя всю толщу четвертичных отложений. Этот процесс захватил всю застроенную территорию города, особенно высокие поверхности, сложенные слабопроницаемыми отложениями. Подтопление территорий техногенной верховодкой Костарев В.П. (1985) рассматривает наравне с подтоплением грунтовыми водами.
Гидрогеологическая характеристика шешминских отложений
Шешминский терригенный комплекс, занимающий по площади основную часть территории г. Перми, является слабоводоносным локально-водоносным. Он распространен на левобережной центральной, южной и восточной частях г. Перми, где сосредоточена основная городская и промышленная застройка. Шешминская толща погружается в северозападном направлении от Лобановского вала.
Шешминский терригенный водоносный комплекс - это водоносная система со сложной гидравлической связью. Водоносные отложения (песчаники, конгломераты, алевролиты, известняки) залегают в виде прослоев и линз различной мощности, при этом основными водовмещающими породами являются песчаники. Водоупорными отложениями служат аргиллиты, глинистые алевролиты. Резкая литолого-фациальная невыдержанность разреза и неравномерная трещиноватость обусловливают сложную гидродинамическую обстановку и неравномерную обводненность комплекса. По вертикальному разрезу водоносные слои распределяются неравномерно. Наибольшая их частота отмечается до глубины 60-80 м. Ниже частота водопритоков резко уменьшается. Фильтрационные свойства пород обусловлены в основном литологией и трещиноватостью. В силу литологических особенностей, которые проявляются в высокой глинистости разреза, шешминский комплекс обладает низкими фильтрационными свойствами. В целом, по данным Е.А. Иконникова (1990), комплекс характеризуется преобладанием коэффициентов фильтрации менее 1 м/сут, которые составляют 72,2% от общего числа определений по материалам пробных откачек из одиночных скважин.
Подземные воды шешминского водоносного комплекса относятся к трем типам: трещинно-грунтовым, трещинно-пластовым безнапорным и напорным. В верхней части комплекса повсеместно, выше эрозионного вреза, развиты трещинно-груитоеые воды, трещинно-пластовые безнапорные воды залегают ниже трещинно-грунтовых вод, там, где последние не имеют сплошной водоупорной подошвы. Они распространены выше эрозионного вреза и находятся в условиях активного водообмена. Ниже уровня местных базисов дренирования циркулируют трещинно-лластоеые напорные воды. По гидрогеологическим «окнам» эрозионного и тектонического происхождения, а таюке в местах фациального замещения пород они гидравлически связаны с грунтовыми водами. На этих участках возможна связь и с напорными водами нижележащих отложений (Ведерников, 1999). Глубина залегания трещинно-грунтовых вод изменяется от 5-10 м в долинах рек до 20 м и более на водоразделах. Наибольшая глубина залегания подземных вод (более 20 м) отмечается на междуречье рек Мулянки и Данилйхи (микрорайоны Ераничи, Крохалевка, Бахаревка), а также в районе плотины КамГЭС. Меньшие глубины до уровня трещинно-грунтовых вод (5-10 м) зафиксированы в бассейнах рек Ивы и Бол. Мотовилихи, а таюке в верховьях рек Егошихи и Данилйхи (район д. Соболи). На междуречьях рек Бол. Мотовилиха-Язовая, Язовая-Амбарка (микрорайоны Запруд, Вышка-1, Вышка-П, Чапаева, Камский) подземные воды залегают в интервале 10-20 м.
В пределах междуречий глубина до зеркала трещинно-грунтовых вод возрастает от подошвы склонов к водоразделам. На участках, где имеются «подвешенные» горизонты, связанные с фациальной невыдержанностью шешминских отложений, наблюдается отклонение от этой закономерности.
Естественные выходы грунтовых вод представлены как сосредоточенными родниками, так и рассредоточенными многочисленными небольшими струйками, выходящими из мелких трещин, пластовыми выходами. Последние имеют линейный и площадной характер и приурочены обычно к алевролитам. Сосредоточенные выходы родников приурочены к зонам преобладания песчаников. К абсолютным отметкам 93-97 м приурочены родники у тылового шва I террасы вдоль Соликамского тракта; на отметках 105-108 м выходят родники в долинах Пермянки, Горюшки, Таложанки; на отметках 110-116 м - родники в логах микрорайонов Висима, Запруда, на правом берегу р. Егошихи. Большая часть родников приурочена к верхней зоне (120-136 м) - это родники Брюханки, Егошихи, верховья Таложанки и других рек восточной части города (Костарев, 1985).
Водообильность шешминского терригенного водоносного комплекса характеризуется большим разнообразием. Коэффициент водопроводимости пород изменяется в зависимости от литологии и геоморфологического положения. Минимальные значения коэффициента водопроводимости зафиксированы на водоразделах и их склонах ниже зоны эффективной трещиноватости, максимальные - на склонах речных долин (Ведерников, 1999). Среди водоносных пород наибольшей водообильностью обладают песчаники. Наибольшая водообильность пород отмечается в бассейнах р. Мулянки и нижнего течения р. Васильевки.
Дебиты скважин - в пределах от 0,15 до 17 л/с (иногда до 20 л/с), при понижениях от 2,9 до 25,1 м (иногда до 47 м). Удельные дебиты изменяются от 0,02 до 2,4 л/с, при характерных значениях 0,1-0,5 л/с (табл. 3.1). Дебиты родников изменяются от 0,07 до 7,0 л/с. Наиболее характерные значения дебита 0,3-0,6 л/с (табл. 3.2). Дебит родников из песчаников больше чем из алевролитов (ОД-2,0 л/с) (Костарев, 1985).
Гидрогеологическая характеристика Соликамских отложений
Соликамская свита уфимского яруса широко распространена в Приуралье, характеризуется сложными гидрогеологическими условиями и является важной гидростратиграфической единицей Волго-Камского артезианского бассейна (Каменский и др., 1959).
Характер обводненности толщ, их гидрохимические, гидродинамические условия, роль в формировании подземных вод, влияние на выше- и нижележащие водоносные горизонты изменяются по мере погружения Соликамских отложений под более молодые в западном направлении. Соликамская свита обладает рядом особенностей, в значительной мере определяющих гидрогеологические условия восточной окраины Волго-Камского артезианского бассейна. В области выхода на поверхность она играет большую роль в решении вопросов водоснабжения и строительства (Шимановский, 1966).
Соликамская терригенно-карбонатная водоносная свит а п одразделяется на две подсвиты: нижнюю - водопроницаемую локально-водоносную терригенно-карбонатную и верхнюю - водоносную терригенно-карбонатную (Иконников, 1996).
Водовмещающими в свитах являются известняки, доломиты, мергели, песчаники, алевролиты, водоупорными - аргиллиты и нетрещиноватые разности карбонатных пород. Фильтрационная способность пород невысокая: коэффициенты фильтрации чаще всего равны 1-Ю м/сут.
Водопронщаемая локально-водоносная терригенно-карбонатная подсвита приурочена к площадям выхода нижнесоликамских отложений на поверхность в сводовых частях Краснокамского вала и Межевской валообразной зоны. Здесь подошва свиты занимает высокое гипсометрической положение по отношению к уровню рек Камы и Чусовой. Возникли условия, при которых Соликамская водопроницаемая свита на одних участках оказывается полностью дренированной подстилающими закарстованными породами, а на других она является водоносной. Воды преимущественно трещинно-грунтовые со свободной поверхностью.
Водоносная терршенно-карбонатная подсвита развита там, где Соликамские отложения перекрыты породами шешминского возраста, а также на площадях выхода верхнесоликамских отложений. В верхней части водоносной свиты, находящейся выше эрозионного вреза, распространены трещинно-грунтовые воды, обычно безнапорные, но иногда с местным напором. Ниже местных эрозионных врезов распространены напорные трещинно-пластовые воды.
Свита является водообильной: дебиты родников достигают до 240 л/с (преобладают дебиты 1-15 л/с), дебиты скважин изменяются от ОД до 100 л/с (чаще 4,2-9,6 л/с). Воды свиты имеют большое практическое значение для питьевого водоснабжения; солоноватые воды могут использоваться как минеральные лечебно-столовые (Иконников, 1996).
На правобережье Камы под толщей шешминских отложений, на глубинах 130-150 м, в Соликамских отложениях циркулируют минерализованные напорные воды. Активность водообмена здесь резко снижается с возрастанием глубины и в направлении падения пластов, что отражается на химизме вод. В районе площадки КамГЭС установлено (Шимановский, 1974), что на глубинах до 103 м минерализация возрастает до 140 г/л и воды меняются от сульфатных до хлоридных. Здесь выделяется два пласта, разделенные гипсом. Для верхнего, характеризующегося большей подвижностью вод, минерализация составляет 1-3 г/л. Для нижнего, на глубинах 41-78 м, минерализация возрастает до 22 г/л, содержание сероводорода достигает 103-340, брома- 15-360, йода-до 23,5; NH4- до 43 мг/дм . Здесь присутствует растворенный в воде азотно-метановый газ состава: С02 - 0,4%, 02 - 2,1%, СЩ - 19,7%, С2Нб - 1%, N2 - 76,8%, инертные газы (аргон, криптон, ксенон, гелий) - 0,47%. В одной из скважин, расположенной несколько западнее долины р. Гайвыд был получен приток сухого газа, выделявшегося при давлении около 1 атм с дебитом 1,2 л/мин.
Состав этого газа следующий: 0 - 39,6%, N2 - 60,4%. Под руслом Камы минерализация возрастает для первой толщи до 50-70 г/л. Притоки в скважины оказались очень низкими. Средний коэффициент фильтрации для верхней толщи 0,156 м/сут, а для нижней - 0,08 м/сут. Низкие коэффициенты фильтрации, небольшие притоки в скважины, сильное изменение химизма на небольшом расстоянии, высокая минерализация вод, присутствие сероводорода и т.д. говорят о весьма замедленной циркуляции вод. Резкое увеличение минерализации и количества хлоридов в подрусловой части, наличие йода и брома, метана и т.д. говорят о поступлении здесь вод более глубоких горизонтов, т.е. о том, что здесь, в долине Камы, существует локальный очаг разгрузки вод среднего палеозоя. Сравнение характерных коэффициентов Na/Cl, (Ca+Mg)/Cl, Br/CI, Ca/Mg говорит о поступлении вод каменноугольных отложений. На карте гидроизогипс нижнего пласта видно, что ниже русловой части долины Камы движение подземных вод происходит в направлении, обратном течению реки. По-видимому, движение подземных вод здесь обусловлено наличием трещинной зоны, связанной с формированием Краснокамско-Полазненского вала (Шимановский, 1974).
На западной окраине г. Перми Соликамские отложения вскрыты на глубинах 152-165 м. Они представлены доломитами, известняками, мергелями, ангидритами мощностью 37,8-39,2 м. При откачках были получены дебиты 0Д56 и 0,234 л/сек при понижениях соответственно 28,25 и 29,5 м. Удельные дебиты оказались равными 0,005 и 0,008 л/сек, а коэффициенты фильтрации - 0,01 и 0,025 м/сут. Воды сульфатно-кальциевого состава с минерализацией 2-3 г/л.
К западу от города трещиноватость пород уменьшается, сокращается мощность Соликамских отложений, и они становятся водоупорными. Около 250 скважин, пробуренных до более глубоких горизонтов, воды из Соликамских отложений не дали. Ими, как правило, устанавливается водоносность шешминских и кунгурско-артинских отложений, а в Соликамских и иренских породах водопроявлений не устанавливается. Так, скважина в районе д. Фомичи Верхне-Муллинского района на глубинах до 100 м вскрыла воды шешминских отложений и на 290 м - воды филипповского горизонта кунгурского яруса. В ряде случаев вода вскрыта в шешминских, иренских (!) и кугурско-артинских отложениях, а Соликамские породы безводны. Это говорит о том, что под более молодыми отложениями, на глубинах ниже влияния наиболее глубоких дрен (в данном случае Камы), Соликамские отложения представляют собой водоупорную толщу, которая вместе с гипсами и ангидритами иренского горизонта надежно изолирует воды ниже- и вышележащих толщ.
Наиболее водообильными являются районы, где Соликамские отложения нарушены трещиноватостью, обусловленной структурами Краснокамско-Полазненского и Лобановского валов. В долине р. Васильевки2 приуроченной к западному крылу Лобановского вала, Соликамская водоносная свита представлена терригенно-карбонатным и песчаниковым типами разрезов, которые простираются на глубину до 50 м. В зависимости от гипсометрического положения скважин подземные воды вскрываются на глубинах от 7,2-12,5 до 30,0-36,0 м. В пойменной части долины и в нижней части склонов они обладают напором величиной от 0,9 до 14,3 м, в верхней части склонов, как правило, безнапорны. Статические уровни в этих случаях устанавливаются на глубинах от 9,0 до 47,0 м. Пьезометрические уровни в пойменной части - на глубинах 1,3-1,9 м и даже выше поверхности земли на 0,5-1,1 м.
