Введение к работе
Актуальность работы. Проблеме исследования закономерностей формирования естественных ресурсов подземных вод и разработке принципов и методов их региональной оценки в различных природных условиях посвящены работы А.Е.Бабинца, В.А.Всеволожского, Н.И.Дробнохода, И.С.Зекцера, Б.И.Куделина, В.С.Ковалевского, А.А.Коноплянцева, Е.В.Пиннекера, Б.И.Писарского, Н.И.Плотникова, О.В.Попова, Ф.А.Руденко, С.М.Семеновой, В.М.Шестопалова, И.Ф. Фиделли, А.П.Хаустова и др..
В перечисленных работах в качестве характеристики естественных ресурсов подземных вод рассматривались количественные данные по подземному стоку, оцененные по разгрузке подземных вод в реки, с учетом, для различных гидрогеологических условий, соотношения значений величин естественных ресурсов, подземного стока и подземного стока в реки.
Гидрогеологические массивы древних щитов относятся к районам, где формирование подземного стока зоны интенсивного водообмена происходит в основном в кристаллических породах. Дренирующее влияние хорошо развитой гидрографической сети, с глубоко врезанными речными долинами, осуществляется при тесной гидравлической связи подземных вод с реками и в зоне избыточного увлажнения разгрузка в реки является единственным, практически значимым, видом разгрузки подземных вод. В таких условиях величины естественных ресурсов подземных вод для территории северо-восточной части Балтийского щита принимались соответствующими величинам естественной разгрузки подземных вод в реки. В пределах же зон умеренного и недостаточного увлажнения Украинского щита при оценке естественных ресурсов подземных вод учитывалась возможная вторая составляющая - разгрузка испарением, а также соотношение двух названных видов разгрузки подземных вод в общем балансе конкретного водосборного бассейна.
Вопросы формирования подземного стока в реки, принципы районирования и картирования территорий древних кристаллических массивов с целью региональной оценки естественных ресурсов подземных вод до настоящего времени разработаны еще недоста-
точно полно, особенно в части количественных оценок роли основных факторов формирования подземного стока и отражения пространственной и временной (многолетней и внутригодовой) изменчивости величин подземного стока.
Данные по оценке роли естественного восполнения (естественных ресурсов) подземных вод в балансовой структуре месторождения приобретают в последнее время особую актуальность в связи с возрастанием эксплуатационного отбора пресных подземных вод в кристаллических породах при нарастающем дефиците питьевой воды и составлении экологических прогнозов состояния окружающей среды в районах интенсивной хозяйственной деятельности.
Цель и задачи работы. Целью настоящей работы является изучение региональных закономерностей формирования ресурсов подземных вод гидрогеологических массивов на примере двух регионов: северо-восточной части Балтийского и Украинского щитов с использованием методов статистического моделирования, а также оценка роли естественных ресурсов в формировании запасов промышленных типов месторождений пресных подземных вод в древних кристаллических породах. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ и обобщение данных о природных условиях территорий Балтийского и Украинского щитов с целью отбора факторов, определяющих формирование ресурсов подземных вод;
обоснование принципов и методики проведения статистического моделирования при региональных исследованиях естественных ресурсов подземных вод кристаллических массивов, с оценкой роли основных сгокообразующих факторов в формирование подземного стока регионов;
исследование закономерностей формирования и распределения величин подземного стока в регионах древних щитов на основе оценок влияния основных ресурсофор-мирующих факторов и разработка принципов районирования гидрогеологических массивов по условиям формирования и распределения подземного стока;
исследование закономерностей и факторов, определяющих многолетнюю изменчивости величин подземного стока;
исследование роли естественного восполнения подземных вод в формирование структуры эксплуатационного водоотбора применительно к основным типам промыш ленных месторождений пресных подземных вод в кристаллических породах. Исходные данные. В качестве исходных, были использованы данные по оценке подземного стока в реки Украинского и Балтийского щитов, полученные Государственным гидро-
логическим институтом при составлении карт подземного стока Центральной и Восточной Европы и Нечерноземной зоны РФ.
В качестве характеристики подземного стока для Кольского полуострова принималась величина среднемноголетнего модуля речного стока 30-дневной зимней межени, который считается полностью обеспеченным разгрузкой подземных вод. Несмотря на то, что такой подход может дать несколько заниженные значения естественных ресурсов, для районов, находящихся в зоне избыточного увлажнения, применение данной характеристики при оценке ресурсов подземных вод представляется целесообразным из-за резкой динамичности подземного стока во внутригодовом и многолетнем периоде, а также вследствие значительной озерной зарегулированное рек, и лишь в зимний период по данным Е.И.Лось, 1977 г., речной сток гарантированно обеспечен подземным питанием. Для территории с различной увлажненностью Украинского щита, учитывая существенную роль в балансе подземных вод водосборного бассейна процессов испарения и конденсации, за характеристику подземного стока принималась среднемноголетняя полусумма значений модулей зимней и летней меженей.
Научная новизна и основные результаты работы:
- исследованы и количественно охарактеризованы основные факторы формирова
ния естественных ресурсов подземных вод для двух регионов древних щитов;
- обоснована методика применения статистических методов для изучения регио
нальных закономерностей формирования и распределения величин подземного стока;
на основе применения статистических методов проанализированы основные закономерности формирования и распределения величин подземного стока гидрогеологических массивов;
разработаны принципы гидрогеологического районирования в кристаллических щитах, согласно которым выполнено районирование подземного стока Кольского п-ва;
выделены основные типы месторождений подземных вод в древних кристаллических породах и оценена роль естественного восполнения в формировании структуры эксплуатационного водоотбора для каждого типа месторождения.
Практическая значимость полученных результатов. Региональные обобщения гидрогеологических данных, а также выявленные закономерности формирования ресурсов подземных вод могут служить основой для поисков и разведки пресных подземных вод в древних кристаллических породах, использоваться при обосновании схем рациональной эксплуатации и охраны подземных вод от истощения, принятии решений по осуществлению контроля и управления водно-хозяйственной деятельностью в условиях интенсивного техногенного воздействия на окружающую ере-
ду, при оценках экологической обстановки отдельных районов и Кольского региона в целом. Оценка роли естественных ресурсов подземных вод в балансовой структуре эксплуатационного водоотбора месторождений в древних кристаллических породах имеет принципиальное значение для планирования рациональной разведки и подсчета эксплуатационных запасов месторождения. Полученные в работе выводы могут быть распространены и на другие гидрогеологические массивы.
Методические разработки и результаты исследований вошли в учебные курсы "Региональная гидрогеология" и "Математическая гидрогеология", читаемые при непосредственном участии автора студентам гидрогеологам геологического ф-та МГУ.
Апробация работы.
Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на X Всесоюзном совещании по подземным водам Востока СССР (Иркутск,1982), Всесоюзном совещании "Гидрогеология 2000 года" (Москва, 1986), II Всесоюзной конференции "Системный подход в геологии" (Москва, 1986), V Всесоюзном гидрологическом съезде (Ленинград, 1989), III Всесоюзном семинаре "Практическая геостатистика" (Петрозаводск. 1991), Международном научном семинаре "ЭКОБАЛТ" (С-Петербург, 1993).
Публикации.
Материалы диссертационной работы отражены в 18 опубликованных работах, в том числе в изданной карте подземного стока Нечерноземной зоны РФ в масштабе 1:1500000, 1980; в главе "Подземный сток" монографии "Почвенно-геологические условия Нечерноземья", 1984; в методических разработках по курсу "Моделирование гидрогеологических н инженерно-геологических процессов, ч.3",1985.; в статьях, а также тезисах докладов конференций и совещаний.
Структура и объем работы.
Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 153 наименования работ российских и зарубежных авторов. Объе^ диссертации 130 страниц машинописного текста, иллюстрируемого 16 рисунками и 9 таблицами.
Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессор) В.А.Всеволожскому; старшему научному сотруднику И.Ф.Фиделли за консультации и за мечания к работе, а также коллективу кафедры гидрогеологии МГУ, оказавшему боль шую поддержку при ее написании.