CC BY
20
УДК 556.3
КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЗАИМОСВЯЗИ ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД С ПОДЗЕМНЫМИ НА ПОДТАКЫРНОЙ ЛИНЗЕ ПРЕСНЫХ ГРУНТОВЫХ ВОД «САРПА»
© 2015 г. С. Я. Цуркан, Л. Ю. Орлов
АО "Нижне-Волжский НИИ геологии и геофизики"
В Прикаспийской низменности на юге Российской Федерации основными источниками питьевого водоснабжения являются линзы грунтовых пресных и слабосолоноватых вод, приуроченные к лимановидным, такыровидным понижениям в рельефе, к такырам, к котловинам эоловой дефляции.
Известно, что линзы пресных грунтовых вод формируются за счет инфильтрации поверхностных вод временного стока замкнутых понижений [1, 5, 6, 21, 26]. Однако информация о количественных показателях взаимосвязи поверхностных вод замкнутых понижений с грунтовыми водами линз в литературных источниках не имеется. Существуют разобщенные сведения о временном стоке на такырах и в такыровидных понижениях [3, 13, 14, 17, 18] и о формировании запасов пресных и слабосолоноватых линз грунтовых вод [5, 6, 9, 21, 24, 30].
Отсутствие такой информации приводит к занижению эксплуатационных ресурсов линз, не позволяет рассчитать рациональный режим их эксплуатации, обосновать целесообразность искусственного пополнения запасов. Опыт показывает, что отбор пресных грунтовых вод выше инфильтра-ционного питания приводит к быстрому истощению и исчезновению грунтовых пресных линз. Поэтому мы полагаем целесообразным для рационального использования водных ресурсов замкнутых понижений количественно оценивать степень участия поверхностных вод временного стока в питании подземных. Количественным показателем взаимосвязи предлагается
считать коэффициент участия временного стока, питающего грунтовые воды (КУВС). Он получается из соотношения объема инфильтрации из такыровидных понижений при свободном режиме фильтрации (дождевании) к объему поверхностных вод, создающих инфильтрацию:
КУВС = V ф. п./У в. с.х 100 %.
Предложенная задача решается путем организации водно-балансовых исследований. Такие исследования выполнены на та-кыровидном понижении «Сарпа» в Калмыкии, находящемся в пределах Прикаспийского артезианского бассейна.
Водосборная площадь понижения около 100 000 м2, площадь затапливаемого днища составляет примерно 8 550 м2. В геоморфологическом отношении такыровидное понижение находится на озерно-морской поверхности последнего уровня раннехва-лынской трансгрессии с абсолютными отметками от 0 до -1,5 м [31]. Поверхность водосбора сложена солонцеватыми, средне-суглинистыми почвами. Днище понижения выполнено тяжелосуглинистыми грунтами. Зона аэрации подтакырной линзы представлена сверху вниз суглинками тяжелыми мощностью 2,5-3 м, супесями и песками мощностью 2-2,5 м. Колебание уровня грунтовых вод (УГВ) происходит в тонкозернистых песках хвалынского возраста на глубине 5,1-5,2 м.
Пресноводная линза заключена в мелкотонкозернистых песках хвалыно-хазарского возраста. Залегает линза на глинах хазарского возраста, которые являются для нее
водоупором. Размеры линзы 50 х 80 м, ее мощность 10-14 м. Минерализация грунтовых вод 0,4-0,8 г/л.
Наблюдения на такыровидном понижении «Сарпа» позволяют следить за режимом УГВ и за наполнением днища паводковой водой. Объем воды в днище подсчиты-вался по горизонталям нивелирной съемки, проведенным через 5 см, масштаб съемки 1 : 200.
Заполнение днища водой происходит несколько раз в год: в весенне-зимний период в результате снеготаяния и в летний -за счет дождей. Продолжительность стояния воды в понижении в зимне-весеннее время составляет 15-20 дней, летом - 2-10 дней. До заполнения днища понижения водой замеры УГВ выполнялись 3 раза в месяц. С момента заполнения понижения поверхностными водами УГВ замерялся 3 раза в неделю. С целью определения недостатка насыщения в зоне колебания УГВ выполнялись замеры влажности пород нейтронным влагомером ВНП-1.
Фильтрационные потери из днища понижения определялись по выражению, сформированному из работ [7, 12, 15, 16, 20]: V ф. п. = X (АЬ1 + ^ +.... АЬп + Л2п)*ц*^
где Д^ п - положительные приращения в УГВ, вызванные инфильтрационным питание, м;
п - величина, учитывающая снижение УГВ при его подъеме за счет оттока, м;
ц - недостаток насыщения или водоотдача пород в зоне колебания УГВ, в долях;
F - площадь инфильтрации поверхностных вод, м2.
Площадь инфильтрации F подсчитыва-лась по карте затопления днища. Величины Дh + ^ брались из графиков колебания УГВ. По данным геологоразведочных работ водоотдача тонкозернистых песков равнялась 10 %, эту величину подтвердили замеры влажности нейтронным влагомером. За
период 5-летних водно-балансовых исследований объем временного стока составлял 2,1-7,7 тыс. м3. Средний слой стока с водосбора равняется 68 мм. За счет летних дождей слой стока может быть 16-55 мм за год. Качество поверхностных вод понижения в основном соответствует СанПиНу 2.1.4.1074-01, за исключением превышения в ней азота в аммиаке - 2-2,4 мг/л, железа -3-4 мг/л и цветности - 100 град.
Амплитуда колебаний УГВ, вызванная инфильтрацией паводковых вод, в течение пяти лет исследований была в пределах 0,09-0,39 м. Объем фильтрационных потерь за время наблюдений не превышал 170620 м3 в год. Таким образом, естественные ресурсы подтакырной линзы незначительные - 0,5-1,3 м3/сут, то есть отбор пресных грунтовых вод выше 1,5 м3/сут неизбежно приведет к их истощению. В настоящее время из колодца, построенного в днище понижения, водовозами откачивается 711 м3/сут воды.
КУВС такыровидного понижения за время наблюдений составил 5-9 % от годовых объемов временного стока. Более 90 % поверхностных вод понижения расходуется непродуктивно, на испарение.
Следовательно, на понижении поверхностные воды временного стока крайне слабо питают пресные воды линзы. Ресурсы поверхностных вод для искусственного пополнения запасов линзы (ИПЗЛ) имеются, и их количества вполне хватит для увеличения запасов подтакырной линзы до 6-21 м3/сут. Этих объемов достаточно для водоснабжения поселка Сарпа и близлежащих животноводческих хозяйств. При этом истощение пресноводной линзы исключается.
К выводу о целесообразности ИПЗЛ на такыровидных понижениях и такырах пришли все исследователи, изучающие водные ресурсы засушливых территорий [9, 11, 19, 23, 26, 27, 29, 30]. Количество понижений,
создающих ресурсы поверхностных вод, в региональном плане можно подсчитать по материалам аэрокосмической съемки [2, 3, 4, 22, 25, 28].
С помощью аэрокосмических снимков установлено, что только в Калмыкии такы-ровидных понижений насчитывается более 500. Они формируют ресурсы поверхностных вод в количестве более 14 млн м3/год. Этими ресурсами можно создавать иску-
сственные линзы пресных грунтовых вод с общими запасами примерно в 40 тыс. м3/сут [8, 10, 28-30].
Таким образом, на примере водно-балансовых исследований на такыровидном понижении «Сарпа» установлено, что в Прикаспийской низменности юга Российской Федерации имеются водные ресурсы для решения проблемы водоснабжения небольших поселков и фермерских хозяйств.
Л и т е р а т у р а
1. Богданов Г. Я. Лиманы северной части Прикаспийской низменности как аккумуляторы пресных грунтовых вод // Геология и разведка. - 1958. - № 10. - С. 110-120.
2. Викторов С. В. Ландшафтная индикация гидрогеологических и инженерно-геологических условий в районах орошения и обводнения пустынь. - М.: Недра, 1976. -56 с.
3. Воскресенский К. П. Сток в южном Заволжье и Прикаспийской низменности. - Л.: Гидро-метиздат, 1953. - 96 с.
4. Востокова Е. А. Использование аэрокосмических фотоснимков при гидрогеологических исследованиях в пустынях. - М.: Недра, 1980. -160 с.
5. Гордеев П. В. Источники питания линз пресных и солоноватых вод на Черных землях // Труды Новочеркасского политехнического института. - 1964. - Т. 156. - С. 53-60.
6. Гордеев П. В. Водоснабжение Черных земель и перспективы его улучшения // Труды Новочеркасского политехнического института. - 1964. - Т. 156. - С. 61-72.
7. Изучение зоны аэрации в связи с оценкой и прогнозом взаимосвязи подземных и поверхностных вод. - М.: ВСЕГИНГЕО, 1981. - 105 с.
8. Изучение условий формирования пресных и солоноватых подземных вод Калмыкии с применением аэрокосмоснимков / С. Я. Цуркан, Н. В. Клычев, В. В. Гонтарев // Недра Поволжья и При-каспия. - 2005. - Вып. 47. - С. 55-62.
9. Искусственное пополнение запасов грунтовых вод при решении проблем водоснабжения в Калмыкии / С. Я. Цуркан, Н. В. Клычев, В. В. Гонтарев // Недра Поволжья и Прикаспия. - 2005. -Вып. 41. - С. 29-34.
10. Комплексное использование водных ресурсов республики Калмыкия / под ред. С. Б. Адьяе-ва, Э. Б. Дедовой, М. А. Сазонова. - Элиста: ЗАО «НПП Джангар», 2006. - 200 с.
11. Константинов Б. Сохранение такырных вод и очистка их в искусственных бассейнах // Сельское хозяйство Казахстана. - 1954. - № 9. - С. 50-53.
12. Кошелева Н. Е., Пашковский И. С. Определение инфильтрационного питания по данным режимных наблюдений с использованием функций влияния. - М.: Наука, 1986. - № 7. - С. 46-51.
13. Кунин В. Н. Местные воды пустыни и вопросы их использования. - М.: АН СССР, 1959. -282 с.
14. Кунин В. Н. Воды пустыни и окружающая среда. - М. Наука, 1980. - 286 с.
15. Лапшова Л. П. Методы оценки инфильтрационного питания подземных вод. - М.: Обзор ВИЭМС, 1982. - 57 с.
16. Лебедев А. В. Методы изучения баланса грунтовых вод. - М.: Недра, 1986. - С. 3-12.
17. Лещинский Г. Т. Сток дождевых вод с такыровидных бассейнов // Известия АН Таджикской ССР. - 1954. - № 1. - С. 34-42.
18. Лещинский Г. Т. Ресурсы временного поверхностного стока пустыни Средней Азии и Западного Казахстана. - Ашхабад: изд-во «Ылым», 1974. - 186 с.
19. Лещинский Г. Т. Инфильтрационные бассейны при искусственном пополнении и формировании подтакырных линз // Гидрометеорологический режим Туркмении. - 1975. - Вып. 8. - С. 5461.
20. Методические рекомендации по оценке баланса грунтовых вод с использованием данных режимных наблюдений в одиночных скважинах / сост. А. В. Лебедев. - М.: ВСЕГИНГЕО, 1985. -61 с.
21. Никитин М. Р. О роли временного поверхностного стока в возобновлении запасов соленых грунтовых вод Прикаспийской низменности // Вопросы оценки взаимосвязи поверхностных и подземных вод и качества воды. - М.: МГУ, 1972. - С. 99-110.
22. Островский В. Н. Возможности использования расчетных моделей при ландшафтной индикации подлиманных линз пресных грунтовых вод Прикаспийской впадины // Новые аспекты региональных гидрогеологических исследований: сб. научных трудов / отв. ред. Н. М. Фролов. - М.: ВСЕГИНГЕО, 1983. - Вып. 151. - С. 45-54.
23. Плотников Н. А. Об инфильтрации и улучшении качества воды при создании пресных линз на такырах пустыни Каракум путем искусственного восполнения подземных вод // Природные условия и ресурсы пустынь СССР, их рациональное использование. - Ашхабад: изд-во «Ылым», 1984.- С. 315-318.
24. Распопов М. П. Режим и баланс грунтовых вод водораздельной равнины междуречья Волга-Узени в Прикаспийской низменности // Труды III Всесоюзного съезда. - 1959. - Т.1Х. - С. 270-274.
25. Садов А. В., Викторов А. С., Чернов А. С. Оценка условий магазинирования поверхностного стока аридных районов на основе материалов аэрокосмических съемок // Водные ресурсы. - М.: АН СССР, 1986. - № 4. - С. 3-12.
26. Создание искусственных запасов подземных вод при обводнении пастбищ / Е. И. Лагутин, К. И. Сычёв, В. И. Фоменко, М. А. Ходикайнен // Обзорная информация. - М.: ЦБ НТИ Минсель-хозвода СССР, 1979. - № 1. - 55 с.
27. Соколов В. Н. Магазинирование такырных вод в трещиноватых коллекторах с солеными водами // Гидрометеорологический режим Туркмении. - 1975. - Вып. 8. - С. 62-72.
28. Цуркан С. Я. Информативность аэрокосмических фотоснимков при инвентаризации лиманов // Вклад молодых ученых и специалистов в социально-экономическое развитие Калмыцкой АССР. - Элиста: изд-во Калм. ун-та, 1989. - Ч. 1. - С. 35-37.
29. Цуркан С. Я. Комплексное использование водных ресурсов Прикаспия для решения проблемы водоснабжения // Экосистемы Прикаспия. - Элиста-Астрахань, 1998. - С. 77-80.
30. Цуркан С. Я. Водные ресурсы Прикаспия // Повышение продуктивности и охрана природных ландшафтов / под ред. В. П. Зволинского, Д. Н. Хомякова. - М.: изд-во МГУ, 1999. - С. 123-125.
31. Четвертичные отложения, рельеф и неотектоника Нижнего Поволжья / под ред. А. В. Во-стрякова. - Саратов: изд-во Сарат. ун-та, 1978. - 184 с.
