Главная » 2014 » Сентябрь » 20 » Скачать Закономерности формирования и оценка подземного стока в озера Припятского Полесья. Савельев, Аркадий Федорович бесплатно
11:14 PM
Скачать Закономерности формирования и оценка подземного стока в озера Припятского Полесья. Савельев, Аркадий Федорович бесплатно
Закономерности формирования и оценка подземного стока в озера Припятского Полесья
Диссертация
Автор: Савельев, Аркадий Федорович
Название: Закономерности формирования и оценка подземного стока в озера Припятского Полесья
Справка: Савельев, Аркадий Федорович. Закономерности формирования и оценка подземного стока в озера Припятского Полесья : диссертация кандидата геолого-минералогических наук : 04.00.06 Москва, 1984 219 c. : 61 85-4/21
Объем: 219 стр.
Информация: Москва, 1984
Содержание:
ВВЕДЕНИЕ
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИЗУЧЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО СТОКА В ОЗЕРА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ
1 ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ОСНОВНЫХ РАЙОНОВ РАСПРОСТРАНЕНИЯ
ОЗЕР ПРИПЯТСКОГО ПОЛЕСЬЯ
11 Климат
12 Краткая лимнологическая характеристика озер
13 Геоморфологические условия
14 Геологическое строение и гидрогеологические условия
15 История геологического развития территории, происхождение и развитие озер
2 ОСНОВНЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНОГО СТОКА В ОЗЕРА
ПРИПЯТСКОГО ПОЛЕСЬЯ
21; Влияние природных условий-на формированиеподзем- ного стока в озера
22 Влияние неоднородности гидрогеологического разреза и морфометрических показателей водосбора и акватории наформирование подземногостокав озера
23 Изменение подземного стока в озера под влиянием техногенных факторов
24 Типизация озер Припятского Полесья по условиям формирования подземного стока в озера
3 МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ ИКОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИПОДЗЕМ-
НОГО СТОКА В ОЗЕРА
31 Метод водного баланса
32 Гидрохимический метод
33 Метод изотопного баланса
34 Гидродинамический метод
35 Гидрогеотермический метод , , ? , ?
36 Электрофизический метод
37 Комплексирование методов применительнокусловиям Припятского Полесья
4 ОЦЕНКА ВЗАИМОСВЯЗИ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ВОДОСБОРАХ И АКВАТОРИЯХ МЕЖОВОДНЫХ ОЗЕР (НА ПРИМЕРЕ ОЗЕРА ЧЕРВОНОГО)
41 Природные условия водосбора озера Червоного
42 Методика проведения полевых исследований
43 Определение геофильтрационных параметров
44 Анализ условий взаимосвязи поверхностных,и,подзем- ных вод гидрогеотермическим методом
45 Оценка подземного стока в озеро гидрохимическим методом
46 Оценка взаимосвязи поверхностных-и подземныхвод • гидродинамическим методом
47 Прогноз изменения взаимосвязи поверхностных и подземных вод под влияниемводохозяйственныхмероприг-ятий
5 ОЦЕНКА ПОДЗЕМНОГО СТОКА В КАРСТОВЫЕ ОЗЕРА (НА ПРИМЕРЕ ОЗЕРА СВИТЯЗЬ)
51 Природные условия водосбора озера Свитязь
52 Оценка подземного стока в озеро водно-балансовым и гидродинамическим методами
53 Оценка подземного стока в озеро изотопным и гидро- химическим, мет о дама I8S
ВЫВОДЫ•
Введение:
В общем комплексе задач, решаемых в связи с охраной природы, одной из актуальных является охрана малых водоемов. Важнейшие объекты природопользования, малые реки и озера непосредственно воспринимают негативные последствия взаимодействия человека и природы и поэтому являются наиболее незащищенными звеньями в общем круговороте воды. Большое внимание этой проблеме уделил ХХУ1 съезд КПСС, в решениях которого поставлена общенародная задача: "Улучшить охрану водных источников, в том числе малых рек и озер от истощения и загрязнения. Продолжить работу по охране и рациональному использованию уникальных природных комплексо в".
Наибольшее техногенное воздействие испытывают реки и озера, расположенные в районах с высокой плотностью населения, концентрацией промышленности и сельского хозяйства. Особенно чувствительны к техногенному воздействию озера, поскольку они являются "накопителями вещества и энергии" /118/ и поэтому подвержены развитию целого ряда практически необратимых процессов. Как правило, первопричиной нежелательных изменений в развитии озер является воздействие не столько на сами водные объекты, сколько на область формирования их ресурсов. Поэтому задача охраны озер не может быть решена без всестороннего изучения условий формирования всех составляющих их водного баланса. В их совокупности наиболее трудно определяемой и наименее изученной является подземная составляющая, как с точки зрения условий ее формирования, так и количественной оценки в естественных и нарушенных условиях. Однако именно связь поверхностной и подземной гидросфер, даже при сравнительно небольшом участии подземных вод в формировании водного баланса озер, определяет наиболее важные показатели лимнических экосистем, а нарушение этой связи приводит к тяжелым экологическим последствиям.
В последние десятилетия в различных районах нашей страны, в том числе и на водосборах больших и малых озер, широко проводятся и проектируются различные водохозяйственные мероприятия, такие как строительство водозаборов подземных вод,осушительных систем, перераспределение водных ресурсов. В связи со строительством и действием этих систем возникают нарушения естественных связей поверхностной и подземной гидросфер, в частности подземных вод с водами озер. Оценка ущерба подземного стока в озера и рекомендации по его возможному предотвращению являются важнейшими задачами при обосновании подобных мероприятий.
В отдельных районах озера играют важную роль в формировании режима и баланса подземных вод, общего подземного стока территории, Несмотря на небольшую величину подземного стока в отдельные озера, при большом их числе она становится вполне ощутимой и ее неучет может привести к значительным ошибкам при решении задач, связанных с изучением и картированием подземного стока.
В руководстве по оценке составляющих водного баланса озер и водохранилищ Советского Союза /37/ приводится методика количественной оценки подземной составляющей питания озер только в простейших условиях, которые встречаются в природе редко. В то же время в этой работе дальнейшему изучению подземной компоненты водного баланса озер придается важное значение, так же как и получению данных, необходимых для выявления закономерностей формирования этого элемента баланса в различных физико-географических условиях.
Одним из районов страны, где в широком масштабе проводятся всевозможные водохозяйственные мероприятия, является Припятское Полесье. Вызванные ими нарушения естественной природной обстановки затронули как водосборы озер, так и сами водные объекты. Значительные изменения претерпели уникальные уголки природы Полесья, такие как озеро Червоное (Князь), группа Шацких озер (Свитязь, Луки, Пулемецкое и др.) и многие другие озера.
В соответствии с распоряжением Совета Министров БССР от 22 августа 1975 года институтом Союзгипромелиоводхоз проведены работы по технико-экономическому обоснованию улучшения водного режима озера Червоного, на примере которого намечено разработать, проверить и осуществить технико-экономически оправданный комплекс мероприятий по восстановлению озер Припятского Полесья, имеющих важное народнохозяйственное значение. При реализации этого задания выяснилось, что одними из сложных и нерешенных вопросов, возникающих при обосновании восстановительных работ, является оценка подземного стока в озера и прогноз изменений в водном балансе озер, которые могут возникнуть в результате нарушений естественной взаимосвязи поверхностных и подземных вод. По заданию института СОЮЗГШЮМЕЛИОВОДХОЗ в 1977-1980 гг. институтом ВСЕГШГЕО проведены исследования, связанные с изучением региональных закономерностей и оценкой подземного стока в озера Белорусского Полесья, в том числе и озеро Червоное. В этих исследованиях участвовал автор настоящей работы. Им предложен и осуществлен комплексный подход к решению этой задачи, который заключается во всестороннем изучении процесса взаимосвязи поверхностных и подземных вод в районах озер с использованием материалов геофильтрационных, геотермических, гидрохимических, изотопных исследований, анализом гидродинамической обстановки и воспроизведением ее на вычислительной технике. При изучении региональных закономерностей формирования подземного стока в озера большое внимание было уделено как изучению условий формирования общего подземного стока на водосборах озер, так и особенностям разгрузки подземных вод в районах акваторий, обусловленных строением зоны активного водообмена, генезисом и морфометрией озерных котловин.
Цель работы состоит в изучении условий формирования подземного стока в озера Припятского Полесья, апробации, и комплексирова-нии методов исследований и оценки подземного стока в озера различных типов. Научная новизна работы заключается в следующем:
1. На примере типичных озер Припятского Полесья (мелководного озера Червоного и карстового озера Свитязь) оценена роль естественных и техногенных факторов в формировании подземного стока в озера.
2. Показано, что сокращение подземного стока в озера может явиться одной из причин, вызывающих изменение температурного режима и химического состава озерных вод, в частности увеличение концентраций биогенных элементов.
3. Впервые, на примере региона Припятского Полесья, разработана типизация озер по условиям формирования подземного стока в озера.
4. Применительно к условиям полесских озер разработана методика комплексных исследований и оценки взаимосвязи поверхностных и подземных вод.
Практическое значение работы.
Методика комплексных полевых исследований, разработанная автором, может служить практическим руководством для планирования и проведения исследований с целью оценки элементов взаимосвязи поверхностных и подземных вод на акваториях и водосборах озер Припятского Полесья и других районов с аналогичными природными условиями. Практические выводы и рекомендации, содержащиеся в работе, позволяют осуществлять оценку ожидаемых изменений во взаимосвязи подземных вод с водами озер в зависимости от различных водохозяйственных мероприятий. Установленные закономерности формирования подземного стока в озера могут быть использованы в лимнологических исследованиях, в частности при составлении водного, энергетического, гидрохимического и биологического балансов озер.
Реализация и апробация работы.
Результаты работы вошли составной частью в "ТЭО комплекса мероприятий по улучшению водного режима озера Червоного", который используется как основа для проектирования природоохранных мероприятий на других озерах Полесья. Разработанные при участии автора рекомендации по количественной оценке взаимосвязи поверхностных и подземных вод в условиях Белорусского Полесья внедрены в практику изыскания института СОШГШГОМЕЖОВОДХОЗ.
Основные результаты работы обсуждались на ЗУ межведомственном совещании по мелиоративной гидрогеологии, инженерной геологии и мелиоративному почвоведению (Ашхабад, 1980), на всесоюзном научно-техническом семинаре "Математическое моделирование гидрогеологических процессов"(Москва, 1981), на всесоюзном научно-техническом семинаре "Состояние и перспективы инженерно-геологического картирования и съемок" (Москва, 1983).
Основные положения диссертации освещены в 5-ти публикациях. Работа выполнена в лаборатории гидрогеологического и инженерно-геологического обоснования водохозяйственных мероприятий ВСЕГЙНГЕО.
В ее основу положены результаты собственных научных исследований, проведенных в 1978-1980 годах в районе озера Червоного полевым отрядом ВСЕГЙНГЕО под руководством автора, который являлся ответственным исполнителем соответствующей научно-исследовательской темы, а также анализа и обобщения фондовых и опубликованных материалов. Исследования выполнялись в тесном контакте с коллективом гидрогеологов, гидротехников и гидрологов института СОЮЗ-ГИПРОМЕЯИОВОДХОЗ, в первую очередь с главным гидрогеологом отдела Г.Ф.Сухенко и главным инженером проекта М.С.Габрусенком, которых автор благодарит за помощь и содействие в работе.
Автор выражает искреннюю благодарность и признательность научному руководителю доктору геолого-минералогических наук Г.В.Куликову и руководителю лаборатории, доктору геолого-минералогических наук В.А.Барону за всестороннюю помощь в работе, а также профессору П.А.Киселеву и старшим научным сотрудникам В.В.Бадову и К.К.Бисембаевой за постоянное внимание и ценные замечания.
СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИЗУЧЕНИЯ ПОДЗЕМНОГО СТОКА В ОЗЕРА И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
Это были первые шаги в изучении роли подземных вод в питании озер, которые в дальнейшем в течение долгого времени не получили должного развития ввиду сложности решения целого ряда вопросов, связанных с этой проблемой, практическим отсутствием соответствующих методических разработок и технических средств.
Одним из первых ученых, поставивших специальные гидрогеологические исследования с целью оценки подземного питания озер, был А.В.Шнитников. Начиная с 1937 года под его руководством в течение ряда лет проводились экспериментальные исследования на водосборах озер Кулундинское и Кучук (Алтайский край). На основании этих исследований А.В.Шнитников'определил подземный сток в озера двумя методами: по модулю подземного стока на территории водосбора и гидродинамическим методом. При этом констатировалось, что результаты оказались вполне сопоставимы /163/. В дальнейшем исследования подземного стока в озера Кучук и Кулундинское производились А.М.Догановским, К.Н.Силецким, Т.И.Прокофьевой /III/. На основании дополнительных изысканий ими установлено, что в питании озера Кучук основное участие (около 75%) принимают воды напорных водоносных горизонтов, в то"время, как А.В.Шнитников /163/ основным источником питания ошибочно считал грунтовые воды, что явилось следствием необоснованно упрощенной геофильтрационной схематизации условий в районе акватории озера.
Многолетние комплексные исследования подземного стока в озе-. ро Балхаш проводятся институтом гидрогеологии и гидрофизики АН Казахской ССР. Подземный сток в озеро здесь определялся гидродинамическим методом с применением метода ЭГДА. Параллельно был определен подземный ионный сток по методике Ф.А.Макаренко и В.П.Зверева. Первоначальные исследования показали, что объем подземного стока в озеро составляет 0,27 км3/год /8/, несколько позднее эта цифра увеличена авторами до 0,8 км3/год /9/. При этом считалось, что основной источник поступления подземного стока в озеро -грунтовые воды речных долин с минерализацией 1-5 г/л. Дальнейшие исследования показали несостоятельность первоначально принятой гидродинамической схемы. Выяснилось, что общее подземное питание озера Балхаш составляет 0,08 км3/год (т.е. в 10 раз меньше ранее найденной величины!), причем 0,06 км3/год из них приходится на долю напорных вод с минерализацией около 18 г/л /107/.
Обобщение материалов по оценке подземных составляющих, а также выводы о их формировании и роли в водном балансе озер содержатся в работах З.А.Викулиной /36/. Она выделяет следующие подземные компоненты водного баланса внутренних водоемов: I) подземный приток; 2) подземный отток; 3) изменение запасов подземных вод в грунтах берегов. З.А.Викулина отмечает, что величина подземного притока зависит от орографии, литологического строения, глубины вреза ложа и может быть различной.у водоемов, расположен^ ных в близких климатических условиях /36/. В то же время она считает, что гдубина.озера не всегда является показателем интенсивности подземного .притока, но не дает этому факту объяснения. В. работе приводятся сведения о величинах подземного питания озер, подсчитанного различными методами. Признаком, достоверности этих расчетов считалось совпадение результатов гидрометрического и . гидродинамического методов. В качестве примера З.А.Викулина приводит результаты расчета подземного стока .в озеро Балхаш этими. методами: 0,82 и 0,80 км3/год /36/. Выше.отмечалось, что эти результаты завышены более чем на порядок и, следовательно, вопрос о достоверности этих исследований остался открытым. Очевидно, что в этом случае вывод о достоверности величин подземного стока в озеро, подученных разными методами, следовало бы сделать не только на основании сопоставления результатов, но и оценив возмошше погрешности этих методов, . .
Подземный отток, считает З.А.Викулина, более редкое явление и имеет незначительную величину в водном балансе озер. К сожалению, определение подземного оттока из озера, данное в цитируемой работе как явление "которое имеет место в том случае, когда озерная ванна врезана в водопроницаемые грунты, уклон, которых направлен в сторону от водоема", является неточным с гидрогеологических позиций. . Особого рассмотрения заслуживает "аккумулятивная" (по З.А.Викулиной) статья водного баланса озер и водохранилищ, или "изменение запасов в грунтах берегов" /36, 37/. В названных работах содержится подробное описание и количественная характеристика этого явления на примере ряда равнинных водохранилищ, однако не рассматриваются источники поступления вода в зону аккумуляции. В одной из работ, анализируемых З.А.Викулиной, статье Ф.И.Белых, . указывается, что. б прибрежной зоне водохранилища в период подпора ежегодно аккумулируется 0,3 км3 воды и предлагается учитывать эту величину как отрицательную статью водного баланса водохрани-т лища. Однако из рассмотрения гидродинамической обстановки впри-брежной части водохранилища следует, что основное количество воды, сосредоточенное в зоне.подпора, формируется .за счет притока . с водосбора и инфильтрации, и никакого отношения к водам водохранилища не имеет; В этом и некоторых других примерах, анализируе-, мых З.А.Викулиной, включение "аккумулятивной" составляющей в водный баланс водохранилища неправомерно. .
Известен ряд работ, в которых анализируются отдельные факторы формирования подземного стока в озера. К ним можно отнести работу Е.Я.Шабаловского /162/, в которой оценивается роль отдельных водоносных горизонтов в пополнении запасов озер Смоленской области, расположенных в пределах различных ландшафтов (конечно-моренного, камого-озового, речных долин и пр.). Он указывает на большую роль качества и количества подземного стока в озера на их водный, солевой, газовый и температурный режим, а также состав и продуктивность ихтиофауны. Количественная оценка подземного стока в озера Е.Я.Шабаловским не произведена (ввиду недостатка данных), однако он склонен считать, что подземные вода - основной источник питания многих озер Смоленской области /162/.
Т.Н.Попова в работе /ПО/, посвященной исследованиям закономерностей размещения озер на территории Русской равнины, указывала не только на отсутствие сведений о величине подземного стока в озера этого региона, но и вообще о недостаточно выясненной роли подземного питания в жизни озер. В то же время она замечает, что "по-видимому значение подземного питания в жизни озер очень велико". В подтверждение она приводит сведения о грунтовом стоке в озеро Селигер, который "в некоторые гощ составляет до 80$ от общего притока воды в озеро".
Классификацию карстовых озер по источникам их водного питания предложил Д.С.Соколов. Он выделил карстовые озера, питающиеся поверхностными водами, подземными водами и смешанного питания /132/.
Г.А.Максимовичем и К.Л.Горбуновой /92/, а также А.В.Ступиши-ным /135/ предложены генетические классификации карстовых озер, в которых также нашли отражение источники питания озер, с той лишь разницей, что в них отдельно выделены озера напорного и озера грунтового питания. В этих классификациях содержится также деление озер по приуроченности к различным гидродинамическим зонам карстовых вод. В работе /92/ приводятся сведения о дебатах субаквальной разгрузки, измеренных в ряде карстовых озер СССР и некоторых зарубежных стран. Величина субаквальной разгрузки в некоторые озера достигает нескольких десятков кубических метров в секунду.
В работе ГЖУфимцева и А.В-.Иванова /142/ рассмотрена типизация озер Низшего Приамурья, в число признаков которой входит и взаимосвязь озерных вод с подземными водами.
О.Ф.Якушко предложена комплексная лимнолого-географическая классификация озерных водоемов Белоруссии, в которой подземный приток в озера не рассматривается как самостоятельный типологический показатель, однако он фигурирует как фактор, определяющий гидрохимический режим озер /168/.
И.Л.Дзилной, а затем и А.Гарункстисом произведен анализ взаимосвязи озер Литвы с подземными водами /53, 43/. По соотношению уровней напорных, грунтовых вод и уровней озер выявлено 2 группы озер: дренирующих напорный водоносный горизонт и питающих его. Результаты этих исследований имеют важное практическое значение, в частности они могут быть использованы при разработке схем искусственного пополнения запасов подземных вод /43/.
В отдельных работах изложен опыт применения различных методов оценки взаимосвязи поверхностных и подземных вод при определении подземного стока в озера. В книге Р.Г.Джамалова, И.С.Зекце-ра, А.В.Месхетели /52/ рассматриваются методы исследований и количественной оценки подземного стока в крупные озера, моря и океаны. Все известные методы авторами делятся на 2 группы: I) методы, основанные на количественном анализе условий формирования подземного стока в море (озеро) в пределах водосборной части суши; 2) методы, основанные на изучении акваторий.
В первую группу методов входят: гидродинамический, комплексный гидролого-гидрогеологический и метод среднемноголетнего ба ланса области питания подземных вод. Последние два из перечисленных методов основаны на изучении и оценке общего подземного стока с водосборной площади, включающего подземный сток зоны интенсивного водообмена и глубокий артезианский сток. Эти методы использованы, в частности, И.С.Зекцером и Б.И.Куделиным /62,196/, И.Л.Дзилной /53/ при оценке подземного стока в Ладожское озеро и Балтийское море. Следует отметить, что при оценке субаквальной (субмаринной) разгрузки использование методов, основанных на изучении общего подземного стока водосборной территории, возможно лишь при условии полной разгрузки подземных вод в пределах акватории изучаемого водоема. При наличии транзитного стока в отдельных горизонтах под акваторией, что может иметь место в условиях средних и малых озер, применение указанных методов возможно лишь в комплексе с другими методами. В этих случаях решение задачи должно производиться на основе создания общих ги,продинамических или балансовых моделей, включающих водосбор и акваторию исследуемого озера.
Во вторую группу авторы работы /52/ объединяют методы поисков и изучения различных аномалий в морской воде или в донных осадках,.которые обусловлены явлением, субмаринной разгрузки. От-, мечается, что эти методы позволяют выделить и качественно охарактеризовать области разгрузки подземных вод на акватории и лишь в редких случаях осуществить количественную интерпретацию полученных данных.
При оценке подземного стока в озера часто используется метод, основанный на решении уравнения водного баланса озера. Таким способом подземная составляющая баланса определена для озер: Нарочь (Курганова, 1965), Балхаш (Ахметсафин, 1970), Большой Алаг-гель (Заманов, 1970), Иссык-Куль (Кашшнский, 1977) и ряд других. В большинстве случаев применение этого метода производилось без оценки его точности. Однако даже несложные расчеты показывают, что подземный сток бывает далеко не адекватен остаточному члену водного баланса, по которому он определяется, ввиду того, что в последний кроме величины подземного стока входят ошибки измерения всех составляющих водного баланса озера. По этой причине некоторые исследователи полностью отказываются от решения уравнения водного баланса, как метода оценки подземного стока в поверхностные водоемы /52/. С нашей точки зрения это вполне справедливо, за исключением случая, когда подземный сток является преобладающей статьей водного баланса озера.
В настоящее время все более широкое применение находит гидродинамический метод оценки подземного стока в озера. Он использован при определении подземных составляющих водного баланса Рыбинского водохранилища (Бакастов, 1959), Куйбышевского водохранилища (Никитин, 1963), озера Балхаш (Ахметсафин, 1955; Ахметсафин, Шапиро, 1970; Позднякова, Шнитников, 1981), Каспийское море (Аполлов, 1935; Корценштейн, 1962; Ремизова, 1964; Зекцер, 1967; Джамалов, Зекцер, Месхетели, 1977), Аральское море (Черненко, 1965; Ходжи-баев, 1968; Шапиро и др., 1982) озера Припятского Полесья (Сухой, 1970; Алексеевский, 1977; Барон, Савельев, 1980), озеро Нарочь (Фадеева, 1981), озера Литвы (Эйтманавичус, 1981) и др. Следует отметить, что при реализации этого метода иногда принималось ошибочное предположение, что водоемы дренируют лишь те водоносные горизонты, которые залегают гипсометрически выше уреза воды. В такой постановке, судя по приводимым зависимостям, решена задача в упомянутой работе А.В.Шнитникова /163/, а также в работе Г.А.Белявского /19/, посвященной оценке ресурсов подземных вод Волынского Полесья.
А.Т.Ивановым и М.Н.Тарасовым разработан метод расчета соотношения поверхностного и грунтового стока в водоемы, основанный на анализе химического состава и минерализации поверхностных и подземных вод /65, 138/.
Для изучения субаквальной разгрузки в поверхностные водоемы и фильтрации из водохранилищ в последние годы стали применяться геофизические методы, основанные на изучении естественных температурного и электрического полей в зоне взаимодействия поверхностных и подземных вод. Опыт использования термометрии при этих исследованиях изложен в работах В.А.Богословского (1970), В.И.Просенкова и Н.Е.Соколовой (1972), Н.М.Фролова (1976), В.И.Лялько и М.М.Митника (1979), В."А,Барона и А.Ф.Савельева (1980). Электрофизический метод поиска участков фильтрации из водохранилищ и притока грунтовых вод описан в работах В.А.Богословского (1970), В.В.Александрова и Ю.Г.Юровского (1973), В.В.Калинина и А.А.Мусатова (1980). Методика оценки дебитов суба-квальных источников, основанная на картировании формы потока вытекающего флюида с предварительным запуском в него жидкости -индикатора разработана Ю.Г.Юровским (1973).
В настоящее время все шире начинают применяться ядерно-физические методы исследований взаимосвязи поверхностных и подземных вод. Наиболее перспективным из них является метод, основанный на изучении распределения природных изотопов /143/. С его помощью производилась количественная оценка подземной составляющей в питании озер В.Е.Ветштейном /34,-35/, А.Зубером /64/. Известно также много зарубежных публикаций, посвященных применению ядерно-физических методов при оценке взаимосвязи подземных вод с водами озер /175, 177, 179, 181, 187, 197/.
В работе В.А.Грабовникова /48/ показана важная роль комплек-сирования методов при оценке подземных составляющих баланса озер.
Им были проанализированы многолетние данные по химическому составу и минерализации воры озера Севан, подземных вод и родников, вытекающих в нижнем бьефе озера, а также по их дебитам. В результате были отдельно определены подземный сток из озера и с окружающих горных массивов, участвующих в питании родников.
Комплексный подход к оценке подземного питания озера Иссык-Куль применен М.И.Каплинским /70/. Подземный сток в озеро и его многолетние изменения под влиянием орошения определены как остаточный член водного баланса озера, а также проанализированы путем составления баланса подземных вод на его водосборе.
Исследования процессов взаимосвязи подземных вод с водами поверхностных водоемов ведутся и в зарубежных странах. Такие работы, в частности, известны в Польше, Румынии, ГДР, странах за-пардой Европы, США, Канаде, Австралии. В Польше проводятся работы по региональной оценке роли озер в естественном дренировании подземных вод, причем подземная составляющая в питании озер оценивается несколькими методами. Здесь же констатируется, что наилучшие результаты дает метод водного баланса /183/. Известны работы по расчету параметров польдерных систем, строящихся на побережьях озер, и прогнозу режима грунтовых вод в этих условиях с использованием метода математического моделирования /185/.
Изучению роли подземных вод в водном и солевом балансе некоторых озер Румынии посвящена работа /180/. В ней показано, что действие водозабора подземных вод в районе озера может привести к ухудшению химического состава озерных вод и перестройке озерной экосистемы. Уникальные исследования проводятся в Канаде в районе озера Перч /179/. В пределах водосбора этого озера производится сброс сточных вод, содержащих тритий. Изучение путей миграции этого изотопа и анализ уровенного и гидрохимического режима подземных вод на водосборе позволили исследователям с большой детальностью составить общую гидродинамическую схему водосбора и оценить величину подземного стока в озеро.
В США разрабатываются обобщенные математические модели системы "озеро-водосбор", в которые включено также и взаимодействие поверхностных и подземных вод /182/. Их предназначение - исследование влияния различных характеристик водосбора на гидрологию и гидрохимию озер. Ведутся также работы по изучению подземного стока в районе Великих озер /172-174/ и озер Аляски /188/. Ряд исследований, проводимых в США, посвящен детальному изучению геофильтрационных параметров и полей напоров подземных вод в районах акваторий озер с целью изучения подземного стока в озера /195/ и анализа условий, при которых может возникать фильтрация из озер.
В отечественной и зарубежной литературе имеется большое количество публикаций, посвященных техногенному воздействию на систему "озеро-водосбор" и возможных путях их охраны. В них рассматриваются многие причины нарушения сложившихся природных равновесий в этой системе, в частности, вызывающие антропогенное евтро-фирование /117, 161, 55, 6, 192/. Однако работы, в которых нарушение естественных взаимосвязей подземных вод с водами озер рассматривалось бы как фактор развития евтрофирования либо других нежелательных процессов в жизни озер, практически отсутствуют. В то же время сейчас имеются прямые доказательства того, что именно уменьшение подземного стока в озеро может явиться причиной катастрофически быстрого перехода озера в евтрофно-дистрофную стадию развития /100, 101/.
На основании критического анализа состояния исследований в целом по проблеме можно резюмировать следующее:
1. Под влиянием хозяйственной деятельности человека происходит нарушение естественной взаимосвязи подземных вод с водами озер, что приводит к крайне тяжелым экологическим последствиям.
2. Анализ опубликованной литературы свидетельствует о том, что подземный сток в озера достаточно надежно фиксируется лишь в простейших условиях: на озерах небольшой площади по разности расходов втекающих и вытекающих водотоков, если эта разность значительно превышает ошибку гидрометрических измерений. В остальных случаях оценка подземных компонентов баланса озер является сложной задачей, успешное решение которой зависит от полноты исходного материала и правильности геофильтрационной схематизации. Ошибка в определении подземного стока в озеро, вызванная неправильной геофильтрационной схематизацией может достигать огромных величин (сотен и тысяч процентов).
3. До настоящего времени теоретически не обоснованы и количественно не описаны закономерности формирования подземного стока в озера.
4. Отсутствует типизация водосборов и акваторий озер по условиям взаимосвязи поверхностных и подземных вод, которая могла бы быть полезной для развития лимнологии, а также имела бы практическое значение при оценке влияния различных водохозяйственных мероприятий на озерные водоемы.
5. В настоящее время разработаны различные методы исследований взаимосвязи поверхностных и подземных вод (гидродинамический, гидрогеотермический, изотопный и др.). При оценке субаквальной разгрузки и фильтрации из водоемов используются, как правило, один, реже два метода. Однако все еще не решены вопросы рационального комплексирования методов исследований в зависимости от природных условий.
Из рассмотрения вышеприведенных материалов становится очевидно, что вопросы количественной оценки и изучения роли подземных составляющих в водном балансе озер требуют всесторонних исследований, что соответствует безусловно важнейшей роли озер в формировании поверхностной и подземной гидросфер, тем более в современных условиях, когда быстрыми темпами возрастает их промышленная, сельскохозяйственная и рекреационная эксплуатация.
Объектом исследований автор выбрал территорию Припятского Полесья, в пределах бассейнов рек Припяти и Зап.Буга. В этом районе расположено большое количество разнообразных по своей природе озер, имеющих важное народно-хозяйственное значение. Они широко используются в рыбном хозяйстве Белоруссии и Украины, велика их роль в системе мелиорации Полесья /98/, большинство из них является местам отдыха и развития водных видов спорта. В ближайшем будущем на основе крупных озер Полесья предполагается создать 17 крупных водохранилищ-регуляторов стока бассейна р.Припяти /171/, а также имеются предположения использования озер (в первую очередь карстовых), как источников пресной воды хозяйственно-бытового назначения.
При обосновании и реализации перечисленных мероприятий уже сейчас возникла необходимость оценки подземной составляющей в водном балансе озер. Однако до настоящего времени такие исследования проведены на 1-2 озерах Полесья, не имели достаточного методического обоснования, носили частный характер и поэтому вопрос о закономерностях взаимосвязи подземных вод с водами озер в целом для региона оставался открытым.
В связи с состоянием изученности основных вопросов и целевым назначением работы исследования по теме сосредоточены на решении следующих задач:
1. Выявление и изучение основных факторов формирования подземного стока в озера различных генетических типов и разной территориальной приуроченности в пределах Припятского Полесья.
2. Разработка типизации озер Припятского Полесья по условиям взаимосвязи поверхностных и подземных вод.
3. Разработка методики полевых исследований и количественной оценки подземного стока в озера с учетом комплексирования различных методов.
4. Оценка взаимосвязи поверхностных и подземных вод на водосборах и акваториях озер в существующих и проектных условиях. Гидрогеологическое обоснование природоохранных мероприятий.
I. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ОСНОВНЫХ РАЙОНОВ
РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОЗЁР ПРИПЯТСКОГО ПОЛЕСЬЯ
Припятское Полесье - одна из областей пояса низменных песчаных равнин, расположенных у южной границы московского оледенения, тянущихся от западной границы СССР до Западной Сибири, которым Б.В.Личков дал общее название Полесий. Природные условия, в том числе геологическое строение и гидрогеологические условия территории Припятского Полесья характеризуются высокой степенью изученности. Это связано с крупными изысканиями под осушительные мелиорации, начатыми еще в 70-ых годах XIX века и в широком масштабе продолжающимися по настоящее время, с многочисленными геологопоисковыми и разведочными работами на нефть, газ, каменную соль, подземные воды, стройматериалы и другие полезные ископаемые. Немаловажную роль сыграло и то обстоятельство, что Припятское Полесье является уникальным районом по своим природным условиям, что привлекает к его изучению многих исследователей. В последнее время одно из ведущих мест в научных исследованиях занимает изучение Полесской низменности в аспекте охраны природы.
Большой вклад в развитие гидрогеологических познаний этого региона внесли И.И.Жилинский, В.В.Докучаев, П.А.Тутковский, Е.В.Оппоков, Г.В.Богомолов, П.А.Киселев, А.А.Маккавеев, М.Ф.Козлов, К.М.Варава, А.П.Лавров, А.П.Ваховский, В.М.Шестопалов, В.Е.Алексеевский, А.А.Желобаев, И.Ю.Наседкин и многие другие исследователи. Вопросы взаимосвязи поверхностных и подземных вод на территории Припятского Полесья рассмотрены в работах П.А.Киселева, М.Ф.Козлова, А.П.Лаврова, А.Г.Булавко, В.Ф.Шебеко, В.В.Дрозда, Г.А.Белявского, С.С.Белецкого, И.И.Волошина, М.И.Сухого, В.Е.Алексеевского, В.П.Васильева, В.Р.Булдея и других ученых. Изучению Полесских озер, их гидрологии, гидрохимии, истории образования и развития, типизации и роли в хозяйственном освоении Припятского Полесья посвятили свои работы О.Ф.Якушко, М.В.Лавринович, А.П.Пидопличко, Т.А.Попова, В.П.Захаренков, Л.Б.Науменко, Н.И.Дрозд, В.Т.Завриев, В.Н.Киселев, М.З.Лопотко, К.И.Лукашев и другие исследователи.
I.I. Климат
Среднегодовая величина испарения в долине Припяти составляет 592 мм /114/.
