ПОДГОТОВКА ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ УРОВНЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД БАССЕЙНА ДАШАГЫЛЧАЙ Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

НАУЧНЫЕ СТАТЬИ

Гидрометеорология и экология №2 2018

УДК 556.16; 556.38

Доктор техн. наук А.Ш. Мамедов 1 И.А. Эйюбов 2

ПОДГОТОВКА ТЕХНИЧЕСКИХ МЕРОПРИЯТИЙ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ УРОВНЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД БАССЕЙНА ДАШАГЫЛЧАЙ

Ключевые слова: подземные воды, сток, искусственное наполнение, инфильтрационный бассейн, испарение, объем

В статье предложены меры для устранения возникающих экологических проблем и восстановления грунтовых вод исследуемого района. Рассмотрены задачи сохранения экологического равновесия и предложены технические мероприятия для увеличения уровня грунтовых вод.

Современное состояние подземных вод в бассейне р. Дашагылчай проанализировано на основе наблюдений, проведенных в 2012... 2015 гг. в 5-ти колодцах. Предлагается создать мелкомасштабные инфильтрационные бассейны.

Гидрологические особенности реки. Река Дашагылчай формируется из ряда источников и поверхностных вод, образующихся на высоте 3000...4000 м Большого Кавказа. В районе деревни Ашагы Дашагыл приток Дагначай отделяется от Дашагылчая и впадает в оз. Аджинохур. Средняя ширина бассейна составляет 1,5 км, длина 46 км, средняя высота бассейна 1500 м. Максимальный уклон р. Дашагылчай находится в верхнем течении, где в нее втекает р. Бучаяр, и составляет 242%о. Гидроморфомет-рические параметры реки приведены в табл. 1. Река Дашагылчай, стекая с гор недалеко от деревни Мухас, из широкого потока образующегося конуса разделяется на свободные притоки [6].

На основе данных гидропоста вблизи деревни Баш Дашагыл средний годовой расход воды р. Дашагылчай составляет 2,94 м3/с (табл. 1). Наибольший расход воды наблюдался 24 июля 1985 г. - 93,0 м3/с. Максимальный приток воды наблюдается в мае-июне (50.70 %) (табл. 2) [6].

1 Азербайджанское НПО по гидротехнике и мелиорации, г. Баку, Азербайджан;

2 «Азерсу» ОАО НИИ «Суканал», г. Баку, Азербайджан

Таблица 1

Основные гидроморфометрические характеристики реки Дашагылчай

Средняя ширина бассейна, км Средний уклон реки, %о Средний многолетний расход воды, м3/с Средняя мутность, г/м3 Площадь бассейна, 2 км Длина реки, км

1,5 21,3 2,94 1400 120 46

Таблица 2

Среднемесячные значения притока и потребления воды в р. Дашагылчай

за период 1991...2015 гг.

Месяц

и о д ог

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 <Ц Я д е р и

м3/с

2,40 1,60 1,90 3,86 4,78 4,49 3,48 3,11 3,18 2,70 2,10 1,70 2,94

И, кг/с

0,53 0,73 0,86 4,9 28,5 20,6 7,9 6,7 6,6 2,5 2,8 0,99 6,4

Климатические особенности бассейна. Верхней части Дашагыл-чайского бассейна, на высоте 700... 4000 м горного хребта Большого Кавказа, присущ климат горной тундры, зимой преобладает холод и повышенная влажность. В нижней части бассейна, в долине Ганых-Айричай умеренно теплый климат, с равномерным распределением осадков [2, 8].

Радиация на этой территории составляет 120. 148 ккал/см2, годовой радиационный баланс составляет 15.55 ккал/см2. Средняя годовая температура воздуха колеблется в пределах 11,0.14,3 °С. Летом абсолютная максимальная температура воздуха составляет 40.41 °С. Среднегодовая абсолютная минимальная температура воздуха колеблется в пределах -10.-20 °С. Среднегодовая относительная влажность колеблется в пределах 60.80 %. В течение года испарение с поверхности воды в верхней части бассейна составляет 400.600 мм, а в нижней части -600.800 мм. На высоте 400.800 м количество осадков в год составляет 600.900 мм, тогда как на средней и более высоте осадки бывают до 1200.1400 мм. Ежегодные осадки в горных районах увеличиваются до определенной высоты, а затем наблюдается их уменьшение [4, 7].

Характеристики основных элементов климата (температура воздуха, атмосферные осадки, испарение) приведены по данным наблюдения М Огуз (табл. 3).

Таблица 3

Среднегодовая температура и распределение осадков и испарения на М Огуз в период 1961.2015 гг.

Месяц Средняя

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

г, °С

0,4 1,3 5,0 11,4 16,1 20,5 23,8 23,1 18,9 12,6 7,0 2,4 11,9

Осадки, мм Год

44 45 64 85 101 106 86 56 71 77 82 59 876

Испарение, мм Год

25 31 52 80 110 125 151 150 115 85 65 41 750

Актуальность темы. Для увеличения водоснабжения Ширван-ской области и других населенных пунктов Абшеронского полуострова, было предложено использовать более богатый ресурсами подземных вод регион Азербайджана, долину Ганых-Айричай.

Согласно техническому заданию Министерства бытовых и жилищно-коммунальных услуг Азербайджанской Республики от 28 декабря 1990 года № 01-19/766 с целью водоснабжения городов Баку, Сумгаита и других населенных пунктов Абшерона, совместно были проведены гидрогеологические исследования Государственным геологическим комитетом и НИИ «Азерсу-гео» под руководством Э.Г. Аскербейли. По результатам математического моделирования были определены перспективные водные территории в восточной части равнины, ограниченной на западе Дашагылчаем, на востоке Бумчаем и Захлычаем, на севере южными склонами Большого Кавказа, на юге хребтом Аджинохур. Длина рабочей зоны водозабора составила 40 км, ширина около 15 км, а площадь 600 км2. По результатам проведенных исследований подземных водных ресурсов долины Ганых-Айричай, с целью улучшения водоснабжения Баку и других населенных пунктов Абшеронского полуострова, в 2010 году был построен и введен в эксплуатацию водопровод «Огуз - Габала - Баку» мощностью 5,0 м3/с [12]. Схематический план водозаборных скважин Огуз - Габала - Баку приведен на рисунке.

Однако широкое использование подземных водных ресурсов может привести к снижению уровня грунтовых вод и некоторому ряду экологических проблем [3].

Одна из таких экологических проблем имеет место в Конье, Турция, где активно используются подземные воды. Таким образом, на равнинах Чумра, Эрегли, Чиханбейли, Агшехир, Юнак провинции Конье имеются большие запасы подземных вод, примерно на глубине 20.100 м.

В некоторых местах эти воды выходят на поверхность земли как артезианские [11].

Рис. Схематический план водозаборных скважин Огуз - Габала - Баку и

инфильтрационных бассейнов на конусе выноса реки Дашагылчай.

В результате использования в этих провинциях подземных вод для орошения и водоснабжения, уровень подземных вод за 33 года снизился до 14,3 м, а в некоторых районах до 70.80 м. В настоящее время аномальное падение уровня грунтовых вод в этом районе продолжается. В результате во многих частях провинции Конье естественная проточная вода и озера, питающиеся из подземных вод, полностью высохли. Наиболее характерной особенностью этого является полная осушка озера Аг-шир, которое питалось подземными водами.

Снижение уровня грунтовых вод в бассейне р. Конье, на долю которого приходится 40 % общих подземных вод Турции, за последние 20 лет уменьшило уровень воды в озерах Туз, Бейсейхир, Боллук, Кулу и Дюден.

Согласно исследованиям Мехмета Кайхана и Йылдыза Мехмета, в коре было сформировано более 100 склонов в результате снижения уровня грунтовых вод в бассейне Гарапинар провинция Конье [11].

Учитывая опыт соседей, использование подземных водных ресурсов в нашей стране (в долине Каних-Айричай) должно быть максимально

осторожным. В противном случае широкое использование подземных вод может вызвать вышеупомянутые экологические проблемы. Чрезмерная эксплуатация подземных вод может привести к нарушению естественного водного баланса, потере поверхностного стока, потере влаги и пористости и к нарушению водно-термического режима. Кроме того, истощение подземных водных ресурсов может привести к осушению источников. В связи с этим сельскохозяйственные поля истощатся, леса, озера и небольшие реки высохнуть.

Текущее состояние подземных вод в исследуемой зоне проанализировано на данных 5 наблюдательных скважинах в 2012.2015 гг. Анализ показал, что использование подземных водных ресурсов в бассейне в течение 4 лет привело к снижению уровня воды. Изменение динамики уровней подземных вод с течением времени показано в табл. 4 [5].

Таблица 4

С нижение уровня подземных вод в наблюдательных скважинах в период

2012.2015 гг.

Скважина Снижение уровня воды, м

А: 11,0

В2 14,1

С6 10,9

12,2

Е17 15,1

Среднее 12,7

Исследования, проведенные в скважинах, показали, что для устойчивого обеспечения водного баланса водоносного горизонта должен быть определен процент использования количества воды в год, для безопасной эксплуатации грунтовой воды в течение многих лет.

Согласно исследованиям в бассейне и опыту соседних стран, можно сказать, что использование подземных вод приведет к снижению уровня воды, что может вызвать определенные экологические проблемы. Поэтому целесообразно проводить работы по повышению уровня грунтовых вод.

Цель и задача исследования. Основная цель исследования - предотвратить экологические проблемы, которые могут возникнуть при использовании подземных водных ресурсов в этом районе, и разработать технические меры по восстановлению подземных вод. Поэтому были предложены технические меры для повышения уровня грунтовых вод в этом районе. Они соответствуют правилам ГОСТа Азербайджанской Республики, 8.2 (АеБТО 2.11-1) [1].

Целесообразно создавать небольшие инфильтрационные бассейны за пределами насыпи, эффективно используя водные ресурсы Дашагылчая, чтобы частично увеличить уровень грунтовых вод в районе исследования.

На основе существующих методов, включая территорию конуса выноса р. Дашагылчай, проведена техническая разработка мелкомасштабных инфильтрационных бассейнов за пределами речных притоков. Проведенные первоначальные исследования показывают, что за пределами бассейна Даша-гылчая имеются закрытые рельефные плиты. Гидрологические параметры рек района позволяют строить бассейны инфильтрации [2]. Соответствующие места для строительства каскадных бассейнов за пределами русла реки показаны на рис. Предлагаемые бассейны, должны быть построены на абсолютных высотах 450.600 м над рядом субартезианских скважин. Количество инфильтрационных бассейнов, а также количество вертикальных дренажных скважин для искусственного пополнения грунтовыми водами и гидравлические параметры, могут быть рассчитаны при проектировании.

Для повышения уровня грунтовых вод в бассейне р. Дашагылчай желательно увеличить сбор речной воды в течение примерно 6 месяцев (октябрь - март) с помощью искусственных технических мероприятий.

Для быстрого и продолжительного процесса инфильтрации предполагается, что эти бассейны будут наполняться из реки в период межени, поскольку в этот период вода не используется на орошение. Часть стока Дашагылчая в течение зимы через искусственные каналы направляется в бассейны инфильтрации. Наполнение бассейнов позволит предотвратить снижение коэффициента фильтрации в питающих вертикальных дренажных скважинах. Целью не прямого стока речной воды через каналы в вертикальные дренажные скважины является то, что вода в бассейнах будет чистой, отстойной. Отстоянная вода в бассейне через трубы и каналы будет поступать в питающие вертикальные дренажные скважины. Должна быть предусмотрена герметичность отверстия в скважинах (защитная крышка), чтобы предотвратить попадание крупных частиц, мусора и фрагментов породы в вертикальные дренажные колодцы. Это позволит увеличить КПД вертикальных дренажных скважин и продлить сроки их эксплуатации на более длительный период времени.

В целом, создание малообъемных инфильтрационных бассейнов для рационального использования речного стока будет препятствовать быстрому оттоку воды из насыщенных почв, и приведет к частичному увеличению объема фильтрата из бассейна в вертикальные скважины.

Таким образом, вода, собранная в бассейне в зимний период, отфильтровывается по каналам и траншеям в вертикальные скважины, частично подпитывая и выравнивая объем грунтовых вод [10, 11].

Гидрологические характеристики инфильтрационных бассейнов в исследуемой области заключаются в следующем: в средних водоносных горизонтах Дашагылчая среднегодовой расход воды составляет 2,94 м3/с (табл. 2). Средний многолетний расход воды Дашагылчая с октября по март составляет 2,1 м3/с (табл. 5). Это позволяет в течение этого времени года проводить забор воды из реки порядка 1,0 м3/ч.

Таблица 5

Средние многолетние расходы воды р. Дашагылчай за 1961.2015 гг.

Река - участкок Месяц Среднегодовой расход воды, м3/с

10 11 12 1 2 3

Дашагылчай - Баш дашагыл 2,7 2,1 1,7 2,4 1,6 1,9 2,1

После изъятия из реки

0 = 1 м3/с воды 1,7 1,1 0,7 1,4 0,6 0,9 1,1

Количество воды, поступающей из Дашагылчая в бассейн в течение шести месяцев, будет следующим:

Ж = О • Т = 1,0 • 180 • 86400 = 15,55 млн. м3.

сток ' '

Был рассчитан полезный объем воды бассейна. Так же был рассчитан объем аккумулированных иловых наносов в течение 6 месяцев каждого года службы бассейна. Согласно данным наблюдений за мутностью р. Дашагылчай, средняя мощность наносов реки составит 1,41 кг/с (табл. 6).

Таблица 6

Средние многолетние наносы р. Дашагылчай, кг/с

Месяц Среднегодовые

1 2 3 10 11 12

0,53 0,73 0,86 2,5 2,8 0,99 1,41

Таким образом, объем наносов в течение маловодных шести месяцев (октябрь - март) будет следующим [7].

V • Т 1,41 • 30 • 6 • 86400 3

^мертвый =-=-—-= 13,7 млн. кг = 0,0137 млн. м ,

Уил. ,

где Жмертвый - мертвый (нанос) объем инфильтрационного бассейна, м3; Т - срок эксплуатации инфильтрационного бассейна, год; уил - объемный вес ила, т/м3; V - вес ила, т.

Мертвый (нанос ила) объем инфильтрационного бассейна в тече-

ние срока службы составит около 0,0137 млн. м3. Полный объем бассейна будет следующим:

Ж = Ж + Ж = 0,0137 +15,55 = 15,6 млн. м3.

полн. мертв. полезн. ' а-',-'-'

Таким образом, предлагается построить инфильтрационные бассейны за пределами русла р. Дашагылчай объемом 15,6 млн. м3. Инфильт-рационные бассейны необходимо построить по обе стороны реки. Если глубина инфильтрационного бассейна будет к = 10 м, то общая площадь зеркальная воды составит ^ = 1 500 000 м2.

Потери воды в инфильтрационных бассейнах были основаны на расчетах, проведенных для водохранилищ. Таким образом, проведенные исследования показывают, что часть воды, собранной в водохранилищах теряется: испаряется, просачивается и имеет другие утечки. В период эксплуатации резервуара потери на испарение с поверхности воды были в несколько раз выше, чем потери испарения воды до того, как был построен бассейн. Сумма этих потерь определяется физико-географическим расположением водохранилища, его протяженностью, площадью зеркала и т.д.

При расчете объема бассейна инфильтрации особенно важно знать потери на испарение. Эти потери можно определить либо по данным метеорологической станции, которая функционирует вблизи водохранилища, либо по методу А.М. Шихлинского [4].

Согласно исследованиям А.М. Шихлинского, среднегодовая скорость испарения на абсолютных высотах 450.600 м в бассейне Дашагыл-чая уменьшается с 600 .800 мм до 300 мм в высокогорных районах [4].

Среднемесячные потери на испарение были рассчитаны на основе данных М Огуза Министерства экологии и природных ресурсов (табл. 7) [8].

Таблица 7

Средняя скорость испарения на М Огуз в течение 6 месяцев, мм

Месяц Среднее

1 2 3 10 11 12

23 28 33 52 36 27 33

Принимая во внимание вышесказанное, был проведен расчёт потерь на испарение из бассейна инфильтрации. Если площадь водной поверхности инфильтрационного бассейна, находящийся за пределами русла р. Дашагылчай, составляет ^ = 1 500 000 м2, а величина испарения в этой области составляет кь = 33 мм, то количество испарившейся воды при эксплуатации бассейна в течение 6 месяцев будет следующим:

Жбасс.фильтр. = — =______ ' = 1,8 1

Vb = Иъ • ¥ = 0,033-1 500 000 = 49 500 м3. Таким образом, из бассейна инфильтрации за 6 месяцев испарится Vb ~ 0,50 млн. м3 воды. Принимая во внимание потерю на испарение из

бассейна Жат = 15,6 - 0,50 = 15,1 млн. м3, возможно создать условия для

накопления воды.

Согласно расчетам, планируется, что в случае Дашагылчайского бассейна объёмом в 15,6 млн. м3, высота плотины не должна превышать 10 м. Предлагаемый к созданию инфильтрационный бассейн объемом Жполн = 15,6 млн. м3, следует разбить на несколько небольших объёмов

бассейнов каскадного типа. Это экономично и экологически обоснованно.

На исследуемой территории коэффициент фильтрации водопроницаемых пород колеблется в пределах 0,1. 0,5 м/сут (на большей части периферийных конусов), 25.48 м/сут (в центральной, основной части конуса выноса) [2, 5]. Общий объем фильтрации, с основной части конуса выноса составит:

¥ • к = 1560000 • 0,1 Г ~ 86400

где Жбасс фшльтр - объем, м3/с; ¥ - площадь бассейна, м2; £ - период эксплуатации бассейна инфильтрации, сутки; к - средний коэффициент фильтрации горных пород в центральной, основной части конуса выноса, м/сут.

Учитывая приведенные расчеты, можно полагать, что это приведет к частичному увеличению уровня грунтовых вод в районе исследования.

Выше приведенные предложения могут быть реализованы на практике после технического обоснования.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ЛеБТК 2.11-1. Государственные строительные нормы и правила Азербайджанской Республики. - Баку: Государственный комитет по градостроительству и архитектуре Азербайджана, 2015. - 132 с.

2. Алиев Ф.Ф. Использование подземных водных ресурсов Азербайджанской Республики и геоэкологические проблемы. - Баку, Издательский дом «Чашиоглу», 2000. - 326 с.

3. Иманов Ф.А., Алекперов А.Б. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод в подземном организационном контексте надземного течения в Азербайджане. // Водные технологии: Матер. II Каспийской между-нар. Конф., Баку, Азербайджан, 2014. - Баку, 2014. - С. 69-74.

4. Мадатзаде А.А., Шихлинский Е.М. Климат Азербайджана. - Баку: Изд. АН Азерб. ССР, 1968. - 340 с.

5. Мамедов А.Ш., Эйюбов И. А. Оценка подземных вод с поверхностными водами и перспективы использования. // Азербайджанский технический университет. - 2017. - №3. - С. 70-75.

6. Мамедов М.А. Гидрография Азербайджана. - Баку: Нафта-Пресс, 2002. - 265 с.

7. Махмудов Р.Н. Региональные климатические изменения и речной сток Азербайджана // Метеорология и гидрология. - 2016. - №9. - С. 63-68.

8. Мусеибов М.А. Физическая география Азербайджана. - Баку: Маариф, 1998. - 400 с.

9. Смолянинов В.М. Водозаборы с искусственным пополнением подземных вод для орошения земель - Воронеж: Истоки, 2001. - 152 с.

10. Усенко В.С. Искусственная рекультивация и фильтрация в подземные воды. - Минск: Наука и техника, 1972. - 266 с.

11. Mutlu Y. Karapinar £evresinde Yeralti Suyu Seviyye Deyi§melerinin Yaratmi§ Oldugu £evre Sorunlari // Ankara Üniversiteti £evre bilimleri Dergisi. - 2010. - № 2(2). - S. 145-163.

12. OGUZ - Q9B9L9 - BAKI [Электрон. ресурс] URL: http://www.azersu.az/18-O%C4%9EUZ+Q%C6%8FB%C6%8FL%C6%8F+BAK (дата обращения 20.04.2018)

Поступила 29.06.2018

Техн. гылымд. докторы А.Ш. Мамедов

И.А. Эйюбов

ДАШАГЫЛЧАЙ АЛАБЫНЬЩ СУ АСТЫ СУЛАРЫ ДЕЦГЕШН ЦАЛЫЩА КЕЛТ1РУГЕ АРНАЛГАН ТЕХНИКАЛЫЩ ШАРАЛАРДЫ ДАЙЫНДАУ

TyüiHdi свздер: су асты сулары, агын, жасанды толтыру, шцу алабы, булану, келем

Мащалада зерттелетт аумащта туындаган экологиялъщ проблемалар мен жер асты суларын щалпына келт1ру шаралары келт1ртген. Экологиялыщ тепе-тецдтт1 сащтау мащсаттары царастырыштн жэне жер асты сулары децгешн арттырудыц техникалыщ шаралары усынылган.

Дашагыглнай озем алабындагы жер асты суларыныц щаз1рг1 жагдайы 2012...2015 жылдарда 5 щудыщта жург1зыген бащыглаулар

nesi3inde mandansan. KiwiMacwmadmu ciyy ananmapun 28Py YCbiubinadbi.

Mamedov A.SH., Ayyubov I.A.

PREPARATION OF TECHNICAL ACTIONS FOR UNDERGROUND WATER LEVEL RESTORATION OF THE DASHAGYLCHAY RIVER BASIN

Keywords: underground waters, flow, artificial filling, infiltration basin, evaporation, volume

In article, measures for elimination of the environmental problems and restoration of ground waters of the research region are proposed. Problems of ecological equilibrium are considered and technical actions for increase of ground water level are offered.

The current state of underground waters in the Dashagylchay River Basin for 5 wells is analyzed on the basis of the observations for period 2012... 2015. It is offered to create small-scale infiltration basins.