Основные тенденции изменения характера формирования поверхностного стока на территориях различных физико-географических районов Республики Татарстан

Территорию Республики Татарстан в далёком прошлом называли «страной четырёх рек», поскольку протекающие по территории реки Кама, Волга, Белая и Вятка являлись крупными и популярными судоходными магистралями [1]. Широкие долины этих рек делят территорию на отдельные физико-географические зоны. К северу от Волги лежит Предкамье, рассечённое Вяткой на Западную и Восточную части. К юго-западу от Волги располагается Предволжье, к юго-востоку от Волги и Камы – Закамье, делящееся на Низкое Западное и Высокое Восточное. Исследования характера формирования поверхностного стока XXI в. выявляют значительные преобразования естественных процессов, обусловленные изменяющимися условиями развития русловых процессов.

Общим геолого-географическим фактором естественного развития территории республики, касающегося всех типов тектоники, слоёв морфолитосферы, водоносных горизонтов является заданная герцен-ской складчатостью уральского хребта гравитационная субмеридиональная направленность движения и наклонов водоупоров по траектории северо-восток-юго-запад.

Основными принимающими поверхностный сток речными дренами в пределах физико-географического района Западного Предкамья в первой половине XX в. выступали реки Вятка и Кама [2]. В XXI в. приоритеты поменялись, и преобладающее количество воды передислоцировалось в реки Казанка, Волга, Илеть и Мёша. Сток рек увеличился в значительной степени после создания Куйбышевского водохра- нилища, спровоцировавшего нехарактерные для географических объектов ускоренную трансформацию контурной схемы гидрографической сети и перераспределение водности в пределах бассейновых пространств. Предполагается, что, на фоне фиксирующихся климатических аномалий наблюдаемые явления в основном спровоцированы подъёмом уровня горизонтов грунтовых вод после заполнения ложа Куйбышевского водохранилища, обусловившим перегруппировку водоносных геоморфологических структур в пределах бассейновых пространств и изменением функциональности подстилающей поверхности под воздействием растущего ландшафтно-техногенного прессинга от интенсивного и повсеместного освоения территориального пространства. Кроме перераспределения грунтового питания исследования показывают значительное увеличение дебита артезианской подпитки. Благодаря наличию естественно-природной радоновой метки, как отличительной характеристики артезианских напорных источников Западного Предкамья, удалось определить след глубинной подпитки от выхода артезианских вод на подстилающую поверхность по границе подвижного смыкания тектонических структур Казанско-Кировского прогиба и Северо-Татарсткого свода, режущей пополам бассейны Казанки и Мёши, и до верхнего бьефа Чебоксарского водохранилища [3]. Именно по правобережьям среднего течения этих рек и происходит активизация насыщения напорными артезианскими водами. Выход вод происходит в разных подходящих для разгрузки местах, давшим, в частности, начало новым 129 притокам Казанки, таким образом, количество притоков увеличилось в два раза, водность в 5-7 раз за последние 60 лет. На фоне преобладания высокой интенсивности подземного питания в бассейне встречаются участки с низкими почти нулевыми модулями. Тренд происходящих преобразований показывает, что изначально маловодные и пересыхающие водотоки Сухая Река, Шимяковка, расположенные в пределах положительных структур, осложнённых отсутствием выдержанных водо- носных горизонтов; сегодня интенсивно деградируют и исчезают. Реки Сула, Вере-зинка, Ия-Су, Пшалымка, имеющие доступ к подземным горизонтам и приуроченные к седловинам между положительными структурами, продолжают увеличивать свою водность. Исследования формирования стока Казанки, таким образом, показали не только ускорение трансформации морфометрических параметров водотоков, связанное с воздействием подпора водохранилища на неглубокие пласты грунтовых вод, но и интенсификацию разгрузки глубинных подземных вод Вятского Увала в поверхностные горизонты. По-видимому, процесс этот по времени прохождения соответствует процессу формирования ложа водохранилища, который с разной интенсивностью и в различных проявлениях успешно продолжается и сегодня.

Увеличение разгрузки глубинных горизонтов вод Вятского Увала действительно соответствует сценарию увеличения стока в период меридиональной эпохи атмосферной циркуляции, что предсказывалось многими учёными [4, 5]. Аналогично с ситуацией в бассейне Казанки зафиксирован процесс увеличения значений модуля подземного питания, в местах разгрузки локализованных преимущественно в бассейнах правобережных притоков Илети, Мёши, Шошмы, Ошмы, Ашланки, Ашита, Петья-лки, Сумки артезианских напорных источников [6]. На участке от устья Камы до устья Вятки района Западного Закамья склоны и ложе водохранилища сложены образованиями доломитовоизвестнякового комплекса верхнеказанского возраста, водоупором которому служит мощная хорошо выдержанная толща лингуловых глин, имеющая наклон к Каме. От устья реки Шумбут, в сторону долины Вятки верхнеказанские отложения постепенно замещаются терригенными отложениями белебеевской свиты, водоносные горизонты которой, несмотря на невыдержанность, обладают высокой водо-обильностью и дренируются на полную мощность долинами Камы и Вятки в пределах подпора водохранилища и выше его. Средняя интенсивность подземного пита- ния без прямого влияния тектоники обусловлена совпадением уклона подземного питания и направления течения рек-притоков Камского отрога Куйбышевского водохранилища Шумбут, Берсут, Кармала, Заборная, Кирмянка, Крутушка, Пакшин-ка, Отарка, эрозионный врез которых достаточен для вскрытия подземных вод. Отмечавшиеся полвека назад показания модуля подземного питания этих рек не превышали 7.0 л/сек*км2; последние сведения показали возрастание значений до 47.0 л/сек*км2. Подземное питание правобережных притоков Вятки – рек Шошма, Бурец, Ошторма, Шия, Арпач, Кумазанка, Ошма также увеличили водность в 7-8 раз.

Обезвоженным в плане подземного питания оказался и район устьевой зоны Мёши и Мёшинского плёса (залива) Куйбышевского водохранилища, являющегося одним из самых востребованных под коттеджную застройку и густонаселённых на сегодняшний день. Значения модуля подземного питания по всей преустьевой территории Мёши снизились в 30 раз, однако компенсационно возросли модули подземного питания в бассейнах правобережных мёшинских притоков Сула и Шимяковка до 70.0 л/сек*км2 за счёт увеличения дебита артезианских напорных источников [7].

Причиной интенсификации разгрузки артезианских глубинных горизонтов Вятского Увала является продавливание базиса эрозии Волги новым весом акварезервуара Куйбышевского водохранилища, который в среднем в 100 раз увеличил давление на несущую платформу водоупора (с 0,004 МегаПа до 0.4 МПа) и поджавшим с юга границу подвижного смыкания тектонических плит Казанско-Кировского Прогиба и Северо-Татарсткого свода, передвинув разгрузку тектонических вод выше подрусловых дислокаций тальвега Волги.

Следует заметить, что подземное питание реки Вятка остаётся неизменным, по-видимому, её тальвег защищён от внешнего воздействия. Таким образом, Вятку можно использовать как контрольный водоток, который, кстати, остаётся единственным на территории Предкамья (и Кировской области) не зарегулированным.

Территория физико-географического района Предволжья, располагающаяся на правой стороне Волги, представляет собой антеклизу, возникшую как единое геоморфологическое целое в результате тектонических движений, проявивших себя в нижнем плиоцене. Характер влияния резервуара Куйбышевского водохранилища на Предволжскую тектонику отличается тем, что давление водных масс на монолитную структуру вследствие таких пролонгированных внутренних и внешних абразионных процессов, как смыкание сводов разлома Казанско-Кировского авлакогена и Такмовского свода, перекрывают артезианскую подпитку. Усилению давления способствует и гравитационное движение волжского течения на правый волжский берег. Грунтовка распределяется по поверхности более равномерно, а поскольку врез Свияги неглубокий и вообще не вскрывает водоносных горизонтов, подрусловые процессы основного бассейна деградируют. Свияга в отличие от рек Предкамья потеряла не только артезианскую, но и грунтовую подпитку на те же 57 единиц, которые приобрели реки Пред-камья, при этом как бы сохраняя общий континентальный баланс перемещений водных масс в глобальном пространственном масштабе.

Происходящим сегодня процессам способствует как отсутствие мощного четвертичного покрова и больших лесных массивов, так и антропогенная деятельность, которая в условиях глубокорасчлененного рельефа приводит к развитию ускоренной плоскостной эрозии. Только за последнее время известные буквально в прошлом веке предволжские дубравы уступили место ландшафту северной лесостепи, с островными ареалами разнотравной степи на останцах серых лесных почв и оподзолен-ных черноземов [8]. Если в XX в. с межприточных участков, примыкающих непосредственно к руслу Свияги, причём на всём его протяжении в пределах территории Предволжья, каждую секунду поступало 5.0 л/сек*км2 подземной воды; то в XXI в. величина модуля подземного питания существенно уменьшилась – с 5.0 л/сек*км2 до 1.0 л/сек*км2, что указы- вает на деградацию подруслового перераспределения стока. Река не имеет глубокого вреза, не вскрывает грунтового потока аллювия, уклон её русла меньше уклона водоносных горизонтов, сформированных в бассейне, что способствует значительному оттоку вод за пределы бассейна. Значения модуля сегодня распределились по территории бассейна Свияги впечатляюще равномерно – уровень подземной приточ-ности на 90% территории низкий – от 0.251 до 0.5 л/сек*км2. При этом в равных долях убавилось количество пространств с высоким уровнем подпитки и с чрезвычайно низкими и нулевыми значениями. Например, модуль некоторых притоков Свияги, таких как реки Кильна увеличился в течение последних пятидесяти лет с 0.51.0 л/сек*км2 до 0.75-3.0 л/сек*км2. На фоне снижения модуля подземного питания рек Киятка и Тоша до 0.250.5 л/сек*км2 вновь появившиеся в их междуречье два новых притока получили повышенное от фона поступление подземных вод – 2.8 л/сек*км2. Получающая грунтовую подпитку из песков и песчаников верхней части III свиты осадочного чехла из доломитов и известняков нижней части IV свиты пород Татарского яруса река Улема в XX в. имела интенсивность подземного питания 0.5-1.0 л/сек*км2, уменьшаясь к устью до отрицательных значений; в настоящее время модуль подземного питания составляет 0.71.8 л/сек*км2. На притоках и межпри-точьях Улемы, где водоносные и водоупорные слои представлены в виде линз изменчивой мощности и малой водоносности, что ранее объясняло пересыхание реки, значения модуля увеличились до 5.5 л/сек*км2; река перестала классифицироваться как пересыхающая. Все происходящие процессы трансформации гидрографической сети сопровождаются появлением новых мелких притоков в основном 2-5 порядков.

Количество выносимой Свиягой по основному руслу воды в Куйбышевское водохранилище незначительно, но снизилось, при этом компенсационно возросли расходы его правобережных притоков. Рассчитано, что суммарный сток 21 реки, среди которых наиболее крупными являются Секерка, Сулица, Морквашинка, Ше-ланга, Шарманка, Амгамка на 30% покрывает превышение испарения с участка Волжского отрога Куйбышевского водохранилища над осадками.

Интенсивность подземного питания правобережных притоков, впадающих с высокого берега Предволжья в Волжский отрог Куйбышевского водохранилища, крайне неравномерна и распределение ее численных значений колеблется по территории в пределах от отрицательных значений до 20.0 л/сек*км2, а на межприточных пространствах варьирует от нулевых значений до 43.0 л/сек·км2. Надо заметить, что антропогенное воздействие в виде ландшафтного преобразования в отдельных местах коренным образом преобразует гидрографическую сеть. Для примера, потерявшая устьевую зону в ходе засыпки акватории и прибрежной полосы под Свияжский межрегиональный мультимодальный логистический центр (посёлок Нижние Вязовые) река Секерка нашла путь разгрузки в карстовый провал, что априори провоцирует активизацию барражных эффектов и последующие протектониче-ские подвижки; активность карста уже проявляется в образовании на подстилающей поверхности новых воронок.

Отмечается перераспределение стока и для притоков Камского залива Куйбышевского водохранилища, протекающих по территории низменной равнины Западного Закамья, с центральной части территории которого (высота 175 м) стекают реки: на восток в Шешму – Каменка, Секинесь, Толкишка, на север в Каму – Бахта, Шен-тала, Курлянка, на запад в Волгу – Актай, Бездна, Утка, на юг в Большой Черемшан – Большая и Малая Сульча, Малый Че-ремшан. Регион расположен в пределах Мелекесской тектонической впадины, в строении которой участвуют неогеновые и четвертичные отложения, слагающие аккумулятивные озерно-аллювиальные равнины и террасы. В Мелекесской депрессии концентрируются основная масса подземных вод системы Сокско-Шешминских поднятий, поступающая сюда по наклону водоупоров Казанского яруса. Нижнека- занские отложения погружены на большую глубину и перекрыты толщами юры и мела. Подземные воды нижнеказанских отложений нередко залегают ниже местной речной сети, поэтому водоносные горизонты часто напорные. Прослеживается тенденция увеличения разгрузки в пределах базиса эрозии по основным тальвегам притоков Большая Бахта, Шентала, Кур-лянка, Актай, Бездна, Малый Черемшан, Большой Черемшан, при этом отмечается снижение доли участия в стоке (вплоть до отрицательных значений) межприточных пространств. Как следствие, наблюдается массовое пересыхание множества теряющих грунтовую подпитку террасовых озёр и притоков рек второго, третьего порядков. Ниже слияния вод Волжского и Камского течений, водоносный горизонт левобережья Куйбышевского водохранилища формируется в третичных и четвертичных аллювиальных отложениях за счет местных осадков, которые интенсивно поглощаются древнеаллювиальными песчаными отложениями и супесчаными почвами в бассейнах рек Утка и Майна, модуль подземного питания которых не превышает 0.1 л/сек*км2. Таким образом, процесс обезвоживания левобережья Куйбышевского водохранилища ниже Камско-Устьинского плёса показывает устойчивую тенденцию.

С начала создания камско-волжского каскада водохранилищ фиксируется беспрецедентное увеличение водности таких крупных дрен физико-географического района Закамья как Степной Зай и Шешма. К 2021 г. водность Степного Зая увеличилась на 64%, Шешмы на 61%. К такому эффекту могло привести мощное антропогенное воздействие, когда кроме создания новых бассейновых пространств, территория междуречья Шешмы и Степного Зая в сильной степени осложнена разработками нефти и артезианских вод. Скважинное опорожнение глубинных водоносных горизонтов провоцирует подтягивание вод из других сопредельных подземных резервуаров. Таким образом, добыча нефтяных фракций различной степени вязкости и грунтовых и артезианских вод, провоцирует активизироваться физические процессы компрессии и декомпрессии, которые способствуют движению жидкостных субстанций на разных уровнях тектоники. Надо учесть, что тектоническая структура Мелекесской впадины осложнена интенсивными отрицательными движениями. Отмечено, что восточный гребень Меле-кесской впадины за новейший период просел на 200 м [9]. Низкое залегание кристаллического фундаменты и низкое положение рельефа являются показателями некомпенсированного неотектонического опускания территории. Кроме Мелекес-ской депрессии это явление касается и Са-ралинского прогиба и Камско-Бельского авлакогена. Авлакогены участвуют в формировании водности левобережья Камы, по-видимому, потому что несут большое количество воды из глубоких подземных источников. При воздействии вакуумного подтягивания снизу по уклону местности со стороны разработанных территорий Южно-Татарского Свода и Мелекеской депрессии и при давлении акварезервуара Нижнекамского водохранилища сверху воды авлакогенов получают спровоцированную наведённую активность и увеличивают скорость течения. Происходит разгрузка, в числе прочего, и на подстилающую поверхность по всем возможным путям. Так, из Сарайлинского авлакогена вода выдавливается в первую очередь через осевые зоны Абдрахмановского, Акташ-ско-Салаушского, Сарайлинского разломов. Поскольку вода двигается по готовым тектоническим разломам, её большая часть выходит на поверхность и стекает в тальвеги рек с самых верховьев Шешмы и Степного Зая. Процессу способствуют особенности строения борта тектоники Южно-Татарского Свода при обрыве в синеклизу Мелекесской впадины, выстланного алевролитовым слоем, продольнокристаллическая слоистая структура которого при давлении, превышающем предел на сжатие алевролита 2200 кг/м3, легко трескается, высвобождая напорные подземные воды, проникающие таким естественным путём в речные дрены. Отличительной меткой высвобождаемых артезианских вод является принадлежность их к хлоридному типу.

Таким образом, в равной степени от процессов естественного развития территории Республики Татарстан и от уровня и характера антропогенного воздействия происходит перераспределение поверх- ностного стока, увеличивающегося в последние годы за счёт неравномерной разгрузки подземных вод. Причина увеличения стока основных речных дрен Предка-мья получила увеличенный дебет благодаря расширившимся разломам тектоники Казанско-Кировского Прогиба и Северо-

Татарсткого свода. Причиной обезвоживания района Предволжья, наоборот, является смыкание тектонического разлома Казанско-Кировского прогиба и Такмовского свода. Увеличение механического давле- ния водохранилищных вод и интенсивная разработка нефтедобычи стали причиной увеличения водности основных речных дрен Предкамья территории Республики Татарстан. Предварительный анализ, однако, сводится к тому, что общий баланс оборота воды сохраняется.