Особенности формирования эксплуатационных запасов пресных подземных вод Бишкекской площади

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД БИШКЕКСКОЙ ПЛОЩАДИ

Т.Н. Мамасериков - проректор

Г.М. Толстихин - канд. геол.-минер. наук

Are considered the particularities of formation

of exploitation reserves of fresh ground waters in area of Bishkek.

Под формированием эксплуатационных запасов подземных вод (ЭЗПВ) следует понимать процесс поступления воды к водозаборным сооружениям, характер которого зависит от совокупности как естественных, так и техногенных факторов формирования, а также их изменений в процессе эксплуатации [1]. Совокупность факторов, характеризующих естественную природную и техногенную обстановку, в которой происходит эксплуатация, может быть определена как условия формирования ЭЗПВ. Зависимость величины эксплуатационных запасов (ЭЗ) от внешних факторов имеет обратную связь и может оказывать существенное влияние (как отрицательное, так и положительное) на различные компоненты природной среды. Поэтому природоохранные мероприятия могут оказаться решающими при определении величины эксплуатационных запасов. Совокупность основных факторов формирования ЭЗ и закономерности их изменчивости определяют сложность геологогидрогеологических условий месторождений пресных подземных вод, которая может быть различной не только для разных типов, но и для одного и того же типа месторождений. Поэтому сложность условий должна оцениваться применительно к конкретной целевой задаче.

На Бишкекской площади расположены Ала-Арчинское и Орто-Алышское месторождения пресных подземных вод, которые используются для водообеспечения г. Бишкек. На примере Ала-Арчинского месторождения, которое расположено в центральной части Чуйской впадины, рассмотрен вопрос условий формирования запасов подземных вод с учётом природных и техногенных факторов, влияющих на их качество.

Чуйская впадина является одним из крупнейших кайнозойских прогибов Кыргызского Тянь-Шаня, развивающегося и в настоящее время. Непосредственное примыкание к структуре Кыргызского хребта - области сноса осадков - обусловило накопление во впадине мощной толщи кайнозойских моласс. Верхняя часть покрова представлена рыхлыми аллювиальнопролювиальными отложениями мощностью около 350 м, возраст которых оценивается как средневерхнечетвертичный [2].

В геоморфологическом отношении центральная часть впадины (площадь Ала-Арчинского месторождения) представляет собой слившиеся конусы выноса рек Ала-Арча и Аламедин, главной закономерностью которых является литологическая зональность. Головная часть конусов выноса характеризуется монотонным разрезом наиболее грубообломочных отложений (валунногалечники); средняя и периферийная части - переслаиванием отложений грубых и тонких фракций: гальки, гравия, песка и суглинка с супесью.

Закономерным для конусов выноса является и ритмостратифицированность их разреза, особенно чётко выраженная в средней и периферийной частях и обусловленная цикличностью осадконакопления в четвертичном периоде. Эта стратифицированность аллювиальнопролювиальных отложений проявляется в виде чередования в разрезе слоистых пачек преимущественного песчаногалечникового и суглинистого состава, имеющих региональное распространение.

Рассмотренные особенности строения территории Ала-Арчинского месторождения пресных подземных вод определяют гидрогеологические условия и гидрогеологическую зональность, присущую всем конусам выноса.

К головным частям конусов выноса рек Ала-Арча и Аламедин приурочена зона формирования подземных вод с единым безнапорным глубокозалегающим подземным потоком. Мощность водоносного комплекса превышает 350 м. Водовмещающие валунногалечники имеют высокие фильтрационные и ёмкостные параметры: коэффициент фильтрации - 50-70 м/сут., водопроводимость - 10000-12000 м2/сут., водоотдача - 15-22%.

Таким образом, в пределах головной и средней частей конусов выноса заключён мощный резервуар пресных подземных вод, формирующихся за счёт фильтрационных потерь поверхностного стока рек Ала-Арча и Аламедин, потерь из ирригационных каналов и инфильтрации атмосферных осадков. В пределах периферийной геоморфологической зоны развита зона выклинивания подземных вод. Здесь чётко фиксируется слоистое (пластовое) строение. Суммарная водопроводимость водоносных пластов порядка 1500 м2/сут. Подземный плановый поток, поступающий из зоны формирования, в связи с уменьшением водопроводимости частично разгружается на поверхность земли. Разгрузка происходит в виде многочисленных восходящих родников и "карасуков". Эта зона имеет своеобразные гидродинамические условия: с возрастанием глубины скважин изменяются напоры подземных вод. Высота напора над поверхностью земли достигает 8-10 м. Разгрузка подземного потока осуществляется путём вертикальной фильтрации через слабопроницаемые слои суглинков в горизонт грунтовых вод, которые затем дренируются "карасуками", а также расходуются на испарение. Замеренный расход родникового стока на Ала-Арчинском месторождении составляет 2,0 м3/с.

По данным Кыргызской комплексной гидрогеологической экспедиции (ККГГЭ) ресурсы пресных подземных вод Ала-Арчинского месторождения, подсчитанные воднобалансовым методом, составляют 10,57 м3/с. Запасы подземных вод месторождения оценены в 1995 г. в количестве 821,47 тыс. м3/сут. или 9,5 м3/с с учётом изменения качества подземных вод под влиянием техногенной деятельности.

Многолетние наблюдения за изменением качества подземных вод Ала-Арчинского месторождения свидетельствуют о том, что происходит медленное накопление таких веществ, как нитраты, сульфаты, повышается жёсткость воды. Эта тенденция является результатом загрязнения окружающей среды - атмосферного воздуха, почв, поверхностных вод, отходами промышленного производства, сельского хозяйства и т. д.

При подсчёте эксплуатационных запасов Ала-Арчинского месторождения был выполнен прогноз изменения качества подземных вод на расчётный срок их эксплуатации до 2020 г. Оценена интенсивность техногенного загрязнения по основному показателю, которым является концентрация в подземных водах нитратионов. Исходя из полученной опытным путём оценки скорости движения загрязнения через зону аэрации, составляющей 0,95-2,62 м/сут., среднее время прохождения загрязнения от поверхности до уровня грунтовых вод составляет 30-50 суток. С учётом процессов движения в ненасыщенной водой среде, приводящих к замедлению движения за счёт капиллярных сил, можно считать, что в течение одного года загрязнение с поверхности полностью поступает на зеркало подземных вод и в них концентрируется содержание нитратов. Таким образом, тенденция роста нитратов в подземных водах первого от поверхности водоносного горизонта (1 горизонта) в течение нескольких лет (с учётом сезонности в интенсивности поступления загрязнений) полностью отражает условия загрязнения с учётом факторов его формирования.

Для анализа условий загрязнения подземных вод был проведён расчёт средней скорости роста концентрации нитратов в водозаборных скважинах первого горизонта по всей территории Ала-Арчинского месторождения за период с начала 80-х по 2000 г. Полученные результаты показали, что на территории месторождения выделяются четыре зоны с различными условиями загрязнения.

Зона I относится к западному участку месторождения. Расположенная как бы на продолжении западного прорана Орто-Алышской впадины, она распространяется по потоку до западной ветки Большого Чуйского канала (БЧК ), охватывает водозаборы "ПТУ Минбыта", "Пишпек", "Ипподром", СУ-III, "Томатный цех". Здесь происходит интенсивный рост загрязнения подземных вод со скоростью 1,1-0,25 мг/дм3 в год. Причинами непрерывного роста загрязнения на южной границе фильтрационного потока (западный проран) являются:

- увеличение концентрации нитратов в подземных водах, т.е. во "входящем" на территорию месторождения потоке, времени загрязнения;

- внесение под сельскохозяйственные угодья в течение длительного времени азотосодержащих удобрений;

- скорость движения подземного потока, которая значительно меньше, чем в центральной части месторождения. По мере медленного движения естественного потока от области питания поступающее с поверхности загрязнение слабо разбавляется естественным потоком, накладываясь на рост загрязнения с сельхозугодий.

Зона II тяготеет к центральной и восточной частям месторождения от южной границы до БЧК. Здесь повсеместно отмечается прекращение, а иногда и некоторое падение роста концентрации нитратов, который на ряде водозаборов был весьма интенсивным до 1982 г. В отличие от предыдущей зоны здесь на южной границе потока накопления загрязнения во входящих с территории Орто-Алышского месторождения и с востока потоках не происходит. Скорости движения существенно выше. Граница области питания здесь ближе; для продвижения от неё к центральной части участка требуется не более 20 лет. Наличие на участке водотоков рек Ала-Арча, Аламедин и каналов восточный и южный БЧК, являющихся источниками питания с низкими содержаниями нитратов в поверхностных водах, - также оказывает стабилизирующее влияние на условия загрязнения подземных вод, уменьшая время водообмена в системе.

Таким образом, несмотря на достаточно интенсивное поступление загрязнения с поверхности, что отражается в абсолютных значениях концентраций нитратов, особенно в районе водозаборов "Тепличный", "Тоголок Молдо" и "Первомайский", сложившаяся к настоящему времени гидрогеологическая обстановка, привела к установлению баланса между поступлением загрязнения с поверхности и поступлением питающих водоносный горизонт более чистых вод, т. е. к стабилизации картины развития загрязнения в данной зоне.

Зона III шириной 1,5-2,0 км приурочена к зоне разгрузки подземных вод первого горизонта, расположена севернее канала БЧК и простирается практически по всей ширине площади месторождения. К ней же относится участок шириной около 3 км, приуроченный по потоку подземных вод от БЧК к району с. Нижняя Ала-Арча. Здесь также происходит накопление нитратов в подземных водах со скоростями от 1,4 мг/дм3 (на западе) до 0,25 мг/дм3 (на востоке) в год, обусловленное продвижением по потоку загрязнённых подземных вод первого горизонта и поступлением в горизонт уже загрязнённых подземных вод из нижележащих водоносных горизонтов. Скорость движения потока составляет 0,3-0,4 м/сут. Дополнительное загрязнение в пласт с поверхности практически не поступает в связи с отсутствием для этого гидродинамических предпосылок. Исходя из этого, за прогнозный срок (10000 суток) рост концентраций нитратов следует ожидать на площади не более 0,35 x 10000 = 3500 м севернее этой зоны, а также в вытянутой в направлении с. Нижняя Ала-Арча полосе восточнее реки Ала-Арча, приуроченной к зоне с повышенными коэффициентами фильтрации (12-14 м/сут. на фоне 4-6 м/сут.)

Севернее выделенной зоны III располагается зона IV, практически не затронутая техногенным загрязнением подземных вод, где в настоящее время отсутствуют гидродинамические предпосылки к распространению загрязнения с поверхности в подземные воды. Скорости движения здесь не превышают 0,15-0,2 м/сут.

Таким образом, с начала 80-х годов на Ала-Арчинском месторождении отмечается устойчивое нитратное загрязнение (содержание нитратов более ПДК), что в значительной мере осложнило использование подземных вод для питьевого водоснабжения. К настоящему времени нитратное загрязнение имеет площадной характер. Суммарная площадь загрязнения составляет около 25 км2. Оно тяготеет к центральной и западной частям г. Бишкек. Загрязнение достигает на разных участках глубины 100-150 м. Наибольший уровень загрязнения на сегодняшний день отмечается в западной части города. Здесь содержание нитратов - более 60, обычно - до 97 мг/дм3 (по сравнению с центральной частью - менее 60 мг/дм3).

Как было отмечено выше, окружающая среда не только определяет условия формирования эксплуатационных запасов подземных вод, но и, в свою очередь, под влиянием эксплуатации претерпевает различные изменения. Рост водоотбора на Ала-Арчинском месторождении, а значит, и снижение уровней подземных вод могут вызвать следующие изменения окружающей среды.

1. Снижение уровня грунтовых вод. Влияние фактора снижения уровня грунтовых вод наиболее отчётливо проявится в зоне их близкого залегания, т. е. в зоне выклинивания подземных вод. Прогнозируемое для этой зоны снижение напоров на 15-40 м создаст гидродинамические предпосылки для нисходящей фильтрации и площадного снижения уровней, что, в свою очередь, приведёт к осушению заболоченных участков, улучшит мелиоративное состояние земель. Установлено, что при этом в зоне могут выйти из строя колодцы и около 30 мелких эксплуатационных скважин.

С понижением уровня грунтовых вод увеличится мощность зоны аэрации, что повысит защиту от бактериологического загрязнения подземных вод за счёт увеличения времени на инфильтрацию поверхностных вод, возрастут эксплуатационные затраты на извлечение воды и её себестоимость.

2. Изменение поверхностного стока. Поверхностный сток в зоне выклинивания сократится на величину разгрузки подземных вод, т.е. на 2 м3/с.

3. Оседание земной поверхности. В районах интенсивной эксплуатации при снижении напоров подземных вод это явление связано с увеличением напряжений в массиве горных пород. Наиболее благоприятные условия для развития рассматриваемого процесса создаются при переслаивании хорошо проницаемых и малосжимаемых водоносных горизонтов, из которых осуществляется водоотбор с сильносжимаемыми глинистыми высокопористыми разделяющими пластами [3]. Такие условия характерны для Ала-Арчинского месторождения подземных вод, где, согласно выполненным расчётам, реальная осадка земной поверхности при достижении проектного водоотбора 9,5 м3/с составит первые десятки сантиметров. Однако, учитывая относительную равномерность сработки уровней по площади и временную протяжённость этого процесса, можно предположить, что его негативные последствия будут незначительны.

Рассмотренные на примере Ала-Арчинского месторождения условия формирования пресных подземных вод убедительно показывают, что эксплуатационные запасы подземных вод формируются непосредственно в процессе эксплуатации, а их величина зависит от совокупности как природных, так и техногенных факторов. Это находит своё отражение в пространственновременной гидродинамической и гидрохимической структурах потока подземных вод месторождения.

Учитывая изменчивость факторов в процессе эксплуатации подземных вод под влиянием снижения напора и других техногенных воздействий (изменение водохозяйственной обстановки), для сохранения Ала-Арчинского месторождения необходимо выполнять следующие водоохранные мероприятия:

1. Осуществлять строительство всех хозяйственных объектов, жилых новостроек только с учётом водоохранных мероприятий.

2. Развивать водозаборы зонного водоснабжения и ликвидировать старые одиночные скважины, находящиеся на балансе предприятий и организаций.

3. Обеспечивать эффективную работу сооружений предочистки на промышленных предприятиях; вести строгий контроль за составом сточных вод, сбрасываемых в городскую канализацию, а также после основных городских очистных сооружений в р. Чу.

4. Осуществить строительство полигона по обезвреживанию и захоронению вредных промышленных отходов I-II-III классов опасности. Своевременно вывозить отходы IV класса с промплощадок на городскую свалку.

5. Проводить своевременный ремонт и расширение городской канализационной сети в соответствии с растущими потребностями города.

6. Обеспечить надлежащий санитарный порядок на площади месторождения (территории города и сельских населённых пунктах), не допускать свалок в поймах, водоохранных зонах рек, особенно в центральной и южной частях города, т.е. на участках со слабой естественной защищённостью подземных вод от загрязнения.

вода пресный подземный загрязнение

Литература

1. Боревский Б.В. Закономерности формирования эксплуатационных запасов месторождений пресных подземных вод // Водные ресурсы. - 1985. - № 2. - С. 162-164.

2. Мангельдин Р.С. Условия формирования и распространения подземных вод четвертичных отложений Чуйской впадины // Тр. Фрунзенск. политехнич. инта. - Фрунзе: ФПИ, 1977. - С. 16-31.

3. Язвин Л.С. Оценка влияния крупных водозаборов подземных вод на водные ресурсы и другие природные условия // Воздействия хозяйственных мероприятий на подземный сток. - МГП, 4-сессия. - М., 1972. - С. 32-42.

Размещено на Allbest.ru