Гидродинамическое состояние подземных вод

Естественные условия формирования гидродинамического режима подземных вод характерны для большей части территории СФО, за исключением участков техногенного воздействия, приуроченных, главным образом, к крупным водозаборам и техногенным объекта, и определяются ландшафтно-климатическими факторами, особенностями геологического строения, гидрогеологических условий и геокриогенной обстановки территории.

Основным фактором, определяющим состояние подземных вод в краткосрочной перспективе, в частности в годовом цикле, является климатический.

Большая территория СФО и разнообразие климатической обстановки обуславливает различие в режиме подземных вод не только по отдельным регионам, но и внутри них.

Наблюдения за состоянием подземных вод ведутся в пределах Западно-Сибирского и Сибирского САБ, Алтае-Саянской и Байкало-Витимской СГСО.

Западно-Сибирский САБ / Иртыш-Обский АБ

В пределах бассейна подземные воды приурочены к отложениям четвертичного, неогенового, палеогенового, мелового и юрского возрастов. Уровенный режим подземных вод для всех наблюдаемых водоносных подразделений имеет схожие циклические сезонные колебания, а также аналогичные сроки наступления характерных уровней. Минимальные предвесенние уровни подземных вод, как правило, наблюдаются в марте, после чего начинается их резкий подъем, который достигает максимума – в апреле-мае, в северных районах бассейна – в июне, и связан с весенним снеготаянием и прохождением паводка на реках. После прохождения половодья уровни подземных вод начинают плавно снижаться. При наличии осадков в октябре часто наблюдается незначительный их подъем.

Значительных изменений в колебаниях уровня во внутригодовом распределении за 2020 г. не выявлено, данные полностью коррелирует с уже накопленным материалом.


Графики уровней подземных вод в пределах Иртыш-Обского АБ (Западно-Сибирский САБ) в 2018–2020 гг.

Закономерности во внутригодовом распределении уровней четко прослеживаются для вод, залегающих близко к поверхности. Среднегодовой уровень подземных вод четвертичных отложений прослеживается выше относительно среднемноголетних значений на 0,01–1,20 м на большей части территории бассейна, за исключением восточной части Алтайского края на стыке с Алтае-Саянской СГСО, юго-западной – Красноярского края, юго-восточной – Томской области, юго-западной и южной – Новосибирской и Омской областях на границе с Казахстаном, соответственно. При этом аналогичные тенденции отмечены для всех трех характерных уровней (предвесенних минимальных, весенних максимальных, осенних минимальных).


Схематическая карта предвесенних минимальных уровней подземных вод четвертичных отложений в пределах Иртыш-Обского АБ в 2020 г.


Схематическая карта весенних максимальных уровней подземных вод четвертичных отложений в пределах Иртыш-Обского АБ в 2020 г.


Схематическая карта осенних минимальных уровней подземных вод четвертичных отложений в пределах Иртыш-Обского АБ в 2020 г.

Сибирский САБ / Ангаро-Ленский АБ

В пределах бассейна подземные воды приурочены к четвертичным отложениям речных долин и зонам трещиноватости юрских и кембрийских пород.

В 2020 г. среднегодовые уровни подземных вод изучаемых водоносных подразделений были близки к отметкам 2019 г. и нормы с отклонениями от них на величину до ±0,03-0,08 м и ±0,02–0,12 м, соответственно. Исключение составляет уровень подземных вод кембрийских отложений, где его положение, как и в прошлом году, фиксировалось ниже среднемноголетних величин на 0,33 м.

Внутригодовое распределение уровней подземных вод, в целом, остается постоянным. Минимальные предвесенние уровни наблюдаются обычно в марте-апреле, максимальные – в мае-июне. При наличии большого количества осадков наблюдаются ярко выраженные подъемы уровней, не приуроченных к их характерным сезонным отметкам.


Графики уровней подземных вод в пределах Ангаро-Ленского АБ (Сибирский САБ) в 2018–2020 гг.

Предвесенний минимальный уровень подземных вод четвертичных отложений наблюдался в феврале-марте и фиксировался выше прошлогоднего значения на 0,46-0,62 м и среднемноголетнего – на 0,09-0,29 м. Аналогичная обстановка наблюдалась и весной. Резкий весенний максимальный подъем уровня отмечался в апреле и был выше предшествующего года на 0,30-1,20 м и нормы – на 0,14-0,57 м. Амплитуда колебания подземных вод в половодье составила 0,35-1,06 м при среднемноголетних значениях 0,20-0,58 м. После весеннего паводка, который завершился в мае, отмечалось снижение уровня. В летне-осенний сезон подземные воды получали достаточное питание, что не привело к четко выраженному спаду уровней и формированию летне-осеннего минимума, который плавно перешел в осенне-зимний, минуя меженный период.

В пределах юрских отложений среднегодовые уровни находились на отметках, близких к прошлогодним и среднемноголетним. Внутригодовое распределение не претерпело изменений. Минимальные уровни наблюдались в феврале-марте, в некоторых районах в июне и были выше прошлогоднего значения на 0,10-0,28 м и нормы на 0,01-0,52 м. Весенний максимальный уровень фиксировался в конце мая-начале июня, и был ниже предшествующего года на 0,05-0,40 м, но сопоставим со среднемноголетними значениями. Величина амплитуды колебания уровня подземных вод в половодье не имели существенных амплитуд, что обусловлено стабильными обильными осадками на протяжении зимнего и весеннего сезона. Отличительной чертой подземных вод в летне-осенний сезон являлось более высокое его положение относительно аналогичного периода предшествующего года и близкое к норме или ниже на 0,08 м. Наибольший подъем уровней характерен для периодов, когда наблюдались положительные температурные аномалии совместно с количеством осадков выше нормы.

В кембрийских отложениях сезонные уровни (предвесенние минимальные, весенние максимальные и осенние минимальные) имели аналогичные особенности, что и годовые – их положение было выше относительно 2019 г. на 0,02-0,75 м, но не превысило среднемноголетние значения или отмечалось ниже на 0,07-0,21 м. Предвесенний минимальный уровень подземных вод отмечался в марте-апреле, максимальный весенний – в мае. В летне-осенний сезон происходил постепенный спад уровней, минуя меженный период, который плавно перешел в зимний минимум.

В отличие от рассмотренных особенностей гидродинамического режима подземных вод четвертичных и юрских отложений, воды кембрийского комплекса характеризовались отклонением от нормы амплитуды колебаний на территории Иркутской области. Ее величины в половодье составили 0,05-0,06 м, что менее чем в 2 раза по сравнению с предыдущим годом и нормы (0,15-0,39 м). Небольшой размах колебаний обусловлен незначительными величинами уровней в зимний и весенний периоды.

Байкало-Витимская СГСО

В 2020 г. среднегодовые уровни подземных вод четвертичных отложений были в пределах нормы с отклонениями от нее на величину до ±0,10 м. Значительных изменений в колебаниях уровня подземных вод, по сравнению с аналогичным периодом прошлого года, также не происходит. Повышение или понижение уровней в естественных и нарушенных условиях соответствует многолетним колебаниям уровня подземных вод (Рис. 1.37). Предвесенние минимальные уровни подземных вод наблюдались в феврале-марте, максимальные – в августе.

В архей-протерозойских отложениях в пределах Байкало-Патомского ГМ и Хамардабан-Баргузинской ГСО отмечались противоположные тенденции в динамике подземных вод. В 2020 г. среднегодовой уровень в западной части оз. Байкал (Байкало-Патомский ГМ) находился ниже нормы на 0,43 м, а в восточной части Прибайкалья (Хамардабан-Баргузинская ГСО), наоборот, выше на 0,21 м. Предвесенние минимальные уровни подземных вод устанавливались позже сроков наступления характерных уровней – в мае, что, вероятно, обусловлено более поздним сходом снежного покрова. После весеннего паводка, который завершился в июле, отмечалось постепенное снижение уровня до сентября. В летне-осенний сезон подземные воды получали достаточное питание, что привело к четко выраженному подъему уровней и формированию летне-осеннего максимума в октябре.


Графики уровней подземных вод в пределах Байкало-Патомского ГМ (Байкало-Витимская СГСО) в 2018–2020 гг.

Алтае-Саянская СГСО

Режим подземных вод в пределах различных гидрогеологических структур Алтае-Саянского региона, в целом, был схож. Минимальные предвесенние уровни по большинству скважин наблюдлись в марте, максимальные – в мае-июле.

В пределах Саяно-Тувинской ГСО уровни подземных вод четвертичных отложений располагались на отметках, близких к прошлогодним, но, в целом, выше или на уровне среднемноголетних.

Особенностью естественного режима подземных вод палеозойских образований, является хорошая гидравлическая связь с грунтовыми водами, обусловленная спецификой гидрогеологических условий. Воды имеют напорно-безнапорный характер. На большей части территории их режим с явно выраженным предвесенним минимумом и значительным весенне-летним подъемом оставался естественным и был аналогичен режиму грунтовых вод четвертичных отложений. Большой размах амплитуд, изменяющихся от 0,1 до 3,8 м, объясняется условиями питания данного водоносного комплекса, которые зависят от мощности, интенсивности и выдержанности экзогенной трещиноватости.

Для подземных вод кембрийских отложений прослеживается тенденция подъема уровней на фоне незначительных внутригодовых колебаний относительно среднемноголетней нормы. Положение всех трех характерных уровней (предвесенних минимальных, весенних минимальных и летне-осенних минимальных) было выше относительно 2018-2019 гг. и нормы.


Графики уровней подземных вод в пределах Алтае-Томского ГМ (Q, D) и Саяно-Тувинской ГСО (Є) (Алтае-Саянская СГСО) в 2018–2020 гг.

Гидродинамическое состояние подземных вод в нарушенных условиях

Интенсивная многолетняя добыча подземных вод для питьевого водоснабжения населения и обеспечения водой промышленности, извлечение подземных вод на разрабатываемых месторождениях полезных ископаемых, а также при водопонижении в процессе строительства и эксплуатации различных объектов, неизбежно приводят к снижению уровней подземных вод.

Значительное влияние на гидрогеодинамический режим оказывает интенсивная добыча подземных вод, которая осуществляется практически повсеместно на территории округа. Наибольшую нагрузку на геологическую среду, в частности, на подземные воды, оказывают централизованные водозаборы, приуроченные к крупным населенным пунктам. Положение уровней определяется, прежде всего, величиной водоотбора и зависит от фильтрационных и емкостных свойств водоносных горизонтов и комплексов, условий питания и разгрузки подземных вод.

В зонах влияния многих водозаборов сформированы локальные понижения уровней подземных вод, в большинстве случаев находящиеся в пределах допустимых и не ведущие к изменению их количества и качества. На более крупных водозаборах интенсивная эксплуатация подземных вод часто приводит к формированию депрессионных областей и воронок регионального уровня.

Большинство водозаборов работает в установившемся режиме и функционирует длительное время, где суммарная добыча в многолетнем периоде не меняется, и нагрузка на скважины рационально перераспределена, а пьезометрическая поверхность подземных вод относительно постоянна. На водозаборах, в зоне влияния которых происходит сработка напоров и осушение водоносных отложений, снижение динамических уровней и производительности, что связано с нерациональной эксплуатацией, режим неустановившийся. Однако при перераспределении или снижении нагрузки на скважинах положение уровней может стабилизироваться.

Чрезвычайных ситуаций, связанных с подземными водами, в 2020 г. не наблюдалось. Признаки напряженной работы водозаборов (на грани допустимых понижений или их превышающие) отмечаются на водозаборах Кемеровской (Пугачевский, Ягуновский и Уропский) и Новосибирской (Кудряшовский и ФГУП «УЭиВ СО РАН») областей. Превышения допустимых понижений, как правило, связаны с неправильным распределением нагрузки на эксплуатационных скважинах водозабора или с использованием водоподъемного оборудования, не соответствующего рекомендованным эксплуатационным характеристикам скважины (производительность водоподъемного оборудования, глубина загрузки, режим эксплуатации), а также закольматированностью затрубного пространства скважины и ее забоя.

На отдельных участках в Республике Алтай (водозабор Улалинский) и Томской области (2 очередь Томского водозабора) при увеличении производительности водозаборов наблюдается подтягивание некондиционных вод из нижележащих отложений, что часто приводит к загрязнению вод эксплуатируемого водоносного комплекса.

В районах разработки месторождений твердых полезных ископаемых при извлечении подземных вод также происходит снижение уровенной поверхности и формирование депрессионных областей и воронок. Существенным недостатком является отсутствие мониторинга за подземными водами на предприятиях не являющихся пользователями недр, но оказывающих интенсивное воздействие на окружающую среду, в том числе на подземные воды. Наблюдательная сеть на таких объектах часто отсутствует, а данные ведения мониторинга по имеющейся сети не всегда предоставляются недропользователями, поэтому достоверно оценить гидродинамический режим в районах горных выработок затруднительно.

При работе шахт, карьеров, рудников и т.п. происходит понижение уровенной поверхности подземных вод за счет водоотлива. Дренажные воды, зачастую, сбрасываются либо в близлежащие реки, на рельеф, либо в специально созданные пруды-отстойники. По мере удаления от карьеров режим постепенно переходит в естественный. При отработке месторождений открытым способом происходит осушение пород до глубин 100-120 м, а при подземной отработке породы осушаются преимущественно до глубины 400-500 м. При этом образуются локальные депрессионные поверхности, которые при понижении уровней в 5-10 м достигают размеров от первых сотен метров (при открытых разработках) до 1-2 км и более (при подземной отработке), составляя, в среднем 0,7-1,0 км. Вследствие этого происходит осушение территорий, которые потом активно застраиваются. Однако, при прекращении работы шахт, карьеров и т.п. происходит восстановление уровней, что приводит к подтоплению застроенных площадей.

Так, в Республике Хакасия при отработке Черногорского месторождения каменного угля тремя разрезами и двумя шахтами фактически сформировалась единая депрессионная воронка подземных вод, которая достигла на севере окраины г. Черногорск.

Сельскохозяйственные объекты и мелиоративные системы также оказывают влияние на уровенный режим подземных вод. Орошение на территории округа основано на использовании как поверхностных, так и подземных вод. Следует отметить, что на сельскохозяйственных территориях прекращение полива возвращает подземные воды к естественному состоянию. В большинстве случаев уровни подземных вод на орошаемых участках находятся в зависимости от количества выпавших в летне-осенний период осадков, а в зоне влияния поверхностных вод - под контролем гидрологического режима.

На отдельных территориях в результате интенсивной техногенной нагрузки наблюдается подъем уровней подземных вод. Наиболее негативная обстановка в этом плане сложилась в Новосибирской области. Так, в левобережной части г. Новосибирска процесс техногенного подтопления охватывает значительную часть Кировского района, в том числе и промышленную зону. На правобережье города техногенный подъем уровня грунтовых вод отмечается, практически, на всей территории и составляет от нескольких метров до 20-25 м.