авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 ||

МЕТОДИКА ИЗУЧЕНИЯ И ОЦЕНКИ ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ИХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ НЕКОНДИЦИОННЫМИ ВОДАМИ (НА ПРИМЕРЕ ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ

-- [ Страница 2 ] --

Сравнительный анализ построенных карт и результатов, полученных по существующей и предлагаемой методикам для восточной части Камско-Вятского артезианского бассейна, и сопоставление их с картами гидроизопьез показали, что гидродинамическая карта (рис. 1, вклейка) более точно и рельефно отображает пространственную неоднородность значений W, чем карта величины W, составленная по прежней методике. При этом значительно экономится время на первом этапе исследования.

Распределение областей питания и разгрузки артезианских вод, установленное на основе усовершенствованной методики, подтверждается разностями напоров в смежных горизонтах и градиентами вертикальной фильтрации. С возрастанием величины питания или, наоборот, разгрузки подземных вод вертикальные напорные градиенты удаляются от нулевого значения. Водно-балансовые результаты хорошо соотносятся и с гидрогеохимическими показателями, а также общими геоструктурными и геоморфологическими условиями региона.

Таблица 1

Распределение значений ±W в % от осадков по точкам и участкам

±W, % от осадков Всего точек и участков
до 5 % 5 – 10 % 10 – 20 % > 20 %
Кол-во точек, абсолютн. знач. (%) 16 (32) 13 (26) 20 (40) 1 (2) 50 (100)
Кол-во участков, абсолютн. знач. (%) 20 (~53) 10 (~26) 7 (18,5) 1 (2,5) 38 (100)

Результаты показали, что амплитуда значений W, полученных в точках, более контрастная, чем по участкам. Значения W в точках показывают в целом значительную удаленность от нуля, что в определенной мере обеспечивает их бльшую достоверность. Об этом же говорят данные таблицы 1.

Количественная проверка водно-балансовых результатов по усовершенствованному методу была проведена по формуле Дарси для 4 репрезентативных участков, расположенных в различных условиях. Проверка показала, что значения, определенные по Дарси, близки к значениям, найденным водно-балансовым методом.

2. Подземные воды зоны затрудненного водообмена, кроме региональных потоков подземных вод образуют потоки местного значения; в качестве дрен этих вод, кроме рек II порядка, выступают реки III и IV порядков; на направление и интенсивность вертикального водообмена между зонами пресных и минерализованных вод решающее значение оказывают карст и характер залегания водоносных горизонтов.

Выявлена недостаточная изученность закономерностей формирования и распределения естественных ресурсов подземных вод исследуемого региона, его гидрогеодинамических особенностей. Восточная часть Камско-Вятского артезианского бассейна занимает восточную часть Русской равнины. На бльшей части территории преобладают абсолютные отметки водоразделов 150-300 м, в юго-западном районе – 300-400 м. Преобладающая глубина эрозионных врезов 50-150 м, на возвышенностях – 100-200 м. Большую часть занимает бассейн р. Белой (приток р. Камы). Значительная часть бассейна р. Белой лежит за пределами территории. Карст влияет в основном на режим меженного стока малых, в меньшей степени средних и больших рек восточных районов (главным образом, правые притоки р.р. Белой и Быстрого Таныпа). Влияние антропогенных факторов на подземные и речные воды проявляется: очаговым загрязнением пресных подземных вод нефтяными рассолами и нефтепродуктами (район г.г. Нефтекамска, Туймазы, п. Шкапово на западе региона), региональным сельскохозяйственным и др., что лимитирует расширение водоотбора инфильтрационными водозаборами. Наибольшей степенью искусственной зарегулированности характеризуются реки с площадью водосбора менее 500 км2 зоны недостаточного увлажнения.

Изучение гидрогеологических разрезов, анализ соотношения уровней подземных вод в этажно залегающих горизонтах, вертикальных гидравлических градиентов, данных по минерализации и химическому составу подземных вод (поинтервального опробования скважин), мощности, структуры и литологического состава слабопроницаемых пластов показали, что на территории Прибельской равнины в качестве слабопроницаемого пласта, разделяющего две верхние гидродинамические зоны, служит пласт бураевских отложений (уфимский ярус). Построенные графики изменения минерализации и химического состава подземных вод с глубиной показали, что приблизительно на половине закартированной площади под бураевскими слоями скачкообразно изменяются гидрохимические условия, минерализация возрастает на 2,5-10,5 г/л при разности в минерализации бураевского и вышележащего горизонтов в тех же скважинах, соответственно 0,1-3 г/л. Бураевский горизонт в пределах Прибельской равнины расположен приблизительно на уровне днищ основных дрен региона – рек Камы и Белой.

Тщательный анализ фактического материала, построенных графиков, результатов различных исследований гидрогеологов и геологов позволили выделить ряд критериев, которые в комплексе учитывались при установлении вертикальной гидрогеодинамической зональности региона: 1) наличие и расположение региональных слабопроницаемых толщ и пластов – кунгурского и бураевского, на кровле которых происходит скачкообразное изменение химического состава и динамики подземных вод; 2) гидрогеохимические показатели – на основании их связи с динамикой подземных вод территории; 3) соотношения уровней в ярусно залегающих водоносных горизонтах и пьезометрические градиенты; 4) уровни основных эрозионных врезов (р.р. Кама и Белая); 5) количественные данные о скоростях движения и темпах водообмена подземных вод, вычисленные В. Г. Поповым (1985 г.); 6) строение и состав гидрогеологического разреза (учитывались преобладание глинистых пород в составе уфимского яруса (60-70% от мощности), участки закарстованности и трещиноватости и др.). Автор также опирался на рекомендации исследователей, рассматривавших в своих трудах проблему вертикальной гидродинамической зональности в целом и Камско-Вятского артезианского бассейна в частности (Б.И. Куделин, В.А. Всеволожский, В.И. Дюнин, В.Г. Попов, В.В. Ткачев, Н.Н. Толстунова и др.).

Установлено, что на водоразделах Прибельской равнины граница между зонами интенсивного и затрудненного водообмена соответствует глубинам 120-160 м, Белебеевской возвышенности – 200-270 м, в долинах рек – 30-70 м. Данная граница проходит (местами совпадает) несколько ниже подошвы зоны пресных гидрокарбонатных вод. Минерализация вод зоны затрудненного водообмена обычно не превышает 10-14 г/л, лишь под долиной р. Белой может достигать 20-25 г/л.

Построенные карты гидроизопьез двух основных водоносных горизонтов – бураевского и камышинского и нижнеказанского водоносного комплекса и составленная с их помощью карта областей питания и разгрузки в масштабе 1 : 500 000 позволили выполнить гидродинамическое районирование региона и описать условия дренирования подземных вод эрозионной сетью.

Определены значения пьезометрических уклонов, соотношений уровней в смежных горизонтах, вертикальных напорных градиентов и проанализирован характер их изменения по территории. Установлены основные закономерности формирования и распределения подземных вод с различной минерализацией, жесткостью и химическим составом.

Водно-балансовая оценка и построенные карты показали, что на распределение и формирование естественных ресурсов подземных вод зоны затрудненного водообмена в большей степени влияет положение различных по составу и фильтрационным свойствам пород в разрезе верхнего этажа, а также характер залегания пород, в меньшей степени – геоморфология.

Преобладание хорошо проницаемых, в первую очередь, карстующихся пород в зоне интенсивного водообмена определяет нисходящий переток подземных вод в зону затрудненного водообмена (например, в районе Белебеевской возвышенности на юго-западе, где карст развит в казанских известняках (W достигает 110 мм/год и более). Для этого же района характерны максимальные значения коэффициента стока (до 15%). В остальных районах они в основном не превышают 10%. По причине сульфатного карста, развитого в верхнем интервале разреза, в некоторых случаях, например, в прирусловой части р.р. Дема и Белая, наблюдается слабое нарушение общей гидродинамической обстановки – в пределах области разгрузки отмечаются отдельные точки, фиксирующие слабое питание артезианских вод (W = (+4)-(+6) мм/год).

Замечено, что самая высокая величина разгрузки характерна для участков с максимальными размерами карстовых пустот (по данным геологов-нефтяников, В.Г. Попова и др.) в породах кунгура. Сильная зависимость величины и знака W от карста и степени его развития и распространения по площади и в разрезе характерна для всего региона. Карст и направление падения слоев на некоторых участках весьма заметно нарушают закономерность, общеизвестную, как схема А.Н. Мятиева.

Изучение зависимости величины W от геоморфологических факторов и фильтрационных свойств пород проводилось также путем установления корреляционных связей. Наиболее тесная связь установлена между величинами W и водопроводимости камышинского горизонта (зона затрудненного водообмена) (r = –0,9 (–0,88)). Меньшая связь установлена между ±W и площадями водосборов (r = 0,82). Коэффициент корреляции W с абсолютными отметками рельефа составил около 0,7 (0,68).

Полученные результаты показали, что на территории региона подземные воды зоны затрудненного водообмена формируются в пределах относительно небольших междуречий, приуроченных к рекам не только II (Кама), но и III (Белая, Буй, Ик) и IV (Б. Танып, Чермасан, Дема, Усень и др.) порядков, образующих замкнутые бассейны стока местного значения. Построенные карты, кроме роли рельефа в формировании потоков данных подземных вод, наглядно отобразили влияние геолого-гидрогеологических факторов, таких как карст, палеодолины, характер залегания слоев, мощность кунгурского относительного водоупора и др.

Проведенное исследование показало, что величина разгрузки подземных вод зоны затрудненного водообмена в сравнительно небольшие реки с площадью водосбора от 2500 км2 (например, р.р. Усень, Кармасан) при определенных гидрогеологических условиях вполне может быть сопоставима с размерами перетока в русла крупных рек. Анализ полученных результатов заставляет задуматься о том, какие воды – зоны интенсивного или затрудненного водообмена следует относить к зоне дренирования подземных вод местной эрозионной сетью. По-видимому, в зависимости от конкретных гидрогеологических условий того или иного района (участка) в это понятие может вкладываться различный смысл.

На основе построенной гидродинамической карты, гидрогеохимического анализа, соотношений напоров в ярусно залегающих горизонтах и других материалов выявлена закономерность распределения подземных вод различной минерализации в зоне затрудненного водообмена в районах древних речных долин.

Построенная карта величины W методом зон в начале исследования позволила оценить естественные ресурсы (питание) подземных вод основного шешминского водоносного комплекса, общая величина которых на площади около 31 тыс. км2, составила 1,1 км3/год, или 35,3 м3/сек, средний модуль ресурсов равен 1,1 л/сек·км2. Величина разгрузки на площади 7 тыс. км2 составляет около 0,3 км3/год, т.е. в 4 раза меньше, чем питания.

3. Разработанная методика региональной оценки опасности загрязнения пресных подземных и поверхностных вод глубже залегающими минерализованными водами позволила районировать исследованный регион по степени опасности и факторам загрязнения и выявить наиболее опасные районы.

Согласно данной методике определяется характеристика Т по формуле:

Т = L/W, (4)

где Т – время, за которое могло бы произойти полное заполнение минерализованными водами (за счет их разгрузки) пространства высотой, равной мощности зоны пресных подземных вод, единица измерения – годы; L – мощность зоны пресных подземных вод, м; W – интенсивность разгрузки минерализованных вод (мм/год). Чем больше величина Т, тем меньше опасность загрязнения пресных вод.

Путем наложения гидродинамической карты (см. рис. 1) на карту мощности зоны пресных вод, составленной в изолиниях, была построена карта опасности загрязнения пресных подземных и поверхностных вод минерализованными водами для восточной части Камско-Вятского артезианского бассейна в масштабе 1 : 500 000 (рис. 2 на вклейке).

Кроме величины T (см. изолинии), на этой карте показаны границы девяти зон загрязнения. Эти зоны отображают различные сочетания трех малых интервалов значений L и W (рис. 3). В зависимости от задач и детальности исследования количество зон может быть больше или меньше.

Очевидно, что самой неблагоприятной с точки зрения водоснабжения является I зона, а самой благоприятной – IX зона. Зоны II, III, IV и VII – сложные, так как для первых двух характерны высокие значения разгрузки вод из нижних горизонтов (более 80 мм/год), а для IV и VII – низкие значения мощности зоны пресных подземных вод (0-30 м).

Данная карта показала, что в пределах региона T варьирует от первых сотен до нескольких тысяч лет, III и VI зоны полностью отсутствуют, а самыми распространенными являются IV и VII зоны с низкими значениями мощности зоны пресных вод. При этом в более сложных по гидрогеологическим условиям районах наблюдается частое чередование различных зон, которые нередко представляют собой локальные участки (восточные районы); для районов с более простым гидрогеологическим строением характерны плавные переходы от одной зоны к другой (главным образом, западные районы).

По карте можно не только установить время (темпы) загрязнения Т, но и характер распределения по территории того или иного типа (комплекса) гидрогеодинамических и гидрогеохимических условий в виде зон загрязнения, сложившихся в природных условиях за многие десятки и сотни тысяч лет. Изменение L и (или) W повлечет и изменение Т. Следовательно, Т – показатель, учитывающий влияние целого комплекса различных факторов.

Заключение

  • Анализ метода среднемноголетнего водного баланса с точки зрения общей теории моделирования позволил глубоко раскрыть его достоинства, ограничения, возможности и усовершенствовать его.
  • Показано, что метод среднемноголетнего водного баланса, усовершенствованный с помощью новой методики, может служить не только для оценки естественных ресурсов подземных вод, но и для изучения структуры, направления (вертикального и горизонтального) и интенсивности потока этих вод, гидродинамического районирования, выявления региональных и местных гидрогеодинамических и гидрогеохимических закономерностей, основой для разработки других методов (например, региональной оценки опасности загрязнения пресных вод природными некондиционными водами) и построения новых карт.
  • Полученные гидродинамические данные показали, что в условиях исследованного региона подземные воды зоны затрудненного водообмена первого этажа образуют в основном местные, а не региональные потоки и дренируются реками II, III и IV порядка.
  • Показано, что на конфигурацию изолиний ±W и гидроизопьез в пределах рассматриваемого региона решающим образом воздействуют геолого-гидрогеологические условия такие, как карст (фильтрационные свойства пород) и характер залегания геологических слоев. Установлено, что на участках развития карста достаточно часто наблюдается нарушение общих закономерностей.
  • Выполненная региональная оценка опасности загрязнения пресных подземных и поверхностных вод минерализованными водами и проведенное районирование территории на основе разработанной методики позволили установить основные закономерности распределения значений характеристики Т и зон загрязнения, что может служить полезной информацией при организации хозяйственно-питьевого водоснабжения, в том числе в решении экологических вопросов.
  • Показана необходимость и возможность пересмотра известных методов изучения и оценки естественных ресурсов подземных вод, их усовершенствования с целью адаптации к современным условиям и требованиям, расширения круга решаемых с их помощью задач, увеличения количества получаемой научно-практической информации, упрощения методики их практического использования и т.д.

Список публикаций по теме диссертации

    1. Лисьева Н.М. Современные проблемы обеспечения населения Республики Башкортостан ресурсами подземных вод хозяйственно-питьевого назначения // Научные и технические аспекты охраны окружающей среды. ВИНИТИ, 2004, № 2. С. 45-49.
    2. Лисьева Н.М. Некоторые аспекты проблемы оценки естественных ресурсов пресных подземных вод восточной части Волго-Камского артезианского бассейна // Материалы VI Международного конгресса «Экватэк-2004. Вода: экология и технология». Москва, 1-4 июня 2004 г.
    3. Лисьева Н.М. Моделирование как современный метод познания гидрогеологических процессов // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. ВИНИТИ, 2004, №12. С. 44-52.
    4. Лисьева З.М., Лисьева Н.М. Использование научных методов познания в образовании и науке в Республике Башкортостан // Материалы Международной научно-практической конференции. Уфа, 14-15 декабря 2006 г. С. 227-231.
    5. Лисьева Н.М. Особенности региональной оценки и картирования глубокого подземного стока на примере Южного Приуралья // Материалы VIII Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле». РГГРУ, Москва, 10-13 апреля 2007 г. С. 176-179.
    6. Лисьева Н.М. Новые подходы в изучении динамики и оценке ресурсов артезианских вод // Материалы IV Всероссийской научно-практической конференции «Организация территории: статика, динамика, управление». Уфа, 29-31 марта 2007 г. С. 5-13.
    7. Лисьева Н.М. Изучение процессов водообмена с помощью метода среднемноголетнего водного баланса (на примере Южного Приуралья) // Отечественная геология, 2007, №6. С.67-71.
    8. Лисьева Н.М. Оценка загрязнения пресных подземных и речных вод минерализованными водами зоны замедленного водообмена в Южном Приуралье // Проблемы окружающей среды и природных ресурсов. ВИНИТИ, 2007, № 12. С. 73-83.
    9. Лисьева Н.М. Загрязнение пресных подземных и поверхностных вод природными некондиционными водами глубоких горизонтов в Южном Приуралье // Тезисы докладов научной конференции молодых ученых «Водные ресурсы, экология и гидрологическая безопасность». ИВП РАН, Москва, 5-7 декабря 2007 г. С. 51-54.
    10. Лисьева Н.М. Региональная оценка опасности загрязнения пресных подземных и поверхностных вод глубокими минерализованными водами // Сергеевские чтения. Международный год планеты Земля: задачи геоэкологии, инженерной геологии и гидрогеологии. Выпуск 10. Москва, 20-21 марта 2008 г. С. 331-335.
    11. Лисьева Н.М. Гидрогеодинамические и геоэкологические исследования Южного Приуралья: монография. Уфа: Вагант, 2008. 176 с.


Pages:     | 1 ||
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.