logo1-color

Обоснование гидрогеологической модели в сложных гидрогеохимических условиях на примере Западнобелозерского участка в долине р. Сок Самарской области

Рассмотрены особенности формирования химического состава подземных вод в четвертичных аллювиальных отложениях долины р. Сок. Обоснована гидрогеологическая модель Западнобелозерского участка недр, приведены данные о схематизации фильтрационной среды и гидрогеохимических параметров, предложен оптимальный вариант проектирования водозабора в сложных гидрогеохимических условиях.

Ключевые слова: водоснабжение, схематизация, геофильтрационная модель, геомиграционная модель, баланс модели.

Общей закономерностью для территории Самарской области является распространение в восточном и южном направлениях подземных вод первых от поверхности водоносных горизонтов некондиционного питьевого качества [1]. Повышение минерализации и жесткости подземных вод в пределах областей инфильтрации и транзита происходит из-за ухудшения водообмена при увеличении мощности слабопроницаемых перекрывающих отложений, преобладания глинистых прослоев и подтягивания минерализованных вод из нижележащих водоносных горизонтов пермского возраста.

Характеризуемая территория располагается в Красноярском районе Самарской области, в пределах восточной части Русской платформы, на границе Сыртовой равнины и Высокого Заволжья; в геоморфологическом отношении участок приурочен к долине р. Сок. Поверхность представляет собой чередование высоких, узких платообразных водоразделов с глубокими речными долинами. В геолого-структурном плане территория относится к Жигулевско-Самарской системе валов, что обусловило полное отсутствие здесь осадков мезозоя и послужило причиной выхода на дневную поверхность верхнепермских отложений. Геологический разрез, представляющий интерес в рамках поисково-оценочных работ, проводимых ЗАО «ГИДЭК» в данном районе, сложен верхнепермскими отложениями казанского и татарского возрастов, неогеновыми отложениями (на границах участка работ) и образованиями неоплейстоценового и голоценового возраста различного генезиса. На изучаемой площади подземные воды развиты в аллювиальных отложениях аккумулятивных террас р. Сок и в трещиноватых карбонатных породах казанского яруса (рис. 1). Татарский водоносный комплекс в пределах изученной территории — безводный.

statia-15-ris-1

Водоносный неоплейстоцен-голоценовый аллювиальный горизонт приурочен к отложениям первой и второй надпойменных террас р. Сок и современному аллювию, развитому в пойме. По результатам проведенных площадных геофизических исследований, бурения скважин, пригодных для хозяйственно-питьевого водоснабжения, сделаны следующие выводы: подземные воды заключены в основном в песчаных отложениях современного аллювия. Пески голоцена разнозернистые, в кровле глинистые с прослойками супесей и суглинков, ниже по разрезу встречаются прослои и линзы глин. Мощность водовмещающих песков на участке составляет 10–15 м, коэффициент фильтрации — 12–17 м/сут. Надпойменные террасы р. Сок сложены суглинками, песчаными глинами с прослоями глинистых песков. Коэффициент фильтрации песков составляет 1–1,5 м/сут, суглинков и песчаных глин — 0,01–0,1 м/сут. Подстилается горизонт на изученной площади верхнепермскими отложениями, в подошве аллювия часто прослеживается слой песчаных глин. Питание в пределах участка происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и паводковых вод, затапливающих часть поймы весной, фильтрации из реки, а также за счет разгрузки подземных вод пермских отложений.

Условия формирования химического состава подземных вод неоплейстоцен-голоценового аллювиального водоносного горизонта в пределах изученного участка различаются по площади. На участках, где зона аэрации сложена преимущественно проницаемыми песчаными отложениями (пойменная часть реки), в естественных условиях формируются пресные (до 1 г/л), сульфатно-гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-сульфатные, реже сульфатные, кальциево-магниевые, жесткие (значения общей жесткости 7–10° Ж) подземные воды. В местах, где водоносный горизонт перекрыт слабопроницаемыми отложениями, затрудняющими инфильтрацию атмосферных осадков, формируются жесткие и очень жесткие (10–16° Ж) и слабосолоноватые (до 1,5 г/л) подземные воды.

Следует отметить, что поверхностные воды р. Сок по величине минерализации относятся к пресным и слабо солоноватым (0,4–1,3 г/л). В пик половодья вода жесткая, в остальные сезоны года — очень жесткая (до 15–17° Ж), что является следствием разгрузки некондиционных подземных вод пермских отложений в русло реки. В данных условиях основным источником умягчения подземных вод является только инфильтрация атмосферных осадков и талых вод.

Водовмещающими породами водоносного казанского карбонатного комплекса являются трещиноватые известняки, доломиты с прослоями и линзами гипсов и ангидритов. Химический состав подземных вод казанского яруса характеризуется значительным разнообразием. В зонах интенсивного водообмена воды в основном сульфатные, хлоридно-гидрокарбонатные с минерализацией 0,5–1,0 г/л, иногда до 1,5 г/л. По мере увеличения мощности перекрывающей толщи минерализация вод возрастает до 3–17 г/л, состав вод становится сульфатно-хлоридным, гидрокарбонатно-хлоридным, сульфатным и хлоридным. На участке воды изменяются от пресных с минерализацией 0,7 г/л до солоноватых с минерализацией 2–6 г/л. Воды жесткие и очень жесткие. Общая жесткость на участке работ составляет от 10–12 до 30° Ж и выше.

В рамках поисково-оценочных работ на подземные воды, проводимых ЗАО «ГИДЭК» для водоснабжения строящегося коттеджного поселка в долине р. Сок, была разработана геофильтрационная модель Западнобелозерского участка недр, состоящая из трех расчетных пластов:

пласт 1: а) область развития неоплейстоцен-голоценового аллювиального водоносного горизонта в пределах поймы р. Сок (разнозернистые пески с редкими прослоями суглинков, супесей) — Kх = 13 м/сут, Kz = 1 м/сут, где Kх — горизонтальный коэффициент фильтр ации, Kz — вертикальный коэффициент фильтрации (рис. 2);

statia-15-ris-2

b) область развития неоплейстоцен-голоценового аллювиального водоносного горизонта (пески мелкозернистые, глинистые, суглинки, супеси с прослоями глин) — Kх = 1 м/сут, Kz = 0,01м/сут;

с) области развития неоплейстоцен-голоценового аллювиального водоносного горизонта в пределах надпойменных террас р. Сок и татарского водоносного комплекса (глины плотные, глины песчанистые, алевриты) — Kх = 0,01 м/сут, Kz = 0,0001 м/сут;

пласт 2: подошва неоплейстоцен-голоценового аллювиального водоносного горизонта (глины песчанистые) — Kх = 0,1 м/сут, Kz = 0,01 м/сут;

пласт 3: а) казанский водоносный карбонатный комплекс (известняки с прослоями гипсов, мергелей, глин) — Kх = 20 м/сут, Kz = 0,1 м/сут.

В геофильтрационной схеме были заданы граничные условия I, II и III рода. Границы 1-го пласта в северной и северо-восточной частях модели заданы граничным условием I рода. На верхнюю границу первого от поверхности водоносного горизонта задавалось граничное условие II рода — инфильтрационное питание за счет атмосферных осадков (от 60 до 10 мм/г по направлению от реки к водоразделу). В качестве внутреннего граничного условия II рода на модели были заданы работающие в настоящее время эксплуатационные скважины на целевой водоносный горизонт (водозабор МУП «Красноярское ЖКХ»). В первом слое модели заданы р. Сок в качестве граничного условия III рода. Для калибровки модели была решена обратная нестационарная задача по воспроизведению современных гидрогеологических условий участка. На основе геофильтрационной модели была разработана геомиграционная модель, где по моделируемым пластам заданы следующие концентрации:

пласты 1 и 2 — в области развития неоплейстоцен-голоценового водоносного горизонта в пределах пойменной террасы р. Сок задана жесткость: а) 9° Ж; б) 14 и 16° Ж (выделено две зоны);

в пласте 3 заданы две зоны с жесткостью подземных вод 12° Ж и 30° Ж (с увеличением по направлению к водоразделу).

Жесткость воды, поступающей за счет инфильтрационного питания, задана по всей площади модели в концентрациях 7° Ж. Жесткость воды в р. Сок, соответствующая данным современного опробования, составила 15° Ж.

Для калибровки геомиграционной модели была решена нестационарная задача по воспроизведению современных условий на оцениваемой площади, в результате чего получена модельная карта распределения жесткости в 1-м пласте в современных условиях, которая послужила основой для прогнозных расчетов (рис. 2).

Анализ баланса модели показал, что 48 % воды в естественных условиях поступает в 1-й пласт за счет инфильтрации, 28 % — снизу из казанского водоносного комплекса, остальное — с границ пласта. В условиях эксплуатации формирование дополнительного притока к водозабору будет происходить в основном за счет уменьшения разгрузки подземных вод оцениваемого водоносного горизонта в долину р. Сок и перехвата потока с других участков, в т.ч. очень жестких вод, развитых в пределах надпойменных террас. В настоящее время на участке проектируемого водозабора подземные воды сульфатно-гидрокарбонатные, магний-кальциевые, жесткие с минерализацией 0,5–0,9 г/л. Величина жесткости меняется в течение года и по данным режимных наблюдений находится в пределах 7,6–10° Ж. По результатам математического моделирования при условии непрерывного водоотбора в течение 25 лет с производительностью не более 500 м3/сут из каждой скважины жесткость подземных вод в пределах оцениваемого участка составит 10,7–12,5° Ж.

Как показали проведенные исследования, в данной гидрогеологической ситуации проблему водоснабжения можно решить строительством водозабора в пойменной части реки на участке, где водоносный горизонт не перекрывается сверху слабопроницаемыми отложениями, затрудняющими водообмен. При этом, чтобы уменьшить подтягивание некачественных подземных вод, эксплуатационная нагрузка на каждую скважину должна быть щадящей и не превышать проектную.

Таким образом, примененная схематизация гидрогеологических условий позволила обосновать гидрогеологическую модель в сложных гидрогеохимических условиях при решении проблемы размещения проектируемого водозабора.

Учитывая интенсивную малоэтажную застройку в экологически благоприятных районах Самарской области, проблема водоснабжения за счет подземных вод питьевого качества остается актуальной. Поэтому оконтуривание и локализация подобных участков на территории распространения некондиционных вод требует тщательного анализа гидрогеологических условий и гидрогеохимического разреза с проведением специальных работ (площадные геофизические работы, бурение поисковых скважин с поинтервальным опробованием, ОФР и др.).

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Пахальчук И.В. Оценка обеспеченности населения Самарской области ресурсами подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения (II этап). — Самара, 2001.