CC BY
18
УДК 628.1.032(470.41)
А.Н. Имамеев, А.Б. Адельшин
КАЧЕСТВЕННЫЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД СПАССКОГО РАЙОНА РТ
Спасский район расположен у впадения р. Камы в р. Волгу. Территория района находится на II надпойменной террасе рек Волги и Камы, которая представляет собой равнину, осложненную блюдцеобразными понижениями, овражно-балочной сетью и речными террасами. Левый берег рек Камы и Волги пологий и низменный, окаймленный широкой затопленной поймой с множеством островов. Климат умеренный, континентальный. Основной отраслью народного хозяйства является сельскохозяйственное производство. Райцентр г. Булгар и прилегающая к нему территория являются историко-архитектурным памятником Волжской Булгарии.
Основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются подземные воды. Пресные подземные воды приурочены к зоне активного водообмена , которая расположена выше
гипсангидритовой толщи сакмарского яруса. В зоне активного водообмена расположены
6 гидрогеологических подразделений, выделенные согласно “Сводной легенде к Государственной гидрогеологической карте России масштаба 1:200000, Средне-Волжская серия”:
1) локально водоносный четвертичный эллювиально-делювиальный и делювиально-солифлюкционный горизонт;
2) водоносный нижнечетвертично-современный аллювиальный и аллювиально-флювиогляциальный комплекс;
3) водоносный плиоценовый терригенный комплекс;
4) слабоводоносная, локально водоносная нижнеуржумская карбонатно-терригенная свита;
5) водоносная, локально-водоносная карбонатносульфатная верхнеказанская свита;
6) водоносная, локально-слабоводоносная карбонатная нижнеказанская свита.
Территория Спасского района приурочена к Волго-Сурскому бассейну пластовых вод, который входит в состав Восточно-Русского артезианского бассейна I порядка.
Локально водоносный четвертичный аллювиальноделювиальный и делювиально-солифлюкционный горизонт приурочен к супесям и пескам, залегающим на склонах водоразделов и террас. Глубина их залегания 1-10 м, мощность горизонта 0,5-2 м. Режим зависит от количества осадков. Горизонт залегает на водоупорных глинах. Источников мало и они малодебитны, менее
0,06 л/с. Родники представлены в виде мочажин в
подножье склонов. Коэффициенты фильтрации супесей 0,1-0,3 м/сут, песков до 2 м/сут. Воды горизонта пресные гидрокарбонатно-натриевого и сульфатнонатриевого типов по классификации В.А.Сулина [1], гидрокарбонатного магниево-кальциевого состава по ОСТ 41-05-263-86 [2]. Водоносный горизонт слабо защищен с поверхности, поэтому вода содержит повышенное количество железа и нитратов. Подземные воды горизонта используются населением колодцами глубиной до 10 м.
Водоносный нижнечетвертично-современный аллювиальный и аллювиально-флювиогляциальный комплекс широко развит на левобережье Куйбышевского водохранилища и приурочен к палеодолинам рек, пойме рек Волги и Камы и надпойменным террасам. Четвертичные аллювиальные осадки залегают на эродированной поверхности пермских пород на западе и на неогеновых отложениях на востоке и юге района, где последние выполняют палеодолину р. Камы. Водоносные горизонты комплекса залегают первыми от поверхности и являются грунтовыми. Подземные воды комплекса являются условно защищенными. Водовмещающими породами являются разнозернистые кварцевые пески с гравием и галькой кремнистых пород мощностью 45-71,5 м. На западе района четвертичный аллювиальный комплекс состоит из трех частей. Кровля верхней пачки, сложенной в верхней части слоем водоносных песков мощностью 5-10 м, залегает на абсолютных отметках 53-66 м. Коэффициент фильтрации песков составляет 9,0 м/сут. Зона аэрации над ним 15-30 м. Нижняя часть пачки представлена слоем слабопроницаемых глин, суглинков, супесей мощностью от 2 до 10 м. Подошва пачки залегает на глубине 5-30 м, что соответствует абсолютным отметкам 45-50 м.
Средняя часть комплекса сложена не выдержанными по мощности и простиранию слоями глинистых пород общей мощностью 10 м. Нижняя часть комплекса сложена водоносными разнозернистыми песками мощностью 27-38 м и коэффициентом фильтрации 2-17 м/сут. Кровля нижнего слоя находится на глубине 20-40 м, что соответствует абсолютным отметкам 35-45 м, подошва - в интервале 62-83 м, что соответствует абсолютным отметкам 10 (-10) м. Водообильность песков неравномерна. Дебиты скважин составляют порядка 25 л/с при понижении уровня воды 5-7 м, удельные дебиты 3,5-5 л/с при бурении ударно-канатным способом с промывкой
водой. При роторном бурении с промывкой буровым раствором удельные дебиты 0,2-0,5 л/с. Водопроводимость песков в районе г. Булгар 100 м2/сут. Поток подземных вод направлен к Куйбышевскому водохранилищу. По условиям залегания и типу циркуляции воды комплекса порово-пластовые. Подземные воды этого слоя обладают напором 7-17 м. Пьезометрический уровень при этом устанавливается на 0,6-0,8 м ниже уровня воды верхнего водоносного горизонта. На востоке и юге района, где четвертичные отложения подстилаются плиоценовыми, преимущественно глинистыми породами, условия залегания водоносных горизонтов, их водообильность и состав воды сходны с западной частью.
По химическому составу воды комплекса преимущественно гидрокарбонатно-натриевого типа, меньше сульфатно-натриевого (табл.). Подземные воды гидрокарбонатно-натриевого типа пресные при общей жесткости до 7 ммоль/дм3. В ионном составе преобладают воды гидрокарбонатного состава с разным содержанием главных типообразующих катионов. Содержание нитратов 0,1-17,4 мг/л, железа -от 0,05 до 4,95 мг/л. Число проб с содержанием железа более 0,3 мг/л составляет 16% от общего количества проб с водой гидрокарбонатно-натриевого типа. Воды сульфатно-натриевого типа имеют более пестрый состав. Чаще встречаются гидрокарбонатносульфатные магниево-натриево-кальциевые при минерализации от 0,61 до 1,20 г/дм3 и общей жесткости 5,20 - 11,48 ммоль/дм3. Содержание нитратов в них 0,1
- 29,8 мг/дм3, железа до 0,3 мг/дм3, и только в одной пробе 0,36 мг/дм3. Одна проба имеет воду хлор-магниевого типа гидрокарбонатного магниевокальциевого состава с минерализацией 0,53 г/дм3 и общей жесткостью 6,84 ммоль/дм3. При залегании на карбонатных отложениях верхнеказанского подьяруса воды комплекса имеют повышенную минерализацию и жесткость вследствие подтока подземных вод из казанских пород. В анионном составе наблюдается повышение содержания сульфатов и они становятся преобладающими.
Питание верхнего водоносного горизонта за счет инфильтрации атмосферных осадков и подтока из нижележащих горизонтов. Разгрузка происходит в русло рек Волги и Камы и нижележащие горизонты. Нижний водоносный горизонт является основным источником водоснабжения г. Булгар.
Водоносный плиоценовый тирригенный комплекс развит на востоке и юге района. Лимногенно-аллювиальные отложения плиоцена заполняют палеодолины рек и палеоложе полузамкнутых водоемов. Представлены они в основном глинами с прослоями песка, алеврита, песчаников общей мощностью до 150 м. Водовмещающими породами являются разнозернистые пески и базальные гравийногалечные отложения. Пески мощностью 0,5-4 м в виде
не выдержанных по простиранию и мощности слоев залегают среди глинистых пород плиоцена. Наиболее водообильными являются гравийно-галечные отложения. Водоносные горизонты, залегающие в кровле, гидравлически связаны с четвертичными алювиальными горизонтами и образуют единый комплекс.
Глубина залегания водоносных горизонтов от 15 до 80 м. При мощности плиоценовых пород до 100 - 150 м обводнено 5-30 м. Водообильность и режим зависят от количества осадков. Комплекс условно защищен от загрязнения сверху. Дебиты скважин 0,2-1,5 л/с при понижении 2 -10 м, удельные дебиты 0,01-0,3 л/сек. Коэффициенты фильтрации песков 2-11 м/сут. Подземные воды комплекса гидрокарбонатнонатриевого и сульфатно-натриевого типов, реже хлор-магниевого. Виды гидрокарбонатно-натриевого типа имеют минерализацию 0,21-0,62 г/дм3, преимущественно гидрокарбонатный магниевокальциевый состав при общей жесткости 1,90-6,46 ммоль/дм3. Содержание железа от 0,05 до 0,3 мг/дм3, и только в одной пробе 0,63 мг/дм3, а нитратов 0,1-24,28 мг/дм3. Воды сульфатно-натриевого типа также пресные. Состав их преимущественно гидрокарбонатный магниево-кальциевый. Величина общей жесткости в основном не превышает ПДК. Для них характерно присутствие нитратов от 15,38 до 33,23 мг/дм3, в двух пробах превышает ПДК - 60,00 и 60,53 мг/дм3. Воды хлор-магниевого типа имеют пестрый состав, минерализация их 0,53-1,11 г/дм3, общая жесткость 6,65-14,06 ммоль/дм3. Содержание нитратов от 30,46 до 80,77 мг/дм3. Питание водоносных горизонтов плиоценовых отложений атмосферными осадками и подтоком вод из нижележащих горизонтов. Разгрузка происходит в русло рек Волги и Камы и борта палеодолины и нижележащие горизонты.
Слабоводоносная локально-водоносная
нижеуржумская карбонатно-терригенная свита распространена повсюду, кроме северной части района, примыкающей к Куйбышевскому водохранилищу, где уржумские отложения размыты. Водовмещающими породами являются трещиноватые песчаники, которые залегают в виде не выдержанных по мощности и простиранию линзовидных слоев среди глин и мергелей. Мощность их 2-4 м. Глубина залегания 45-100 м. Подземные воды свиты обладают напором, величина которого составляет 12-30 м. По условиям залегания и циркуляции воды являются порово-трещинно-пластовыми. Водоносные горизонты защищены от поверхностного загрязнения слоями глин. Водообильность их невысокая и непостоянная. Удельные дебиты скважин от 0,01 до 0,15 л/с, коэффициент фильтрации песчаников 0,5-0,6 м/сут, водопроводимость 1-19 м2/сут.
Воды свиты преимущественно гидрокарбонатнонатриевого типа, реже сульфатно-натриевого. Минерализация до 1 г/дм3, общая жесткость до 13
Таблица
ХИМИЧЕСКИИ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОДХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ
СПАССКОГО РАЙОНА рт
Г идрогеологическое подразделение Тип воды по В. А. Сумину Минерализация, г/дм3 Общая жесткость, ммоль/дм3 Железо общее, мг/дм3 Нитраты, мг/дм3 Ионный состав воды по ОСТ 41-05-263-86, %
1 2 3 4 5 6 7
Водоносный Г идро-карбонатно- 0,22-0,69 2,09-6,46 0,05-4,95 0,1-17,4 НСО3 - Мg-Na-Ca - 8,9
нижнечетвертичносовременный аллювиальный и натриевый - 30% до 0,05=11,1% 0,5-1,0=18,9% > 0,3 -=5% НСО3 - Мg - Са - 6,7 НСО3 - № - Мg - Са - 5,5 НСО3 - № - Са - 3,3
аллювиально- НСО3 - Са -№ - 1,1
флювиогляциальный НСО3 - №-Са - 1,1
комплекс - а, аQ1 - НСО3 - №-Са - Мg - 1,1
IV 804 - НСО3 - Мg-Ca - 1,1 804 - НСО3 - Мg- № - Са - 1,1
Сульфатно-натриевый - 0,61-1,20 5,20-11,48 0,05-0,36 0,1-29,8 НСО3 - 804 - Мg- № - Са - 4,4
10% до 1,0-5,5% до 7,0-3,3% более НСО3 - Мg- Са - 1,1
> 1,0-4,4% >7,0-7,8% 0,3-1,1% НСО3 - № - Мg- Са - 1,1 НСО3 - 804 - № - Са - 1,1 8О4 - НСО3 - № - Са - 1,1 8О4 - НСО3 - № - Мg - Са - 1,1
Хлор-магниевый - 1,1% 0,53 6,84 НСО3 - Мg- Са - 1,1
Водоносный Гидрокарбонатно- 0,21-0,62 1,90-6,46 0,05-0,63 0,1-24,28 НСОз - Мg- Са - 13,3
плиоценовый натриевый - 17,8% >0,3-1,1% НСОз - Мg- № - Са - 2,2
терригенный НСОз - № - Са - 1,1
комплекс N НСОз - № - М - Са - 1,1
Сульфатно-натриевый- 0,38-1,33 2,66-9,88 0,1-60,53 НСО3 - Мg- Са - 7,8
13,3% до 7-10% >7-3,3% >45-2,2% НСО3 - Мg- № - Са - 1,1 НСО3 - 8О4 - Са - М - 1,1 НСО3 - 8О4 - Са - М- ^ - 1,1 8О4 - НСО3 - № - М- Са - 1,1 8О4 - НСО3 - Са - № - 1,1
Хлор-магниевый - 3,3% 0,53-1,11 6,65-14,06 30,46-80,77 НСОз - Мg- Са - 2,2 С1 - НСО3 - Мg- Са - 1,1
Слабоводоносная, Гидрокарбонатно- 0,32-0,62 3,42-6,65 0,05-1,22 НСО3 - Мg- Са - 6,7
локально- натриевый - 6,7 %
водоносная Сульфатно-натриевый- 0,57 6,46 30,79 НСО3 - Мg- Са - 1,1
нижнеуржумская карбонатно- 1,1%
терригенная свита Р2 ил
Водоносная, Гидрокарбонатно- 0,50-0,83 4,67-6,84 0,1-13,30 НСО3 - Мg- Са - 3,3
локально- натриевый - 10% НСО3 - № - Са - 2,2
слабоводоносная НСО3 - Мg- № - Са - 2,2
карбонатно- НСО3 - № - Мg - 1,1
сульфатная НСО3 - № - Мg- Са - 1,1
верхнеказанская Сульфатно-натриевый- 2,41 24,96 0,34 8О4 - Мg- № - Са - 1,1
свита - Р2 кщ 1,1 %
Хлор-магниевый - 1,1% 0,90 11,40 102,60 НСО3 - Мg- Са - 1,1
Водоносная, Сульфатно-натриевый- 2,57 33,06 10,20 8О4 - Мg - Са - 1,1
локально- 1,1%
слабоводоносная
карбонатная
нижнеказанская
свита - Р2 ^
ммоль/дм3, содержание железа от 0,05 до 1,22 мг/дм3. Воды в основном гидрокарбонатные магниевокальциевые. На участках развития гипсоносных пород (с. Войкино) минерализация повышена до 2 г/дм3, соответственно в анионном составе начинают преобладать сульфаты. Питание водоносных горизонтов свиты за счет перетоков из выше- и нижележащих горизонтов, разгрузка в палеодолины рек Камы и Волги. Используются воды свиты совместно
с водами неоген-четвертичных отложений.
Водоносная, локально-водоносная карбонатносульфатная верхнеказанская свита распространена на всей изученной территории, кроме современного и палеовреза рек Волги и Камы, где она размыта. Кровля верхнеказанских отложений залегает на глубине 50-150 м, что соответствует абсолютным отметкам 20 - (-130) м. Водовмещающими породами являются трещиноватые и закарстованные известняки и долмиты мощностью
2,3-10 м. Общая мощность верхнеказанских отложений 25-40 м. Верхним водоупором является глины и гипсы, залегающие в кровле свиты, нижним - слой гипса мощностью 8-20 м в подошве верхнеказанского подъяруса. По условиям залегания и циркуляции воды трещинно-карстово-пластовые. Водообильность пород различная и зависит от их трещиноватости. Дебиты скважин от 0,1 до 2 л/с.
В Куйбышевском водохранилище, в приустьевой части р. Актай, находится крупный останец верхнепермских пород. В прибортовой части останца в верхнеказанских отложениях скважины глубиной 3047 м в селах Измери, Вожи имеют дебит 0,6-5 л/с при понижении 2-7 м. Минерализация воды здесь за время эксплуатации повысилась от 0,4 до 1,0 г/дм3. Замечено, что с глубиной минерализация и жесткость подземных вод верхнеказанских отложений повышается. Южнее, в долине р. Бездна, в селах Красная Слобода, Куралово, Гулюще, Ямбухтино, Щербеть, подземные воды комплекса дренируются палеодолиной рек Камы и Волги. На это указывает повышенная минерализация и сульфатный состав подземных вод четвертичных отложений. В южной части района, где слои верхнеказанских отложений имеют падение к центральной части Меленесской впадины, водоносная свита залегает на глубине 125-150 м и практического значения не имеет. Подземные воды свиты
преимущественно гидрокарбонатно-натриевого типа, реже сульфатно-натриевого и хлор-магниевого. Минерализация вод гидрокарбонатно-натриевого типа до 1 г/дм3, состав их гидрокарбонатный магниево-натриево-кальциевый. Величина общей жесткости до 10 ммоль/дм3. Минерализация вод сульфатнонатриевого и хлор-магниевого типов достигает 2,5 г/ дм3, величина общей жесткости превышает ПДК. Отмечены повышенные содержания железа и нитратов. Питание их за счет перетоков из выше- и нижележащих слоев, разгрузка в соседние водоносные горизонты, в частности, в водоносный комплекс четвертичных отложений.
Водоносная, локально слабоводоносная карбонатная нижнеказанская свита распространена повсеместно. Общая мощность нижнеказанских пород 30-52 м. Водовмещающими породами являются трещиноватые, закарстованные известняки и доломиты. По типу циркуляции и водообильности воды трещинно-карстово-пластового типа. Водообильность пород неравномерная. Удельный дебиты скважин составляют 0,2-0,5 л/с, водопроводимость 1-3 м2/сут. Воды напорные, высота напора до 70 м. Воды свиты защищены от поверхностного загрязнения вышележащими слоями водоупорных пород. По химическому составу воды сульфатно-натриевого и хлор-магниевого типов сульфатного, хлоридно-сульфатного кальциевого, магниево-кальциевого, магниево-натриевого состава с минерализацией до 5,0 г/дм3. Питание и разгрузка водоносных горизонтов за
счет перетоков в соседние горизонты.
Зона пресных вод в Спасском районе составляет до 50 м на севере, у устья р. Бездна, где четвертичные отложения залегают на верхнеказанских. При залегании их на нижнеуржумских породах мощность зоны пресных вод увеличивается до 100 м, а в палеодолине р. Камы, заполненной плиоценовыми отложениями -до 150 м. Ниже залегают воды повышенной минерализации и жесткости. Общие прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения, по данным “Татводпроекта”, составляют 142,75 тыс. м3/сут. Из них ресурсы водоносных плиоценового и четвертичного комплексов - 96,5%, нижнеуржумской свиты - 0,3%, верхнеказанской - 3,2%. Прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод составляют 220,90 тыс.м3/сут, в том числе пресных 218,10 тыс.м3/сут. Модуль прогнозных эксплуатационных ресурсов 1,26 л/с-км2. Современный водоотбор подземных вод по Спасскому району 16690 м3/сут или 193,2 л/с. Модуль современного водоотбора 0,10 л/с-км2. Эти цифры однозначно указывают, что прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения на порядок превышают современный водоотбор. Район является надежно обеспеченным прогнозными эксплуатационными ресурсами пресных подземных вод. Обеспеченность подземными водами, соответствующими требованиям СанПиН 2.1.4.559-96, по району, по данным МЭПР, составляет 30% [3]. Но вследствие слабой защищенности подземных вод неоген - четвертичных аллювиальных отложений в них местами присутствуют возбудители инфекционных заболеваний. Так, в 2002 г. число проб, в которых обнаружены возбудители, составило 6,6%.
На изученной территории формируются преимущественно пресные подземные воды гидрокарбонатно-натриевого типа (64,5% обследованных скважин). В меньшей степени распространены воды сульфатно-натриевого типа на севере в бассейне нижнего течения р. Бездна и на юге в бассейне верхнего течения р. Утка. Состав их гидрокарбонатный, гидрокарбонатно-сульфатный, сульфатный, сульфатно-гидрокарбонатный, преимущественно магниево-кальциевый.
В отдельных скважинах встречаются воды хлор-магниевого типа. В бассейне верхнего течения р. Утка выделен участок развития вод данного типа. Появление их связано с загрязнением поверхностными стоками. На это указывает повышенное содержание нитратов в подземных водах на этом участке. По ионному составу преобладают воды гидрокарбонатного состава. В северной части района на площади развития верхнеказанских отложений формируются воды сульфатно-гидрокарбонатного и гидрокарбонатносульфатного состава, что вызвано разгрузкой вод повышенной минерализации из верхнеказанской свиты.
Воды повышенной минерализации также встречаются в скважинах, расположенных в селах Кузнечиха и Иске Рязап. На остальной территории Спасского района расположены пресные подземные воды.
На большей части района общая жесткость подземных вод не превышает ПДК. Воды с содержанием общей жесткости более 7 ммоль/дм3 приурочены к участкам распространения вод повышенной минерализации. В большинстве проб воды, отобранных сотрудниками РГГП
“Татарстангеология” в 1999 г., содержание железа меньше ПДК. Воды с содержанием железа свыше 0,3 мг/дм3 встречаются в отдельных скважинах без видимой связи с условиями их формирования, но встречаются они преимущественно в водах гидрокарбонатнонатриевого типа. Содержание нитратов редко превышает ПДК. Из 90 обследованных скважин только в 4-х имеются нитраты с содержанием более 45 мг/дм3 в селах Ямбухтино, Иж-Борискино, Нов.Баран, Иске Рязап, что, по-видимому, связано с поверхностным загрязнением, так как в зоне активного водообмена нет условий для формирования нитратов.
В заключение, можно сделать следующие выводы:
- основные прогнозные эксплуатационные ресурсы
подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения сосредоточены в неоген-четвертичных отложениях;
- Спасский район является надежно обеспеченным прогнозными ресурсами пресных подземных вод;
- на большей части территории района распространены подземные воды гидрокарбонатнонатриевого типа, наиболее мягкие по составу и благоприятные для человеческого организма;
- мощность зоны развития пресных вод составляет 50-150 м, что позволяет организовать их добычу неглубокими скважинами.
Литература
1. Сулин В.А. Условия образования, основы классификации и состав природных вод, в частности, вод нефтяных месторождений. Ч.1. - Образование и основы классификации природных вод. - М.: Изд-во АН СССР, 1948. - 139 с.
2. Отраслевой стандарт. Воды подземные. Классификация по химическому составу и температуре. ОСТ 41-05-263-86. - М: ВСЕГИНГЕО, 1986. - 12 с.
