МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА

 

 
"РОЛЬ ПРИРОДООБУСТРОЙСТВА В ОБЕСПЕЧЕНИИ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ЭКОСИСТЕМ "
 
(МАТЕРИАЛЫ МЕЖДУНАРОДНОЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКОЙ КОНФЕРЕНЦИИ)
 
Москва 2006

УДК 556.3

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ условия территории Калязинского

полигона МГУП

 

Д.А. Манукьян – д. т. н., проф.; М.В. Землянникова – к. т. н., доцент;

И.М. Ломакин – к. геолог.-минер. н., доцент

ФГОУ ВПО «Московский государственный университет природообустройства»,

г. Москва, Россия

 

Территория изучаемого района Калязинского учебного полигона расположена в центральной части Восточно-Европейской или Русской равнины (Тверская область).

Район находится в северо-восточной части Верхне-Волжской низменности имеющей заметный уклон к северу, где она сливается с Молого-Шекснинской низиной. Если Верхне-Волжская низменность характеризуется абсолютными отметками поверхности порядка 80-100 м. (в долине реки Волги), то в пределах описываемой территории абсолютные отметки поверхности достигают 135-140 м. В тектоническом отношении территория находится в центральной части Русской платформы и приурочена к осевой части Московской синеклизы.

Современный рельеф изучаемого района сформирован в основном экзогенными процессами и, прежде всего, деятельностью материковых ледников. По характеру рельефа территория представляет собой пологоволнистую равнину, характеризующуюся чередованием мореных гряд и холмов.

Река Нерль, протекающая по описываемой территории, является правым притоком р. Волги. Она берет свое начало из Плещеева озера, расположенного в Ярославской области, имеет ширину 30-40 м, глубину 2 м и протяженность около 114 км. Река Нерль представляет собой типичную равнинную реку, на всем протяжении которой отмечается интенсивное меандрирование и боковая эрозия.

Долина реки Нерль имеет асимметричное строение левого и правого берегов, хорошо выраженную высокую и низкую поймы, а также уступ и поверхность первой надпойменной террасы.

В пределах исследуемой территории наибольшее распространение имеют подзолистые почвы, сформировавшиеся в основном на моренных и покровных суглинках, реже на песках аллювиального и флювиогляциального происхождения.

По характеру растительности территория относится к южно-таежной зоне, причем в пределах этого района преобладают сосновые боры, перемежающиеся с еловыми и лиственными деревьями.

Климат района умеренно континентальный, отличающийся превышением осадков над испарением, причем среднегодовая сумма осадков варьирует в пределах 550-600 мм., а величина испарения порядка 360 мм., то есть составляет не более 65 % от осадков. При этом среднегодовая температура воздуха изменяется в пределах +30–+3,50С. Следует отметить, что основное количество осадков выпадает весной и летом.

Гидрогеологические условия исследуемой территории сформировались в соответствии с историей ее геологического развития, с особенностями стратиграфического и литолого-генетического строения.

В геологическом строении территории принимают участие отложения морского и терригенного генезиса кайнозойского, мезозойского и палеозойского возраста. По результатам геологической съемки, буровых и геофизических работ, режимных наблюдений, лабораторных и камеральных исследований на описываемой территории выделяется 6 водоносных горизонтов, большая часть которых приурочена к отложениям четвертичного периода.

Первый водоносный горизонт приурочен к современным аллювиальным отложениям (аQIV) высокой поймы реки Нерль. Водовмещающими породами данного горизонта являются мелкозернистые пески, чередующиеся с прослоями суглинков и супеси общей мощностью не более 3-5 м. В подошве водоносного горизонта залегают либо суглинки московского оледенения, либо аллювиальные пески первой надпойменной террасы. По данным ручного бурения данный водоносный горизонт вскрывается на глубинах 1-3 м и имеет грунтовый безнапорный характер. Питание подземных вод современных аллювиальных отложений осуществляется преимущественно за счет атмосферных осадков, подземных вод р. Нерль в период половодий, а также за счет бокового притока подземных вод первой надпойменной террасы. Область питания горизонта совпадает с областью распространения последнего. Разгрузка горизонта осуществляется в р. Нерль, а также путем эвапотранспирации. Подземные воды современных аллювиальных отложений достаточно стабильны по своему химическому составу, имеют гидрокарбонатно-кальциевый состав, пресные с минерализацией 0.3-0.5 г/л. Воды данного горизонта нередко используются для нужд сельскохозяйственного индивидуального водоснабжения с помощью неглубоких колодцев. Водообильность горизонта незначительная. Следует отметить легкую подверженность загрязнения грунтовых вод современного аллювия хозяйственно-бытовыми и животноводческими стоками.

Второй водоносный горизонт приурочен к верхнечетвертичным аллювиальным отложениям (аQIII) первой надпойменной террасы р. Нерль, сложенной преимущественно мелко- и среднезернистыми песками с прослойками суглинка и супеси общей мощностью 6-9 м. В пределах территории Калязинского учебного полигона воды данного горизонта скважинами не вскрываются. Глубина залегания УГВ данного водоносного горизонта не превышает 3 м, мощность не более 5-7 м. Питание подземных вод горизонта происходит за счет атмосферных осадков и притока грунтовых вод со стороны коренного склона долины р. Нерль сложенного водоносными надморенными флювиогляциальными песками. Область питания, как правило, совпадает с областью распространения горизонта. Разгрузка подземных вод осуществляется либо в р Нерль, либо в водоносный горизонт, приуроченный к современным аллювиальным отложениям поймы р. Нерль, а также за счет эвапотранспирации. По химическому составу воды горизонта преимущественно гидрокарбонатные, кальциевые с минерализацией 0,5-0,7 г/л. Водообильность отложений горизонта по-видимому, не превышает 0,1-0,3 л/с. Воды данного горизонта используются для нужд сельскохозяйственного индивидуального водоснабжения с помощью неглубоких колодцев. Воды горизонта подвержены загрязнению бытовыми и животноводческими стоками.

Третий водоносный горизонт приурочен к надморенным отложениям (fgQIII v) водно-ледникового происхождения и по характеру залегания может быть отнесен к верхнечетвертичным мелкозернистым пескам валдайского возраста. Водоносный горизонт распространен повсеместно в пределах территории полигона, где отложения слагают коренной борт р. Нерль и водораздельные участки. На всей площади распространения, на глубине 7-9 м, горизонт подстилается озерными суглинками и валунными суглинками московской морены. Воды горизонта грунтовые, безнапорные вскрываются на глубинах не более 0,8-1,0 м. Мощность водопроводящих отложений составляет 7-8 м. Следует отметить, что наиболее высокий УГВ отмечается в весенний период, что связано с таянием снега. Питание водоносного горизонта осуществляется главным образом за счет атмосферных осадков, а разгрузка в основном путем эвапотранспирации, а также в верхнечетвертичные аллювиальные отложения первой надпойменной террасы р. Нерль.

На территории учебного полигона подземные воды вскрываются скважинами учебного куста и многочисленными скважинами режимной сети. Данный горизонт содержит значительные ресурсы подземных вод, кустовые откачки на опытном кусте проводились с дебитом более 1,0 л/с. Водоносные надморенные отложения по данным опытных кустовых откачек, выполненных на территории полигона, характеризуются невысокими фильтрационными свойствами, коэффициент фильтрации обводненных песков не превышает 5 м/сут.

Подземные воды горизонта пресные, умеренно жесткие имеют гидрокарбонатно-кальциевый состава с минерализацией не более 0,3-0,5 г/л. Воды горизонта широко используются для хозяйственных нужд. Воды горизонта на территории полигона загрязняются бытовыми и животноводческими стоками.

Четвертый водоносный горизонт развит не только в пределах территории полигона, но и на обширных площадях центрального района РФ и приурочен к московско-днепровским межморенным отложениям водно-ледникового происхождения (fgQII ms-dn).

Подземные воды горизонта приурочены к мелкозернистым пескам с редкими включениями гравия. Общая мощность межморенных отложений невелика и варьирует в пределах 5,0-9,0 м. Следует отметить, что местами этот горизонт разделяется прослоями суглинков на несколько обособленных водоносных прослоев, как правило, невыдержанных в плане и поэтому гидравлически связанных. Описываемый водоносный горизонт вскрывается скважинами на глубинах порядка 50-55 м. Водоупорной кровлей межморенного горизонта являются валунные суглинки московской морены (gQII ms), в подошве горизонта залегают желто-коричневые суглинки днепровской морены (gQII dn) с включениями гальки и гравия. Общая мощность водоупорной подошвы водоносного горизонта составляет более 35-45 м. Московско-днепровский водоносный горизонт питается в основном за счет подтока подземных вод из выше и нижележащих горизонтов и реже за счет атмосферных осадков в местах выхода водопроводящих отложений горизонта на дневную поверхность (за пределами исследуемой территории). Разгрузка подземных вод, осуществляется, как правило, путем перетока в выше лежащие водоносные горизонты в местах приобретения межморенным горизонтом достаточного напора и небольшой мощности отложений верхнего водоупора, а также в виде родников по долинам рр. Нерль и Сабля. В частности, недалеко от учебного полигона МГУП, вблизи с. Нерль, был выявлен выход подземных вод межморенных водоносных отложений в виде восходящего родника, впервые описанного профессором Манукьяном Д.А. в июле 2002 г. Им было отмечено, что на дне небольшого понижения, на территории плоской зандровой равнины, осуществляется разгрузка подземных вод, в форме отдельных грифонов, которая  способствовала формированию обширной торфяной залежи. Режим родника достаточно устойчивый как в сезонном, так и в многолетнем разрезе и его суммарный дебит не превышает 2,5-3,0 л/с.

   Как по минерализации, дебиту, так и по химическому составу, согласно формуле Курлова (12.08.2002 г.)

М0,35D2,5 ,

воды родника являются прекрасным источником для питьевого водоснабжения.

   Минерализация подземных вод горизонта в среднем не превышает 0,6 г/л. По химическому составу воды преимущественно гидрокарбонатные, кальциевые.

Пятый водоносный горизонт приурочен к нижне- среднечетвертичным флювиогляциальным отложениям (fgQI-II), представленными мелкозернистыми песками с включениями гравия. Мощность водопроводящих отложений незначительна, около 3 м. Верхним водоупором горизонта являются желто-коричневые суглинки днепровской морены с включениями крупнообломочного материала. Нижним водоупором являются плотные черного цвета глины оксфордского яруса верхнего отдела юрской системы (J3 oxf). Водоносный горизонт напорный и характеризуется невысокой водообильностью Т = 10 м2/сут, при среднем значении коэффициента фильтрации 3-5 м/сут. Воды горизонта пресные с величиной сухого остатка 0,4-0,6 г/л, умеренно жесткие, имеют гидрокарбонатный, кальциевый состав и хорошие вкусовые качества. Питание горизонта осуществляется за счет перетока подземных вод из выше и нижележащих водоносных горизонтов. Разгрузка осуществляется в вышележащий водоносный горизонт в местах частичного отсутствия или незначительной мощности верхнего водоупора или в долину реки Волги.

   Шестой водоносный горизонт приурочен к трещиноватым известнякам белого и светло-серого цвета, доломитам с прослойками пестроцветных глин, мергелей гжельско-касимовского комплекса верхнекаменноугольных отложений (С3 q-ks). В кровле горизонта повсеместно залегают водоупорные глины верхнего отдела юрской системы оксфордского яруса, что создает условия для создания значительных около 130 м напоров, при этом статический уровень устанавливается на глубине менее 6 м от поверхности земли. Мощность обводненной толщи известняков составляет около 25 м., трещиноватые известняки прослеживаются в интервале глубин 136-160 м. Учитывая, что в кровле каменноугольного водоносного горизонта  залегает мощная толща юрских глин, то становится совершенно очевидным, что описываемый горизонт относится к зоне замедленного водообмена. Основным источником питания подземных вод горизонта, являются атмосферные осадки, поступающие в водоносный пласт в местах выхода его на поверхность, либо при залегании непосредственно под водонасыщенными четвертичными отложениями. Разгрузка подземных вод горизонта происходит в вышележащие горизонты в напорном режиме по ослабленным тектоническим зонам, а также по многочисленным скважинам эксплуатирующим данный водоносный горизонт. Следует отметить, что водообильность горизонта незначительная и составляет по результатам опытной откачки около 0,12 л/с на 1 м понижения. Формирование химического состава подземных вод горизонта связано с процессами седиментогенеза. Выщелачивания пестроцветных гипсоносных отложений верхней части разреза верхнего карбона, привело к тому, что доминирующим анионом  являются сульфаты, катионный состав воды – поликомпонентным, то есть пестрый, кальций и магний содержится в относительно равных количествах. Соответственно по химическому составу данный тип воды может быть определен как сульфатный, магниево-кальциево-натриевый, при этом минерализация воды составляет порядка 3,0 г/л, что исключает возможность использования этих вод для питьевого водоснабжения.

   По результатам гидромониторинга, проводимого в течение пяти лет по скв. № 3109, оборудованной на этот горизонт, осредненная формула Курлова по данным  табл. 1 представляется в виде:

М2.9.

 

Таблица 1

 

Дата анализа

Формула Курлова

14.05. 1999 г.

М2.81.

28.04. 2000 г.

М3.03.

2001 г.

М2.84.

19.09. 2002 г.

М2.87.

26.05. 2003 г.

М3.08.

28.06. 2005 г.

М2.9.

  

Вывод

 

Анализ геолого-гидрогеологических условий исследуемой территории, а также результаты эксплуатации подземных вод в пределах Калязинского учебного полигона показал, что единственным перспективным, экологически защищенным от загрязнения и истощения  для хозяйственно-питьевого водоснабжения, является четвертый водоносный горизонт в межморенных флювиогляциальных отложениях. Данный водоносный горизонт удовлетворяет потребности полигона как по водообильности, так и по химическому составу и минерализации.

Данные режима эксплуатации водоносного горизонта (скв. № 223-г) и опытно-фильтрационные работы, выполненные в 1998 г. Д.А. Манукьяном и В.Д. Манукьяном, позволили  оценить  гидрогеологические параметры пласта, а именно водопроводимость Т= 30 м2/сут и пьезопроводность, а = 2,7 104 м2/сут необходимые для расчета эксплуатационных запасов подземных вод. Соответственно, эксплуатационные запасы подземных вод данного водоносного горизонта, рассчитанные для водозаборного узла из двух взаимодействующих скважин с расстоянием между ними R = 50 м, оцениваются величиной 20-25 м3/сут.