авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< 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 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 15 |

«3 Оглавление О ГЛАВ Л ЕН И Е ...»

-- [ Страница 3 ] --

Сравнивая российские и американские региональные гидрогеологи ческие карты одного и того же масштаба, следует признать, что первые, как правило, содержат более разнообразную и обширную информацию, чем вторые.

Американские гидрогеологи широко используют численное моде лирование для решения разнообразных региональных проблем. По скольку пик советских региональных исследований приходился на 1960–1980 годы, когда компьютерные технологии только начали вне дряться в гидрогеологию, они не нашли в то время значительного при менения в работах советских специалистов. С конца 1980-х годов рос сийские исследователи широко используют моделирование для решения сложных и разнообразных региональных гидрогеологических проблем, включая региональную оценку ресурсов подземных вод.

В настоящее время региональная гидрогеология преподаётся в 12 российских высших учебных заведениях. Так, на пятом году обуче ния в Горном институте в Санкт-Петербурге этой дисциплине уделено 54 лекционных часа и 16 часов практических работ, во время которых студенты знакомятся с региональными закономерностями подземных вод, методикой сбора региональных данных, техникой регионального гидрогеологического картирования и примерами применения этой дис циплины в практике гидрогеологических исследований. Среди несколь ких учебников по региональной гидрогеологии отметим последнюю работу В. Кирюхина [9], которая содержит описание гидрогеологиче ских условий бывшего СССР, всех континентов и дна мирового океана.

Для сравнения укажем, что ни в одном из американских и канадских университетов региональная гидрогеология не преподается.

Литература 1. Боревский Б., Язвин Л. Оценка обеспеченности населения Российской Федерации ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабже ния. ГИДЭК, М., 1995.

2. Боревский Б., Язвин Л. Оценка ресурсного потенциала подземных вод.

Современные проблемы изучения и использования. В кн.: Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования. МАКС Пресс, М., 2010. С. 30–39.

70 Э.А. Зальцберг 3. Гидрогеология СССР в 50 томах. Недра, М., 1960–1984.

4. Гидрогеология СССР. Сводный том, вып. 3. Ресурсы подземных вод СССР и практичесеое их использование. Ред. Язвин Л. Недра, М., 1977.

5. Зайцев И.К. (ред.) Гидрогеологическая карта СССР (масштаб 1:7 500 000).

ВСЕГЕИ, Л., 1966.

6. Зайцев И.К., Толстихин Н.И. (ред.) Гидрохимическая карта СССР (мас штаб 1:5 000 000). ВСЕГЕИ, Л., 1966.

7. Карта подземного стока СССР в процентах от общего речного стока и коэффициенты подземного стока в процентах от осадков. Масштаб 1:5 000 000.

ГУГК, М., 1966.

8. Карта подземного стока СССР. Масштаб 1:2 500 000. ГУГК, М., 1974.

9. Кирюхин В.А. Региональная гидрогеология. Санкт-Петербург, 2006.

10. Куделин Б.И. (ред.) Подземный сток с территории СССР. МГУ, М., 1966.

11. Роговская Н.В. (ред.) Атлас региональных гидрогеологических и инже нерно-геологических карт СССР. ГУГК. М., 1984.

12. Freeze R.A., Witherspoon P.A. Theoretical analysis of regional groundwater flow. 2. Effect of water-table configuration and sub-surface variation // Water Resour. Res., v. 4, № 2, 1967: 623–634.

13. Freeze R.A., Witherspoon P.A. Theoretical analysis of regional groundwater flow. 3. Quantitative interpretations // Water Resour. Res., v.3, № 2, 1968: 581–590.

14. Ground Water Atlas. USGS, 1999.

15. Heath R. Ground-water regions of the United States. USGS Water–Supply Paper № 2242. US Government Printing Office, 1984.

16. Kanivetsky R., Shmagin B. Continuing Discussion Needed for Integrated Water Basin Science. Eos Trans. AGU, 83 (34), 2012: 327.

17. Maupin M.A., Barber N.L. Estimated Withdrawals from Principal Aquifers in the United States. USGS Circular № 1279, 2005.

18. Meinzer O.E. The occurance of ground water in the United States with a discussion of principles. USGS Water–Supply Paper № 488, 1923.

19. Neiber J., Kanivetsky R., Peterson H., Shmagin B. Sustainability of water resources: bringing the challenge. В кн.: Ресурсы подземных вод. Современные проблемы изучения и использования. МАКС Пресс, М., 2010. С. 412–422.

20. Thomas H.F. Ground-water regions of the United States-their storage facilities. Vol.3 of The physical and economic foundation of natural resources: US Cong., House Committee on Interior and Insular Affairs, 1952.

21. Tth J. A theoretical analysis of ground water flow in a small drainage basin // J. of Geophys. Res., 68 (16), 1963: 4795–4812.

22. Zektser I.S., Everett L., Cullen S., Robinson T. Groundwater flow map of California (scale 1:2 000 000). В кн.: Зекцер И.С. Подземные воды как компонент окружающей среды. Научный мир, М., 2001. С. 97.

Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии МИНЕРАЛЬНЫЕ ВОДЫ ДОН-ХОПЕРСКОГО МЕЖДУРЕЧЬЯ В.Л. Бочаров, А.Я. Смирнова, О.А. Бабкина 394006, г. Воронеж, Университетская площадь, д. 1, Воронежский государственный университет, геологический факультет, кафедра гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии, 8(473)2208908, gidrogeol@mail.ru В пределах междуречья Дон-Хопер на площади более 70 тыс. км к настоящему времени выявлено 20 минеральных источников, однако лишь незначительная часть из них нашла свое применение в бальнеоло гии и физиотерапии (рис. 1). Минеральные воды установлены в различ ных стратиграфических горизонтах и отличаются широким разнообра зием химического состава и лечебно-бальнеологических свойств.

Предельно допустимые концентрации терапевтически активных компо нентов при оценке вод исследуемого района в качестве минеральных приняты по Е.В. Посохову, Н.И. Толстихину [2].

Минеральные воды с минерализацией менее 2 и от 2 до 5 г/дм3 ис пользуются как лечебно-столовые, с минерализацией 5–10 г/дм3 как питьевые лечебные, с минерализацией 10–12 г/дм3 как лечебные, а с минерализацией 12–15 г/дм3 как бальнеологические. Воды-рассолы с концентрацией солей 35–150 г/дм3 требуют разведения при бальнеоло гическом использовании. Данные химических анализов вод, заимство ванные из литературных, архивных источников и полученные нами в процессе личных наблюдений, подвергались обработке по методике, разработанной в лаборатории кафедры гидрогеологии, инженерной гео логии и геоэкологии [3].

В зависимости от состава вод и содержащихся в них специфических терапевтически активных компонентов, в том числе и газов, минераль ные воды Дон-Хоперского междуречья разделяются на бальнеологиче ские группы.

1. Воды без специфических компонентов и свойств, лечебно оздоровительное действие которых обусловлено ионно-солевым, газовым составом и величиной минерализации.

2. Воды бромные, йодные и йодо-бромные с повышенным содержа нием органического вещества.

3. Радоновые воды, их лечебное воздействие определяется наличи ем газа радона.

В последние годы выявлено положительное физиологическое дей ствие на организм слабощелочных маломинерализованных вод с мине рализацией около 1 г/дм3, которые распространены на левобережье р. Дон. Эти воды выделены в самостоятельную группу экологически чистых условно минеральных вод [3].

72 В.Л. Бочаров, А.Я. Смирнова, О.А. Бабкина Рис. 1. Схема месторождений минеральных вод междуречья Дон–Хопер Условные обозначения – воды эксплуатируемых месторождений: 1–4 – без специфических компонен тов и свойств: Углянческая, Славская, Чертовицкая, Икорецкая;

5 – радоновая: Лис кинская;

6 – бромная: Белая Горка;

– – воды перспективных месторождений: 7, 8 – без специфических компонен тов и свойств: Острогожская, Бобровская;

9 – радоновая: Артюшковская;

10, 16, 19, 20 – бромные: Елка, Попасная, Захоперская, Озерская;

11–15, 17, 18 – йодо-бром ные: Алферовская, Карбовская, Ильменская, Петровская, Мазурская, Преображен ская, Подгоренская;

– Государственная граница Российской Федерации – Граница Воронежской области По газовому составу в каждой группе выделяются подгруппы: в первой группе – азотные и метановые, во второй группе – азотные, ме тановые, углекислые, в третьей группе – собственно радоновые.

По ионному составу воды разделяются на классы и подклассы.

По анионному составу – классы (I – различного анионного состава, Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии II – гидрокарбонатные, III – гидрокарбонатно-хлоридные, IV – сульфат ные, V – сульфатно-хлоридные, VI – хлоридно-сульфатные, VII – хло ридно-гидрокарбонатные, VIII – хлоридные, IX – хлоридные рассолы.

В пределах классов по катионному составу выделяются подклассы: на триевые, натриево-кальциевые или кальциево-натриевые и натриево кальциево-магниевые, для которых установлены пределы минерализа ции: 1;

1–10;

10–50;

50–125 г/дм3. При выделении классов и подклассов учитываются ионы, концентрация которых составляет не менее 20 экв-%, а при характеристике газового состава – газы, объемная доля для кото рых составляет не менее 10% [2].

Химический состав минеральных вод междуречья Дон-Хопер сви детельствует о их значительном разнообразии (табл. 1). Рассмотрение общих геохимических особенностей состава вод нижнекаменноуголь ных отложений показало следующее. В отложениях турнейского яруса озерско-хованского горизонта, представленного песчаниками с про слоями известняков и алевролитов, распространены воды хлоридного класса натриевого подкласса с минерализацией 6,0–9,1 г/дм3 и пресные гидрокарбонатно-хлоридного класса натриевого подкласса с минерали зацией 0,8–1,1 г/дм3.

Заслуживают внимания воды краевой зоны Донецко-Донского арте зианского бассейна. По геохимическим критериям эти воды относятся к минеральным, бромным, развитым на широко известном эксплуатируе мом месторождении Белая Горка [1, 4].

Следует обратить внимание на участок оз. Ильмень, расположен ный на востоке Воронежской области недалеко от г. Новохоперск и входящий в систему краевой зоны Приволжско-Хоперского артезиан ского бассейна. Вскрытая Ильменской опорной скважиной в интервале глубин 184–194 м вода отличается минерализацией более 35 г/дм3.

В химическом составе присутствуют в повышенном количестве помимо хлоридов кальций и натрий.

В карбонатно-терригенных отложениях среднего и верхнего девона распространены воды пресные, солоноватые, соленые и рассолы. Об щая минерализация по сумме ионов изменяется от 0,4 до 125,7 г/дм3.

В центральной части междуречья, совпадающей со сводовым подняти ем Воронежского кристаллического массива (ВКМ) и по его перифе рии, в большинстве скважин минерализация колеблется от 1,5 до 2,5 г/дм3. Эти воды выделяются как воды без специфических компонен тов и свойств. Примером могут служить Углянческая и Икорецкая ми неральные воды.

Преобладающим химическим классом является гидрокарбонатно хлоридный или хлоридно-гидрокарбонатный, а подклассами – кальцие во-натриевый, реже натриево-кальциевый. Указанный состав воды 74 В.Л. Бочаров, А.Я. Смирнова, О.А. Бабкина формируется в зоне интенсивного водообмена при условиях возможно сти разбавления подземных вод инфильтрующимися атмосферными водами на глубинах, не превышающих 100–150 м (воды Чертовицкая, Бобровская, Острогожская).

Таблица Химический состав минеральных вод междуречья Дон-Хопер Ед.

№ Ингредиент 1 2 3 4 5 6 измер.

1 pH – 7,1 7,2 6,5 7,2 7,7 7,2 7, мг/дм 2 NH4 0,6 0,4 0,5 0,4 0,25 0,3 0, мг/дм 3 NO2 0,15 0,12 0,14 0,1 0,11 0,11 0, мг/дм 4 NO3 10,2 8,0 10,0 9,5 8,5 10,4 11, мг/дм 5 О2 4,0 3,5 3,2 2,8 2,2 2,5 2, мг/дм 6 Cl 60,6 465,0 690,6 433,5 489,5 5704,9 9188, мг/дм 7 SO4 203,2 895,2 662,9 753,1 677,3 12,0 1770, мг/дм 8 НСО3 609,5 67,2 230,6 59,0 89,6 73,2 73, мг/дм 9 Са 129,8 310,0 85,4 158,0 176,6 1303,2 1124, мг/дм 10 Mg 62,2 105,2 35,6 27,1 10,2 278,7 460, мг/дм 11 Na+K 99,5 537,0 690,2 470,3 460,5 1723,7 4953, мг/дм 12 Fe 0,09 0,16 0,3 0,3 0,2 0,15 0, мг/дм 13 Mn 0,01 0,11 0,11 0,09 0,1 0,08 0, мг/дм 14 Pb 0,002 0,002 0,001 0,001 0,001 0,002 0, мг/дм 15 Cu 0,45 0,25 0,1 0,08 0,09 0,01 0, мг/дм 16 F 0,8 0,5 0,6 0,1 0,3 0,6 1, мг/дм 17 I 0,001 0,002 0,003 0,004 0,003 0,5 2, мг/дм 18 Br 0,1 0,1 0,1 0,15 0,25 35,3 52, мг/дм 19 H2S 0,4 0,15 0,3 0,25 0,18 0,09 0, г/дм 20 М 1,4 3,1 2,5 1,95 1,9 9,15 17, Примечание: 1 – «Славская», QIV;

2 – «Углянческая», D2;

3 – «Бобровская», D3;

4 – «Икорецкая», D2;

5 – «Лискинская» Rn=185,4 Бк, AR-PR1;

6 – «Белая Горка», С1;

7 – «Ёлка», AR-PR1.

По мере погружения пород девона от сводовой части ВКМ ослабля ется возможность разбавления подземных вод по пластам пресными инфильтрационными водами атмосферных осадков, что и определяет повышение минерализации с глубиной на фоне отсутствия взаимосвязи с вышележащими горизонтами мезозойских и кайнозойских отложений, заключающими пресные воды.

Периферийная часть междуречья в де вонское время характеризовалась устойчивым неравномерным опуска нием и где, начиная с верхнедевонского времени, существовал морской режим осадконакопления. В разрезах скважин общая минерализация Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии воды изменяется в пределах от 32,3 до 125,7 г/дм3 и выше. По соотно шению между ионами воды характеризуются принадлежностью к клас су хлоридных и к подклассам натриевых и натриево-кальциевых. Наи более характерное соотношение между компонентами (в ммоль/дм3) для анионов: Cl SO4 HCO3, для катионов Na Ca Mg. Вода со держит бром от 148,1 до 439,0 мг/дм3, йод от 2,4 до 5,6 мг/дм3, фтор от 0,25 до 1,8 мг/дм3, органические растворенные вещества до 4,0 мг/дм3.

Газовый состав представлен азотом и метаном, реже азотом и углекис лым газом. Отношения хлора к брому, как правило, меньше 300, а натрия к хлору меньше 4. Эти численные значения указывают на возможность смешения седиментационных и инфильтрационных вод. В трещиноватой зоне протерозойско-архейского комплекса пород химический состав воды, минерализация и концентрация терапевтических элементов весь ма схожи с водами девонских отложений, что подтверждается разреза ми изученных скважин.

Территориальный анализ изменчивости гидрогеохимических пока зателей указывает на генетическую связь вод мосоловских, морсовских горизонтов среднего девона и вод трещиноватых зон архейско-протеро зойских пород. В пределах рассматриваемой территории в этих отложе ниях выделяются бромные и йодо-бромные, радоновые воды, а также воды без специфических компонентов и свойств [3, 4].

Изложенные сведения о минеральных водах междуречья Дон Хопер свидетельствуют не только о разнообразии их химического состава, но и возможности широкого использования в лечебных и оздоровительных целях. В настоящее время нашли применение мине ральные воды Углянческая, Икорецкая, Чертовицкая, Славская, Лис кинская, Белая Горка. На базе этих источников построены и функцио нируют санатории, которые пользуются заслуженным авторитетом в Центральном Федеральном округе Российской Федерации. Ждут своей очереди многочисленные источники йодо-бромных минеральных вод в бассейне среднего течения р. Хопер – основного притока р. Дон [1].

Область распространения йодо-бромных минеральных вод не ограни чивается только Воронежской областью. Известны скважины, вскрыв шие эти воды на сопредельных территориях Ростовской и Волгоград ской областей. Мало минерализованные воды без специфических компонентов и свойств типа Бобровской установлены в центральной части междуречья и аналогичны по химическому составу и лечебным свойствам широко известной Икорецкой минеральной воде. Освоение Бобровского и Острогожского источников могло бы послужить по полнением истощающихся ресурсов Икорецкой и Углянческой мине ральных вод, ресурсы которых за длительный период эксплуатации в значительной степени истощены.

76 К.Е. Морару Литература 1. Бочаров В.Л., Бугреева М.Н., Бабкина О.А. К проблеме экологической гидрогеохимии бассейна Среднего Хопра // Вестник Воронеж. ун-та. Сер. геол., 2001, вып. 11. – С. 236–244.

2. Посохов Е.В., Толстихин Н.И. Минеральные воды (лечебные, промыш ленные, энергетические). Л.: Недра, 1977. – 240 с.

3. Смирнова А.Я., Бочаров В.Л., Лукьянов В.Ф. Минеральные воды Воро нежской области (лечебные и лечебно-столовые). Воронеж: Изд-во Воронеж.

ун-та, 1995. – 182 с.

4. Смирнова А.Я., Бабкина О.А., Плешкова О.Н. Радоновые минеральные воды Черноземья // Радон, гелий и другие радиогенные компоненты в природ ных водах: экологические и научные аспекты. СПб: СПбГУ, 2000. – С. 37–40.

5. Бабкина О.А. Гидрохимия йода и брома в минеральных водах Среднего Прихопёрья // Вестник Воронеж. ун-та. Сер. геол., 2010 № 1. – С. 252–255.

6. Бочаров В.Л., Бабкина О.А. Бромные и йодо-бромные минеральные воды Среднехопёрской гидроминеральной провинции (Воронежская область) // Реа лизация регион. науч.-тех. программ Центрально-Чернозёмного региона. Ма тер. науч.-прак. конф. – Воронеж: Воронеж. тех. ун-т, 1997. – С. 55–58.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИЗУЧЕННОСТИ ЮГО-ЗАПАДНОЙ ЧАСТИ ПРИЧЕРНОМОРСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА К.Е. Морару Институт геологии и сейсмологии, Академия Наук Республики Молдова MD2028, г. Кишинев, ул. Академическая 3, тел/факс +373 22 e-mail: cmoraru@yahoo.com История гидрогеологического изучения юго-западной части При черноморского артезианского бассейна (в географическом плане – тер ритория Республики Молдова) насчитывает более 100 лет. Первые ра боты имели описательный характер (Струков Г., 1852;

Княжевич Д.М. и Федоров П.И., 1868;

и др.). Наиболее содержательными и обоснован ными являются работы Ланге О.К., опубликованные в 1915–1917 гг., о предварительных результатах гидрогеологических исследований Бес сарабии [5]. Эти работы послужили началом планомерного и система тического гидрогеологического изучения данного региона.

В настоящее время степень гидрогеологической изученности регио на определяется следующими достижениями [1–4, 6–9].

1. Разработана и используется гидрогеологическая стратификация докембрийских, палеозойских, мезозойских и кайнозойских пород;

при этом известны и охарактеризованы 17 водоносных горизонтов и ком плексов подземных вод.

Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии 2. Для всей территории составлены различные гидрогеологические карты масштабов от 1:500 000 до 1:50 000. Для отдельных территорий используются карты масштаба 1:25 000 – 1:10 000. Особо необходимо отметить составление гидрогеологической карты Европы (лист Е5, 1:1500 000, Ганновер, 2003) с включением территории Молдовы.

3. Изучены закономерности формирования естественных ресурсов водоносных горизонтов и подсчитаны эксплуатационные запасы питье вых подземных вод. В связи с фильтрационной неоднородностью пород одной из важных решенных проблем является региональное определе ние и картирование параметров фильтрации водоносных пластов.

4. Выявлены основные особенности гидрогеохимии водоносных го ризонтов и закономерности пространственного размещения, различных по химическому составу подземных вод. Также детально изучена гид рогеохимия отдельных химических элементов природного и искусст венного происхождения.

5. Научно обоснованы принципы использования подземных вод в качестве источников питьевого водоснабжения, промышленных вод, минеральных лечебных вод, а также термальных – как источника гео термальной энергии.

6. Выполнены и внедрены в практику различные карты и модели районирования подземных вод от общего гидрогеологического райони рования до специальных карт (для микросейсмического зонирования, взаимосвязи водоносных горизонтов и т.д.).

7. Изучен режим грунтовых и межпластовых вод с определениями элементов водного баланса по данным лизиметрических и индикатор ных исследований.

8. Проведены специализированные исследования в областях мелио ративной гидрогеологии, гидрогеологии месторождений полезных ис копаемых, искусственного восполнения запасов подземных вод, охраны подземных вод и оценки защищенности по отношению к поверхност ным и природным загрязнителям. Также изучены особенности взаимо связи поверхностных и подземных вод.

9. На основе современных представлений о геологическом строении юго-западной окраины Восточно-Европейской платформы доказаны принципиально новые положения, определяющие гидрогеологические условия региона. Среди них наиболее значимыми являются: блоковое гидрогеологическое строение, особая роль разломной тектоники в фор мировании ресурсов и качества водоносных горизонтов;

двухъярусное гидрогеологическое строение территории и определение механизмов формирования их ресурсов и др.

10. Построение цифровой модели гидрогеологических условий Молдовы на основе современных технологий (ModFlow и др.) позволи 78 К.Е. Морару ли по-новому интерпретировать взаимосвязь между водоносными гори зонтами, их зависимость от поверхностных и атмосферных осадков, направления подземного стока и др.

Неоднородность геологического разреза, гетерогенность водонос ных горизонтов, уникальность гидрогеохимических условий, фильтра ционная неоднородность пород, сложная по территории взаимосвязь поверхностных и подземных вод, а также особое географо-геологиче ское расположение территории Молдовы позволяют выделить ряд про блем, имеющих первостепенное значение для перспективного изучения гидрогеологии данного региона:

Детальное и комплексное изучение зоны активного водообмена, как основного поставщика питьевой воды, которая только в пределах этой зоны обладает полным природным возобновлением;

Использование современных компьютерных технологий для моде лирования гидрогеологических условий в форматах 2D и 3D с привле чением спутниковой информации, геостатического анализа и новых достижений в моделировании физико-химических свойств воды;

Интегрирование полученных данных в международную систему изучения подземной гидросферы.

Литература 1. Бобринский В.М., Морару К.Е. О гелиеносности подземных вод Молда вии. Москва // Советская геология, 1984, № 9, с. 103–106.

2. Взнуздаев С.Т. Грунтовые воды Нижнего Приднестровья. М., Изд-во АН СССР, 1959.

3. Зеленин И.В. Естественные ресурсы подземных вод Молдавии. Киши нев: Штиинца, 1972.

4. Зеленин И.В. Оценка параметров фильтрации водоносных пластов с применением методов математической статистики. Кишинев: Штиинца, 1976.

5. Ланге О.К. Краткий предварительный отчет о гидрогеологическом об следовании Бессарабии летом 1916 года. М., Печатня А.И. Снегировой, 1917.

6. Морару К.Е. Гидрогеохимия подземных вод зоны активного водообмена крайнего юго-запада Восточно-Европейской платформы. Кишинев, Elena V. I.

SRL, 2009.

7. Подражанский В.А. Гидрогеологические условия орошения земель в Молдавии. Кишинев: Штиинца. 1975.

8. Bobrinsky V.M., Macaresru V.S., Moraru C.E. Tectonic factors governing the structure of the Heluim, Macrosismic and Hydrochemical regions of Moldovia.

Geotectonics, 1987, v. 2, № 2, р. 150–160.

9. Moraru C., Anderson J. (2005) A Comparative Assessment of the Ground Water Quality of the Republic of Moldova and the Memphis, TN area of the United States of America. Memphis, The University of Memphis, 2005.

Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии ОЦЕНКА ЗАЩИЩЕННОСТИ ПОДОЛЬСКО-МЯЧКОВСКОГО ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА НА ОСНОВЕ КРУПНОМАСШТАБНОГО ГЕОЛОГИЧЕСКОГО КАРТИРОВАНИЯ ТЕРРИТОРИИ г. МОСКВЫ И.А. Позднякова, И.В. Галицкая, И.А Костикова, Л.С. Томс Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, 101000, Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2, 8 (495) 607-82-84, irina_pozd58@mail.ru Введение В Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук (ИГЭ РАН) в 2009 г. коллективом авторов был составлен комплект тематических карт по г. Москве в масштабе 1:10 000, в том числе «Кар та районирования по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов с элементами защищенности подольско-мячковского водоносного гори зонта» [8]. Карта создавалась с целью оценки защищенности подземных вод каменноугольных отложений от загрязнения. Подход к оценке за щищенности базировался на картировании геологического строения, гидрогеологических условий и фильтрационных расчетах. При состав лении карты были использованы геоинформационные компьютерные технологии [6].

Гидрогеологические условия территории города характеризуются на личием в верхней части разреза нескольких водоносных горизонтов в четвертичных и мезозойских отложениях, объединенных в «надъюр ский» водоносный комплекс (далее «надъюрский» горизонт), и несколь ких водоносных горизонтов в каменноугольных отложениях в нижней части разреза [7]. На большей территории, за исключением древних эро зионных врезов, верхняя и нижняя толщи разделены слабопроницаемыми средне-верхнеюрскими («юрскими») и верхнекаменноугольными («ка менноугольными») глинами. Подземные воды «надъюрского» водонос ного горизонта в мезокайнозойских отложениях отличаются высокой минерализацией, концентрацией хлоридов, сульфатов, тяжелых металлов и нефтепродуктов. Подземные воды каменноугольных отложений испы тывают серьезную техногенную нагрузку. В результате отбора подзем ных вод для производственно-технического водоснабжения, шахтного и дренажного водоотлива существенно понижены естественные уровни подземных вод, нарушены условия их питания и разгрузки.

Наличие расположенного в верхней части разреза потенциального источника загрязнения («надъюрского» водоносного горизонта) и прак тически повсеместно установившийся нисходящий характер фильтра ции подземных вод создают предпосылки загрязнения подземных вод 80 И.А. Позднякова, И.В. Галицкая, И.А Костикова, Л.С. Томс каменноугольных отложений, в том числе стратегического источника питьевого водоснабжения г. Москвы – подольско-мячковского водо носного горизонта.

Оценка защищенности подольско-мячковского горизонта от про никновения загрязнения сверху является первоочередной задачей для решения проблемы сохранения его качества при существующей и пла нируемой хозяйственной деятельности на территории города.

Карта содержит два информационных слоя: районирование терри тории по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов и элементы защищенности водоносных горизонтов каменноугольных отложений, в том числе подольско-мячковского, от загрязнения, поступающего из «надъюрского» водоносного горизонта.

Районирование территории г. Москвы по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов Под условиями взаимосвязи водоносных горизонтов понимается степень их гидравлической связи, которая в общем случае зависят от мощности, коэффициента фильтрации слабопроницаемых отложений, разделяющих горизонты [1]. Геологическое строение территории Моск вы крайне неоднородное, осложненное древними эрозионными вреза ми, в долинах и бортах которых происходит сокращение мощности сла бопроницаемых отложений (вплоть до полного их отсутствия) и увеличение их проницаемости [3–5]. В зависимости от изменения гео логического строения меняются условия взаимосвязи подземных вод и их защищенность от загрязнения.

В основе районирования территории по условиям взаимосвязи под земных вод лежит районирование по геологическому строению толщи, разделяющей «надъюрский» и подольско-мячковский водоносные гори зонты. Типы геологического строения разделяющей толщи определялись по наличию или отсутствию в разрезе слабопроницаемых отложений – «юрских» и каменноугольных глин. Всего на карте цветом и индексом показано 17 типов фильтрационного строения разделяющей толщи.

Анализ выполненного районирования по условиям взаимосвязи во доносных горизонтов показал, что на большей части территории города преобладают условия затрудненной взаимосвязи «надъюрского» и перво го от поверхности водоносного горизонта в каменноугольных отложени ях, обусловленные наличием в разрезе слабопроницаемых юрских глин.

При этом подольско-мячковский водоносный горизонт залегает непо средственно под толщей юрских глин на территории, которая протяну лась с запада на юго-восток южнее современной долины р. Москвы. Не смотря на то, что на этой территории юрские глины распространены повсеместно, условия взаимосвязи «надъюрского» и подольско-мяч ковского горизонтов могут меняться в зависимости от изменения мощ Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии ности и проницаемости юрских глин. Так, взаимосвязь подземных вод улучшается в долинах современных водотоков и в тальвегах древних эрозионных врезов, где наблюдается существенное снижение мощности глин и увеличение их проницаемости. Наиболее затруднена взаимо связь «надъюрского» и первого от поверхности водоносного горизонта каменноугольных отложений, на участках, расположенных на северо востоке и востоке территории, в том числе на участках, где первым от поверхности залегает подольско-мячковский водоносный горизонт.

Здесь и далее в тексте не уточняется, какой именно водоносный гори зонт имеется ввиду под первым от поверхности в толще каменноуголь ных отложений, так как в силу неоднородности геологического строе ния на разных участках первым от поверхности в каменноугольных отложениях залегают разные водоносные горизонты от русавкинского до подольско-мячковского.

Районирование по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов позволило выявлять территории, в пределах которых за счет отсут ствия юрских глин и отсутствия или сокращения мощности каменно угольных глин и увеличения их проницаемости формируются условия прямой связи «надъюрского» водоносного горизонта и первого от по верхности водоносного горизонта в каменноугольных отложениях.

К таким участкам относятся погребенные долины разного возраста, расположенные в долине р. Москвы, Яузы, Чермянки и т.д. На от дельных участках «надъюрский» и первый от поверхности водонос ный горизонт в каменноугольных отложениях образуют единый водо носный горизонт [9].

Оценка защищенности подземных вод каменноугольных отложений Под естественной защищенностью подземных вод понимается сово купность геолого-гидрогеологических условий, затрудняющих проник новение загрязняющих веществ в водоносный горизонт. Защищенность каменноугольных водоносных горизонтов, в том числе подольско-мяч ковского, от поступления загрязнения из «надъюрского» зависит от наличия в разделяющей толще слабопроницаемых «юрских» и верхнека менноугольных глин;

их мощности;

коэффициентов фильтрации и соот ношения напоров подземных вод. Для количественной оценки защищен ности было использовано время вертикальной фильтрации загрязненных вод из вышележащего «надъюрского» водоносного горизонта через раз деляющую толщу в первый от поверхности каменноугольный водонос ный горизонт и в подольско-мячковский [2]. Предполагалось, что усло вия защищенности тем лучше, чем больше время фильтрации. Для первого от поверхности каменноугольного водоносного горизонта время 82 И.А. Позднякова, И.В. Галицкая, И.А Костикова, Л.С. Томс вертикальной фильтрации рассчитывалось аналитически по следующей зависимости:

m0 n, t= k0 ( H 1 H 2 ) где m0, k0, n0 – мощность, коэффициент фильтрации и активная порис тость слабопроницаемых отложений;

H1 – напор подземных вод в на дьюрском водоносном горизонте;

H2 – напор подземных вод в каменно угольном водоносном горизонте.

Время вертикальной фильтрации до кровли подольско-мячковского водоносного горизонта при наличии в разделяющей толще нескольких водоносных и слабопроницаемых слоев рассчитывалось последова тельно через каждый слой и суммировалось.

Для расчетов был использован фактический материал, предостав ленный ГУП «Мосгоргеотрест» – колонки буровых скважин, гидрогео логические карты, карты напоров подземных вод и фильтрационных параметров слабопроницаемых отложений. Время вертикальной фильт рации рассчитывалось по опорным точкам – скважинам, вскрывающим подольско-мячковский водоносный горизонт. Полученные для первого от поверхности каменноугольного водоносного горизонта значения времени вертикальной фильтрации были проинтерполированы и пока заны на карте в виде изолиний равного времени. Полученные значения времени вертикальной фильтрации до подольско-мячковского горизон та показаны в виде диапазона изменений для каждого контура с уни кальным индексом, характеризующим тип геологического и фильтра ционного строения толщи, разделяющей «надъюрский» и подольско мячковский горизонты.

Наиболее важным элементом защищенности подземных вод камен ноугольных отложений, показанным на карте, является водоохранная зона, границы которой проведены на некотором расстоянии от бортов древних эрозионных врезов, тяготеющих к долине р. Москвы и некото рым ее притокам, например р. Яузы. Целесообразность выделения водо охраной зоны обусловлена тем, что внутри нее может преобладать меха низм латерального переноса загрязнения по пласту над вертикальным вне зависимости от наличия в разрезе слабопроницаемых отложений. Их не большая мощность и повышенная проницаемость создают условия тес ной гидравлической связи подземных вод в каменноугольных и четвер тичных отложениях и загрязнения подольско-мячковского водоносного горизонта в результате преобладающей латеральной фильтрации и бы строго перемешивания подземных вод во всей толще. Размер этой зоны, в пределах которой подземные воды каменноугольных отложений не Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии защищены от загрязнения, определяется расчетным путем, как мини мальное необходимое расстояние, на которое должен быть удален ис точник загрязнения нефтепродуктами, чтобы время их миграции в под земных водах превысило период биологического распада (1000 сут).

В среднем размер зоны составляет 200–500 м.

Заключение Оценка защищенности подольско-мячковского горизонта от про никновения загрязнения из «надъюрского» выполнена на основе круп номасштабного картирования геологического строения и гидрогеологи ческих условий территории г. Москвы. Методика оценки базируется на районировании территории по типам фильтрационного строения толщи, разделяющей потенциальный источник загрязнения – «надъюрский»

водоносный горизонт и стратегический источник питьевого водоснабже ния – подольско-мячковский, и оценке времени вертикальной фильтра ции. Подземные воды первого от поверхности водоносного горизонта в каменноугольных отложениях являются незащищенными, а подольско мячковского наименее защищенными от проникновения загрязнения из «надъюрского» водоносного горизонта на участках древних эрозион ных врезов в долине р. Москвы, Яузы, Чермянки и т.д. Минимальное время поступления загрязнения из «надъюрского» в подольско-мяч ковский водоносный горизонт составляет от 1 до 3, максимальное не превышает 20 лет.

Подольско-мячковский горизонт является относительно защищен ным от загрязнения на юге города на Теплостанской возвышенности за счет практически повсеместного распространения и сохранения мощно сти «юрских» глин и на севере города, где в разрезе присутствуют не только «юрские», но и каменноугольные глины. Расчетные значения времени поступления загрязнения в подольско-мячковский горизонт увеличиваются до 100 лет на юге и до 200–300 лет на севере города.

Наиболее защищены водоносные горизонты в каменноугольных от ложениях от проникновения загрязнения из «надъюрского» на участках, где в разрезе разделяющей толщи наиболее полно представлены слабо проницаемые отложения – «юрские» и каменноугольные глины, общая мощность которых достигает 30–40 м, а коэффициент фильтрации со ставляет 10–5–10–6 м/сут. Расчетное время поступления загрязнения из «надъюрского» в подольско-мячковский водоносный горизонт на таких участках более 300 лет.

Построенная карта, строго говоря, не является картой защищенно сти подземных вод в традиционном понимании. На этой карте приво дятся значения времени вертикальной фильтрации. Авторы в полной 84 И.А. Позднякова, И.В. Галицкая, И.А Костикова, Л.С. Томс мере понимают достаточную условность фильтрационных расчетов из за недостаточной обоснованности значений фильтрационных парамет ров слабопроницаемых отложений и необходимость осторожно отно ситься к полученным абсолютным значениям времени вертикальной фильтрации, которые, безусловно, могут уточняться в дальнейшем с появлением новой информации. Тем не менее, такой подход может быть использован для сравнительного анализа условий защищенности подземных вод, так как опирается на детальное картирование эрозион ных врезов, обуславливающих неоднородность геологического строе ния, гидрогеологических условий и условий защищенности подземных вод каменноугольных отложений на территории г. Москвы.

Работа посвящается основоположнику научного направления оцен ки защищенности подземных вод от загрязнения – Гольдбергу Вален тину Михайловичу, которому в этом году исполнилось бы 80 лет.

Литература 1. Всеволожский В.А. Подземный сток и водный баланс платформенных структур. М., Недра, 1983.

2. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Ленинград., Гидрометеоиздат, 1987.

3. Даньшин Б.М. Геологическое строение и полезные ископаемые Москвы и ее окрестностей // Бюл. МОИП. 1947.

4. Кутепов В.М., Кожевникова В.Н. Устойчивость закарстованных терри торий. М., Наука, 1989.

5. Кутепов В.М., Анисимова Н.Г., Еремина О.Н., Кожевникова И.А., Коз лякова И.В. Карта дочетвертичных отложений как основа крупномасштабного геологического картирования территории г. Москвы // Геоэкология. 2011. № 5, с. 411–419.

6. Миронов О.К. Геоинформационные технологии для составления круп номасштабных геологических карт территории Москвы // Геоэкология. 2011.

№ 3. С. 198–214.

7. Москва: геология и город/ под ред. В.И.Осипова, О.П.Медведева.- М., АО «Московские учебники и Картолитография», 1997.

8. Осипов В.И. Крупномасштабное геологическое картирование террито рии г. Москвы // Геоэкология. 2011. № 3, с. 195–197.

9. Позднякова И.А., Кожевникова И.А., Костикова И.А., Томс Л.С. Оценка условий взаимосвязи водоносных горизонтов на основе крупномасштабного картирования геологического строения и гидрогеологических условий г. Моск вы // Геоэкология. 2012. № 6, c. 527–539.

Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии РЕГИОНАЛЬНАЯ ГИДРОЛОГИЯ БАССЕЙНА МИССУРИ:

КОНЦЕПЦИЯ, АНАЛИЗ И МОДЕЛИ В СВЯЗИ С НАВОДНЕНИЕМ Б.А. Шмагин Water Resources Institute South Dakota State University, P. O. Box 2201, Brookings, SD 57007- Phone 1-605-688-5669. Fax 1-605-688-6764. Boris.Shmagin@sdstate.edu Основатель кафедры профессор О.К. Ланге (1883–1975) разработал три ведущих научно-исследовательских и учебно-методических на правления в работе кафедры гидрогеологии: региональная гидрогеоло гия, динамика подземных вод и гидрохимия. В статье будет показано, что его идеи в направлении региональной гидрогеологии остаются ос новопологающими и продуктивными. О.К. Ланге продолжил систем ный подход к природному явлению В.В. Докучаева (1846–1903), соз давшего основы почвоведения, объяснившего формирование почв и их зональность на основе рассмотрения почвы в качестве самостоятельно го природного обьекта и результата взаимодествия всех составляющих ландшафта. В соответствии с региональным подходом О.К. Ланге, под земные воды являются частью ландшафта и их зональность (происхож дение, состав, режим и глубина залегания) следует климатической зональности изучаемой территории и определяется изменением солнеч ной радиации, осадков, испарения и эвотранспирации;

геологическое строения вносит азональность в формирование подземных вод [6]. Та кую интерпретацию регионального подхода мне посчастливилось ус лышать на лекции, данной самим О.К. Ланге студентам его кафедры в середине 60-х годов прошлого века.

Сейчас можно сказать, что происхождение и свойства подземных вод определяются многоуровенным и мультимасштабным взаимодей ствием с другими составляющими ландшафта: атмосфера, гидросфера, литосфера, педосфера и биосфера, включая человека [9, 13, 16]. Сами же геосферы Земли могут быть описаны кибернетической моделью с прямыми и обратными связями во взаимодействии элементов геосфер и человеческой активности [20], и эти взаимодействия могут быть описа ны количественно [8, 9, 10].

Системный подход О.К. Ланге лежит в основе картографирования естественных ресурсов подземных вод с использованием количественно го показателя. Разработка методологии картографирования естественных ресурсов подземных вод на основе баланса компонентов речного стока была начата Б.И. Куделиным (1910–1972);

О.К. Ланге пригласил его на кафедру, он возглавил кафедру и сменил О.К. Ланге на этом посту в 86 Б.А. Шмагин 1963 году. Б.И. Куделиным на примере изучения подземного стока Московского артезианского бассейна было показано [5], что эта регио нальная методология позволяет количественно характеризовать пита ние подземных вод;

полученные им результаты совпадают со споради чески повторяющимися модельными расчетами инфильтрации по зоне аэрации (см. напр. [4]).

Гидрогеологическое картографирование, проводившееся с исполь зованием модулей поверхностного стока, а также коэффициентов под земного и поверхостного стока в СССР, не только позволило выявить и отразить региональные закономерности формирования и распределения подземных вод, но и определило необходимость дальнейших исследо ваний. В развитии полученных представлений была проведена клас сификация фильтрационных сред В.А. Всеволожским (он возглавлял кафедру в 1987–2006 годах) [3], опираясь на эти результаты, стало воз можно сформулировать и реализовать системный подход к условиям формирования речного стока и провести районирование территории Нечерноземной зоны России [13, 14, 16].

Для обоснованного выделения и разграничения элементов райони рования по условиям формирования речного стока, с последующей ха рактеристикой изменчивости внутри этих элементов, были разработан ны вероятностно-статистические модели [7, 8, 13]. Особенность такого рода моделей в том, что они строятся на эмпирических данных, восста навливают природные зависимости и выявляют многоуровенную раз мерность формирования речного стока [1, 10, 11]. Модели обеспечивают частичное описание природной пространственно временной изменчиво сти, заключеной в используемых эмпирических данных, а так же харак теристику той части изменчивости, которая отражена ими [8, 11]. Этот вид моделирования был разработан самостоятельно, хотя сейчас может рассматриваться как практическое приложение теории статистического обучения (Statistical Learning Theory) к исследованию природных систем.

Эта теория в отличие от других подходов, развиваемых как «искусствен ный интеллект», является формально обоснованной [28]. Выделение элемента районирования при картографировании и изучении режима подземного и поверхностного стока на основе вероятностно-статисти ческих моделей [1, 7, 8] позволяет говорить о пространственно времен ной гидрологической структуре как новом результате в описании вод ного цикла суши [9, 10, 11].

Картографирование естественных ресурсов подземных вод с ис пользованием гидрологических данных и условий их формирования в ландшафте по сути открыло и для многих регионов показало возмож ность и продуктивность проведения мультимасштабного физико-гео графического районирования на ландшафтной основе [1, 10, 16]. Таким Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии образом, региональная гидрогеология открыла возможность новому направлению в физической географии: региональной гидрологии, на правлению системного изучения, количественной характеристики и картографирования водного цикла суши в связи с изменением природ ных ландшафтов и деятельностью человека [1, 10, 16]. Региональный подход позволяет провести рассмотрение круговорота воды суши в свя зи с изменчивостью конкретных ландшафтов, а именно: выявить, опре делить и обеспечить понимание и постановку новых исследовательских задач [9, 12, 15]. В современной формулировке балансовый подход ос новывается на концепции единства и интегрирующей роли водного цикла по отношению ко всем свойствам ландшафта [26]. Цель такого изучения: установить природные взаимосвязи всех элементов ландшаф та и использовать их в планировании устойчивого развития человека и окружающей среды [10, 21].

Названные выше особенности регионального подхода легли в осно ву рассмотрения гидрологии в бассейне реки Миссури в связи с разра боткой концепции неопределённости и риска в анализе наводнения 2011 года [19, 22]. Бассейн реки Миссури, крупнейшего притока Мис сисипи, имеет площадь более 1 300 000 км и включает часть террито рии десяти штатов США и двух провинций Канады. Бассейн Миссури простирается от Скалистых гор на западе до долины Миссисипи – на востоке и от канадской границы на севере до водораздела с бассейном реки Арканзас – на юге. Наводнение наиболее сильно затронуло терри торию шести штатов, в верхней части бассейна, относящихся к цен тральной части Великих Равнин, и эта часть водосбора является пред метом настоящего рассмотрения. Треть реки зарегулированы шестью плотинами, четыре из которых по объёму относятся к крупнейшим в мире (Форт-Пек в Монтане, Гаррисон в Северной Дакоте, Оахе и Форт Рандал в Южной Дакоте). Впервые с момента возведения плотин в се редине прошлого века расход воды через них был наибольшим в году, сброс стока с этих водохранилищ и вызвал наводнение.

Наводнение было обусловлено природными условиями зимы и весны 2011, но явилось результатом оперативных решений по управлению сис темой интенсивного сброса воды во время половодья и наложившегося паводка. Неудача может быть объяснена как существующей неопреде лённостью характеристики естественного режима стока, так и несовер шенством применяемых моделей и методов расчетов для управления инженерно-гидрологическими системами. Неопределённость обуслов лена, главным образом, отсутствием специальных исследований и сис темных моделей, отражающих взаимное влияния инженерно-гидро логических сооружений и природных условий формирования стока на водосборе. Неопределённость должна быть понята [30], формально опи 88 Б.А. Шмагин сана и учтена на основе полного использования результатов исследова ния региональных гидрологических закономерностей [22, 23], а не только оценки неопределенности для видов моделирования [17], или эскпертной системы поддержки принимаемых решений [29].

Особенности региональной гидрологии для бассейна реки Миссури (БРМ) изучались совместно с территорией центральной части страны (ЦЧС), внутри которой бассейн находится. Эмпирические данные о среднемясячном речном стоке были взяты для анализа из отчета Геоло гической Службы, в котором рассмотрены временные ряды всех на блюдательных гидрометрических постов страны, выделены и рекомен дованы к использованию в исследованиях порядка 1300 постов с наименее измененными условиями формирования речного стока [27].

Исходная матрица факторного анализа для ЦЧС включила 103 вре менных ряда годового стока с наблюдениями в интервале 1940– для постов с площадью водосбора от 770 до 9000 км. Системный ана лиз данных был проведен вероятностно-статистическим моделировани ем [25]. В результате анализа было получено пять групп водосборов с общим режимом, которые расположились в хорошо различимых ре гионах речного стока: I – Среднего течения Миссури и Миссисиипи, II – притоков Западного берега среднего течения Миссисипи, III – бас сейна Мексиканского залива, IV – бассейна озера Верхнеее (Северо За падная часть бассейна Великих озер) и V – бассейнов склонов Скали стых гор и Аппалачей. Модель отразила 53% изменчивости в исходной матрице данных [24, 25].

Для каждой группы водосборов, полученных по факторному анали зу в качестве типового был выбран один водосбор. Пять водосборов с наибольшей факторной нагрузкой могут быть идентифицированы по номеру поста наблюдений Геологической службы: I – № 06810000, II – № 07018500, III – № 08095000, IV – № 04079000 и V – № 06119500.

Для интервала наблюдений (1940–1970) увеличение расхода происхо дило в регионах I, III, IV и V, а для региона II получено уменьшение;

увеличение для типов режима регионов I и V статистически значимо.

По каждому из пяти типов режима был проведен анализ сезонности сто ка. Исходная матрица в этом случае включала годовой сток и двенадцать месяцев в качестве столбцов и годы наблюдений в качестве рядов. По пяти типовым матрицам было получено от трёх до пяти сезонов с разли чающейся группировкой месяцев и связью с годовым стоком [25].

Для проведения аналогичного анализа по БРМ, в дополнение, к ис пользованным в матрице для ЦЧС, были взяты временные ряды из от крытого для доступа в Интернете портала Геологической Службы. Это определило исходную матрицу для БРМ, состоящей из 46 временных рядов с общим периодом наблюдений 1963–1991 и площадями водо Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии сборов от 300 до 1000 км. Факторный анализ отразил 62% изменчиво сти исходной матрицы данных и дал четыре группы водосборов, суще ственно различающихся по режиму и группирующихся в соответст вующие области стока: I – Великих Равнин (на востоке), II – массив низких гор Блэк-Хиллс (площадь 16 000 км), влючающих палеозойские известняки, III – склоны Скалистых Гор и IV – склоны Скалистых гор с распространением карстующихся пород.

Типовые по режиму стока водосборы были выбраны для четырех областей БРМ (I – № 06218500, II – № 06478690, III – № 06412500, и IV – № 06323000). Увеличение расходов за период наблюдений (1963– 1991) получено для типов I, II и IV (для типа II статистически значи мое), а по типу III – снижение [25]. По этим типовым рядам так же, как для ЦЧС, был проведен анализ сезонности и получены три или четыре сезона, различающиеся по составу месяцев и корреляции с годовым стоком (табл. 1).

Таблица Факторные нагрузки (FL) для годового (Annual) и месячного стока гидрологического года: октябрь–сентябрь, по трем или четырем сезонам (F 1–F 3;


F 1–F 4) для типовых водосборов в четырех областях режима (I F–IV F) бассейна Миссури (приведены FL 0.25;

EV – собственные значения факторов;

Sum = % – отраженная изменчивость) [24] Annual Oct Nov Dec Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep EV 0.90 0.86 0.94 0.88 4. IF1 0.93 0. 3. IF2 0.80 0.80 0.87 0.83 0.78 0. 1. IF3 0.33 0.83 0. Sum = 73% 3. II F 1 0.84 0.91 0.93 0.83 0.43 0.27 0.41 0. 0. 2. II F 2 0.57 0.62 0. 0.69 0. 0.88 0.44 1. II F 3 –0. 0.29 0.37 0. 0.56 1. II F 4 0. 0.60 0. 0. Sum = 74% 4. III F 1 0.79 0.87 0.93 0.85 0.85 0.79 0. 0. 0.72 0.90 0.90 0.88 3. III F 2 0. 2. III F 3 0.70 0.90 0. 0. Sum = 79% 3. IV F 1 0.84 0.90 0.84 0.77 0.70 0.52 0. 2. IV F 2 0.81 0.84 0.88 0. 0.62 0.86 1. IV F 3 0. 1. IV F 4 0.38 0.88 0. 0.46 0.38 0. Sum = 76% 90 Б.А. Шмагин Тот факт, что группы водосборов с различным режимом годового стока имеют так же сезонность, отличающуюся по числу сезонов и связи сезонов с годововым стоком, а так же по участию месяцев в сезонах, обосновывает представление, что полученные отдельно модели годового стока и сезонности не просто многомерные векторы, а гидрологическая структура, многомерная и многоуровенная в пространстве и времени.

В результате анализа для БРМ полученно: (1) многомерная структура пространственно временного распределения речного стока отражает 30– 78% изменчивости, заключенной в эмпирических данных;

(2) эта струк тура получена «восстановлением» существующих природных связей в формировании режима и сезонности речного стока;

(3) структура описы вает многолетнюю и сезонную изменчивость по типовым водосборам;

(4) типовые временные ряды отражают 73–79% сезонной изменчивости исходных данных.

Пространственно временная изменчивость речного стока на карте может быть представлена только как гидрологические структура с ис пользованием распределения выделенных типов режима по водосборам и собственно графиков для типов годовой и сезонной изменчивости по времени (см. [24]). Карта, показывающая распределение типов режима для БРМ (см. [24]), не имеет границ в обычном понимании, гидрологи чекие структуры, полученные в результате статистического анализа «нечеткие» как в пространстве так и времени. В пространстве – потому, что мы должны выбрать значение факторной нагрузки для группировки и некоторые водосборы могут попасть не только в одну группу. Выбор интервала временных наблюденных может влиять на распределение части водосборов между группами [26].

По карте распределения типов режима для БРМ видно, что геологи ческие (гидрогеологические) условия не азональные в том смысле, что подчиненные, а ведущие условия в распределении режима стока (см.

[24]). Для картографирования при дальнейшей разработке может быть принято, а возможно и специально разработано, использование геологи ческих, почвенных, растительных зон и возможно других границ для по каза распространения выявленных многомерных гидрологических струк тур в их пространственно временной изменчивости стока [21, 22].

Гидрологические структуры, полученные для БРМ и ЦЧС, довольно хорошо согласуются друг с другом (см. [24], слайд 12) и это позволяет проводить характеристику временной изменчивости по более длитель ным временным рядам, имеющимся по ЦЧС. В качестве примера для моделирования взяты более, чем 100-летние наблюдения по одному гидрометрическому посту Геологической службы (№ 06591500). Этот ряд имеет высокие факторные нагрузки в регионе V – склоны Скали стых гор для ЦЧС и может использоваться при характеристике режима по области III (склоны Скалистых гор) в БРМ.

Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии Для этого водосбора полученно три сезона с различным количеством месяцев в каждом (зимний: октябрь–март;

весенний: апрель, май;

летний:

июнь–сентябрь) и соответственно отражающие годовую изменчивость стока в отношении как: 38, 12 и 34%, – для анализируемого периода (1911–2011). Выделенные сезоны имеют различающиеся в том числе и по знаку линейные тренды и скачки в многолетнем режиме (см. [22], слайды 22 и 23). Летний сезон имеет коэффициет корреляции с годовым стоком, равным 92%.

Использование двух видов анализа временных рядов {упрощенный Фурье (Fourier) [7] и вавелет (Wavelets)} установило присутствие цик личности в годовом стоке с периодами 14, 17 и 24–25 лет (см. [22]). Ка ждый выделенный период содержит очень небольшую часть от общей изменчивости ряда, а в сумме выделенные периоды, взятые вместе, как суммирующая модель, и вынесенные на график, довольно хорошо со гласуются с основными скачками графика временного ряда (см. [22]).

Попытка прогноза многолетней изменчивости (см. [22]) с использовани ем суммарной модели даёт хорошее представление о времени возможных изменений в стоке (см. [22]).

Результат выполненного анализа типового временного ряда так же может рассматриваться как «нечеткая» гидрологическая структура, ко торая обладает сезонностью, скачками и периодичностью и характери зуется величиной отраженной природной изменчивости наблюденных данных.

Гидрологическая структура пространственно временной изменчи вости речного стока, как это было показано выше, может быть получена в довольно широком диапазоне масштабов в пространстве и времени.

Все это позволяет говорить о необходимости и возможности нового подхода к учету пространственно временной изменчивости речного стока с использованием выделяемых гидрологических структур при разработке моделей и методов водно-хозяйственных расчетов [10, 19], а так же экспертных систем поддержки принимаемых оперативных и стратегических решений [29].

Как представляется сейчас, после наводнения 2011, для БРМ не бы ла разработана методология проектирования, отсутствовал адекватный комплекс расчетных схем и правил управления (использования) водных ресурсов с учетом представлений о формировании региональной мно гомерной и многоуровенной структуры гидрологической изменчивости стока в речном бассейне. Такая методология может быть разработана совместно исследователями формирования компонентов речного стока и инженерами, занятыми проектированием и эксплуатацией плотин, водохранилищ и водохозяйственных систем [19, 23].

92 Б.А. Шмагин Первым шагом на пути к такого рода новому методологическому подходу должно стать рассмотрение концепции (понятия) неопреде лённости в наших гидрологических знаниях. Л. Заде пишет о необхо димости разработки общей теории неопределенности в соотношении:

неопрелённость – информация [30]. Полагаю, что необходимо более широкое рассмотрение неопределённости во всей цепи проведения гид рологических исследований, на первом шаге, от гидролога (гидрогеоло га), «взаимодействующего» с объектом и собирающего данные для ана лиза, на следующем шаге к модельеру, готовящему формально «отражение» объекта, к «потребителю», который может быть исследо ватель или инженер [23]. Гидрологическое знание об объекте меняется на каждом шаге исследования как и неопределенность. Описание про цесса перехода от неопределённости к знанию, это формализация об щения между тремя названными участниками, для чего может быть ис пользована теория связи, логика и лингвистика [2, 23], важное направление дальнейшего исследования и необходимый этап улучше ния образования в гидрологии (гидрогеологии).

Началом любого исследования, включая неопределённость при гид рологических исследованиях, является система координат;

по выраже нию Д. Бома [18]: «координаты по-прежнему являются упорядочиваю щей основой в области физики». На рис. 1 представлены системы координат и описано различие в них по той роли, которую они играют в разных областях человеческой деятельности.

Полноценно развиваясь как научная дисциплина, гидрогеология должна взамодействовать с другими дисциплинами. Говоря о неопреде лённости в проведении гидрологических исследований, первое, что приходит на ум, – это физика элементарных частиц с её «принципом неоределённости». И это может быть продуктивной параллелью для размышлений;

принцип неопределённости принят в так называемой локальной теории, в общей же теории квантовой механики многие годы идёт активная разработка понятий и моделей многомерного простран ства, начатая Д. Бомом.

Обобщая мировозренческие вопросы Д. Бом в книге «Целостность и подразумеваемый порядок» [18] пишет о взаимоотношении теории и эксперимента и этот описание прямо применимо к региональной гидро логии. «Очевидно, то, что изменение закономерностей и мер, в теории в конечном счете, приводит к новым способам ведения экспериментов и новым видам инструментов, которые, в свою очередь, «производятся»

из соответственно заказанных и измеряет факты новых видов. В этом развитии, экспериментальный факт служит в первую очередь как испы тание для теоретических понятий. В общем виде теоретическими объ яснениями является то, что в обобщенном виде соотнесено в нашем ра Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии зуме (понимании). Как А это есть B в нашей структуре мышления, так это факт. Это «соотношение» в разуме представляет собой своего рода «общую меру» или «взаимоприятие» между теорией и фактом (р. [18]). Теорией в гидрогеологии занимается региональное направление, во время полевых работ и закладывается «структура мышления», по зволяющая проследить формулируемые закономерности в природе по изучаемой территории.

«A» «B» «C»

«D» «E»

Рис. 1. Координатные системы, используемые в математике, технологии и естественных науках:

«A» – объекты в математике и оси координатной системы идеальные, т.е.

формально определены без ошибок и неопределенности;

«B» – объекты в математике значимы в любом представлении, включая рисунки мелом на доске;

«C» – объекты человеческой деятельности (продукты технологии) имеют ошибки измерений и производства и требуют согласованных систем координат;

«D» – природные объекты имеют нечёткие границы и получае мые в результате исследования нестационарные оси координатных систем;


«E» – природные объекты (системы объектов) могут иметь дополнительные координаты и быть сгруппированы в этих координатах многомерного про странства (дано в переводе из [22]) 94 Б.А. Шмагин Опираясь на мнение Л. Витгенштейна [2] мы имеем, что модели рование не несет большой теоритической нагрузки в гидрологии:

«6.2. Математика есть логический метод. А это значит, что и модели только способ понять. 6.21. Предложение математики не выражает никакой мысли». Остаётся региональная гидрология (гидрогеология) как вид исследовательской деятельности наиболее близкий природному объекту, который путем перехода от частного к общему и от общего к частному, обеспечивает постановку задач для моделирования и затем понимание полученных результатов моделирования, способствует фор мулировке новых закономерностей, их проверку и определяющий по требность в новых данных.

Картографирование, выполненное в региональном подходе на осно ве системного анализа является методом исследования, интегрирования результатов моделирования и обобщения таким образом получаемого в гидрологии (гидрогеологии) знания. Многолетняя целеустремлённая ра бота на кафедре Гидрогеологии по созданию, внедрению и популяриза ции методологии регионального (системного) подхода для гидрогеологи ческого и затем гидрологического картографирования и полученные по многим регионам результаты обеспечивают возможность дальнейшего развития гидрогеологии как научной дисциплины.

Литература 1. Амусья А.З., Ратнер Н.С., Шмагин Б.А. Гидрологическое обоснование региональной оценки ресурсов подземных вод // Тр. V Всесоюзн. гидрологич.

съезда. – Л.: Гидрометеоиздат, 1989. – Том 2: Водные ресурсы и водный ба ланс. – C. 114–120, дискусс. 385–386.

2. Витгенштейн Л. Логико-философский трактат / Пер. с нем. Добронравова и Лахути Д.;

Общ. ред. и предисл. Асмуса В.Ф. – М.: Наука, 1958 (2009). – 133 с.

3. Всеволожский В.А. Генетическая классификация природных фильтраци онных сред // Вестник Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. – 1984. – № 1. – С. 8–20.

4. Гриневский С.О., Поздняков С.П. Принципы региональной оценки ин фильтрационного питания подземных вод на основе гидрогеологических моде лей // Водные реесурсы. 2010. 37(5):1–15.

5. Куделин Б.И. Принцип региональной оценки естественных ресурсов под земных вод. – М.: Изд. МГУ, 1960. – 308 с.

6. Ланге О.К. Подземные воды СССР, ч. 1–2, М., 1959, 1963.

7. Либерман А.А., Шмагин Б.А. Опыт исследования скрытой периодичности подземного стока // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. – 1984. 6. – С. 85–88.

8. Кочеткова Р.П., Прилепин В.М., Шмагин Б.А. Результаты факторно регрессионного моделирования условий формирования подземного стока Мос ковского и Волго-Камского артезианских бассейнов // Гидрологические иссле дования ландшафтов. – Новосибирск: Наука СО, 1986. – С. 119–131.

9. Поляков А.С., Соколов В.Н., Шмагин Б.А. Вероятностные модели взаи модействия геосфер В.И.Вернадского // Вестн. Моск. Ун-та. Сер. 4, геология.

1988, 1:30–43.

Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии 10. Ратнер Н.С. Шмагин Б.А. Пространственно-временная изменчивость подземного стока и её учет в водохозяйственных расчетах // Тр. V Всесоюзн.

гидрологич. съезда. – Т. 6: Теория и методы гидрологических расчетов. – Л.:

Гидрометеоиздат, 1989. – С. 460–466, дискусс. 502–503.

11. Чесалов С.М., Шмагин Б.А. Статистические методы решения гидрогео логических задач. – М.: Недра, 1989.

12. Чесалов С.М., Таран А.А., Никольский А.А., Шмагин Б.А. Введение в статистический анализ многомерных данных: Электронный учебник. (720 Кб на дискете + Руководство пользователя (36 стр.: ил., библ. 11 назв.). – 139 сю жетов экранов: 22 текст., 67 рис., 9 табл., 6 упражн., 34 вопр. и отв.) – М.: Уни верситетский центр по интеллектуальным разработкам компьютеризации обра зования в экологии, геологии и других науках «Брейн Эдюком ЛТД» Научного Парка МГУ, СП Геософт- Истлинк, 1993.

13. Шмагин Б.А. Системный подход и методы исследования структуры стоковой оболочки умеренного пояса // Гидрологические исследования ланд шафтов. – Новосибирск: Наука СО, 1986. – С. 38–48.

14. Шмагин Б.А. Районирование территории по гидрогеологическим услови ям формирования подземного стока на основе системного подхода (на примере Нечерноземья) // Тр. ГГИ. – Л.: Гидрометеоиздат, 1988. – Вып. 335. – С. 95–113.

15. Шмагин Б.А. О задаче исследования пространства «ноосферы» В.И. Вер надского и развитии многомерного мышления у студентов геологов // Dokl.

XXX Synp. Pracovniku Bauskeno Prm. SLU. Hornicka Pribrara ve vede a technice, Matematicke metody v geologii. – Praga, 1991. – M. 2. – P. 351–356.

16. Шмагин, Б.А. Естественные ресурсы подземных вод артезианских бас сейнов гумидной зоны. Оценка и картографирование на основе системных мо делей. Aвтореферат диссертации на соискание ученой степени д-ра геол. минерал.наук: 04.00.06. – М., 1997. – 42 с.

17. Beven K. Towards integrated environmental models of everywhere: uncer tainty, data & modelling as a learning process. Hydrology & Earth System Sciences, 2007. 11(1):460–467.

18. Bohm D. Wholeness and the Implicate Order, 1980, London: Routledge, 224 c.

19. Biesecker М., Hay C.H., Henebry G.M., Johnston C.A., Kjaersgaard J.H., Shmagin B.A., E. Van Der Sluis, Capehart W., Kirilenko A.P., Krakauer N.Y., Sweeney M., Voinov A.A. Uncertainty of Hydrologic Events under South Dakota’s Changing Conditions: Research Plan // Proceedings of the South Dakota Academy of Science. 2012. 91:257–259.

20. Krcho, J. The Spatial Organization of the Physical-Geographic Sphere as a Cybernetic System Expressed by Means of Measure of Entropy // Acta Facultatis Rerum Naturaium Universitatis Commenianae, Ceographica 1978. 16:57–147.

21. Peterson H., Nieber J.L., Kanivetsky R., Shmagin B. Water Resources Sustainability Indicator: Application of the Watershed Characteristics Approach // Water Resources Management magazine published on line December 16, 2012. DOI 10.1007/s11269-012-0232-9.

22. Shmagin, B. Missouri River Watershed: the Object for Hydrological Study and Uncertainty of Models. Program and Abstracts Eastern South Dakota Water Conference. Available from Nature Precedings http://dx.doi.org/10.1038/npre.

2011.6537.1 (2011).

96 Л.С. Рыбникова, П.А. Рыбников 23. Shmagin B. The Issue of Uncertainty of Hydrologic Events in the Missouri River Watershed and the Property of Coordinate System in Use // Proceedings of the South Dakota Academy of Science, 2012. 91:253–256.

24. Shmagin B., Chen D. Understanding and mapping water resources by multidimensional statistics and fuzzy logic: Missouri River Basin case // Program and Abstracts. Western SD hydrology conference. April 18, 2006. Rapid City, South Dakota, p. 28. Available from Nature Precedings http://precedings.nature.com/ documents/1071/version/1 (2006).

25. Shmagin B.A., Johnston C.A. The Hydroclimatology of the Central territory of conterminous U.S. and stream flow regime in Upper Missouri River Basin // Proceedings of the South Dakota Academy of Science, 2004. 83:355–356.

26. Shmagin B.A., Kanivetsky R.. Regional Hydrology: Tools vs. Ideas // Coastal Hydrology and Processes. (Eds: Vijay P. Singh and Y. Jun Xu). 2006. Chapter 15, p. 183–196.

27. Slack J.R., Landwehr J.M. Hydro-Climatic Data Network (HCDN): A U.S.

Geological Survey streamflow data set for the United States for the study of climate variations, 1874–1988, U.S. Geol. Surv. Open File Rep. 92–129, 1992.

28. Vapnik V. N. Statistical Learning Theory // Wiley, New York. 1998.

29. Walker W.E., Harremos P., Rotmans J., J.P. van der Sluijs, M.B.A. van Asselt, Janssen P., M.P. Krayer von Krauss. Defining Uncertainty: A Conceptual Basis for Uncertainty Management in Model-Based Decision Support // Integrated Assessment.

2003. 4:5–17.

30. Zadeh L. Toward a generalized theory of uncertainty (GTU) – an outline. // Information Sciences, 2005. 172(1–2):1–40.

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОСТМАЙНИНГА НА СРЕДНЕМ УРАЛЕ Л.С. Рыбникова1, 2, П.А. Рыбников Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт горного дела Уральского отделения Российской академии наук, 620019 г.Екатеринбург. ГСП-936, ул. Мамина-Сибиряка, д. 58.

Тел. (343)350-50-35 ф. (343)350-46-19 luserib@mail.ru, ribnikoff@yandex.ru Федеральное государственное унитарное предприятие «Российский научно-исследовательский институт комплексного использования и охраны водных ресурсов», 620049, г.Екатеринбург, ул. Мира, д. 23 Тел./факс (343) 374 26 Добыча полезных ископаемых на Урале ведется на протяжении трех веков, в настоящее время разрабатывается более 600 месторождений твердых полезных ископаемых. Именно вокруг перерабатывающих за водов и отрабатываемых в течение десятков и сотен лет рудных место рождений Урала (железных, медных, никелевых и других), как и на других горнопромышленных территориях, происходило строительство основных городов и поселков: например, комплекс бывших и нынеш них заводов-городов трассирует Зеленокаменную полосу – региональ ную провинцию медноколчеданных месторождений [1].

Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии Многолетняя горнодобывающая деятельность приводит к тому, что в пределах горных отводов действующих и уже прекративших свое су ществование предприятий происходят принципиальные (зачастую не обратимые) изменения природного состояния геологической среды, гидрогеологических условий и гидрогеомиграционной обстановки;

формируется техногенный ландшафт;

активизируются геохимические и геомеханические процессы;

снижается естественная защищенность подземных вод;

увеличивается глубина зоны активного водообмена;

происходит переформирование потоков энергии и вещества.

Дренажный водоотлив, глубина которого в десятки и сотни раз пре вышает масштабы естественной дренируемости, приводит к образова нию обширных депрессионных воронок и формированию техногенной зоны аэрации большой мощности, в результате изменяется направление движения подземных вод и их расходы, условия взаимосвязи с поверх ностным стоком.

В последние десятилетия в связи с истощением запасов ряда место рождений и изменением экономической конъюнктуры на Урале про изошло закрытие многих рудников, в том числе наиболее опасных с экологической точки зрения – медноколчеданных. При этом в боль шинстве случаев горнодобывающие объекты (карьеры, шахты) просто затапливались. Последствия такой мокрой консервации давно и хорошо известны по зарубежному (в Англии, Германии, Чехии, США) [9], ук раинскому и российскому опыту (в Донбассе, Кузбассе) [2, 3].

В процессе развития горнопромышленной территории происходит переформирование пространственной структуры и граничных условий фильтрационного потока. Кроме того, геомеханические процессы при деформировании массива горных пород формируют фильтрационную зональность подработанного массива и приводят к изменению фильт рационных, емкостных свойств и условий питания на территории гор ного отвода.

После прекращения отработки и водоотлива начинается постэкс плуатационный этап – постмайнинг [9], при этом происходит не про сто затопление горных выработок: изменяется гидродинамическая и гидрохимическая обстановка, складывавшаяся в течение десятилетий эксплуатации месторождения, а закрытие рудников не означает, что когда-нибудь произойдет восстановление естественных условий тер ритории. Более того, получает развитие ряд негативных процессов, таких как подтопление, в том числе и ранее освоенных прилегающих территорий;

загрязнение подземных вод;

формирование очагов сосре доточенной разгрузки кислых вод;

образование техногенных водо емов, содержащих токсичные воды;

скрытое (латентное) загрязнение поверхностных вод и др.

98 Л.С. Рыбникова, П.А. Рыбников Затопление медноколчеданных рудников Среднего Урала привело к формированию ряда техногенных водоемов и родников, разгружаю щихся многие годы на поверхность [4, 6]. Так, после прекращения во доотлива на месторождениях Левихинской рудоносной зоны (Кирово градский рудный район, Средний Урал, бассейн реки Тагил) в зонах обрушения сформировался техногенный водоем с выходом кислых (рН = 3,5, минерализация до 50 г/дм3) подземных вод на поверхность.

Разгрузка шахтных вод достигает 100–120 м3/час (величина водоотлива при отработке составляла около 250 м3/час) [6]. Нейтрализация кислых шахтных вод, поступающих на поверхность в пределах затопленных медноколчеданных рудников, уже в течение многих лет осуществляется за счет средств областного бюджета программы «Экология и природ ные ресурсы Свердловской области»: стоимость мероприятий порядка 100 тыс.руб./сут [4].

Закономерности формирования гидрогеологических условий на этапе отработки и в результате затопления медноколчеданных рудников Среднего Урала определены на основе модели геофильтрационного потока в области гидродинамического влияния отрабатываемых и лик видируемых рудников [5]. Схематизация условий формирования потока подземных вод основывается на учете особенностей техногнеза горно промышленной территории, что обеспечивает адекватность модели природным и природно-техногенным условиям.

Распределение фильтрационных и емкостных свойств массива гор ных пород, условия питания подземных вод в пределах рудников горно складчатого Урала в нарушенных условиях зависит не только от геомор фологических и геологических факторов, но и от способа отработки полезного ископаемого, который определяет напряженно-деформирован ное состояние массива. При отработке с обрушением выработанного пространства происходит деформирование массива горных пород вслед ствие нарушения его естественного равновесия, в зонах обрушения раз вивается техногенная трещиноватость (рис. 1), что приводит к формиро ванию фильтрационной зональности массива горных пород: росту проницаемости, увеличению трещинной пористости и площадного пита ния (табл. 1).

Геофильтрационная схематизация условий формирования потока подземных вод в области влияния отрабатываемых и ликвидируемых рудников Среднего Урала должна осуществляться с учетом того, что его пространственная структура, граничные условия и параметры пла ста имеют принципиальные отличия в естественных условиях, на этапе отработки и после ее завершения.

Формирование гидродинамического режима горнопромышленной территории определяется характером дренажных мероприятий на этапе Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии отработки месторождения полезных ископаемых и степенью нарушен ности территории после прекращения водоотлива.

а) б) Рис. 1. Схема формирования фильтрационных свойств массива горных пород в нарушенных отработкой условиях:

а – схематическая модель сдвижения [7];

б – фильтрационная зональность подработанного массива (табл. 1) 100 Л.С. Рыбникова, П.А. Рыбников Таблица Геофильтрационные параметры массива горных пород в области влияния рудников Параметры** вание зоны № зоны* Процесс Наимено Характер формирования kф, n, w, трещиноватости трещиноватости м/сут д. ед. мм/год Сквозные Появление Зона каналы и круп- новых, расши m103 p10– обрушения ные трещины рение естест разрыва венных трещин Увеличение раскрытия Трещины трещин;

100– p10–1– Зона m 2 разрыва соединение p10– трещин и расслоения взаимно пер пендикулярных систем трещин Зона Наведенная Раскрытие от p10– 3 плавных m трещиноватость дельных трещин сдвижений Региональная трещинова Зона Выветривание, m10–1 ~ p10– тость;

тектони с ненару 4 разуплотнение;

15– ческие наруше шенными ~ p10– тектоника m ния и контакты условиями пород Примечание: * – номер зоны в соответствии с рисунком 1;

** kф – коэффици ент фильтрации;

n – пористость (трещиноватость);

w – инфильтрационное пи тание;

m, p – значения от 1 до 9.

Масштаб и интенсивность подтопления зависят от размеров нару шенной горными работами территории (L2), интенсивности питания, поступающего в ее пределах после прекращения водоотлива (w2*), фильтрационного сопротивления приречного участка (L3/Т3) [5] w* w H* H = 2 L2 ( L3 x3 ), T расход потока подземных вод, поступающего от водораздела и шахтного поля к дрене, по сравнению с естественными условиями возрастает [5] q* q р = ( w2 w2 ) L2.

* p Теоретические и прикладные аспекты региональной гидрогеологии Оценочные аналитические расчеты для условий и параметров, ха рактерных для Среднего Урала, показывают, что подъем уровня под земных вод после прекращения водоотлива может составлять до 1–5 м по сравнению с естественными условиями за счет формирования зоны повышенного питания в пределах бывшего горного отвода.

Скрытое (латентное) загрязнение поверхностных водотоков под земным путем в районе затопленных рудников может быть сопоставимо с общей массой вещества в гидросфере: так, в районе Левихинского рудника массовый расход, поступающий с подземными водами от тех ногенного водоема в поверхностные водотоки, составляет по основным загрязнителям (меди и цинку) до 1–30 тонн в год, соответственно [5].

Эти результаты хорошо коррелируют с прогнозными расчетами, выполненными на численной математической модели [8] и свидетель ствуют о том, что рассмотренная гидродинамическая модель может ис пользоваться для решения основных гидрогеологических проблем на этапе постмайнига: оценки подтопления территории и масштабов ла тентного загрязнения гидросферы в пределах горнопромышленной тер ритории.

Литература 1. Емлин Э.Ф., Конюхова Н.Н., Ипанов В.Ю. Геохимические процессы ур банизации на Урале Свердловск, изд. НТО горное, 1988. 55 с.

2. Материалы к государственному докладу «О состоянии и охране окру жающей среды Кемеровской области в 2010 году». Доклад о состоянии и охра не окружающей среды Кемеровской области в 2010 году. Электронное издание http://www.ecokem.ru/005/1.8.html.

3. Магда Я. Эколого-геологические последствия массового закрытия шахт Донбасса /Энергетическая политика Украины /16 февраля 2005 г. http://www.

geonews.com.ua/index.cgi?a=3372.

4. Постановление Правительства Свердловской области № 736-ПП «Об утверждении областной государственной программы «Экология и природные ресурсы Свердловской области» на 2009–2011 гг.».

5. Рыбникова Л.С., Фельдман А.Л., Рыбников П.А. Последствия затопления медноколчеданных рудников Среднего Урала: формирование гидрогеологиче ских условий//Проблемы недропользования: Сборник статей. Отдельный выпуск Горного информационно-аналитического бюллетеня (научно-технического жур нала). – М.: Издательство «Горная книга» – 2011. – № ОВ11. С. 459–470.

6. Рыбникова Л.С., Фельдман А.Л., Рыбников П.А. Проблемы инженерной защиты гидросферы при отработке и ликвидации рудников Среднего Урала (на примере Левихинского рудника) // Водное хозяйство России, 2011, № 2. С. 58–71.

7. Сашурин А.Д. Сдвижение горных пород на рудниках черной металлур гии. Екатеринбург: ИГД УрО РАН, 1999. 268 с.

8. Фельдман А.Л. Рыбникова Л.С., Рыбников П.А. Изменение ресурсов подземных вод в горнодобывающих районах при отработке и ликвидации руд ников / Ресурсы подземных вод: Современные проблемы изучения и использо 102 Р.А. Магомедов вания: Материалы международной научной конференции. Москва, 13–14 мая 2010 г.: К 100-летию со дня рождения Бориса Ивановича Куделина. – М.:

МАКС Пресс, 2010. С. 200–205.

9. Wolkersdorfer Christian. Water management at abandoned flooded under ground mines. Fundamentals. Tracer tests. Modelling. Water treatment. Springer, 2008. 465 p.

РОЛЬ ГЛУБИННЫХ РАЗЛОМОВ В СОВРЕМЕННОЙ СЕЙСМИЧНОСТИ ТЕРРИТОРИИ ВОСТОЧНОГО КАВКАЗА Р.А. Магомедов Институт геологии ДНЦ РАН, Республика Дагестан, г. Махачкала, ул. М. Ярагского 75, тел.: (8722)-62-93-95;

факс: 8722-62-06-82;



Pages:     | 1 | 2 || 4 | 5 |   ...   | 15 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

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.