Анализ параметров гидрогеологической системы бассейна реки Клязьма в приложении к экологическому мониторингу

В настоящее время особую актуальность приобретают исследования гидрогеологических систем в контексте использования их ресурсов для централизованного снабжения питьевой водой населенных пунктов. Особую важность эти исследования приобретают в густонаселенных районах, где качество поверхностных вод из-за техногенной нагрузки низкое. Многолетние гидрогеологические исследования и изыскания на Европейской части России обеспечили успешное и долгосрочное использование подземных вод. Неуклонное увеличение доли подземных вод в общем балансе водопользования спровоцировало нарушение гидродинамического режима и активизацию опасных экзогенных процессов. В концепции академика И.П. Герасимова одним из аспектов экологического мониторинга является геоэкологический мониторинг, в нем особое внимание уделяется наблюдению за объектами, находящимися в естественном режиме. Данный вид мониторинга сопровождается анализом естественного состояния объектов, который требует разработки теоретического обеспечения.

Объект и методы исследования. Выбор бассейнового подхода продиктован тем, что данный природный объект фокусирует на себя геологический, гидрогеологический, геоморфологический и экологический аспекты, что может рассматриваться как геоэкология речных бассейнов (П.Г. Олдак, 1983). Гидрогеологические системы водосборных бассейнов рек, в силу сложной структуры и динамичности состояний, могут быть охарактеризованы набором параметров. Каждый параметр отражает тот или иной компонент системы, взаимосвязанных друг с другом внутренними и внешними связями.

Цель исследования: анализ параметров гидрогеологической системы бассейна р.Клязьма, ориентированный на теоретическое обеспечение экологического мониторинга.

Анализировались основные гидрогеологические параметры, такие, как принадлежность территории к системе артезианских бассейнов, водоносные комплексы и водоупоры, закономерности формирования подземных вод и их динамика. Данная работа основана на выявлении специфических особенностей гидрогеологии исследуемого бассейна.

Объект исследования: гидрогеологическая система водосборного бассейна р. Клязьма (площадь 41699 км²), расположенная в центре Восточно-Европейской равнины. Территория исследуемого бассейна находится в административных пределах Московской, Нижегородской, Ивановской, Ярославской и Владимирской областях, в одном из самых густонаселенном районе Центрального Федерального Округа.

Результаты и обсуждения.

• 1.    Принадлежность территории литоводосборного бассейна р. Клязьма к артезианским бассейнам. Гидрогеологическая система бассейна р. Клязьма входит в Восточно-Европейскую платформенную артезианскую область. По тектонико-геологическим признакам бассейн р. Клязьма одновременно принадлежит Московскому и Волго-Сурскому артезианскому бассейну второго порядка. Первый из них входит в состав Среднерусского артезианского бассейна первого порядка, тогда как второй относится к Восточно-Русскому артезианского бассейна первого порядка. Раздел артезианских бассейнов проходит вдоль Окско-Цнинского вала – граница между Московской синеклизой и ВолгоУральской антиклизой [1].

• 2.    Основные водоносные комплексы и водоупоры. Характеристика водоносных комплексов ориентирована на различия Московского и Волго-Сурского артезианских бассейнов второго порядка. Основой представленных характеристик послужили материалы «Гидрогеология СССР. Том 1. М.: Недра, 1966» и Информационный бюллетень о состоянии геологической среды на территории Владимирской области за 2007, 2008 годы (Владимирский филиал ОАО «Геоцентр-Москва»).

• 3 .    Основные закономерности формирования подземных вод на территории бассейна . В пределах исследуемой территории четко выделяется вертикальная гидродинамическая и гидрохимическая зональность, характерная для всей Восточно-Европейской платформенной области [3]. Верхняя зона - зона активного водообмена; содержит пресные гидрокарбонатные воды, она расположена выше регионального базиса эрозии. Разница между максимальной (исток 247 м) и минимальной (устье 67 м) высотами бассейна р. Клязьма составляет 180 м. Общая мощность зоны свободного водообмена не превышает данной величины. Средняя зона - зона замедленного

• 4.    Динамика подземных вод. Направление стока зоны активного водообмена определяется морфоскульптурой земной поверхности и положением главного коллектора водосборной территории [3]. Широтное простирание долины р. Клязьмы с запада на восток определяют два направления стока вод, северного и южного, соответственно левобережья и правобережья. Направление стока зоны замедленного водообмена опосредовано иными закономерностями [2, 3]. Моноклинальное залегание комплексов осадочного чехла нарушается рельефом кристаллического фундамента. В массиве кристаллического фундамента исследуемой территории выделены погруженные структуры – Московский и Среднерусский авлакогены. Направление стока вод зон замедленного и весьма замедленного водообмена ориентирован к этим структурам. Размежеванием гидродинамических зон, проходит по дивергентному Юрско-триасовому водоупору.

Московский артезианский бассейн представляет собой систему водоносных комплексов и водоупоров, взаимосвязанных между собой и с поверхностными водами. На территории бассейна подземные воды содержатся в отложениях всех стратиграфических подразделений осадочного чехла. Четвертичный флювиогляциальный и аллювиальный водоносный комплекс зандровых равнин (полесий) сложен разнозернистыми песками и галькой, весьма водообилен. Воды пресные, с минерализацией до 0,5 г/л, гидрокарбонатные кальциевые. Глубина залегания от 0 до 30 м. Сдренированые неогеновый и палеогеновый водоносные комплексы представлены глинистыми песками, водообиль-ность невысокая. Воды пресные, гидрокарбонат-ные кальциевые с минерализацией до 1-3 г/л. Суммарная мощность измеряется первыми десятками метров. Меловой водоносный комплекс сложен песчаными опоками, песчаниками и пес-чанно-глинистыми отложениями. Воды пресные, гидрокарбонатные кальциевые, минерализация до 4 г/л, водообильность невысокая. Удельные дебеты скважин и дебиты нисходящих источников по долинам рек доходят до 3 л/с. Мощность горизонтов от 20-80 м. Юрский и триасовый водоупор представлены глинистыми песками и слабопроницаемой толщей пестроцветных глин, с прослоями водопроницаемых пород: песков, песчаников, конгломератов. Имеет весьма изменчивую мощность от долей метров до первых десятков метров. Верхняя часть сдренирована, нижняя гидравлически связана с водами палеозоя. Дебеты скважин, где распространены водопроницаемые песчаные породы, доходят до 4 л/с. Воды пресные, гидрокарбонатные кальциевые минерализация до 4 г/л. Пермский водоносный комплекс - водоносные горизонты верхней части пермских отложений татарского и казанского ярусов - воды пресные, гидрокарбонатные кальциевые, реже сульфатные и хлоридные из-за подтока глубоких подземных вод, минерализация 4-6 г/л. Татарский ярус в долинах рек имеет дебиты от 1 до 30 л/с. Дебиты казанского яруса превышают 5 л/с. Каменноугольный водоносный комплекс. Комплекс включает: гжельско- ассельский, касимовский, каширский, подоль-ско-мячковский водоносные комплексы. Сложены известняково-доломитовой толщей. Мощность колеблется от первых десятков до первых сотен метров. Дебиты скважин измеряются единицами и тысячами кубометров в сутки. Воды пресные, гидрокарбонатные кальциевые минерализация до 6 г/л.

Волго-Сурский артезианский бассейн распространен в юго-восточной части литоводосборного бассейна р. Клязьма. Строение палеозойского чехла близко по строению с Московским артезианским бассейном, отличаясь только мощностью. Эрозия размыла мезозойские и кайнозойские отложения и вмещающие в них водоносные комплексы. Четвертичный флювиогляциальный и аллювиальный водоносный комплекс - это сравнительно маломощная размытая морена, содержит в толще слабопроницаемых валунных суглинков водопроницаемые линзы и прослои разнозернистых песков и супесей. Глубина отложений 10-20 м. Воды пресные, гидрокарбонатные кальциевые минерализацией до 1 г/л. Пермский водоносный комплекс характеризуется водоносными горизонтами в верхней части пермских отложений (татарского, казанского ярусов). Татарский ярус - дебиты небольшие от 0,5 до 1 л/с, воды пресные, гидрокарбо-натные кальциевые. Мощность горизонта от 50 до 200 м. Казанский ярус воодообилен, дебиты достигают 5 л/с. Воды пресные, с глубиной минерализация повышается до 5 г/л. Мощность горизонта достигает 100 м. Среднекаменноуголь-ный-нижнепермский водоносный комплекс. Водоносный комплекс сложен толщей органогенно-обломочных известняков и доломитов. Мощность измеряется сотнями метров. Воды напорные, дебеты достигают 70 л/с, минерализованные до 7 г/л. При всех различиях Московского и Волго-Сурского артезианских бассейнов, обусловленные строением верхних геологических напластований, параметры водоносных комплексов палеозоя каждого из них совпадают и имеют повсеместное распространение.

водообмена, залегает ниже гидрокарбонатных вод и представлена гидрокарбонатно-суль-фатными и хлоридо-сульфатными водами, она залегает выше водоупорных галогеновых (гипсовых) толщ [3]. Следуя анализу геологических разрезов, повсеместно выдержанные водоупорные галогеновые толщи представлены каменноугольными породами касимовского яруса. Мощность зоны варьируется в широком диапазоне от десятков до первых сотен метров, с тенденцией погружения и увеличения мощности к северу и юго-востоку исследуемой территории. Нижняя зона – зона весьма затрудненного водообмена, представлена хлоридными рассолами, залегающие ниже галогеновых толщ каменноугольного периода. Нижней границей зоны служит кровля кристаллического фундамента.

Выводы: анализ гидрогеологических параметров показал:

• 1.    Водосборная территория бассейна р.Клязьма не совпадает с границами артезианских бассейнов, как первого, так и второго порядка, что обуславливает дифференцированный подход к мониторингу водоносных комплексов каждого из артезианских бассейнов в отдельности.

• 2.    Основными эксплуатируемыми водоносными комплексами в силу водообильности и повсеместном распространении являются комплексы палеозоя: пермский и каменноугольный. Мониторинг данных водоносных комплексов должен проводиться через опорную сеть. Мониторинг кайнозойских и мезозойских водоносных комплексов, ввиду их локального распространения, целесообразно проводить через специализированную сеть.

• 3.    Гидродинамика водоносных комплексов зоны замедленного водообмена отличаются от вышележащих комплексов. Направление миграционных потоков загрязняющих веществ, как и их локализация, приурочена к погруженным структурам Московского и Среднерусского авлакогена. Высокие значения по всем видам загрязняющих веществ фиксируются в ареалах данных структур.

• 4.    Результаты работы могут служить теоретическим обеспечением экологического мониторинга подземных вод, а так же могут быть представлены в виде паспорта гидрогеологической системы бассейна р. Клязьма.