CC BY
20УДК 556.3.048
ГЕНЕТИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА ПОДЗЕМНОГО СТОКА В ИВАНЬКОВСКОЕ ВОДОХРАНИЛИЩЕ
© 2013 г. Н.П. Ахметьева, Е.Е. Лапина
Институт водных проблем Российской академии наук, Москва
Ключевые слова: подземный сток в водохранилище, формула Дарси, артезианские воды верхнего карбона, восходящая фильтрация, грунтовый сток, родники, Верхняя Волга.
Н.П. Ахметьева
Е.Е. Лапина
Проведен расчет долей подземных вод разного генезиса в среднемноголетнем расходе Волги на участке Тверь - Дубна (Иваньковское водохранилище). Использованы два метода расчетов: по формуле Дарси и формуле смешения. В подземном стоке выделены напорная, грунтовая и впервые - родниковая части; полученные расчеты позволят уточнить количест-
во загрязняющих веществ, вносимых с подземным стоком в Иваньковское водохранилище - источник питьевого водоснабжения г. Москва.
Введение
Иваньковское водохранилище входит в каскадную систему водохранилищ Верхней Волги, протекает на отрезке Волги от Твери до Дубны и на 55-60 % обеспечивает Московский регион питьевой водой. Хотя Волга является единственной крупной региональной дреной для всех водоносных горизонтов, вопрос генетической структуры подземной составляющей и ее доли в стоке Иваньковского водохранилища до сих пор остается дискуссионным.
Существуют различные представления о роли подземных вод в питании водоемов и водотоков. Это связано с тем, что при оценке подземной части поверхностного стока речь идет либо о грунтовом стоке, либо о подземном стоке вообще, без разделения его на составные части (имеется в виду гидрологический способ «срезок» при анализе гидрографа).
Например, по [1] подземное питание Иваньковского водохранища за год может достигать 42 %, при этом речь идет о грунтовых водах. Скорее всего, автор переносит рассчитанный по методу анализа гидрографа подземный сток рек-притоков Иваньковского водохранилища, который как раз колеб-
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
лется в пределах 30-45 %, на водохранилище, что не совсем верно из-за зарегулированности последнего.
Для Верхней Волги основным питающим горизонтом являются водоносные известняки каменноугольных отложений (С1-2), местами выходящие непосредственно в долину реки между городами Ржев и Камышин [2]. На старицком участке Волги длиной около 80 км, где ее русло прорезает толщу С1-2, на долю подземного питания приходится 55-65 % годового стока; на створе Камышин величина подземного стока достигала 37,6 % от среднемноголет-него расхода реки [2, 3]. Согласно [4], на участке Волги от Ржева до Каля-зина в ее ложе происходит разгрузка глубоких водоносных горизонтов карбона, чьи естественные ресурсы характеризуются региональным модулем подземного стока, равным 1,5-2,0 л/с-км2. В соответствии с гидрогеологической картой, на отрезке Тверь - Дубна доля подземного питания в среднемного-летнем стоке рек составляет 20-30 % [5].
По предыдущим расчетам авторов напорные воды в среднемноголетнем стоке водохранилища в замыкающем створе составляют не более 0,9 % [6]. Согласно [7], от Твери до Дубны питание водохранилища за счет напорных вод практически равно нулю. Последнее мнение, видимо, основано на предположении, что на этом участке водоносные известняки верхнего карбона перекрыты юрскими глинами и моренными суглинками, что предполагает затрудненную разгрузку восходящего водного потока.
Однако новые публикации, анализ фондовых и собственных режимных данных, проведенные в последние годы гидрогеологические и буровые работы на берегах водохранилища свидетельствуют о том, что юрские водоупорные отложения в его днище распространены не повсеместно. Их фильтрационные свойства не отвечают понятиям водоупора, следовательно, существуют реальные предпосылки для достаточно интенсивной разгрузки напорных вод карбона в ложе водохранилища.
Гидролого-гидрогеологическая характеристика района
На рис. 1 представлена схематическая карта прибрежной части Иваньковского водохранилища с указанием мест выхода родников, номеров отрезков, выделенных для расчета подземного притока, контуров палеодолин, детального участка и линий разрезов. Из конфигурации водохранилища видно, что оно делится на три плеса, различных по своему режиму и характеристикам. Это Волжский плес, наиболее узкий и проточный, со средними глубинами 8-12 м; Иваньковский (практически всегда в подпоре, с глубинами 16-19 м) и Шошинский - самый мелководный (2-3 м). Отметки НПУ составляют 124,0 м, зимняя сработка уровня в настоящее время 3,0-4,5 м [8].
На рис. 2-4 показаны схематические гидрогеологические разрезы, отображающие геологическое строение и соотношение уровней по каждому
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
сю
о
8 О 2
Ржев Старица
ПуЕПКШЮ
Мятенево
2 Г^П
ч! 6 | 'К'-.} 7| О 1 8
Условные обозначения: 1 - номер района; 2 - границы районов; 3 - родник; 4 - глубокие скважины на карбон; 5 - участки водохранилища, где размыты юрские глины; 6 - линии гидрогеологических разрезов с номерами; 7 - палеодолина р. Волги (по Маевскому); 8 - детальный
участок Плоски.
Рис. 1. Схема Иваньковского водохранилища с указанием названий плесов и расположения разрезов.
(V
а:
2 с
л —
» О
Ой
о
0
а:
о-
§
Сй кд
1 1 ¡§1
О.'
I
о а:
а
0
&
1
а: о
о
г
Масштаб горизонтальный 1:100 ООО вертикальный I: [ООО
Рис. 2. Разрез по линии 1-1 (построен с использованием данных [5, 10, 15]).
А.о.м
. 160
1-140
3-100
£
л.
а а
Гч
Гч ^
з
с а: а
аОиип) ёОпгш
ёп-тз
ёОЩп
Л с1-кт Х> Ы-с] ] О Ы-аю
Сз ЕЮ ' О Ьт
О кг С: р<1-тс
, 124
С кв. 53
129.0
Условные обозначения к разрезам: I. Водоносные горизонты и водоупоры
1 - верхне-(средне)четвертичный аллювиальный водоносный горизонт, пески;
2 - московский ледниковый водоносный горизонт, моренные суглинки;
3- московско-днепровский водно-ледниковый водоносный горизонт, пески, гравий, галька;
4 - днепровская ледниковая толща, суглинки валунные с гнездами песков;
5 - келловей-кимериджский водоупор, глины с прослоями глинистых песков;
6 - бат-келловейский прослой, пески темно-серые, слюдистые, глинистые;
7 - клязьминско-ассельский водоносный горизонт, доломиты, реже известняки, прослои мергелей;
8 - щелковский водоупор, мергели и глины;
9 - касимовский водоносный горизонт, доломиты, известняки, мергели;
10 - кревякинский водоупор, мергели и глины;
11 - подольско-мячковский водоносный горизонт, известняки и доломиты с маломощными прослоями мергелей.
II. Прочие обозначения
Пьезометрический уровень напорных вод; - НПУ водохранилища;
Номер скважины, стрелка соответствует напору, цифра справа - А.о. пьезометрического уровня воды.
Водное хозяйство России
Водное хозяйство России
плесу. На разрезах хорошо видно изменение величины напоров в скважинах при их приближении к Волге. Из рис. 1 также видно, что к особенностям территории относится широкое распространение палеодолин (Пра-Волга), в пределах которых имеет место тесная гидравлическая взаимосвязь между напорными, грунтовыми и поверхностными водами [9].
Волга от Твери до Дубны прорезает четвертичные отложения на глубину 20-30 м. В нижней части водохранилища, близ устья р. Созь и в Коровинском заливе, река размывает четвертичные отложения и верхнеюрские глины, врезаясь в известняки верхнего карбона. На участке г. Тверь - д. Горо-хово юрские глины также практически отсутствуют в ложе водохранилища. На остальной площади они есть, однако, по данным тритиевого анализа, местами размыты с образованием так называемых «окон» (у д. Некрасовка, в западной части г. Конаково, у д. Плоски). Мощность юрских глин составляет 2-15 м.
Анализ результатов режимных наблюдений
Напорные воды по своему составу относятся преимущественно к гид-рокарбонатно-кальциево-магниевому типу, с минерализацией до 1 г/дм3, местами в воде отмечается повышенное содержание железа до 4,6 мг/л при ПДК 0,3 мг/дм3 (табл. 1).
Таблица 1. Химический состав вод (мг/дм3) разного генезиса прибрежной зоны Иваньковского водохранилища (летняя межень 2001-2004 гг., средние величины)
Параметры Номер участка Водохранилище Индекс водовмещающих пород
I III VI СзИ-ав С3кйш fgQII Л-шя
родники напорные воды грунтовые воды
рН 7,24 7,46 7,57 7,78 7,34 7,31 7,87
С1- 47 51 197 7 1,3 2 6,3
Б04 2+ 3 8 - 11 4,5 9 16
НСО-3 293 329 195 140 323 403 171
Mg2+ 27,6 34,2 31 12 23 32,4 12,6
Са2+ 68 132 130 36 72 76 38
ЫО-3 1,9 125,8 4,3 0,4 0,58 0,31 0,71
МН+4 0,27 0,72 0,29 0,9 0,98 1,02 0,89
Р04 3- 0,12 0,08 0,42 0,15 0,36 0,08 0,03
М7 456 705 - 207 425 524 246
ПО 1,49 2,64 1,63 10 5,4 3,27 5,3
Цветность 3 10 30 60 32 25 18
Примечание: М2 - общая минерализация; ПО - перманганатная окисляемость, мгО/дм3; цветность - градусы по платиново-кобальтовой шкале; прочерк - нет данных.
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
Таблица 2. Динамика ионов НСО3 (числитель) и Са 2+ (знаменатель) в летнюю и зимнюю межень в плесах Иваньковского водохранилища (мг/дм3)
Год Месяц Волжский плес - створ Плоски Иваньковский плес -створ Дубна Шошинский плес -створ Безбородово
1994 февраль 207 56 220 58 336 82
август 113 34 134 44 134 42
январь 201 52 189 44 302 69
1997 февраль 183 44 207 46 348 78
июль 157 40 146 38 201 54*
Примечание: * р. Дойбица, подпор.
Воды карбона отличаются по своему составу от поверхностных и грунтовых: у них более высокие минерализация, содержание ионов Са2+, Mg2+. НСО-3, более низкие содержания нитратного азота и растворенных органических веществ. В силу более простого химического определения условимся, что в качестве индикаторов разгрузки напорных вод верхнего карбона будем рассматривать ионы Са2+ и НСО-3.
В зимний период от декабря к марту по мере сработки уровня концентрации выбранных индикаторов постепенно возрастают (табл. 2).
Зимой концентрации НС03- и Са2+ в Шошинском плесе выше, чем в основном русле Волги в 1,5-1,7 раза. Такая разница может быть обусловлена геологическим строением Шошинской низины, образовавшейся на месте слияния нескольких древних речных долин [11]. Древние переуглубленные долины, размывшие юрские глины, создают условия для тесной взаимосвязи водноледниковых отложений с известняками верхнего карбона [10]. На разрезе 3-3 видно, что водоносный горизонт С3к8ш прорезан «карманами», выполненными глинистыми песками бат-келловейских отложений.
В течение последних двадцати лет авторы вели наблюдения за уро-венным и гидрохимическим режимом скважин на детальном участке Плоски (см. рис. 1). Наблюдались скважины 3018 и 3020 на грунтовые воды, расположенные в 59 и 400 м соответственно от уреза Иваньковского водохранилища, и напорные скважины А и НИС в 3 и 400 м от уреза соответственно (рис. 5). Напорные скважины вскрывают клязьмин-ско-ассельский водоносный горизонт, напор скважины А установился на отметке 126,5 м, статический уровень скважины НИС имеет отметку 127 м.
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
На рис. 6 изображен ход уровней воды в скважинах и водохранилище в течение 2003 и 2004 гг. По ходу кривых уровней хорошо видно, что напорные воды постоянно питают водохранилище, подтверждая положение Мятиева-Гиринского о том, что к долинам рек, как правило, приурочена разгрузка напорных вод [12]. Уровенный режим грунтовых вод зависит от водности предыдущих лет, например, 2002 г. был засушливым, в следующем многоводном 2003 г. уровни в скважине 3020 стояли на отметках 123124 м, а в 2004 г. уровни возросли до 132-134 м.
Наблюдения за сработкой статического напора в скважине НИС показали, что в пределах года режим клязьминско-ассельского водоносного горизонта в зоне вне влияния водохранилища стабилен, годовая амплитуда колебания уровня составляет 20-30 см. В то же время в скважине А, где в разрезе отсутствуют юрские глины (см. рис. 3), амплитуда колебания уровня в экстремально маловодные годы достигает 3 м.
Химический состав вод Волги на участке Плоски наблюдался круглогодично с частотой раз в 7 дней; пробы отбирали по русловой вертикали: поверхность - 3 м - придонный слой (рис. 7).
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
127
126
м 125
.,м 124
от
.с 123
б
а 122
121
120
136
134
132
м, . 130
мт о 128
.с б 126
а
124
122
120
-
-г
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35
- Водохранилище Декады
Скважины:
--3018
3020
Рис. 6. Ход уровней воды в скважинах и водохранилище: а - 2003 г.; б - 2004 г.
250
200
О
О 150
100
24.12 22.1 19.2 3.6 23.6 14.7 6.
Дата отбора
9 7.10 29.10 8.12 23.2
Рис. 7. Годовой ход кривых концентраций НСО 3 , русло, створ Плоски, 1997 г. (красная линия - придонный слой, синяя - на глубине 3 м).
б
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
В зимний период в придонном слое содержание гидрокарбонатов выше, чем в безледоставный период; с апреля по декабрь содержания по русловой вертикали практически одинаковы. Видимо, в летний период происходит интенсивное перемешивание водных масс (коэффициент водообмена Иваньковского водохранилища составляет 10,5), кроме того, летом, когда НПУ 124,0 м поддерживается искусственно, разгрузка напорных вод меньше, чем зимой.
Расчет разгрузки напорных вод
Сначала используем приближенный метод определения доли артезианского стока по «формуле смешения» вод с различной минерализацией [13] по формуле
Ql — 8,64 10 2вдхр (Свдхр - Спол)/(Сарт - Спол), (1)
где Q1 - приток напорных подземных вод, м3/сут;
^^вдхр - расход водохранилища в выходном створе, м3/с;
Свдхр - концентрация иона НСО3- в межень, мг/л;
Спол - концентрация в половодье;
Сарт - концентрация иона в артезианских водах.
Результаты расчетов приведены в табл. 3.
В среднем годовой приток напорного питания водохранилища составит 5,58 %. Теперь для расчетов используем формулу Дарси [10]
Q2 — Т-(АН/М) • В, (2)
где Q2 - приток напорных подземных вод, м3/сут;
Т - водопроводимость известняков верхнего карбона, м2/сут; В - длина расчетного участка разгрузки, м;
АН - превышение пьезометрического напора над НПУ водохранилища, м; АЬ - показатель несовершенства вреза водохранилища, м. Для получения характеристик по водопроводимости водоносных горизонтов были использованы данные выполненной Геологическим управле-
Таблица 3. Доля подземного питания (в % к расходу) в зимнюю и летнюю межень по плесам водохранилища
Плес Зима Лето Объем плеса* За год
Волжский 65 5 41 8,4
Иваньковский 6 0 42 0,5
Шошинский 87 7 17 11,3
Примечание: * объем плеса в % от общего объема водохранилища [8].
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
нием центральных районов (ГУЦР) разведки эксплуатационных запасов подземных вод г. Конаково, а также опубликованные данные [4, 5, 10]. По этим данным водопроводимость Т водоносных горизонтов составляет: четвертичного (первого от поверхности) 100-450, среднее значение 200; четвертичного межморенного до 200; верхнекаменноугольного клязьмин-ско-ассельского горизонта от 150 до 5400, в среднем 600-800; верхнекаменноугольного касимовского горизонта 1200. Сопротивление А0 юрских глин составляет 2-105, моренных суглинков 1-103, четвертичных отложений в гидрогеологических окнах 3,5-103 сут. Показатель несовершенства вреза водохранилища АЬ рассчитан по формуле [10]
где Т - водопроводимость напорного горизонта на выделенном участке, м2/сут;
А0 - показатель фильтрационного сопротивления ложа, сут;
Ь - средняя ширина водохранилища на участке от уреза до уреза, м.
Анализируя данные по геологическому строению Иваньковского водохранилища, с учетом проведенных в последнее время гидрогеологических работ, можно разделить его на шесть районов: (I) верховья водохранилища от г. Твери до д. Горохово; (II) от д. Горохово до с. Городня; (III) от с. Городня до д. Городище; (IV) от д. Городище до устья р. Созь; (V) от устья Сози до г. Дубны и (VI) Шошинский плес. Границы районов показаны на рис. 1.
В районе (I) р. Волга врезана в четвертичные ледниковые отложения мощностью около 25-30 м с коэффициентами фильтрации в диапазоне 0,10,8 м/сут. Напор касимовского водоносного горизонта имеет абсолютные отметки около 130 м, АН составляет 6 м. В районах (II) и (III) водоупорные глины практически на всем протяжении подстилают водохранилище. Их мощность равна 6-17 м, коэффициент фильтрации составляет 0,00010,00001 м/сут; в местах, где мощность глин небольшая (6-8 м), можно ожидать значительный подток напорных вод. В районе (IV) на отдельных участках глины отсутствуют (д. Некрасовка, д. Плоски). На этих участках происходит более интенсивная разгрузка напорных вод, фактическая во-допроводимость водоносного горизонта верхнего карбона здесь достигает 5400 м2/сут. Пьезометрические уровни напорных вод устанавливаются на отметке около 125,5-129,0 м. В районе (V) статический напор артезианских вод устанавливается ниже НПУ (124 м) и только зимой, когда уровень водохранилища снижается до отметки 120 м, разгрузка напорных вод происходит в днище бывшего русла р. Волги. Район (VI) - Шошинский плес. Статический уровень напорных вод устанавливается на отметках 128-129 м,
(3)
Водное хозяйство России
Таблица 4. Приток напорных вод в днище водохранилища
и их гидродинамические характеристики
Участок Период, В, м ЛЯ, м ЛЬ, м Т, м2/сут Q, 106 м3
месяцы За период За год
^-ХГ 15 000 5,5 700 1200 34,7 60,6
I ХП-Ш 6 500 1200 25,9
28 000 4 900 1300 39,6 76,0
II ХП-Ш 5 600 1300 36,4
^-ХТ 25 000 4 8000 1300 4,0 7,3
III ХП-Ш 5 6000 1300 3,3
34 000 3 2600 5400 51,9 113,9
IV ХП-Ш 4,5 1600 5400 62,0
40 000 1,3 10000 600 0,8 1,4
V ХП-Ш 1,8 8000 600 0,6
45 000 3 8000 500 2,1 4,1
VI ХП-Ш 4,5 6000 500 2,0
Всего, приток 263,3
левый берег долины пологий, мощность аллювиальных отложений 10-12 м, озерно-аллювиальных 10 м, правый берег высокий, в ложе через толщу водноледниковых отложений перетекают воды касимовского водоносного горизонта.
В табл. 4 приведены использованные для расчетов гидродинамические показатели напорных водоносных горизонтов верхнего карбона и полученные результаты, представленные отдельно по летне-осеннему и зимнему периодам. Общая величина притока напорных вод Qн, рассчитанная по формуле (2), составляет 263,3-10б м3/год.
По данным [14], в период 1948-1998 гг. в составе среднемноголет-него водного баланса водохранилища приход в год средней водности по статье «поверхностный приток» равен 9600-106 м3/год. Расчеты по формуле (1) дают цифру напорного питания 532,9-106 м3/год или 5,58 % от среднемноголетнего притока; результаты по (2) составляют 2,7 %, т. е. порядок величин сопоставим. Предыдущие расчеты авторов [6] не учитывали перетока через литологические «окна» и переуглубленные долины, величины водопроводимости водоносных горизонтов карбона брались средние по литературным данным. Поскольку в основу метода расчетов по формуле смешения положены упрощения, способствующие получению приближенных значений (13), авторы считают более реальными результаты по формуле (2), где использовали массив фактических гидрогеологических данных.
Водное хозяйство России
Расчет разгрузки грунтовых вод
Кроме напорных вод, разгрузка которых происходит в днище, в питании водохранилища принимают участие грунтовые воды, разгружающиеся в борта, и родники, приток которых ранее никем не подсчитывался.
Грунтовый сток Qг через берега водохранилища подсчитывали по формуле Дарси для безнапорных вод
дг = кН1Б, (3а)
где к - коэффициент фильтрации четвертичных отложений, слагающих берега, м/сут;
Н - мощность обводненных отложений, м;
I - уклон потока грунтовых вод;
Б - длина береговой линии.
Согласно Н.П. Ахметьевой [6], грунтовый сток для всего водохранилища оценивается величиной 462,5-105 м3/год.
В подземном питании Верхней Волги (до г. Дубны) следует учитывать палеодолины - древние погребенные долины, в которых скапливаются подземные воды дренируемых рекой водоносных горизонтов. Определить вклад каждого горизонта затруднительно, но поскольку транзит идет в конечном итоге через аллювий, отнесем этот интегральный поток к грунтовым водам.
Согласно [9, 10, 15], глубина вреза палеодолин 40-100 м (см. рис. 1). Они образовались в доледниковое время, сложены преимущественно песчаными отложениями. После отступания ледника в четвертичный период гидрографическая сеть российского севера и северо-запада претерпела большие изменения. Долина Волги и ее основные притоки в современном виде были сформированы именно в этот период. Самыми древними террасами Волги являются среднечетвертичные высотой около 20 м, сложенные преимущественно песчаными отложениями, залегающими на известняках карбона (в пределах г. Твери и выше города) или на четвертичных моренных суглинках (ниже г. Твери).
Мощность древнеаллювиальных отложений достигает 20-30 м. Сверху они перекрыты песчано-суглинистыми ледниковыми отложениями сред-нечетвертичного и позднечетвертичного возраста. Перекрывающие отложения нередко представлены флювиогляциальными песками с гравием и галькой или моренными суглинками. Значительное количество осадков территории, равнинный или слабо всхолмленный рельеф способствуют образованию подземного стока и скоплению воды в древних аллювиальных долинах. Имеющиеся гидрогеологические данные позволяют оценить приток в водохранилище из погребенных долин в местах, где они установлены,
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
только ориентировочно. Например, севернее Шошинского плеса протекала палеорека в широтном направлении. По данным бурения известно, что эта долина имела мощность аллювиальных отложений 20-30 м, ширину около 50-70 м, состав отложений преимущественно песчаный с коэффициентами фильтрации около 1 м/сут, уклон долины примем равным 0,07 (типичный уклон для равнинных рек северо-запада Европейской части России). Расчеты по формуле (4) показывают, что приток воды из палеодолины Qп в Иваньковское водохранилище со стороны Шошинского плеса составит
вп = к-т-Б-г = 1-20-70-0,07 = 98 м3/сут, или 35 770 м3/год, (4)
где к - коэффициент фильтрации, м/сут;
т - мощность аллювия, м;
Б - ширина потока, м;
г - уклон долины.
Другая палеодолина Волги проходит также в широтном направлении южнее затопленного г. Корчева. В связи с отсутствием данных по мощности и составу аллювиальных отложений условимся, что она аналогична долине, вскрытой у Шошинского плеса, и тогда минимальный суммарный приток подземных вод в чашу водохранилища за счет двух палеодолин равен 7,15-104 м3/год.
Всего грунтовый сток за счет притока в берега и через палеодолины составит 463,2-105 м3/год.
Оценка родникового стока
Родниковый сток в долине Волги от Твери до Дубны приурочен к основанию второй и третьей цокольных террас, к границе аллювиальных песчаных отложений с ниже залегающими плотными суглинками. Вторая терраса с абсолютными отметками поверхности около 125 м широко распространена только в верхней части водохранилища. В низовьях она подтоплена либо полностью затоплена; всего по периметру водохранилища выявлено порядка 15 родников и пластовых выходов. Режимные наблюдения проводили на опорных родниках с частотой 1 раз в декаду, на остальных - в сезон.
Родники дренируют воды аллювиальных, флювиогляциальных, моренных и межморенных водоносных горизонтов. Дебиты родников небольшие, в диапазоне 0,01-0,7 л/с, суммарный дебит отдельных рассредоточенных выходов составляет 10-15 л/с. Родники не перемерзают; по условиям выхода встречаются эрозионные и контактовые, по типу почти все нисходящие. Проведенное нами площадное опробование всех родников прибрежной части Иваньковского водохранилища с замером in situ редокс-потенциала Eh
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
-Бор 2008 ---Бор 2011 ---Городня 2011
Рис. 8. Динамика расходов опорных родников в бору, г. Конаково (2008, 2011 гг.)
и в Городне (2011 г.).
и определением на масс-спектрометре стронция 8г (главного маркера вод верхнего карбона в регионе) позволило выделить две группы: I - родники атмосферного питания; II - родники смешанного питания, т. е. подпитываемые в той или иной мере напорными водами. Подпитывание происходит в импульсном режиме, на что указывают колебания ЕН в диапазоне от (-123) до 190 мВ, тогда как амплитуда колебаний редокс-потенциала напорных вод из скважины А при среднем ЕН (-110 мВ) составляет не более 30 мВ. Содержание 8г в родниках I группы составляет 0,07-0,08; II группы 0,1-0,37 мг/л.
Рассмотрим основные особенности режима двух опорных родников: в бору (I группа) и с. Городня (II группа). На рис. 8 показаны построенные по среднемесячным данным графики колебаний их дебитов.
Режим родников I группы тесно связан с количеством выпадающих осадков: экстремумы родникового стока и атмосферных выпадений находятся в одной фазе. Минимум наблюдается в ноябре-феврале, максимумы приурочены к апрелю-маю (половодье) и к сентябрю-октябрю (осенние паводки). В зависимости от метеорологических условий года экстремумы могут смещаться на 1,5-2,0 месяца. В родниках группы II внутригодовая изменчивость слабая, кривые дебитов имеют сглаженный вид и один максимум, связанный с половодьем, который постепенно снижается, отдельные части кривой представляют собой плато. Расходы этих родников более постоянны, отношение максимального расхода к минимальному за год наблю-
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
дений порядка 1,3-2,2. Максимум родникового стока наблюдается спустя 1,5-2,0 месяца после прохождения пика половодья.
Для расчетов измеренные расходы по каждому роднику осредняли, пересчитывали на год и затем суммировали. Проводимые с 1995 г. режимные наблюдения позволили оценить родниковый сток в водохранилище <2р величиной 0,13-106 м3/год.
Выводы
Годовое подземное питание Иваньковского водохранилища 2подз складывается из следующих частей: 0подз = + Qг + Qр, где Qн - напорная; Qг - грунтовая; Qр - родниковая части и составляет
еподз = 2633-105 + 463,2-105 + 1,3-105 = 3097,5-105 м3.
Представленные выше расчеты показывают, что подземное питание водохранилища происходит в основном за счет напорных вод верхнего карбона (85 % подземного притока).
Несмотря на относительную приближенность исходных данных, использование разных способов расчетов подтверждает, что имеет место поступление в ложе водохранилища артезианских вод и составляет около 2,7 % от среднемноголетнего расхода Волги на участке Тверь - Дубна. Грунтовое питание (вместе с родниковым стоком) составляет 0,5 %, а общее питание водохранилища за счет подземных вод 3,2 %. Полученные цифры хорошо коррелируют с данными [8], по которым невязка годового баланса Иваньковского водохранилища, куда входит подземный приток, составляет 4,79 % в многоводную фазу и 1,05 % в экстремально маловодные годы.
Установленная генетическая структура подземного притока в Иваньковское водохранилище важна для разработки методов управления качеством его вод, определения приоритетных водоохранных мероприятий в регионе, а в дальнейшем при оценке влияния подземного стока на чувствительную биоту водохранилища - ее состав, распространение и особенности развития.
Авторы статьи благодарят профессора МГУ С.П. Позднякова за сделанные замечания и помощь в проведении аналитических расчетов по притоку напорных вод верхнего карбона в водохранилище.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Гавеман А.В. Московское море. Калинин: Кн. изд-во, 1955. 140 с.
2. БалашовЛ.С. Роль артезианских вод в питании крупных рек на примере р. Амударьи // Тр.
III Всесоюзн. гидролог. съезда. 1959. Т. IX. С. 146-154.
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
3. КрасинцеваВ.В., КузьминаН.П., СенявинМ.М. Формирование минерального состава реч-
ных вод. М.: Наука, 1977. 176 с.
4. Лебедева Н.А. Естественные ресурсы подземных вод Московского артезианского бассей-
на. М.: Наука, 1972. 147 с.
5. Гидрогеология СССР. Т. 1. М.: Недра, 1966. 424 с.
6. Ахметьева Н.П., Лола М.В., Горецкая А.Г. Загрязнение грунтовых вод удобрениями. М.:
Наука, 1991. 100 с.
7. Ворошилов Ю.И. К оценке взаимосвязи поверхностных и подземных вод // Тр. IV Всесо-
юзн. гидролог. съезда. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. Т. 8. С. 286-287.
8. Иваньковское водохранилище. Современное состояние и проблемы охраны. М.: Наука,
2000. 344 с.
9. Горецкий Г.И. Формирование долины р. Волги в раннем и среднем антропогене. М.: Гос-
геолтехиздат, 1966. 412 с.
10. Ковалевский В.С. Комбинированное использование ресурсов поверхностных и подземных вод. М.: Научный мир, 2001. 332 с.
11. Тверская область. Энциклопедический справочник. Тверь: Тверское обл. книжно-журн. изд-во, 1994. 328 с.
12. Попов О.В. Подземное питание рек. Л.: Гидрометеоиздат, 1968. 290 с.
13. Михайлов Л.Е. Гидрогеология. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 262 с.
14. Григорьева И.Л. Особенности водного и уровенного режимов Иваньковского и Угличс-
кого водохранилищ // VII конф. «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей». М.: РУДН, 2009. С. 19-25.
15. Маевский В.И. Дочетвертичный рельеф Калининской области // Ученые записки. Т. 68.
Калинин: КГУ, 1969. С. 161-170.
Сведения об авторах:
Ахметьева Нина Петровна, к. г.-м. н., старший научный сотрудник, Институт водных проблем Российской академии наук, 119333, Москва, ул. Губкина, д. 3; e-mail: nakhmeteva@ rambler.ru
Лапина Елена Егоровна, к. г.-м. н., старший научный сотрудник, Институт водных проблем Российской академии наук, 119333, Москва, ул. Губкина, д. 3; e-mail: shtriter_elena@ rambler.ru
Водное хозяйство России № 1, 2013
Водное хозяйство России
