CC BY
14
11 Сохор МИ, Футергендлер СИ Рентгенографические исследования образований кубический алмаз — лонс-дейлит//Кристаллография 1974 Т 19 №4 С 759—762
12 Титков СВ, Марфунин АС, Зайцева ТМ и др Рентгенографическое исследование расщепленных кристаллов "безазотных" алмазов // Изв АН СССР Сер геол 1991 № 5 С 104-109
13 Хохлов Р В О распространении волн в нелинейных диспергирующих линиях // Радиотехника и электроника 1961 Т 6 №6 С 1116-1120
14 Шен И Р Принципы нелинейной оптики М, 1989
15 Akhmanov SA, Orlov RYu, Shumay IL et al High resolution cw CARS spectra of liquid nitrogen dissolved in
liquified At, Kr, 02, CO and CH4 // Appl Opt 1980 Vol 19 N6 P 859-862
16 Khadzhnski N G, Koroteev NI Coherent Raman ellip-sometry of crystals // Optics Commun 1982 Vol 42 N 6 P 423-427
17 Koroteev NI, Endelmann M, Byer R L Resolved structure of the broad bend Raman line of liquid H20 from polarization CARS // Phys Rev Lett 1979 Vol 43 P 398-401
18 Levenson MD, Bloembergen N Coherent antistokes Raman spectroscopy of diamondlike crystals//Phys Rev 1974 Vol B10 P 4447-4456
Поступила в редакцию 27 04 2004
УДК 556 332 62
В.А. Всеволожский, И.Ф. Фиделли
К МЕТОДИКЕ РЕГИОНАЛЬНОЙ СРЕДНЕМАСШТАБНОЙ ОЦЕНКИ ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ГОРНО-СКЛАДЧАТЫХ ОБЛАСТЯХ
Первый этап исследований по региональной оценке и картированию подземного стока (естественных ресурсов подземных вод зоны интенсивного водообмена), начавшийся под руководством профессора Б И Куделина в начале 60-х годов XX столетия, завершился составлением карт территории СССР масштаба 1 5 000 000 и 1 2 500 000 [6, 7], на которых впервые в мировой практике нашли отражение количественные характеристики подземного стока и гидрогеологические условия его формирования
На большей части территории страны с развитой гидрографической сетью такие оценки проводились на основе разработанного Б И Куделиным [9] комплексного гидролого-гидрогеологического метода расчленения гидрографа общего речного стока, многолетние наблюдения за которым осуществлялись на постах и станциях Гидрометслужбы (ныне Росгидромет)
Вскоре последовало более подробное изучение естественных ресурсов по отдельным регионам страны Прибалтика [4], Московский бассейн [10], Западная Сибирь [1], юг Восточной Сибири [3] и др В процессе этих работ получили дальнейшее развитие научные основы формирования естественных ресурсов подземных вод, совершенствовалась методика их оценки и картирования в различных природных условиях
Наряду с продолжающимися мелкомасштабными исследованиями на рубеже 60—70-х годов начали осуществляться работы по оценке естественных ресурсов в среднем масштабе, первоначально входившие в комплекс государственной гидрогеологической съем-
ки Первый опыт таких работ принадлежит гидрогеологической партии Второго гидрогеологического управления, силами которой были охарактеризованы естественные ресурсы подземных вод в ряде центральных и северных областей европейской части России и составлены методические указания по оценке естественных ресурсов при съемках масштаба 1 200 000 и 1 500 000 [8], ориентированные на равнинные территории гумидной ландшафтно-климатической зоны
В те же годы Уральской экспедицией кафедры гидрогеологии геологического факультета МГУ совместно с сотрудниками Государственного гидрологического института (ГГИ) выполнялись исследования, связанные с разработкой основных положений методики оценки естественных ресурсов при гидрогеологической съемке масштаба 1 200 000 в горно-складчатых областях Результаты этих разработок впоследствии оправдали себя при изучении Тимана, Беломорья, ряда районов Средней Азии
Условия формирования и распределения естественных ресурсов в горно-складчатых областях отличаются крайней неоднородностью, обусловленной сложным структурным планом, резкой сменой пород различных по литолого-петрографическому составу и состоянию, наличием многочисленных зон тектонических нарушений, неравномерностью питания подземных вод, связанной характером рельефа, высотно-поясными изменениями ландшафтно-климатической обстановки и т д В связи с этим многие из существующих методов — гидродинамические, воднобалансо-вые, индикационные и др [13, 14, 17] — оказываются практически неприменимыми для региональной
оценки ресурсов подземных вод Использование этих методов дает возможность получить количественные характеристики питания или разгрузки подземных вод на отдельных изолированных участках, но не позволяет интерполировать полученные данные на сколь-нибудь значительную площадь из-за существенной изменчивости гидрогеологических условий складчатого сооружения
Определение суммарного расхода родникового стока в качестве способа оценки естественных ресурсов правомерно лишь в случае полной гидравлической разобщенности водоносного горизонта (комплекса) с рекой При наличии же гидравлической связи применение этого способа дает весьма заниженные результаты, поскольку основной поток подземных вод поступает непосредственно в дренирующую его гидрографическую сеть [5, 14 и др ]
Таким образом, реально региональная оценка естественных ресурсов в горно-складчатых областях может быть осуществлена только на основе гидроло-го-гидрогеологических методов, применение которых при среднемасштабных работах требует проведения специального комплекса полевых и камеральных работ Использование этих методов в условиях глубокой эрозионной расчлененности рельефа и высокой плотности гидрографической сети при сравнительно небольшом испарении в горных районах позволяет охарактеризовать естественные ресурсы по расходной части баланса подземных вод, отвечающей подземному стоку в реки
В статье рассматриваются вопросы методики постановки и проведения исследований по региональной оценке естественных ресурсов подземных вод в горно-складчатых областях в масштабе 1 200 ООО на примере Западного склона Среднего Урала (бассейн р Чусовой) с привлечением опыта работ в других регионах Рельеф района представлен чередованием хребтов, гряд и плато, высота которых возрастает с юго-запада на северо-восток к осевой части горного сооружения Климат континентальный, количество атмосферных осадков изменяется от 700 до 950 мм/год в соответствии с повышением рельефа местности Основные реки — Чусовая, Вильва, Койва, Усьва, Вижай и др — заложены преимущественно в широтном направлении, вкрест господствующего простирания геологических структур, глубина эрозионного вреза крупных рек достигает 150—200 м, а их притоков — 60—80 м, в отдельных случаях 120 м
Рассматриваемая территория расположена в пределах двух структурных зон Западного склона Центрально-Уральской зоны поднятий (на севере и северо-востоке) и Западно-Уральской складчатой зоны Эти зоны существенно различаются как в геологическом, так и в гидрогеологическом отношении Цент-рально-Уральская приводораздельная зона сложена верхнепротерозойско-кембрийскими, в разной степени метаморфизованными терригенными и вулканогенными породами с приуроченными к ним водами
зоны экзогенной трещиноватости и трещинно-жиль-ными водами разломов с подчиненным развитием пластовых вод
Западно-Уральская зона представлена карбонатными и терригенно-карбонатными породами палеозоя, смятыми в многочисленные сжатые складки, осложненные разрывными нарушениями В этой зоне получили широкое распространение трещинные и трещинно-карстовые воды, а также жильные воды по зонам тектонических нарушений, в пределах которых трещиноватость часто усилена карстовыми процессами
При стратификации разреза названных выше зон были выделены гидрогеологические серии (формации) — толщи различных по составу водовмещающих пород, имеющие общие условия залегания, строение и состояние (степень литификации или метаморфиза-ции, дислоцированности, трещиноватости, закарсто-ванности), а в их пределах — водоносные комплексы, различающиеся по литолого-петрографическому составу и характеру обводненности
В задачу исследований входила оценка естественных ресурсов по основным водоносным комплексам, геоморфологическим элементам, обводненным зонам разломов и т д и изучение основных закономерностей формирования и распределения ресурсов подземных вод
Для решения этой задачи в комплексных гидролого-гидрогеологических исследованиях были использованы следующие виды гидрометрических наблюдений многолетние наблюдения на стационарных постах Росгидромета, наблюдения на временных постах, сооружаемых на время работ экспедиции, и массовые измерения расхода рек в меженный период, т е гидрометрическая съемка
План размещения временных постов и створов гидрометрической съемки, а также выбор опорной сети наблюдений за расходом родников и уровнем подземных вод базировался на тщательном изучении гидрогеологических условий района
Стационарные гидрометрические посты Материалы наблюдений за расходом рек на стационарных постах Росгидромета, расположенных на исследуемой и сопредельной территориях, позволяют получить представление о водном режиме рек, путем генетического расчленения гидрографа общего речного стока оценить минимальные и среднегодовые расходы подземного стока за весь период наблюдений, рассчитать среднемноголетние значения этих характеристик, установить закономерности их внутригодовой и многолетней изменчивости, а также использовать информацию по стационарным постам для приведения данных краткосрочных наблюдений к средним значениям за многолетний период
Выбор схемы расчленения гидрографа, как известно [9], определяется характером гидравлической связи подземных вод с рекой и типом режима подземного стока в реку Для выяснения этих вопросов была
i-1-1-1-1-1-1-1 Mec
II III IV V VI VII VIII
Рис 1 Колебания уровня воды в р Койве и приречных скважинах № 95—98 (отн отм) за февраль—август 1968 г
организована сеть наблюдений за уровнями воды в реке и в прибрежных скважинах, расположенных по направлению потока подземных вод Результаты этих наблюдений показали, что годовой ход уровней подземных вод на придолинных участках крупных дрен характеризуется четко выраженным весенним подъемом, высота которого повсеместно возрастает с удалением от реки (рис 1) Уровень в реке при этом на протяжении всего половодья остается ниже уровня подземных вод (за исключением трех суток на первом пике половодья в пределах рассматриваемого участка р Койвы), что, в частности, объясняется быстрым спадом воды в реке благодаря значительному уклону ее русла
Все сказанное свидетельствует о том, что подъем уровня подземных вод в приречной зоне не связан с влиянием реки и определяется нарастанием инфиль-трационного питания в период снеготаяния, весенних дождей и притоком со стороны междуречья При этом величины напорного градиента потока подземных вод увеличиваются в половодье в 1,6—2,4 раза (рис 2), а на других участках — до 2,5—2,7 раза по сравнению с меженным периодом
Таким образом, по полученным данным можно с уверенностью сказать, что основная разгрузка подземных вод в реку на изученных участках осуществляется в период половодья при нисходящем (подпорно-нисходящем) режиме в условиях гидравлической связи подземных и поверхностных вод
В связи с этим для выделения подземной составляющей общего речного стока может быть применена схема расчленения гидрографа реки с использованием коэффициентов динамичности (коэффициентов внут-ригодовой изменчивости), представляющих собой отношение расхода подземного стока в реку в период половодья и паводков к минимальному расходу реки в период предшествующей устойчивой межени
Рис 2 Соотношение напора воды в р Койве и скважинах № 95—98 на 1 — период межени, 2 — период половодья 1968 г, цифры на линиях — значения напорного градиента потока подземных вод на те же фазы водного режима
Значение коэффициентов динамичности на участках, обеспеченных информацией о режиме уровней воды в реке и приречных скважинах, можно определять по изменению напорного градиента потока подземных вод в реку в половодье относительно этого градиента в меженный период Однако более широкое применение получил способ расчета коэффициентов динамичности, выводимых из кривой режима опорных родников [11], которые отражают динамику подземного стока в реку в пределах данного водоносного комплекса или речного бассейна
Опорные родники Результаты проведенных режимных наблюдений на естественных выходах подземных вод в пределах Западно-Уральской зоны складчатости позволили обосновать следующие показатели выбора опорных родников для расчета коэффициентов динамичности подземного стока в карбо-натно-терригенных отложениях палеозоя
— приуроченность родников к нижней части склона глубоко врезанных речных долин,
— фиксированное положение выхода источника на поверхность, не меняющееся по сезонам года,
— относительное постоянство гидродинамического режима, в котором отчетливо проявляются только изменения сезонного характера при отсутствии резких колебаний расхода, вызванных непродолжительными оттепелями зимой и выпадением кратковременных дождей в летнее время,
— соизмеримость величины максимальных расходов родника в период весеннего снеготаяния в разные годы,
— сравнительное постоянство химического состава и температуры воды при незначительных их изменениях в период интенсивной инфильтрации талых вод снежного покрова
Родники, отвечающие перечисленным показателям, представляют собой естественные выходы тре-щинно-карстовых вод, принадлежащие к зоне полного насыщения карбонатных пород, поэтому режим таких родников наиболее полно отражает особенности формирования подземных вод этой зоны Основное питание последних осуществляется в период весеннего снеготаяния, о чем свидетельствует резкое увеличение расхода родников, совпадающее с устой-
чивым переходом температуры воздуха через 0°С (рис 3) Значительная регулирующая емкость толщи трещиноватых и закарстованных пород, обладающих большими запасами подземных вод, обеспечивает достаточную стабильность расходов родников в остальные сезоны года
Значения коэффициента динамичности, установленные по опорным родникам, составляют в половодный период от 1,5—2 до 3—5 на различных участках распространения карбонатных и терригенно-карбо-натных палеозойских пород
Иной характер режима отличает родники, связанные с водоносными комплексами терригенных и метаморфических пород верхнего протерозоя—кембрия, характеризующихся преимущественным развитием подземных вод зоны экзогенной трещиноватости Главная особенность режима этих родников — резкое, но относительно кратковременное увеличение расхода во время интенсивного снеготаяния, общее снижение расхода в летне-осенний период, нарушаемое незначительными пиками, что связано с выпадением дождей, и продолжающийся спад расхода в зимнюю межень, приводящий в ряде родников к полному прекращению стока В связи с этим, несмотря на относительно высокие коэффициенты динамичности, значения которых достигают в период половодья 4—5 и более, меженные и среднегодовые расходы как родникового, так и подземного стока в целом характеризуются на территории распространения верхнепротеро-зойско-кембрийских пород Центрально-Уральской зоны существенно меньшими величинами по сравнению с карбонатными толщами Западно-Уральской зоны складчатости
Обработка результатов гидрометрических наблюдений на стационарных постах, расположенных преимущественно на крупных реках с большими площадями водосбора, позволила определить искомые характеристики подземного стока для крупных территорий, но не отразила неоднородность условий формирования естественных ресурсов при их оценках и картировании в среднем масштабе В связи с этим возникает необходимость создать дополнительную сеть временных постов экспедиции
Временные гидрометрические посты Временные посты оборудуются на период экспедиционных исследований для проведения круглогодичных наблюдений за расходом рек продолжительностью от одного до трех лет Расположение постов и их число определяются во всех случаях сложностью гидрогеологической обстановки и степенью изменчивости физико-географических условий Соответственно основные позиции их размещения по территории сводятся к следующему
— временные гидрометрические посты, как правило, замыкают бассейны, целиком расположенные в однотипных гидрогеологических условиях, в силу чего обычно оборудуются на средних и малых реках,
1968 1969
Рис 3 Колебания расхода родников № 21 (а), № 80 (б) и температуры воздуха по метеостанции Лысьва (в)
— для изучения роли физико-географических факторов в формировании подземного стока такие посты располагают на реках с различной площадью водосбора, с которой обычно согласуются плотность гидрографической сети и глубина вреза речных долин,
— учитывая высотные изменения ландшафтных и климатических условий в горных районах, временные посты целесообразно расположить на водосборах с разной средневзвешенной высотой,
— гидрометрические наблюдения на реках желательно комплексировать с наблюдениями за температурой воздуха, количеством и режимом выпадающих атмосферных осадков
Состав наблюдений и методика их проведения на временных постах соответствуют таковым на стационарных постах Росгидромета [12] Информация, полученная на временных постах, позволяет выявить неоднородность формирования стока по территории, уточнить сроки наступления основных фаз водного режима рек, по данным расчленения гидрографа оценить минимальные величины подземного стока и его среднегодовые значения за текущий год (годы) для участков с достаточно однородными природными условиями
Особо следует отметить использование временных постов в качестве постов-аналогов для приведения данных гидрометрической съемки к минимальным, а также к годовым значениям На первом этапе этой работы представляется целесообразным провести кросскорреляционный анализ данных по всем
опорным постам, чтобы предварительно оценить степень однородности внутригодовой и многолетней динамики подземного стока по площади и выделить те посты, для которых наибольшие значения коэффициента взаимной корр&одашик щв$чают "Лагу,"рданЬйу' 1НУлку; что Позволяет считать изменения расходов подземного стока по этим постам однотипными
Гидрометрическая съемка Основной вид полевых работ в комплексе гидролого-гидрогеологических исследований по оценке естественных ресурсов в масштабах 1 500 000—1 100 000 — гидрометрическая съемка Главная задача такой съемки состоит в получении количественной информации о подземном стоке по основным водоносным комплексам (зонам, участкам и т д) путем массовых непосредственных измерений расходов воды в реке в период устойчивой межени, когда весь речной сток формируется за счет разгрузки подземных вод
Съемочные гидрометрические створы размещались в соответствии с изученными условиями формирования подземных вод и проведенной стратификацией разреза водоносных толщ Осуществлению съемочных работ предшествовали рекогносцировочные маршруты по основным водотокам района
Преобладающее число гидрометрических створов размещали в устьях притоков разного порядка (метод замыкающего створа), водосборы которых целиком находятся в пределах территории распространения одного водоносного комплекса, структурно-форма-ционной или литолого-фациальной зоны При изучении водоносных зон тектонических нарушений и контактов, участков поглощения речного стока либо интенсивной разгрузки подземных вод в русло реки гидрометрические створы назначались на границах этих зон (участков) с учетом соблюдения необходимой точности определения приращения или потерь стока в интервале между двумя створами по методу разности [2]
Время проведения съемок определялось по данным стационарных и временных гидрометрических постов, что позволило выявить наиболее вероятные периоды устойчивых расходов зимней межени
Важный этап обработки результатов гидрометрической съемки — приведение их к требуемым характеристикам подземного стока В качестве такой характеристики обычно рассматривается среднегодовое значение расхода или модуля подземного стока за многолетний период (норма), использующееся при изучении роли подземного стока в общем водном балансе, исследованиях его влияния на ландшафт и т д
Вместе с тем с позиций гарантированное™ восполнения запасов подземных вод в условиях значительной изменчивости подземного стока за основную характеристику естественных ресурсов при их региональной оценке в среднем масштабе целесообразно принять среднемноголетнее значение минимального расхода (м3/с), или модуля (л/с/км2) подземного стока Минимальный расход при этом рассчитывается как
средний расход реки за 30-суточный интервал низкого стока зимней межени, что, в частности, позволяет полностью исключить испарение как расходный элемент баланса прдземщ% вод! В ряде случаев такой расход может соответствовать среднему расходу за календарный зимний месяц, если последний отличается устойчивыми низкими расходами воды в реке
Что касается расчета минимального расхода или модуля заданной обеспеченности (85, 90, 95% и пр), то такие оценки имеет смысл проводить только на участках разведуемых месторождений подземных вод Приведение измеренных в процессе гидрометрической съемки расходов воды в реке к названным характеристикам подземного стока осуществлялось на основе метода аналогий с привлечением данных по стационарным и временным постам, которые при достаточном обосновании можно рассматривать как посты-аналоги
Основной расчетный прием базируется на вычислении по посту-аналогу переходных коэффициентов Кп, представляющих собой соотношение расхода реки на дату проведения съемочных работ и значения рассчитываемой характеристики подземного стока 6а (минимального, среднегодового и др)
При этом предполагается, что колебания стока в приводимом створе и створе-аналоге происходят синхронно Тогда искомое значение требуемой характеристики подземного стока по створу гидрометрической съемки £>с может быть вычислено как
& - К, оа - (2)
где 0а — измеренный расход воды в реке на дату осуществления съемки (расход в съемочном гидрометрическом створе) Для большей надежности переходные коэффициенты могут быть рассчитаны по нескольким опорным постам
Важный момент при обработке данных гидрометрической съемки — обоснованный выбор поста-аналога с точки зрения наибольшего подобия условий формирования подземного стока в пределах сравниваемых водосборов Лишь в этом случае расчетные переходные коэффициенты обеспечивают достоверность приведенных значений тех или иных характеристик подземного стока
Выявление генетической однородности величин подземного стока, полученных в процессе съемки, и выбор надежного поста-аналога можно осуществить путем построения графиков связи расходов воды, измеренных в съемочных створах, и расходов воды на дату этих измерений по постам-аналогам Анализ таких графиков позволяет отбраковать точки с резко отклоняющимися значениями, связанными с погрешностями измерения расходов или несинхронностью водного режима в съемочном створе и аналоге, и уста-
новить те посты, которые характеризуются наибольшей теснотой связи и могут быть использованы для расчета переходных коэффициентов [15] Этот прием оправдан для приведения расходов, полученных по съемочным створам, к минимальным значениям Однако его использование целесообразно при многократном измерении расхода в каждом съемочном створе в течение одного сезона или ряда лет, что на практике трудноосуществимо в связи с массовым характером измерения расходов в процессе гидрометрической съемки
В методическом плане наиболее обоснованным способом определения величин коэффициентов перехода является установление закономерностей их изменения по территории в зависимости от ряда физико-географических факторов- площади водосборов Г, их средневзвешенной высоты Н0, густоты речной сети р, глубины эрозионного вреза А и др Эта методика была впервые разработана и реализована для Онего-Северодвинского междуречья В пределах изученной части бассейна р Чусовой такой анализ показал, что для данного района зависимости переходных коэффициентов КП=/(Е, Н0, р) оказались в большинстве случаев неустойчивыми и уверенно могут быть использованы лишь для отдельных дат [16] При этом для зимней межени устанавливается более отчетливая связь Кп=/(Г, р), поскольку характер сработки запасов подземных вод при отсутствии их пополнения зимой зависит от размеров подземного водосбора, оказывающего регулирующее воздействие на разгрузку подземных вод в реку Для летнего же сезона прослеживается связь КП=/(Н0), отражающая влияние высотной поясности на распределение осадков, выпадающих в виде отдельных дождей в летнее время
Более надежные результаты по определению переходных коэффициентов и объективности отбора постов-аналогов были получены при использовании приема, предложенного Н С Ратнер [15], согласно которому в качестве аргумента рассматривается непосредственно величина модуля подземного стока — интегрального показателя условий его формирования В этом случае в графической форме представляется зависимость вида
(3)
где Ма — расчетное значение модуля подземного стока (минимального, среднегодового) для ряда постов-аналогов, Мт — модуль речного стока по этим постам на дату измерения расхода воды в съемочном (приводимом) створе Значение переходного коэффициента при прямолинейной связи характеризуется в любой точке величиной тангенса угла прямой
1Ба =
К
= Я1
(4)
Мае
Рис 4 Зависимости М=ДМа!), построенные по данным постов-аналогов на отдельные даты проведения гидрометрической съемки в 1968 г а — подземный сток за период зимней межени на 19 2, б — то же за период летне-осенней межени на 13 10, в — годовой подземный сток на 12 1 (1) и на 31 7 (2), по [15] с изменениями
На рис 4 показаны примеры таких графиков, построенных для бассейнов рек Чусовой и Сылвы по данным стационарных и временных постов на отдельные даты 1968 г При криволинейном характере связи рекомендуется использовать зависимость переходных коэффициентов с факторами Г, Н0, р и др , определяющими изменение этих коэффициентов по площадям _
Анализ зависимостей Ма =ДМ0;) позволяет выявить степень однородности природных условий, определяющих формирование подземного стока на исследуемой территории В качестве объективного критерия может быть предложена величина разброса точек на графиках, построенных на даты наиболее устойчивой межени Сопоставление таких графиков и показателей природных факторов по отдельным водосборам позволяет выявить участки, специфичные в гидрогеологическом отношении (аномальные по отношению к фоновым), которые определяют систематическое отклонение точек на графиках, и установить репрезентативность постов с различными площадями водосборов
Разработанная методика приведения результатов гидрометрической съемки к минимальным и среднегодовым значениям может быть использована и для приведения названных характеристик подземного стока к их значениям за многолетний период.
Распределение естественных ресурсов в бассейне р. Чусовой В результате исследований на Среднем Урале в бассейне р Чусовой были оценены естественные ресурсы подземных вод на площади около 4500 км2, использованы данные по 17 стационарным и временным постам и более 350 значений измеренного расхода воды в процессе меженной гидрометрической съемки в период с 1966 по 1969 г
Естественные ресурсы основных водоносных комплексов охарактеризованы средним многолетним значением минимального модуля подземного стока, величина которого изменяется на территории от 0,1— 0,3 до 30 л/с/км2 В области распространения преимущественно карбонатных палеозойских пород Запад-но-Уральской зоны складчатости величина модуля колеблется от 0,7—1,0 до 30 л/с/км2 при преобладающих значениях 1,0—1,5 и 1,0—2,0 л/с/км2 Величинами
2,0—3,0 л/с/км2 отличаются участки интенсивно за-карстованных пород, значениями 1,0—1,5 л/с/км2 — окремнелые глинистые разности карбонатных отложений турнейско-девонского водоносного комплекса Наименьшие значения модуля — 0,7—1,0 л/с/км2 — характерны для терригенно-карбонатных пород сред-недевонского водоносного комплекса и участков, где карбонатные породы перекрыты угленосной свитой нижнего карбона
Аномально высокие (по отношению к фоновым) величины модуля 3,0—5,0 л/с/км2 зафиксированы на участке интенсивно дислоцированных девонских пород в зоне локальной разгрузки подземных вод Бас-ковского разлома и в придолинных участках рек Вильвы, Вижая, Койвы Максимальные величины (13—30 л/с/км2) установлены в придолинной части р Чусовой — самой крупной и глубоко врезанной реки района, а также на отдельных обводненных участках Чизменского, Шишихинского и других тектонических нарушений.
Иная ситуация наблюдается в области распространения древних, в разной степени метаморфизо-ванных пород Центрально-Уральской зоны поднятий, где значения модуля составляют обычно от 0,1—0,3 до 0,7—1 л/с/км2 Их распределение по территории определяется здесь не столько различиями в литолого-пет-рографическом составе пород, гидрогеологические особенности которых в значительной мере сглажены процессами литификации и метаморфизации, сколько их тектонической нарушенностью, морфологией рельефа и количеством выпадающих атмосферных осадков
Наиболее низкими фоновыми значениями модуля подземного стока отличается "сланцевый" водоносный комплекс с весьма малой проводимостью верхней трещиноватой зоны Наряду с этим выявлены участки со сложным структурным планом и интенсивной дислоцированностью пород, где значения модуля увеличиваются до 0,5—1,0 л/с/км2 В центральной части территории — в междуречье Койвы и Сыл-вицы — их увеличение до 0,7—1 л/с/км2 свидетельствует о благоприятных условиях питания подземных вод на относительно плоской заболоченной поверхности междуречья Уменьшение величины подземного стока в юго-восточной и западной частях района связано со снижением годовой суммы осадков, а также с выполаживанием рельефа и увеличением мощности слабопроницаемого делювиального покрова В пределах распространения водоносных комплексов песчаных и вулканогенно-осадочных образований величина модуля изменяется от 0,3—0,5 до 0,7—1,0 л/с/км2, а его распределение в общих чертах подчиняется закономерностям, рассмотренным ранее
Следует отметить, что и значения модуля родникового стока, зафиксированного в трех бассейнах в карбонатных верхнедевонских—нижнекаменноугольных породах и в двух бассейнах в пределах верхнепротерозойских—кембрийских водоносных комплексов,
также существенно различны и составляют в первом случае 0,8, 1,5; 3,0 л/с/км2 и всего ОД и 0,2 л/с/км2 — во втором [5]
В Центрально-Уральской зоне так же, как и в Западно-Уральской, повышенные значения модуля от 0,8—1,4 до 3,0—3,5 л/с/км2 установлены на придолинных участках, где создаются наиболее благоприятные условия для формирования естественных ресурсов благодаря высокой трещиноватости водовмещающих пород, наличию аллювиальных отложений, выравниванию поверхности, что способствует инфильтраци-онному питанию подземных вод, поглощению поверхностного стока Поэтому наибольшие величины естественных ресурсов, рассчитанные для придолинных участков по приращению расхода рек (метод разности), в несколько раз превышают фоновые значения Особо это касается широких долин крупных транзитных рек — Чусовой, Вижая, Койвы и др.
В заключение необходимо сказать, что материалы по среднемасштабной и крупномасштабной оценке ресурсов подземных вод в горных районах очень ограниченны и разрозненны, а публикации единичны и касаются главным образом гидрологических аспектов проблемы В связи с этим мы рассмотрели на примере бассейна р Чусовой основные положения постановки и проведения исследований по оценке естественных ресурсов, поскольку в последнее время работы подобного рода все чаще используются на объектах водохозяйственного проектирования
Заключение В связи с резкой неоднородностью ресурсоформирующих факторов в пределах горно-складчатых областей с глубокой расчлененностью рельефа надежную региональную оценку естественных ресурсов подземных вод можно осуществить только на основе гидролого-гидрогеологического подхода
Для его реализации при среднемасштабных оценках естественных ресурсов информации по стационарным гидрометрическим постам Росгидромета недостаточно, что определяет необходимость дополнительно сооружать временные посты и проводить прямые измерения расхода воды в реках в меженный период в значительном объеме
Размещать временные посты и створы гидрометрической съемки необходимо в соответствии с внутренним структурным планом горной области, выделенными водоносными комплексами или водоносными сериями, высотно-поясными изменениями гидрогеологических условий, различной площадью водосборных бассейнов
Выполненные исследования свидетельствуют о неоднородности распределения естественных ресурсов по территории, что связано с различным составом водовмещающих пород, их неравномерной закарсто-ванностью, наличием обводненных зон тектонических нарушений, характером и степенью расчлененности рельефа, строением речных долин и пр
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект 02—05—64984
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1 Всеволожский В А Ресурсы подземных вод южной части Западно-Сибирской низменности М , 1973
2 Гидрометрическая оценка взаимодействия речных и подземных вод Л , 1973
3 Естественные ресурсы подземных вод Восточной Сибири Новосибирск, 1976
4 Зекцер И С Естественные ресурсы пресных подземных вод Прибалтики М , 1968
5 Карпова ВП Количественная оценка родниковой составляющей подземного стока в реки Западно-Уральской зоны складчатости // Взаимодействие поверхностного и подземного стока 1974 Вып 2 С 50—56
6 Карта подземного стока СССР Масштаб 1 5 ООО ООО М, 1969
7 Карта подземного стока территории СССР Масштаб 1 2 500 000 М , 1977
8 Кийко Е П, Просенкова НИ, Старовойт РД Методические указания по оценке естественных ресурсов подземных вод зоны интенсивного водообмена при гидрогеологических съемках масштаба 1 200 000 и 1 500 000 М, 1969
9 Куделин Б И Принципы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод М , 1960
10 Лебедева НА Естественные ресурсы подземных вод Московского артезианского бассейна М , 1972
11 Макаренко ФА О закономерностях подземного питания рек//Докл АН СССР 1947 Т 57 № 5 С 485-488
12 Методические рекомендации по оценке подземного притока в реки Л , 1991
13 Методы изучения водообмена / Гл ред В М Шес-топалов Киев, 1988
14 Подземный сток на территории СССР / Под ред Б И Куделина М , 1966
15 Ратнер НС К расчету подземного притока в реки по данным единичных измерений расходов воды // Тр ГГИ 1977 Вып 240 С 51—72
16 Ратнер НС Расчет многолетних характеристик подземного притока в реки по данным гидрометрических съемок//Там же 1978 Вып 253 С 31-41
17 Фиделли ИФ Принципы и методы региональной оценки подземного стока // Научные основы изучения и охраны подземных вод Ч 1 М , 1980 С 14—20
Поступила в редакцию 09 12 2003
УДК 556 182 550 3
С.О. Гриневский, В.В. Прокофьев
К МЕТОДИКЕ ПРОВЕДЕНИЯ И ИНТЕРПРЕТАЦИИ ТЕРМОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ ДЛЯ ВЫЯВЛЕНИЯ ЗОН СУБАКВАЛЬНОЙ РАЗГРУЗКИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД1
Введение Изучение условий взаимодействия подземных и речных вод — одно из основных направлений поисково-разведочных работ на месторождениях подземных вод в речных долинах При этом в задачи исследований входит не только качественная характеристика неоднородности условий взаимодействия подземных и речных вод по руслу водотока и в пределах речной долины (выделение участков разгрузки подземных вод, реже — поглощения речных вод), но и количественная оценка интенсивности руслового взаимодействия Эти задачи, особенно на поисковой стадии работ на месторождениях, предусматривающих площадные исследования, эффективно решаются комплексом русловых геофизических работ (методы естественного поля, резистивиметрии и термометрии [5]) совместно с гидрометрическими измерениями Совместная интерпретация данных русловых и геофизических исследований позволяет выделить участки русла с разной интенсивностью взаимодействия подземных и речных вод, а гидрометрические измерения расхода реки на границе участков — рассчитать сум-
марный расход разгрузки (поглощения) по методу разности При этом оценка расхода руслового взаимодействия по методу разности правомерна, если приращение расхода реки на участке существенно больше суммарной ошибки гидрометрического замера
Среди комплекса русловых геофизических методов, использующихся для изучения взаимодействия подземных и речных вод, наиболее широко применяется метод термометрии донных отложений и речной воды в виде русловой термометрической съемки (профилирования) В соответствии с методическими рекомендациями [2] термометрия — основной метод при выделении участков субаквальной разгрузки неглубоких водотоков по дну
Замер температуры воды чаще всего ведется непосредственно термометром, а донных отложений — термощупом, который представляет собой металлический стержень, в конический наконечник которого вмонтирован гидроизолированный терморезистор (термистор) Щупы позволяют заглублять термисторы в донные отложения на глубину 0,1—0,6 м, при этом в
1 Работа выполнена при финансовой поддержке гранта "Университеты России" № УР 09 03 065
