Научно-методические основы эколого-гидродинамического картографирования тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.06, кандидат геолого-минералогических наук Булычева, Наталия Авенировна

• Булычева, Наталия Авенировна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Булычева, Наталия Авенировна

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение, стр

Часть 1. ГЛАВА 1. Эколого-гидродинамический анализ, основные понятия.

1.1. Роль гвдродинамических условий

1.2. Выделение речного гидролитосферного бассейна и объекта картирования

1.3. Эколого-гидродинамический анализ как инструмент картирования

ГЛАВА 2. Оценка принципов и подходов при эколого-гидрогеологическом

картографировании

Часть 2. ГЛАВА 1. Особенности гидрогеологических

условий Ташаузской эколого- гидрогеологической системы

ГЛАВА 2. Карта гидроизогипс, глубин залегания и типов

гидроднами ческой связи поверхностных и грунтовых вод

2.1. Назначение и принципы построения

2.2. Методика построения карты

ГЛАВА 3. Карта локальных потоков подземных вод

3.1 Назначение и принципы построения

3.2. Методика построения карты локальных потоков

ГЛАВА 4. Карта типов гидродинамических структур потоков

подземных вод

4.1 Назначение и принципы построения

4.2. Методика построения карты

ГЛАВА 5. Карта типов гидродинамических взаимодействий потока грунтовых вод с зоной аэрации и изменений гидродинамических

обстановок

5.1 .Назначение и принципы построения

5.2.Методика построения карт типов гидродинамических взаимодействий потока грунтовых вод с зоной аэрации и изменений гидродинамических обстановок

ГЛАВА 6. Карты относительной гидродинамической плотности и единичных расходов потока подземных вод

6.1 Назначение и принципы построения карты относительной гидродинамической плотности

6.2.Методика построения карты относительной гидродинамической плотности потока

6.3.Назначение и принципы построения карты единичных расходов

6.4 Методика построения карты единичных расходов

ГЛАВА 7. Описание карт Ташаузского оазиса

7.1. Описание карт локальных потоков

7.2. Описание карт типов гидродинамических структур для

Ташаузского оазиса

7.3. Описание карт типов гидродинамических взаимодействий потока грунтовых вод с зоной аэрации и изменений гидродинамических обстановок

7.4. Краткая оценка особенностей изменения градиентов и скоростей потока

7.5. Краткая характеристика особенностей изменения единичных расходов потока

Часть 3. ГЛАВА 1. Оценка эколого-гидрогеологических условий Новомосковского промрайона специальным гидродинамическим анализом

Заключение и выводы

Список рисунков

Список литературы

о

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Научно-методические основы эколого-гидродинамического картографирования»

Введение.

Охрана окружающей среды (включая и гидрогеологические системы) и рациональное использование природных богатств - одна из важнейших проблем современности. В настоящее время в системе человек-природа возникли новые условия взаимодействия, когда техногенная деятельность человека стала играть роль мощного геологического фактора, который приводит к изменению состояния и свойств природной геологической среды. Ныне экология рассматривается как комплексное научное направление, предметом которого является изучение, прогнозирование и управление факторами внешней среды в процессе их взаимодействия с живыми организмами на всех уровнях их организации.

Создание крупных водохозяйственных систем, строительство гидромелиоративных сооружений вызывают определенные изменения в установившемся природном равновесии, что может обусловить отрицательные последствия, следовательно предвидение техногенных гидрогеологических процессов, основанное на научных прогнозах, имеет большое практическое и теоретическое значение.

Во многих областях страны подземные воды являются основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения и, как правило, это сопровождается процессами их истощения и загрязнения, имеющими сложную и многообразную природу.

Целью выполненной работы является обоснование подходов и разработка общих принципов эколого-гидродинамического анализа и построение комплекса эколого-гидродинамических карт на примере двух природно-техногенных гидрогеологических систем.

В сооответствии с этим решались следующие задачи:

1. Оценка имеющихся в наличии принципов и подходов при эколого-гидрогеологическом картографировании.

2. Разработка принципов эколого-гидродинамического анализа и выделение объекта картографирования ( на примере Ташаузского оазиса).

3. Разработка методики построения комплекса эколого-гидродинамических карт.

4 Осуществление предварительного эколого-гидродинамического

районирования (на примере Новомосковского промрайона). В диссертации защищается содержание эколого- гидродинамического анализа и методика построения комплекса гидродинамических карт, с помощью которых он осуществляется, т. е.

1 Принципы и содержание комплексного эколого-гидродинамического анализа и выделение объекта картирования.

2 Содержание и методика построения карт типов гидродинамических структур.

3 Содержание и методика построения карт типов гидродинамических взаимодействий латерального потока с внешней средой и их изменений во времени.

4. Результаты применения комплексного эколого-гидродинамического анализа для территории Ташаузского оазиса.

5. Результаты применения комплексного эколого-гидродинамического анализа для территории Новомосковского промрайона. Реализация предложенной методики позволит повысить качество

эколого-гидрогеологических исследований, так как их традиционная методика существенно дополнена, что повышает ее информативность.Предложенный комплекс исследований можно

осуществлять на разных стадиях работ, и полученные результаты могут быть направлены на совершенствование планируемой сети мониторинга подземных вод, повышение достоверности математических моделей, составление прогнозов состояния окружающей среды. Научно -методические результаты, полученные в процессе исследований для данных гидрогеологических условий, могут быть использованы и для других территорий. Организации мониторинга подземных вод осложняется многофакторностью ситуаций, влияющих на условия загрязнения подземных вод и экологическую обстановку конкретного района в целом. Комплексный учет действия природных и техногенных процессов проявляется по площади и разрезу территории и может быть выполнен методом эколого-гидродинамического анализа. Он базируется на построении серии аналитических карт ( гидродинамических, строения зоны аэрации и защищенности подземных вод).

Под эколого-гидродинамическим картографированием понимается построение комплекса специальных гидродинамических карт. В зависимости от проектной задачи число карт может варьировать. Совместно с И.К. Гавич автором была разработана и реализована для двух объектов методика построения следующих карт:

1) регионального и локальных потоков,

2) типов гидродинамических структур потока,

3) типов гидродинамических взаимодействий латерального потока с внешней средой и их изменений во времени,

4) градиентов или относительной гидродинамической плотности потока,

5) единичных расходов потока.

Краткая характеристика картируемых объектов.

Апробация эколого-гидродинамического анализа как метода исследований проводилась на двух примерах гидрогеологических обстановок. К рассмотренным гидрогеологическим условиям относятся два района. Первый - аридный район с весьма активным инфильтрационно-стоковым режимом грунтовых вод. Инфильтрационный водообмен создается техногенными факторами -фильтрацией и инфильтрацией из коллекторно-дренажной сети, а также инфильтрационным потоком от орошения (Ташаузский оазис). Второй -район с умеренным климатом, расположенный в пределах Среднерусской возвышенности, на южном крыле Московского артезианского бассейна, где: а) уровенный режим не только грунтовых, но и артезианских вод зависит от метеорологических факторов, б) кроме того, основную техногенную нагрузку создает все возрастающий водоотбор подземных вод, как для нужд водоснабжения, так и для шахтоосушения.

Часть ГЛАВА i Экодошо-видроЯин&мичвский внапиз основные понятая.

1- /. Роль гидродинамических условий.

Экологические аспекты в гидрогеологических исследованиях заняли в настоящее время одно го главных мест ввиду того, что экологическое состояние окружающей среды стало определять жизнь к деятельность людей В соответствии с новыми задачами требуется внести существенные изменения в традиционные приемы гидрогеологических исследований, в частности, в гидрогеологическое картирование. Эти изменения связаны в первую очередь с тремя особенностями экологических воздействий; их локализацией, способностью развиваться и оказывать неблагоприятное влияние на окружающую среду, в том числе на гидролигосферу. Экологические процессы возникают под воздействием самого человека, поскольку пезультаты его

ё/ Л ш.'

хозяйственной деятельности изменяют пр иродно-социал ь ную обстановку. Эти процессы охватывают ландшафтную оболочку ( приземную часть атмосферы, водные объекты, растительность, рельеф, почвы, подпочвенный слой), верхнюю часть гидролитосферы, главным обвазом зош активного водообмена и элементы техноссЬевы (

Л > < JL А V

водозаборы, гидротехнические сооружения,, шахты, городские и промышленные агломерации и т.п.. У Это означает, что развитие процессов в верхней зоне гидролитосферы в этих условиях не может регулироваться естественными факторами и нуждается в управлении. В значительной мере это относится к гидрогеологической обстановке, для которой техногенные воздействия наиболее ощутимы. Однако управлять этими процессами, це зная характера и зоны их развития нельзя, и

и

поэтому необходимо выявить, особенности развития этих процессов и определить тот природно-техногенный таксон, в пределах которого управление эколого-природно-техногенными процессами возможно, целесообразно и эффективно

Важно отметить, что эколого-техногенные воздействия неравномерны в пространстве и времени и локализуются далеко не всегда вблизи объекта, их вызвавшего. Техногенно-экологичсское воздействие на изменение механических, физических, химических свойств и состояний самой горной породы не такое, как на содержащуюся и дешкущуюся в ней воду или на объект, с которым связаны процессы водо-, тепло- и массообмена (их переноса, транспортировки V Результат воздействия на горную породу локализуется обычно вблизи инженерно-хозяйственного объекта, тогда как результаты водо- , тепло- > массопереноса охватывают значительно большие площади. и объемы гидролитосферного пространства, оказывая нередко существенное косвенное влияние на соседние инженерно-хозяйственные и природные гидрогеологические объекты.

Ведущая роль гидродинамических условий в массопершосе и формировании гидрохимической и санитарно гигиенической обстановок общепризнана ,

Однако, при гидрогеологических и эколого-геологических исследованиях традиционно выполняют, как правило, построение карт пьезометрической поверхности, глубин залегания грунтовых вод,( мощности зоны аэрации ) и скоростей потока Требования к качеству и количеству используемой информации, содержательном}' анализу перечисленных карт практически определяются только

профессиональным опытом и интуицией гидрогеолога. Используется, но не определено, 'понятие экологоч идродинамический анализ применительно к гидрогеологическим исследованиям, особенно связанным с зколого-гидрогеологическим обоснованием агромелиоративных, градопромышленных и других проектов, решением природоохранных проблем, созданием различного назначения мониторинга подземных вод.

Возросшая научная и практическая значимость эколого-шдрогео-логических исследований требует развития гидродинамических

исследований. В 1990 - 92 гг. И . К . Гавйч предложено ввести понятие «эколого-гцдро динамический анализ».

ЭГДА - совокупность исследований, результаты которых позволяют выяснить факторы, формирующие основные тенденции в развитии гидродинамической обстановки и выделить существующие и потенциально опасные с экологических позиций участки после выполнения экологоггидродинамического районирования. ЭГДА производится по комплексу специально построенных карт ( гидродинамических ). Они характеризуют пространственно-временной тип структур латерального потока подземных вод, типы его гидродинамических взаимодействий с окружающей средой, распределение по площади единичных расходов потока (я - Т*Г), относительной плотности (или градиентов 1 = у/к) и скоростей потоков

( v ^ V х У •

Комплекс таких карг позволяет выделить региональный и слагающие его локальные и элементарные потоки ЦЩ, провести гидродинамическое районирован^ и выявить действующие механизмы

массопереноса вещества и возможные количества загрязняющих компонентов^ перемещающихся или накапливающихся в исследуемом потоке подземных вод.

Основным объектом эколого-гидрогеологического картирования является речной гидролитосфврный бассейн

Если принять за базис выделения подсистем, определяющих эколого-гидрогеологический таксон, закономерности локализации процессов водообмена (в первую очередь - фильтрации ), то можно полагать, что в пределах этих границ будут локализованы зоны влияния и всех других процессов, то есть подсистем.

РйЗВИВйй СИСТЕМНЫЙ ПОДХОД ПрИГуг^НЙ'ШДЪНО К | Д |3 С) I С О Л ОI ИЧ С С КИ м

исследованиям, еще в начале 70-х гг. И. К. Гавич было предложено в качестве гидрогеологических таксонов гидролитосферы использовать понятие «гидрогеологическая система» - некоторая целостная

совокупность гидрогеологических элементов, определенным образом взаимодействующих между собой и с внешней окружающей средой. Следуя А. М. Овчинникову ( 1947, 1953 ), Г. Н. Каменскому ( 1947, 1959 ), иерархия гидрогеологических систем связывается с иерархией речных бассейнов и гидрогеологических структур. Так как развитие и протекание всех процессов в гидрогеологической системе, в первую очередь, определяется гидродинамическими процессами, следуя Г. Н. Каменскому ( 1935,1943 ) иерархия гидрогеологических систем связывается с типами потоков подземных вод ( И. К. Гавич, 1964, 1973, 1978, 1988).

Речные бассейны и, связанные с ними, потоки подземных вод позволяют выделить объемы гидролитосферного пространства, которые

рассматриваютс-я как гидрогеологические системы определенного

**олтттгго^о г»лсгооттттт.та .г» гт/лп¿тл/тт<ллтттт.тллх плпафлт^о*иI таг/\ тхтттаг ттттлрл 1>1^ииаиа5 ч/оЯ^зиххххгму V ниоурлш;^ 1 понуш 1ш и ги'игх ппих у

т7ллсгтт1го ТТттг» ттгч тт гт!тгплгалплгт-птархл1та ^олиртб о олтглилг»ихт v глт-гзлтггло

ич/улдгчи. -1_ГЛЧ/.>АЧ/ XX I Ч/Ч^А^А ХА' У1>Л/Х11ь' А А>С* А* АIV/^АААЭА /V 1

и комплексов, входящих в эту систему, определяются условиями залегания горных пород, литолого-фациалькым составом, структурно-тектоническими и геоморфологическими особенностями. Эти условия определяют в значительной мере пространственно-объемную форму гидрогеологической системы. Им отвечают определенные формы и виды питания и разгрузки, связи подземных вод с атмосферой, наземной гидросферой, определенные закономерности в условиях их движения и режима, формирования баланса и ресурсов, химического состава и минерализащш. Такой бассейн целесообразно назвать речным гидролитосферным бассейном.

Предлагаемая бассейновая таксономия в известной степени отвечает иерархии систем биофитоценоза и бассейновому водохозяйственному и территориально-производственному районированию, при котором конечным таксоном является хозяйственный или территориально-производственный оръект в границах некоторого водосбора.

Обратим внимание, что техногенно-экологические воздействия на гидрогеологический объект и окружающую среду формируются и проявляют себя по видам и механизмам переноса энергии и вещества в двух аспектах: а) проявление этих взаимодействий идет как развитие фильтрационных гидрохимических процессов гидрогеологической среды, б) многие аспекты техногенных взаимодействий обусловлены технологическими особенностями инженерных сооружений. Однако, первое обстоятельство позволяет приближенно оценивать масштабы влияния техногещю-экологических процессов по аналогии с

гидрогеологическими, включая перенос специфических компонентов. В таком случае, применительно к вертикально-латеральному ( штфильтрационно-фшшграциошюму ) переносу загрязнений и развитию экологически опасных процессов можно использовать понятие экологического стока, а водосбор, в пределах которого формируется и аккумулируется этот сток, назовем бассейном экологического стока.

Итак, речной эшлого-гадролишсферный бассейн включает определенный объем гидролитосферного пространства, связанный морфогенетически с потоками подземных вод и речным бассейном того или иного масштаба и базисом дренирования, в пределах которого локализуются основные эколого-техногениые" воздействия,

Речной 1 идроли госферный бассейн - это 1 фиродно-техногенная гидрогеологическая • система, имеющая определенную иерархию и строение, позволяющая оценивать, прогнозировать и рационально управлять в ее границах развитием эколого-техногенной гидрогеологической обстановки.

Границы этой системы определяются как границы трех сопряженных бассейнов - речного поверхностного стока, подземного и экологического стоков.

Выявление масштаба и контуров речного гидролитосферного бассейна выполняется на топографической Основе более мелкого масштаба, чем исходный, на которой показана основная речная и техногенная гидрографическая сеть, а также основные источники загрязнения и объекты техногенного воздействия. Устанавливается по принятым в гидрогеологии правилам (/1Хо1!) категория и определяется водосборная

площадь всего речного бассейна или его части, соответствующей площади исследуемого подземного потока. Для этого на тот же топографический бланк выносятся опорные точки, по которым строится схематическая карта гидронзопшс. На ней по правилам построениям гидродинамической сетки проводятся граничные линии тока и напора, и выделяется водосборная площадь подземного бассейна ЩЩ.

7*1

1.2 Выделение речного гидролитосферного бассейна и объекта картирования.

Согласно принципам, изложенным выше, прежде, чем строить эколого-гидрогсологические карты, необходимо установить масштаб и контуры РГЛБ - как таксона, в пределах которого будет проводиться картирование Выявление масштаба и контуров РГЛБ выполняется на топографической основе более мелкого масштаба, чем исходный, на которой показана основная речная и техногенная гидрографическая сеть и основные источники загрязнения. Устанавливается по принятым в гидрогеологии правилам категория и определяется водосборная площадь всего речного бассейна или его части, которая соответствует площади исследуемого подземного потока ). Для этого предварительно на тот же топографический бланк выносятся опорные точки, по которым строится схематическая карта гидроизогипс. На ней по правилам построения гидродинамической сетки проводятся граничные линии тока и напора, которыми выделяется водосборная площадь подземного бассейна ). На этот же топографический бланк выносятся основные объекты техногенно-экологического воздействия, например, орошаемая площадь, коллекторно-дренажная и канальная сеть, крупные населенные пункты), загрязненные реки и т.п. Предполагается, что эти объекты могут вызвать загрязнение почв, пород зоны аэрации, грунтовых вод, растительности, связанной с грунтовыми

Условные обозначения к схеме положения картируемого объекта в пределах РГЛБ с картой локальных' потоков.

65Г-— гидроизогипса и ее отметка, м.

---локальный поток и ого номер,

/ Контуры бассейнов г

щ у' подземного стока;

пов&рхностного стока и техногенно-экологического в о® действия (I - основной, локальный);

Объекты техногенно-экологического воздействия?

оросительный кайал; : 1' дренажный коллектор;

крупная рака;.

крупный населенный цудат. , Горизонтали, м:

.¿■р_- основные;

дополнительные»

л '&Г • тригонометрический пункт, отметка в м. * опорная скважина. - -

1 Опорный гидродинамический разрез.

водами, подтопление территории и т.п. В настоящей работе не рассматриваются объекты, поставляющие загрязнения воздушным путем. Дня более четкого понимания условий формирования зколо-го-техногенных воздействий на гидрогеологическую среду исследуемого района, для которого составляется комплекс рекомендуемых карт, целесообразно вблизи границ картируемой площади поместить техногенные объекты, могущие оказывать косвенное или опосредованное, но значительное влияние на эколого-тех-ногенное состояние бассейна подземного стока. Экспертным анализом с использованием имеющихся материалов проводится оценка всей информации, нанесенной на исходный бланк, и определяются границы РГЛБ и положение на его территории объекта, для которого будут составляться рекомендуемые карты.

На рис. £. приведена схема определения картируемого объекта в пределах принятых границ РГЛБ, располагающегося в пределах равнинной аридной территории, где основными источниками эколого-техногенного воздействия на гидрогеологическую среду являются агромелиоративные и хозяйственно-бытовые объекты. Как видно, фрагмент территории, для которой будет рассмотрена методика построения рекомендуемых эколого-гидро-геологических карт, занимает только незначительную часть РГЛБ. При этом даже в принятом для удобства изображения достаточно мелком масштабе показан не весь РГЛБ, Площадь картируемого фрагмента выделена по контурам бассейна подземного стока. Для лучшего понимания гидродинамической структуры бассейна подземного стока и соотношения базисов поверхностного речного

I V»

и подземного стоков целесообразно построить опорный гидродинамический разрез по линии генерального стока и максимального изменения уклона регионального потока, Такой разрез представлен на рис. 3. Как видно, озеро.является основным базисом речного, и подземного стока для выделенного РГЛБ и картируемого объекта, однако р А не является главной областью формирования латерального стока картируемого регионального потока. В потоке , как показывает схематическая гидродинамическая сетка, представленная некоторой системой линий токов и напоров, выделяются три подпотока: верхний - ирригационш-инфггльтрационньш, средний - фильтрационный и нижний - глубинно-латеральный. Верхний и средний формируются в пределах исследуемого фрагмента бассейна за счет стока р.А, ирригационного стока и инфилътрационно го питания- от орошения. Нижний подпоток уходит за пределы картируемой площади и, также как р. А, может принести с собой опосредованные загрязнения, формирующиеся за его пределами.

Поверхности, разделяющие в пространстве поддотоки, можно назвать поверхностями эколого-гидродинамического равновесия. Выше первой поверхности, загрязнения, попавшие в поток, могут быть по-видимому достаточно быстро удалены различными инженерными мероприятиями, на что указывает гидродинамическая структура потока, четко адаптировавшаяся к воздействующим да поток гидродинамическим техногенным факторам (каналам, коллекторам ). Следовательно, в этой части потока управление его динамикой и гидрохимией может быть достаточно эффективным. Загрязнения, попавшие ниже поверхности, отделяющей глубинно-латеральную часть регионального -потока, удаляются очень сложно.

Рис-*с „Схематическая' карта грщроизргипс • глубинного* грунтового потока.

Гидроизогипсы;

67,2

Наблюдательные скважины: вверху-номер, в числителе - значение отметки УГВ, при заглублении фильтра под УГВ более Юм, в знаменателе - то лее более 20м.

<

Таким образом, в региональном грунтовом потоках значительной мощности ( более 30-40 м ) формируется пространственная структура потока, внутри которой появляются гидродинамические поверхности, разделяющие поток до вертикали на две и более частей, В пределах каждой создается своя гидродинамическая и, как следствие, своя эколого-гидрохцмическая обстановка.

Фрагмент, на котором излагается методика построения предлагаемых к использованию эколого-гидрогеологичееких карт, является упрощенной схемой реального объекта. Карта гидроизогипс, характеризующая верхний подпоток на этом реальном объекте, приведена на рис. 1. Для подтверждения существования пространственной структуры регионального потока, на рис.2,, приведена карта гидроизогипс, построенная по скважинам, фильтры которых были установлены на глубине 15-25 м ниже уровня грунтовых вод. На этой глубине хорошо фиксируются подземные водоразделы, что связано с активным влиянием орошения. Аналогичная картина прослеживается и на рис. §., если анализировать структуру потока на линии горизонтального среза, отвечающего отметкам 55-60 м.

Все сказанное имеет более общее методическое значение. Анализ пространственной структуры потока важен при проведении эколого-гидрогеологичееких съемок, при выполнении гидрогеологического обоснования мониторинга подземных вод, при проведении изысканий в связи с оценкой запасов грунтовых вод для водоснабжения, при решении других экологических задач. В настоящее время принято схематизировать грунтовый поток как плановый. Выделение и описание РГЛБ показывает, что такая схематизация дает приемлемые результаты при малой мощности грунтовых вод. В грунтовых потоках значительной мощности, а также цри наличии в них невыдержанного лоскутного

водоупора создаются условия для формирования пространственной гидродинамической и, следовательно, гидрохимической структур потока.

В этом случае нельзя без должного анализа пользоваться плановой схематизацией и строить одну карту по данным скважин, фильтры которых расположены на существенно разных глубинах относительно уровня грунтовых вод, В таких условиях целесообразно строить карты-срезы, как гидродинамические, так и гидрохимические. Такой анализ необходим при планировании и проведении изысканий, организации мониторинга подземных вод и крайне важен при решении экологических задач и задач по охране подземных вод от загрязнения.

с

1.3. Эквл&го-гидродцнамический анализ как иструмект картирования,

Гидрогеологическое картирование - метод выявления связи подземных вод с геологическими формациями, структурами, ландшафтами» поверхностными водами и антропогенными объектами ( ), Под влиянием инженерно-хозяйственной и другой деятельности человека, происходит изменение природных свойств и процессов, возникают новые или изменяются уже существующие техногенно-гидрогеологические процессы. Это вызывает изменение гидрогеологических условий и, как следствие, ландшафтно-климатических, инженерно-геологических^ социальных., хозяйственных условий в окружающей среде. Когда при экологической оценке речь идет об установлении качества гидрогеологической среды, то имеются в виду ее свойства как водовмещающей среды и свойства самой подземной воды, определяющие ее количество и качество. Выделенные выше в экологической оценке аспекты не равнозначны по содержанию сложности такой оценки и наличию нормативных показателей и критериев, с помощью которых такая оценка может быть выполнена. При отсутствии таких показателей и критериев оценка может осуществляться на базе знания механизма влияния изменений гидрогеологической среды в указанных выше аспектах (что и используется в настоящей работе).

Наиболее подвержены эколого-техногенному воздействию грунтовые воды, для которых характерен той или иной интенсивности вертикальный инфильтрациоиный водообмен, С гидродинамических

позиций это означает, что уровенная поверхность грунтового потока является особой цоверхностью, так как она , с одной стороны, характеризует распределение пьезометрических напоров потока по площади ( карта гидроизогипс ), а с другой стороны - через каждую единичную ее площадь проходит вертикальный инфильтрационный поток ( линия тока ) определенной интенсивности. В результате, в грунтовом потоке всегда существует пространственная трехмерная гидродинамическая структура. При решении различных геофильтрационных задач ( подпор, дренаж и пр. ), когда главным объектом исследований является определение водной массы потока, принято с допустимой погрешностью сводить трехмерный поток к одномерному линейному или плановому инфильтрационному потоку. Для этого разработаны соответствующие методы схематизации потока и методика построения карт гидроизогипс. Такой упрощенный подход при решении экологических задач не является вполне оправданным.

Для выполнения более углубленного и обоснованного гидродинамического анализа существующих и прогнозируемых гидрогеохимических и экологических обстановок И. К. Гавич предложено ввести в практику новый метод гидрогеологических исследований - специальный эколого-гидродинамический анализ (-<¿/<3). Эколого-гидродинамический анализ ( ЭГДА ) - комплекс исследований, в ходе которых выявляются главные факторы, отвечающие за формирование и развитие гидродинамической обстановки, проводится картирование существующей и прогнозируемой обстановок, выделяются существующие и потенциально опасные с экологических позиций участки на изученной территории речного гидролитосферного бассейна.

ЭГДА выполняется по комплексу гидродинамических карт, которые строятся по определенной методике. Исходный объем информации.

необходимый для реализации всех возможностей ЭГДА, построенного на системно- информационных принципах изучения и картирования речного гидролитосферного бассейна, отличается от традиционного по содержанию и полноте сйиска показателей. Число и конкретное содержание карт может быть различно и диктуется целевой направленностью их построения ( для обоснования мониторинга качества подземных вод, для оценки техногенного воздействия на подземные воды и т. п.)- Как видно, оно может быть сужено или расширено. В целом же комплекс аналитических и синтетических гидродинамических карт предазначен для экологической оценки изменений гидрогеологических условий при решении задач рационального использования и охраны подземных вод от загрязнений и неблагоприятных техногенных воздействий.

Под эколого-гидродинамическим картированием в данной работе понимаем построение следующего комплекса специальных гидродинамических карт:

1) пьезометрической поверхности потока,

2) типов гидродинамических структур потока,

3) типов гидродинамических взаимодействий латерального потока с внешней средой и их изменений во времени,

4) регионального и локальных потоков,

5) градиентов или относительной гидродинамической плотности потока (I = V \ к ),

6) единичных расходов потока ( ч = Т*1),

7) гидродинамического районирования,

Исследования, выполненные автором совместно с И. К. Гавич в 19891996 гг., позволили разработать методику названных карт и апробировать ее на ряде объектов. Совместно с математиками создана

прикладная система, позволяющая во многом автоматизировать построение указанных карт на персональном компьютере. Ниже изложена методика построения названных карт.

Гпава 2. Оценка принципов и подходов при эколого-гидрогеологическом картографировании.

Необходимость тщательного анализа всех внешних и внутренних особенностей эколого-гидрогеологичееких систем связана с непосредственной активной связью грунтовых вод, а зачастую и напорных вод, с граничными системами, подразумевающими и среду обитания человека. Для отражения сущности и специфики экологической составляющей необходим выбор комплексных эколого-гидрогеологичееких показателей. Организация мониторинга подземных вод как системы, позволяющей получить исходную информацию об их состоянии, осложняется многофакторностью ситуаций, влияющих на условия загрязнения подземных вод и экологическую обстановку конкретного района в целом. В настоящее время все специалисты рассматривают мониторинг окружающей среды как целенаправленную многофункциональную иерархическую систему наблюдений

Однако при определении конечной цели деятельности этой системы наблюдений существуют три различных подхода: а) контрольно-диагностический ( М; б) контрольно- прогностический (Л', в) контрольно-прогнозно-

управленческий (лЧ^/).

При контрольно-диагностической цели главная задача мониторинга - слежение з< уровнем изменения различных показателей и состоянием объекта в целом как в естественной, так и техногенно измененной обстановке, оценка происходящих количественных изменений и выявление факторов, их обуславливающих. Контрольно-прогностический мониторинг констатирует существующие в данный момент условия изменения природно-техногенной обстановки на объекте наблюдений и прогнозирует изменение этой обстановки под влиянием действия различных факторов, главным образом, негативно влияющих на экологическое состояние объекта. Контрольно-прогнозно- управленческое назначение мониторинга предполагает все вышеназванные функции, а также выдачу

рекомендаций по устранению негативных изменений, что весьма существенно. Представляется наиболее правильным опреление мониторинга, приведенное в работе И.П. Герасимова (/£): ...мониторинг - это система наблюдений, контроля и управления состоянием окружающей среды, осуществляемая в различных масштабах, и в том числе в глобальном. Такое назначение мониторинга определяет представительность объектов слежения, их достаточную плотность,соответствующий объем информации о них и комплекс методов, с помощью которых эта информация обрабатывается, Место и роль в общей системе мониторинга антропогенных изменений состояния природной среды мониторинга подземных вод весьма существенны.

Комплексный учет действия природных и техногенных процессов проявляется по площади и разрезу территории и может быть выполнен методом эколого-гидродинамического анализа. Он базируется на построении серии аналитических карт ( гидродинамических, строения зоны аэрации и защищенности подземных вод ).Карты - это не только средство и способ изображения, но и предмет изучения состояния объекта в пространстве и времени (/^.Представляемый метод комплексного эколого-гидродинамического анализа использует данные мониторинга как информационную базу, и также позволяет усовершенствовать качество этой информации, решая задачи рационального размещения наблюдательной сети.

Подчеркнем, что предложенный метод эколого-гиАродиилмического анализа, может весьма точно подготовить основу, как для первого у этапа деятельности ИзБлюдеими, так и для корректировки коне^уп ной цели деятельности сметемь\, то еёть ой Универсально упот-ре<5/*ется на всех этапах; ее фУнкц^оычрованмя и это ееть основ-нбе его практическое применение.

При контрольно-диагностической цели главная задача мониторинга - слежение за уровнем изменения различных показателей и состоянием объекта в целом как в естественной, так и техногенно измененной обстановке, оценка происходящих количественных изменений и выявление факторов, их обуславливающих. Контрольно-прогностический мониторинг констатирует существующие в данный момент условия изменения природно-техногенной обстановки на объекте наблюдений и прогнозирует изменение этой обстановки под влиянием действия различных факторов, главным образом, негативно влияющих на экологическое состояние объекта. Контрольно-прогнозно- управленческое назначение мониторинга предполагает все вышеназванные функции, а также выдачу рекомендаций по устранению негативных изменений, что весьма существенно.

Еще раз шдмирш-шм определение мониторинга, приведенное в работе И.П. Герасимова (лц): ...мониторинг - это система наблюдений, контроля и управления состоянием окружающей среды, осуществляемая в различных масштабах, и в том числе в глобальном. Такое назначение мониторинга определяет представительность объектов слежения, их достаточную плотность,соответствующий объем информации о них и комплекс методов, с помощью которых эта информация обрабатывается.

Мониторинг подземных вод представляется как целенаправленная система повторяющихся наблюдений за изменением состояния и качества подземных вод под воздействием природных и техногенных факторов, в пределах определенным

образом выделенной эколого-гидрогеологической системы (природная или природно-технотенная гидрогеологическая система, границы которой определяются совмещением бассейнов подземного, поверхностного и экологического стоков). Мониторинг организационно и методически связан с решением контрольно-диагностических задач, прогноза и управления режимом и качеством подземных вод. Эколого-гидрогеологическое иследования по условиям, определяющим вероятность загрязнения подземных вод, требует рассмотрения таких факторов, как интенсивность инфильтрационного водообмена (что в свою очередь включает оценку климатических, геоморфологических, гидрологических и гидрогеологических условий), степени нарушенности техногенно измененных гидрогеологических условий, режима подземных вод, гидродинамических параметров и условий их изменений. Эти вопросы исследовались многими авторами (Ю.О. Зеегофер, В.Т. Трофимов, В.А. Кирюхин, B.C. Ковалевский, Н.В. Роговская, С.М. Семенов, В.М. Шестаков и др. ). Классификация объектов изучения подробно исследовалась В.А. Кирюхиным и др. В работах по мониторингу используются карты изменения гидрогеодинамических условий ( Л.Г. Соколовский ), разрабатывались основы гидрогеологического мониторинга в плане слежения за гидродинамическим режимом эксплуатируемых водоносных горизонтов. В качестве основы характеристики экологического состояния подземных вод используется гидродинамика и функциональное использование территории (JI.A. Островский и др. ).

Организация мониторинга подземных вод согласно предлагаемому системно-информационному принципу базируется на результатах последовательно проводящихся специальных анализов:

1. ландшафтно-климатического,

2. техногенного,

3. общегидрогеологического,

4. эколого-гидродинамического,

5. эколого-гидрохимического,

6. экологического.

Основным среди них, определяющим исходные принципиальные позиции и всю последующую стратегию и тактику организации эколого-гидрогеологического мониторинга является эколого-гидродинамический анализ. Его результата определяют: а) границы бассейна подземного стока, их соотношение с границами бассейнов поверхностного и экологического стоков, а, следовательно, границы эколого-гидрогеологической системы; б) Общую структуру этой системы, число и характер составляющих ее гидродинамических и гидрохимических локальных потоков и их развитие во времени; в) тип, количество и направление всех взаимодействий и экологического стока в целом по площади и во времени. Первые три типа анализов из вышеназванных исследуют и устанавливают главные факторы, определяющие характер гидродинамического, гидрохимического и экологического стоков.

Два следующих устанавливают обстановку, направление, интенсивность,

качественное содержание и распределение экологического стока в пределах эколого-гидрогеологической системы и составляющих ее локальных потоков, Необходимость переоборудования сети наблюдений возникает вследствие изменения структуры эколого-гидрогеологической системы. Завершающий экологический анализ позволяет на основе фактических наблюдений по распределению различных загрязняющих компонентов в подземных водах установить наиболее экологически напряженные зоны, требующие

первоочередного внимания и принятия определенных рекомендаций и решений по уменьшению этой напряженности.

В соответствии с определенной целью, система мониторинга должна включать выполнение следующих технологических функций: а) проведение наблюдений с целью получения информации о показателях состояния подземных вод, в том числе природных и техногенных (загрязняющих) компонентов окружающей среды, взаимосвязанных с подземными водами; б) первичная обработка и обобщение данных наблюдений; в) оценка состояния подземных вод и контроль за соответствием его показателей требованиям мониторинга (т.е. нормативов, стандартов, а также результатам ранее выполненных прогнозов и рекомендаций по охране и управлению режимом и качеством подземных вод ); г) регулярное прогнозирование изменения состояния подземных вод и выдача соответствующих

о

рекомендации по поддержанию, охране или улучшению эколого-гидрогеологического состояния подземных вод; д) подготовка и ведение информационных баз данных, обеспечивающих оценку и контроль состояния подземных вод, проведение прогноза его изменения, учет и оценку эффективности проведенных мероприятий; е) информационное обеспечение запросов о состоянии подземных вод.

Часть2. Глава L Особенности гидрогеологических условий Ташаузской эколого-гидрогеологической системы.

Ландмафтно-климати чески е особенности.

В географическом отношении район исследований расположен в пределах Турайской низменности на левобережье Amv-Яяпьи Ня чяпяле он граничит с плато Устюрт, на юге примыкает к Севепным капатсумам

1 ' 1 ..... -"х-----------г -—J---------

Он представляет собой плоскую равнин)' с отдельными небольшими возвышенностями, пересеченную руслами древних и современных водотоков., и расположен в зоне нетропических пустынь На территории равнины сформировались внутриоазисные шоры и заболоченные учясткр Магигтпяпьчыми к-ачаттамн бетчпими rohv из Amv-Ляпьи

j ------------1---------------------------------у--r j -,---------r^j--------.j £----,

являются: Совет-яб, Клычниязбай, Джумабай-сака, Шават, Газават. Они имеют небольшую глубину воды( 1- 2м) при ширине потока 10 -30м, которая уменьшается от головы к хвостовой части. Наиболее крупные

кгтпектлтл ТТяпьятттлтг и Очептдй ттпглттп-ятит*т тто ттпртптом m/глтям Дллл/-

Дарьи и существовали до 1962г. Глубина воды в них в среднем 3 - 5м при ширине русла 5 -10 - 50м, которое увеличивается по течению к

«vienv Ряпкгк-амьЧП

--~fj ---— ■

Игтиганионная сеть игоает естественную. но шзную роль в

JLX-1 х л J ' х J х

формировании эколого-гидрогеологической обстановки. Различная густота оросительной и дренажной сети, различные типы ее гидравлической связи с грунтовым потоком определяют разные

' 'X X j х * * х

начальные и последующие условия проникновения загрязняющих

компонентов в подземные воды ( вертикальная миграция ^ и перемещение их в самом потоке ( горизонтальная миграция ).

Район характеризуется резко континентальным климатом с высокими суточными (до 20") и годовыми (до 75") амплитудами колебания температур, жарким летом и короткой холодной зимой. Средняя

о

многолетняя годовая температура составляет 12,9 С- Среднегодовая многолетняя сумма осадков составляет 106мм при большой шмшчивосш в отдельные годы от 50 до 250мм. Годовые величины испаряемости составляют 1300-1500мм. Резкие колебания температур* очевидно, способствуют образованию конденсационной влаги, которая может участвовать в формировании инфильтращшнного *титакия.

Ррпттгп-гтпмктмпиыр пгпЛриипгти пррипиа^

Район работ входит в состав эпигерщшской платформы Туранской плиты, В качестве основных стпуктуп на исслеяуемой тегтитопии

---------—---------------------— !- „•---¿г-----------—V-------- г I-----х----

Выттеггатптга ( 'рирпп-Угттптгк-яя н Ам\-'Iяпкмнг к-яа гине^пты и

Туркменская антеклрза. Породы фундамента^ представленные палеозойской системой, залегают на глубине 2500м,

Отложения четвертичной системы широко развиты и покрывают сплошным чехлом нижележащие отложения на всей территории, за исключением неогецовых плато Устюрта и возвышенностей связанных с

выходом более древних пород и останцев неогена. При этом их

>

мощность достигает в отдельных местах 80 - 90м, а у бортов Устюрта они выклинившотс», Четвертичная толщ^алегает, в основном, на неогеновых образованиях, а на северо-востоке - на верхнемеловых и частично на палеозойских, Четвертичные отложения подставлены частым переслаиванием песков, супесей, суглинков и глин. Пески тонко-

и мелкозернистые, разнозернистые, супеси, и суглинки часто бывают слюдистыми, а глины тугопластичными. На фоне частых фациальных переходов литологических разностей, как в плане, так и в разрезе, наблюдаются .определенные закономерности в их распределении.

Четвертичные о тложения, распространенные на юге региона, представлены, в основном, песчаными разностями, с редкими и маломощными прослоями глинистых пород, которые приурочены к верхней части разреза. В направлении с юга на север и с востока на запад в разрезе увеличивается доля суглинков и глин, причем в верхней части разреза. Такая закономерность распространения верхнечетвертичных и современных отложений связана с их генезисом - в основном, это аллювиальные дельтовые отложения палео-Аму-Дарьи,

В формировании четвертичных О^./иэтложений принимали участие морские неогеновые образования, глинисто-мергелистые палеоген-неогеновые отложения. В связи с этим четвертичные отложения очень неоднородны по составу: зернистости, глинистости, засоленности.

Повсеместно в регионе выходят на поверхность нерасчлененные породы верхнечетвертичного-современного возраста (Г) представленные песками, супесями, суглинками, глинами. Только в долинах древних русел р. Аму-Дарьи четко выделяются современные аллювиальные отложения ( аО /^представленные песками и супесями мощностью 3-1 Ом.

Гидрогеологические условия исследуемой территории,

' ' /

/ ■ ; ✓ ✓ ' /// ,'Тлшлуз

J.0 ! тт

/ Г / у"

/ Ч N ^

N 4х

^ \

Рис.#, Выделение бассейнов грунтоьых вод (Ходкибаев^ШО), М I; 500000.

границы бассейнов

/

II

III

„-НО—

Южноприаральский бассейн грунтовых вод

ЗОшохорезмский бассейн грунтовых вод

бассейн грунтовые boa Кызылкутз гидроизагипсы УГБ

ч

чинк Устюрта.

В региональном плане главным объектом исследований является Татарский грунтовый поток, входящий в Южно-Хорезмский грунтовый бассейн, выделенный в 1970г. Ходжибаевым ( см. рис.4).

Грунтовый поток практически повсеместно заключен в четвертичных отложениях. Этот водоносный горизонт входит составной частью в неоген-четвертичный водоносный комплекс. Последний выделяется в региональных исследованиях и залегает на эоцен-миоценовой толще. Однако, как было отмечено выше,на северо-востоке района в местах выхода на поверхность верхнего мела водоносные четвертичные отложения залегают на верхнемеловых песках. Выяснение гидрогеологических условий этого района требует дальнейших детальных исследований.

Ташаузский грунтовый региональный поток по литолого- фациадьному составу пород имеет разное строение водоносной толщи, а его мощность колеблет/ся в пределах от 60-70м в местах залегания на глинах неогена до 120-150м в местах развития спорадических верхненеогеновых вод.

Особенностью строения водовмещающих пород является их неоднородность как в плане, так и в разрезе. Наиболее детально изучены свойства пород на глубину до 50м. Нижезалегающая толща характеризуется на основании общего^еолого-структурного анализа по аналогии с вышележащими водоносными породами.

Уменьшение глинистости разреза четвертичных отложений наблюдается с запада на восток и с севера на юг. Увеличение песчанистости разреза с приближением к Заунгузским Каракумам связано с песчаной толщей заунгузской свиты. На востоке региона

основной поток грунтовых вод расположен в песчаных отложениях, а в зоне Айбутирских поднятий - в суглинисто-глинистых отложения

Резко возрастает мощность глинистых отложений в центральной части региона в междуречье коллекторов Дарьялыка и Озерного и в западной части, по мере приближения к Сарыкамышской котловине.

На юге и юго-востоке региона,там, где четвертичные отложения залегают на заунгузской свите, сложенной в основном песками и песчаниками, глинистость разреза резко уменьшается.

По имеющимся данным можно заключить, что у грунтового потока с повышением глубины залегания зеркала грунтовых вод изменяется структура водовмещающей толщи. Если в 1962г. В верхней части грунтового потока глинистые разности имели мощность в основном не более 2-Зм,то к 1988г. В западной части с подъемом уровня грунтовых вод на 10-15м мощность глинистых пород в верхней части потока увеличилась до 5-12м. Это привело к тому, что ныне зеркало грунтовых вод залегает в песчаных породах на небольших площадях: в основном на западе в междуречье Дарьялыка и Озерного,а также южнее Озерного. В центральных частях оазиса, а особенно - в западных, верхняя часть грунтового потока заключена в песчаных прослоях среди глинистых пород.

Средняя глубина кровли регионального водоупора Ташаузского грунтового потока составляет около 100м при уменьшении до 50м и увеличении до 150м. Принимая в среднем изменение коэффициента фильтрации песков от 1 до 5м/сут, возможно сказать, что

г

водопроводимость грунтового потока изменяется от 50 до 750м /сут,

2

составляя в среднем около 150-200м /сут.

Так как глинистые разности четвертичных отложений приурочены в основном к верхней части разреза, при поступлении ирригационной влаги это способствует быстрому подъему уровня грунтовых вод, что существенно влияет на гидродинамическую структуру грунтового потока.

Областью питания Ташаузского грунтового потока является река Амударья, подземный сток Заупгузских Каракумов и плато Устюрт, а также инфильтрация атмосферных осадков и, самое главное, инфильтрация оросительных вод на старо- и новоорошаемых массивах и фильтрационные потоки из каналов и коллекторной сети.

Региональной областью разгрузки для грунтовых вод является Сарыкамышская впадина, которая собирает сток с плато Устюрт, с Заунгузских Каракумов и Ташаузского оазиса.

На исследуемой территории отмечается увеличение минерализации воды грунтового потока с глубиной ( Л ). Эта закономерность отмечается повсеместно, но на разных уровнях глубины. Так, воды с минерализацией до 30 г/л могут быть развиты в пределах всей толщи, а в центральных районах эта граница опускается до глубины 60 м. Отмечаются и явления инверсии минерализации. Вдоль крупных каналов распространены приканальные линзы пресных вод мощностью до 20-30 м и протяженностью до десятков километров ( я. ). В работах ( состав вод грунтового потока характеризуется как сульфатно-хлоридный натриево-магниевый. В целом можно сделать вывод, что воды грунтового потока имеют пестрый состав как в плане, так и в разрезе.

В заключение отметим, что в условиях развитого древнего орошения Ташаузского оазиса ведущая роль в формировании современного

режима грунтовых вод принадлежит ирригационному строительству, которое непрерывно развивается. В условиях весьма выровненного рельефа и активного орошения здесь сформировался ирригационно-грунтовый водоносный горизонт с преобладающими глубинами уровня грунтовых вод, не превышающим 5 м. Роль естественных факторов в формировании режима очень мала.

1 * с

ГЛАВА 2, Карта гидроизогипс, глубин залегания и типов гидродинамической связи поверхностных и грунтовых вод.

2.1. Назначение и принципы построения.

Карта гидроизогипс, глубин залегания и типов гидродинамической связи поверхностных и грунтовых вод является одной из основных карт, на базе которой выполняется эколого-гидродинамический анализ и строятся предлагаемые гидродинамические карты.

Карта гидроизогипс в обобщенном виде характеризует 1) геометрическую форму и гидродинамическую структуру регионального потоа грунтовых вод, 2) характер и строение водовмещающей среды, 3) условия взаимодействия и взаимосвязи потока с атмосферой, естественной и техногенной гидрологической сетью, 4) число и форму локальных потоков, образующих региональный поток, и условия их взаимодеиствия между собой.

На основе этой карты устанавливается площадь подземного водосбора, внешние границы таксономической единицы эколого-гидрогеологического картирования.

Основные принципы построения карты следующие ;

1) обоснование и отображение на карте всех значимых для регионального потока линейных и площадных границ, являющихся общими границами с взаимодействующими с ним ландшафтно-климатическими и техногенными системами,

2) выявление пространственной структуры потока,

3) выбор достовернрго сечения и метода построения изолиний или зон в соответствии с масштабом карты и принятым количеством исходных точек,

4) независимая проверка достоверности построенной карты.

Основной исходной информацией для построения карты являются измеренные и расчетные значения отметок пьезометрического уровня грунтовых вод а) в скважинах, колодцах, шурфах, а также в естественных точках выхода грунтовых вод на поверхность земли, б) на водомерных постах и в расчетных точках на общих границах с другими взаимодействующими системами.

Количество исходных точек должно отвечать масштабу карты, быть расположено достаточно равномерно по площади и всем общим границам и обеспечивать достоверное проведение изолиний пьезометрического уровня. 6 %

2,2, Методика построения карты,

Общие методические приемы построения карт гидроизогипс и глубин залегания грунтовых вод, изложенные в руководствах сохраняются. Следует отметить новые методические моменты.

1. Установление общих границ с другими системами.

На топографический бланк принятого масштаба последовательно наносят: а) фактические и расчетные точки, для которых указывают отметки поверхности земли, уровня воды и глубину до воды, б) всю естественную и искусственную гидрографическую сеть, в) площади, где может осуществляться интенсивное техногенное инфильтрационное питание, г) зоны, где может наблюдаться прямая или косвенная связь грунтовых вод с растительностью, морфологическими элементами рельефа и другими ландшафтными характеристиками. Выделяют условными знаками совместные границы с гидрологической, ландшафтной и техногенной системами. На всех общих границах показывают измеренные и расчетные отметки совместного пьезометрического уровня, позволяющие вычислить градиент потока вдоль всех этих границ. Анализируя глубину и характер вреза рек, озер, дрен и рельеф поверхности земли, глубину воды до них, профиль их сечения, выявляют возможную связь поверхностных и подземных вод и оставляют те из них, которыемогут оказать прямое или косвенное влияние на гидродинамику потока подземных вод. Анализируя размеры и местоположение зон, где может осуществляться активный

вертикальный инфильтрационный водообмен грунтовых вод с атмосферой и техногенными источниками питания, оставляют те,

которые принимаются за значимые.

2-Построение опорны х гидродинамических разрезов по направлению и

тл тгчл а

Ъ Jvpww í

движения регионального потока с обязательным выходом на его внешние границы.

í í -1 I Ií i I,"' j l í í t í 'i i ¿\í

i ia ptup^JttA nunujDiouJv/1

а) положение пьезометрической поверхности,

0Ч» iíí U' i'i lili i/>i,»i к i fíi т г гтг 'Ч irjr/л г гт г/га Mmnamra пл ттла/л iTanworrTarr гтатттт

/ ^/vv^ívicii kl-iwiwt^ tjmjtbIpitii,riv>nna_>v vipvvrLriv DVj/i.ww^/i^pyKctjLu.vм vpv^bi,

11 \ rirt rrrtlTrQTTTTQ TI 1 "¡ I í! J \ Til IT п«апП a/VT!QÍVrr»aTTTTT ТЛ7 TI 1 I I"« T - T : Л /1'ГП TI TV T \ ' ТЧ/Ч :T/4';'/\Tr./\I1

o) i iv/jio/rvtrii'it м i jiyvjí'inV bptia svievincnnDiA n rivtvv vw i »tnnfaiA dkjjj^kj i OrvOB,

i i-ivii iitíímivcii n rtoomiTTTiívfS r-utrnan тжпйлтглта «• it «it y Л л i тт* if/tti 1 i mil i w a ri'iiiu

пил^/дяи^па^л o j/u.jjimiiun i ri^paujimvvivuri vo/i jíi v íjjJrn vaumm пиДоАш,

г) участки, где осуществляется техногенное инфильтрационное питание.

2 ! -1 Iт /\j-iiti\iiiT I т/лI'>"4/лIчхт| :т ту, тлтхгпллтттгттп* ттттталтгтглт «аптлаптт

ш*. на испиоь ии^1|;испптл 1 «дридипшутигч/лил ралр&оии

устанавливают

а) местоположение основных областей инфильтрационного и

латерального питания и разгрузки регионального потока,

%) типы гидродинамической связи грунтового потока с поверхностными

водотоками,

в) возможное наличие подпотоков в вертикальном разрезе пегионядьного потока.

) возможное положение поверхности i идроди нами ческого

ПОШТЛЦЛЛиГГ ТТО TTfTrr»TTT¿iTT ПкТ'ТТ nATmATAl/TJ

4. Типы гидродинамической связи поверхностного водотока с грунтовыми водами устанавливают по соотношению отметок дна и уровня воды в водотоке относительно средней отметки уровня грунтовых вод вблизи водотока. Следуя (/^/£.2/) принимается следующая классификация: а) прямая гидравлическая связь ( граничное условие 1-го рода) - водоток вскрывает грунтовый поток, или уровень грунтовых вод находится не ниже 3-5 метров под его дном, б) капиллярно-гидравлическая ( граничное условие 3-го рода ) , связь - при положении уровня грунтовых вод под дном водотока не ниже, чем на 5-10 метров, в) инфильтрационная связь ( граничное условие 2-го рода ) - при положении уровня грунтовых вод под дном водотока более, чем на 10 метров.

В последнем случае связь опосредована и проявляется по схеме подземного дождевания, поступающего через дно водотока на поверхность грунтовых вод.

5. Типы гидродинамической связи грунтовых поверхностных вод с разреза переносят на карту. Используя значения глубин залегания до воды, специальным знаком выделяют по длине каждого поверхностного водотока соответствующий тип связи.

6. Возможное наличие в вертикальной плоскости подпотоков и положение разделяющей их внутренней пьезометрической поверхности устанавливают путем построения схематической гидродинамической структуры потока. Для этого на опорном

гидродинамическом разрезе на линии зеркала грунтовых вод отмечаются точки, имеющие отметки уровня, равные отметкам гидроизогипс. Через эти точки должны пройти соответствующие линии равных напоров. Зная средние значения глубины каналов, рек, и принимая мощность активной деформации потока вблизи водотоков равной 2-3 м глубинам столба воды в нем (л/ )5 определяют сферу их взаимодействия и тем самым примерную мощность верхнего инфильтрационно-ирригационного

техногенного потока. Затем схематично, согласно правил построения гидродинамических сеток (// ), проводят определяющие линии тока, характеризующие главное направление движения воды внутри грунтового потока, и линии напора. Анализируя форму полученной гидродинамической структуры потока, определяют возможное расположение иодпотоков и разделяющей их пьезометрической поверхности. На структуре нижнего глубинного нодпотока не сказывается влияние инфшгы рационного питания и гидродинамического воздействия несовершенных по степени вскрытия потока поверхностных водотоков.

7. Выделение подпотоков по глубине регионального потока дает возможность разделить исходную информацию для построения карты гидроизогипс соответственно на две группы, и тем самым оценить достаточность исходных данных для построения карт.

8. Для повышения достоверности построения карты гидроизогипс рекомендуется рценить минимальную величину расчетного сечения

д Н из условия, чтобы эта величина не оказалась близкой к случайной погрешности ее измерения ) по формуле ;

Карта гидроизогипс, глубин залегания и типов гидродинамической связи грунтовых и

поверхностных вод на 1962 г. Рис. 5".

Карта гидроизогипс, глубин залегания и типов гидродинамической.-связи грунтовых и

поверхностных вод на 1989 г.

Рис

Условные обозначения

к карте гидроизогипс, глубин залегания и

типов гидродинамической связи грунтовых и поверхностных вод.

5°

Гидроизогипса и ее отметка, м.

х.

X

Зоны глубин, м:

менее 5;

от 5 до 10;

более 10.

Тип гидродинамической связи грунтовых вод и поверхностных вод:

прямая гидравлическая (I род); капиллярно-гидравлическая (2 род); инфильтрадионная (3 род).

2 (а - н )

/ ° ^

¿Н = 2-----------------------(4.1)

п

где Н^ , Н? измеренные или рассчитанные значения отметок уровней грунтовых вод в двух любых соседних точках картируемой площади,

п - число сопоставительных разностей (не менее 20-ти ).

На карте глубин залегания грунтовых вод интервалы глубин выбираются в зависимости от целевого назначения карты. Они характеризуют изменение мощности зоны аэрации, степень защищенности грунтовых вод от загрязнений, отображают возможные виды взаимосвязей поверхностных вод с грунтовыми, а также типы гидродинамических взаимодействий, существующих между латеральным потоком и влагой в зоне аэрации, на поверхности земли и в атмосфере.

и

Заключение диссертации по теме «Гидрогеология», Булычева, Наталия Авенировна

Заключение и выводы.

Разработаны методические рекомендации и комплекс оригинальных эколого-гидродинамических карт, которые могут строиться по результатам эколого-геологической съемки общего назначения масштаба 1 : 200 ООО - 1 : 50 ООО, а также по результатам гидрогеологических и инженерно-геологических изыскании разного целевого назначения, в которых экологические аспекты занимают важное место, и в первую очередь - при обосновании и проектировании мониторинга подземных вод, реконструкции региональной и локальной наблюдательной сети.

Группа карт оценивает гидродинамические свойства и особенности потока подземных вод и включает в себя:

1) карту гидроизогипс, глубин залегания и типов гидродинамической связи грунтовых и поверхностных вод,

2) карту типов гидродинамических структур потока,

3) карту типов взаимодействий латерального потока с вертикальным из зоны аэрации,

4) карту типов изменений гидродинамических обстановок,

5) карту относительной гидродинамической плотности потока,

6) карту единичных расходов,

7) карту локальных потоков,

8) карту эколого-гидродинамического районирования. ту о

Базовой для построения всех гидродинамических карт является карта гидроизогипс, глубин залегания и типов гидродинамической связи грунтовых и поверхностных вод, информация с которой обрабатывается по специальной методике, что позволяет на ее основе 6 типов аналитических гидродинамических карт и карту районирования.

Показано, что разработанный комплекс карт и специальных разрезов позволяет получить важнейшую для экологической и общей гидрогеологической оценок информацию:

1) выделить различные типы гидродинамических ловушек, т.е. структурных зон, где создаются благоприятные гидродинамические условия для аккумуляции и последующей транспортировки поступающих в латеральный поток загрязнений,

2) определить положение региональной поверхности экологического равновесия пространственного потока грунтовых вод, ниже которой внедрение техногенных воздействий наиболее опасно, так как трудно устранимо,

3) выделить в пределах регионального потока локальные потоки, каждый из которых характеризуется своей историей развития, режимом, балансом, а, следовательно, гидрохимической и экологической обстановкой,

4) установить изменение во времени типов гидродинамических обстановок, что позволяет выделить наиболее сложные по массопереносу и санитарно-гигиеническим условиям зоны,

5) провести эколого- гидродинамическое районирование и обоснованно выделить наиболее опасные с экологических позиций участки, требующие первоочередного внимания, организации наблюдений и разработки мер к улучшению этих условий.

Предлагаемая методика эколого-гидродинамического картирования базируется на системном подходе и ориентирована на то, что основным объектом изучения является некоторый объем гидролитосферного пространства, включающий связанные определенной иерархией бассейны поверхностного речного, подземного и эколого-техногенного стоков, к^орый и назван основной картируемой единицей - речной V гидролитосферный бассейн. Эта таксонометрическая единица увязывается с принятой классификацией речных, гидрогеологических бассейнов, водохозяйственных и техногенных объектов, что позволяет при составлении карт учесть возможность использования их как базовых при прогнозировании эколого-техногенных обстановок и разработки рекомендаций по рациональному управлению развитием различных техногенно-гидрогеологических и других процессов.

Предполагается в дальнейшем продолжить разработку системных принципов гидрогеологического картирования применительно к проблемам мониторинга подземных вод.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Булычева, Наталия Авенировна, 1998 год

Список литературы

I .Натовский Г.ГТ. Отчет об инженерно-геологических и гидрогеологических исследованиях в масштабе 1: 50 ООО, произведенных в Ташаузском оазисе и прилегающей зоне. Ташауз, 1967.

2. Баяров X., Юсупова Г. Отчет по изучению режима и баланса грунтовых вод на территории Ташаузского оазиса за период с 1976 по 1980гг. Ташауз, 1983.

3. Бондарик Г.К. Общая теория инженерной ( физической ) геологии. М., Недра, 1985.

4. Бондарик Г.К. Оптимальное функционирование и устойчивость природно-технических систем. Сб. научн. тр. ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н.Костякова, М., 1996, с. 43-46.

5. Булычева Н.А. Методика построения карт типов гидродинамических структур и локальных потоков ( Тез. докл. конф. « Новые достижения в науках о Земле » ), М„ МГГА, 1992.

6. Булычева Н.А. К методике построения и анализа карты относительной гидродинамической плотности потока ( Тез. докл. конф. « Новые достижения в науках о Земле » ), М., МГГА, 1993.

7. Булычева Н.А., Гавич И.К.,Забродин А.И., Михайлова А.В. Прикладная система для решения гидрогеологических задач при обосновании мониторинга подземных вод ( Тез. докл. конф. « Новые достижения в науках о Земле » ), М., МГГА, 1994.

8. Булычева Н.А., Гавич И.К. Методика построения и анализа эколого-гидродинамических карт. « Геология и разведка », № 5,1994.

9. Булычева Н.А., Гавич И.К. Особенности гидродинамического анализа агротехногенных систем. Сб. научн. тр. ВНИИ гидротехники и мелиорации им. А.Н. Костякова. М., 1996, с. 67-69.

10. Булычева Н.А. Оценка эколого-гидрогеологических условий Новомосковского промрайона специальным гидродинамическим анализом ( Тез. докл. между народи, конф. « Новые идеи в науках о Земле » ), М., МГГА, 1997.

11. Гавич И.К., Лисенков А.Б. О концепции эколого-гидрогеологического мониторинга. В сб.тезисов докладов конференции прфессорско-преподавательского состава, научных сотрудников и студентов ин-та. « Новые достижения в науках о Земле», М. МГГА, 1992, с.58.

12. Гавич И.К.,Лисенков А.Б. Новый подход к эколого-гидрогеологическому картированию ( Тез. докл. конф. « Новые достижения в науках о Земле » ), М., МГГА, 1992.

13. Гавич И.К., Лисенков А.Б. Новый подход к эколого- гидродинамическому картированию ( Тез. докл. международн. научн. семинара « Экологическая гидрогеология стран Балтийского моря ». С-Пб. Изд-во С-Пб. гос. ун-та, 1993.

14. Гавич И.К., Лисенков А.Б., Муравьева Н.Н. Отчет по теме: « Многоцелевой эколого-гидрогеологический региональный мониторинг для решения проблемы рационального использования и охраны подземных вод аридной территории Туркмении от загрязнения и истощения », М., МГГА, 1992.

15. Гавич И.К., Лисенков А.Б. Отчет по теме: « Разработать гидродинамические и гидрогеохимические принципы обоснования мониторинга качества подземных вод. М., МГГА, НУЦ « Минеральные ресурсы »,1993.

/J <-'

16. Гавич И.К., Лисенков А.Б., Михайлова A.B., Забродин А.И., Булычева Н. А. Отчет по теме: « Разработать гидродинамические и гидрогеохимические принципы обоснования мониторинга качества подземных вод (с использованием использованием математических методов построения карт ). М., МГГА, НУЦ « Минеральные ресурсы », 1994.

17. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии. М.5 Недра, 1980.

18. Гавич И.К., Семенова СМ., Лучшева A.A. Сборник задач по общей гидрогеологии. М., Недра, 1985.

19. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии. М., Недра, 1980.

20. Гавич И.К., Семенова С.М., Швец В.М. Методы обработки гидрогеологической информации с вариантами задач. Высшая школа, 1981.

21. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. М., Недра, 1988.

22. Гавич И.К., Лисенков А.Б. Новый подход к эколого-гидрогеологическому картированию. Тр. конф. МГРИ « Новые достижения в науках о Земле », М., МГРИ, 1992.

23. Гавич И.К. Эколого-гидродинамический анализ как информационная база эколого-гидрогеологического картирования и подготовки мониторинга подземных вод. Вашингтон, США, 2-я конференция СНГ-США по гидрологическим и гидрогеологическим проблемам охраны окружающей среды. 16-21 мая 1993.

24. Герасимов И.П. Научные основы современного мониторинга окружающей среды. Изв. АН СССР, серия геогр., 1975, N3, с. 13-25.

25. Гидрогеологические аспекты в экологии. М., ВСЕГИНГЕО, 1991.

26. Гольдберг В.М , Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М., Недра, 1984.

27. Гроздова О.И. Мониторинг подземных вод. Обзор ВИЭМС, Гидрогеология, инженерная геология, охрана окружающей среды. М.,1990.

28. Емец О.Н., Петров Ю.С., Поступальский В.В. Отчет о работах по осуществлению государственного контроля за охраной подземных вод от истощения и загрязнения в 1986-88гг. ПО « Центргеология », Подмосковная геологоразведочная экспедиция.

29. Елохина С.Н., Беляев Г.Н. Арзамасцев А..А. Составление комплекта карт устойчивости геологической среды к техногенному воздействию и для целей ОВОС. Тез. докл. Внпк Геоэкологическое картографирование, ч.2,с.49-52, Геоинформмарк, М., 1998.

30. Заленский O.A., Остапенко Т.В. и др., Региональная оценка эксплуатационных запасов подземных вод МАБ, Мингео, ТГУ Центральных районов, Подмосковная комплексная геологоразведочная экспедиция, 1976.

31. Зеегофер Ю.О., Тютюнова Ф.И. Техногенные подсистемы гидролитосферы, проблемы управления.М., Наука, 1990.

32. Израэль Ю.А., Гасилина И.К. и др. Осуществление в СССР системы мониторинга загрязнения природной среды. Л., Гидрометеоиздат,1978.

33. Израэль Ю.А. Экология и контроль природной среды. М., Гидрометеоиздат, 1984.

34. Инструкция по организации геологосъемочных работ м 1 : 50 000, М., ВСЕГИНГЕО, 1986.

35. Каменский Г.Н., Гармонов И.В. и др. Грунтовые воды Прикаспийской низменности и их режим. Труды лаборатории гидрогеологических проблем им. Ф.П. Саваренского. Т. 27, АН СССР, 1960, с. 57-63.

36. Каменский Г.Н., Гавич И.К., Семенова С.М. Гидрогеологическая характеристика различных видов потоков подземных вод. « Геология и разведка », № 10,1960.

37. Каменский Г.Н., Толстихина М.М., Толстихин Н.Й. Гидрогеология СССР. Госгеолтехиздат. М., 1959.

38. Каменский Г.Н. Поиски и разведка подземных вод. Гостоптехиздат, 1947.

39. Кирюхин В.А.,Петров Н.С. Некоторые задачи эколого-гидрогеологического картографирования. Тез. докл. Внпк Геоэкологическое картографирование, ч. 1,с. 145-146, Геоинформмарк, М., 1998.

40. Ковда В.А.,Корженцев A.C. Экологический мониторинг: концепция, принципы организации. Региональный экологический мониторинг. М., Наука, 1983.

41. Концепция государственного мониторинга подземных вод РФ. М., 1986.

42. Кочетков М.В., Вартанян Г.С., Голицин М.С. Концепция геоэкологического картирования. Тез. докл. Внпк Геоэкологическое картографирование, ч.1,с.7-10, Геоинформмарк, М., 1998.

43. Крайнев С.Р., Фойгт Г.Ю., Закутан В.П. Геохимические и экологические последствия изменений состава подземных вод под влиянием загрязняющих веществ. Геохимия, №2,1991, с. 169-182.

44. Кузин В.А.,Баяров X. Отчет по изучению режима и баланса грунтовых вод на территории Ташаузского оазиса и прилегающих к нему пустынных районов Присарыкамышской дельты за период с 1960 по 1975гг. ТашаузД977.

45. Лазаренко В.Н., Петрухин В.В., Объедкова H.A. Особенности геоэкологического картографирования Центральных районов Русской платформы. Тез. докл. Внпк Геоэкологическое картографирование, ч.1,с.58-61, Геоинформмарк, М., 1998.

46. Латалин Д.А.,Туманян В.З.ДТаршаков Н.С. Литомониторинг: задачи и структура. Разведка и охрана недр, N3, с. 14-16, М., 1990.

47. Луг Б.С., Аникина Г.И. Отчет о результатах гидрогеологической съемки масштаба 1 : 200 000 на листах К-40-ХХ111, ХУ111,Х1. Сары камышД 975.

48. Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения ( под ред. И.К. Гавич ), М., Недра, 1985, с. 320.

49. Методические рекомендации по гидрогеологической и инженерно-геологической съемке для целей промышленного и гражданского строительства. М., 1984.

50. Методические указания по гидрогеологической съемке на закрытых территориях м 1 : 500 000, 1 : 200 000, 1 : 100 000, 1 : 50 000, М., ВСЕГИНГЕО, 1965.

51. Мироненко В.А. Динамика подземных вод. М., Недра, 1983.

52. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Оценка защитных свойств зоны аэрации. « Инне. Геология », № 2,1990.

53. Основы гидрогеологии. Гидрогеодинамика, т. 2, изд. Наука, СО АН СССР,1983.

54. Пересунько Д.М., Сычев К. М. Литомониторинг СССР - система оценки, контроля и прогноза состояния геологической среды. Сб. Геоэкологические

исследования в СССР, Докл. Сов. Геол. Международн. Конгресса ХХУ111 сессии. М., 1989.

55. Плотников Н.И., Краевский С.О. Гидрогеологические аспекты охраны окружающей среды. М., Недра, 1983.

56. Положение « О государственном мониторинге подземных вод Российской Федерации », проект - первая редакция, М., изд. Роскомгеология, 1992, с. 11.

57. Проблемы рационального использования геологической среды. М., Наука, 1988.

58. Самойленко ВТ. Охрана подземных вод от загрязнения ядохимикатами. Ташкент, Мехнат, 1987.

59. Санитарные нормы и правила охраны поверхностных вод от загрязнения. М„ Минздрав СССР, 1988.

60. Сидоров A.C., Курбаниязов И.И. Оценка обеспеченности населения Тульской области РФ ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения. 1 этап. Тула. 1995. Центральный региональный геологический центр АООТ « Подмосковное геологическое предприятие »,

61. Ситников А.Б, Динамика влаги и солей в почвогрунтах зоны аэрации, Киев, Наукова думка, 1986.

62.Теоретические основы и методика гидрогеологического прогноза загрязнения подземных вод. М., МГУ, 1991.

63.Требования к геолого-экологическим исследованиям и картографированию, м 1: 1 ООО ООО, 1 : 500 ООО, М., Мингео СССР, 1990.

64.Требования к геолого-экологическим исследованиям и картографированию,

м 1; 200 ООО, 1: 100 000, М„ Мингео СССР, 1990, с. 86.

65.Требования к геолого-экологическим исследованиям и картографированию м 1 : 50 000, 1 : 25 000, М., Мингео СССР, 1990, с. 127.

66.Требования к проведению эколого-гидрогеологических исследований и картографированию, м 1 : 1 000 000 ( 1 : 500 000 ), 1 : 200 000 ( 1 : 100 000 ), 1 : 50 000 ( 1 : 25 000), М., Мингео СССР, 1991.

67.Трофимов В.Т., Зилинг Д.Г. Концептуальные основы эколого-геологического картирования. Тез. докл. Внпк Геоэкологическое картографирование, ч.1,с.15-18, Геоинформмарк, М., 1998,

68.Трофимов В,Т., Зилинг Д,Г., Красилова НС. О группировке геологических карт экологической направленности. Тез. докл. Внпк Геоэкологическое картографирование, ч.1,с,89-92, Геоинформмарк, М., 1998.

69. Файбишенко Б.А. Водно-солевой режим грунтов при орошении. М., Агропромиздат, 1986.

70. Чубаров В.Н. Исследования влагопереноса в зоне аэрации при решении гидрогеологических задач. М., Недра, 1973.

71. Шестаков В.М, Динамика подземных вод, Изд. МГУ, 1979,

72.Шестаков В.М,, Пашковский П.С, Сойфер А.И. Гидрогеологические исследования на орошаемых территориях. М., Недра, 1982.

73 .Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. Изд. МГУ, 1995.