Анализ гидрогеологических условий Чувашии
Гидрогеологические условия являются одними из важнейших при искусственном пополнении подземных вод, так как пополнение осуществляется в водоносном пласте и при этом учитываются свойства пласта, влияющие на улучшение качества воды. Наконец, в водоносном пласте создаются емкостные запасы подземных вод - иногда очень большие, иногда небольшие. [1]
Наиболее благоприятными для ИППВ являются подземные воды речных долин в аллювиальных отложениях, иногда и в коренных породах, таких как трещиноватые породы мелового периода., во флювиогляциальных отложениях и конусах выноса.
Гидрогеологические условия могут быть простыми. Примером может служить водоносный горизонт в аллювиальных песчано-гравийных отложениях мощностью 15-40 метров, с мало изменяющимися фильтрационными свойствами. Гидрогеологические условия для пополнения резко осложняются наличием глинистых прослоев и значительно меняющимся коэффициентом фильтрации.
Территория Чувашской Республики располагается в пределах Волго-Сурского и Ветлужского артезианских бассейнов. Эксплуатируемые подземные воды приурочены к бассейнам рек Волга и Сура.
По результатам региональной оценки 1987 года, прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения на территории Чувашской Республики составляют 622,0 тыс.м3/сут, в т.ч. с минерализацией до 1г/дм3 - 540,5 тыс.м3/сут.; с минерализацией 1-3 г/дм3 - 81,5 тыс.м3/сут. Средний модуль прогнозных эксплуатационных ресурсов составляет 0,39 л/с км2.
В настоящее время на территории Чувашской Республики выявлено и разведано 11 месторождений (25 участков) пресных подземных вод. [7]
В границах распространения Ветлужского артезианского бассейна разведано Чебоксарское месторождение подземных вод (2 участка). В границах распространения Волго-Сурского артезианского бассейна выявлено и разведано 10 месторождений (23 участка) подземных вод. Общий объём разведанных запасов пресных подземных вод по всем категориям составляет 397,9 тыс.м3/сут., из них прошедших Госэкспертизу на 1.01.96г. - 362,8 тыс.м3/сут., в том числе подготовленных для промышленного освоения - 117,9тыс.м3/сут., из них прошедших Госэкспертизу на 1.01.96г. - 111,9 тыс. м3/сут. или около 30% от суммарных разведанных запасов. В настоящее время используется только 20% разведанных и подготовленных для промышленного освоения запасов подземных вод или около 5% от общих разведанных запасов на территории Чувашской Республики [7].
Гидрогеологические условия территории Чувашской Республики определяются особенностями геологического и структурно-тектонического строения, характером рельефа и гидрографической сети, а также гидрометеорологическими факторами.
На территории Чувашской Республики выделяются следующие гидрогеологические подразделения [8]:
). слабоводоносный верхнечетвертично - современный аллювиальный горизонт(aQIII-IV);
). водоносный среднечетвертичный аллювиальный горизонт(aQII);
). водоносный нижнечетвертично-современный аллювиальный, аллювиально - флювиогляцальный горизонт (a, afQI-IV);
). слабоводоносный плиоценово-нижнечетвертичный аллювиальный комплекс (N2-aQI);
). водоупорный локально водоносный сантонский терригенный комплекс (K2st);
). водоупорный локально слабоводоносный альбский терригенный комплекс (K1al);
). водоупорный готерив-аптский терригенный горизонт (K1q-a);
). водоносный волжско-валанжинский терригенный горизонт (J3v-K1v);
). водоупорный оксфорд-кимериджский терригенный горизонт (J3o-km);
). водоупорный локально слабоводоносный среднекелловейский терригенный комплекс (J2k2);
). водоупорный батский терригенный горизонт (J2bt);
). слабоводоносный вятский терригенный комплекс (P2vt);
). слабоводоносная локально водоносная котельничская карбонатно-терригенная свита (P2kt);
). водоносная верхнеуржумская терригенно-карбонатная свита (P2ur2);
). водоносная нижнеуржумская карбонатно-терригенная свита (P2ur1);
). водоносная верхнеказанская карбонатная серия (P2kz2);
). водоносная нижнеказанская карбонатно-терригенная свита (P2kz1);
). водоупорная сакмарская сульфатная серия (P1s);
.1 Слабоводоносный верхнечетвертично-современный аллювиальный горизонт (aQIII-IV)
Приурочен к отложениям пойменной и надпойменной террас малых рек. Водовмещающими породами являются пески тонко- и мелкозернистые, илистые мощностью от первых метров до 20 - 30 м. Воды безнапорные, глубина залегания кровли 1,0 - 3,5 м. Водообильность в целом невысокая. Удельные дебиты скважин составляют от сотых долей до 0,5 - 0,6 л/с в долине р. М. Цивиль. Преобладающие значения коэффициента фильтрации составляют 0,1 - 0,2 м/сут, коэффициента водопроводимости - от десятых долей до 50 м2/сут в долине р. М. Цивиль. Воды пресные с минерализацией 0,2 - 0,7 г/дм2, общая жесткость 3,5 - 8 ммоль/дм3, по химическому составу гидрокарбонатные натриево-магниево-кальциевые. Характеризуются наличием повышенных содержаний железа - от 2,3 до 16 - 17 мг/дм3, марганца - 0,2 - 1,68 мг/дм3. Эксплуатируется отдельными колодцами и скважинами совместно с нижележащими горизонтами.
.2 Водоносный среднечетвертичный аллювиальный горизонт (aQII)
Приурочен к отложениям третьей надпойменной террасы рек Сура, Аниш. Водовмещающими породвми являются пески разнозернистые разной степени глиностости в подошве с гравием и галькой. Средняя мощность горизонта от 8 - 10 м до 14,5 - 19 м. Воды безнапорные, местами напорно - безнапорные. Глубина залегания 1,7 - 26 м. Удельные дебиты скважин составляют 0,01 - 1,6 л/с в долине р. Аниш и 0,8 - 4,2 л/с в долине р. Сура. Коэффициент водопроводимости в долине р. Суры изменяется в пределах 450 - 500 м2/сут. По химическому составу воды гидрокарбонатные кальциево-магниево-натриевые с минерализацией 0,3 - 0,5 г/дм3, общей жесткостью 1,5 - 8,3 ммоль/дм3. Воды характеризуются повышенным содержанием железа до 8 - 16 мг/дм3. За счет подземных вод горизонта осуществляется водоснабжение некоторых населенных пунктов Порецкого района и г. Ядрин.
.3 Водоносный нижнечетвертично-современный аллювиальный, аллювиально-флювиогляциальный горизонт (a,afQI-IV)
Распространен в левобережной части р. Волги. Приурочен к отложениям пойменной террасы р. Парат, останцам подпойменных террас р. Волги, аллювиально - флювиогляциальным накоплениям долинного зандра, погребенным аллювиальным отложениям. Водовмещающими породами являются пески от тонко-до крупнозернистых, в различной степени глинистые, с содержанием гравия и гальки. Средняя мощность водоносного горизонта на разных участках составляет 26 - 56 м. Воды безнапорные, глубина залегания - 0,5 - 57,7 м. Местами воды выходят на поверхность, вызывая заболачивание отдельных участков. Водообильность горизонта неравномерная: удельные дебиты скважин изменялись от 0,2 л/с до 8,9 л/с, составляя в среднем 3,6-5,4 л/с.
Значения коэффициента водопроводимости составляют 32-2508 м2/сут. Средние значения водопроводимости - 1365-1725 м2/сут.
Воды весьма пресные с минерализацией 0,1-0,3 г/дм3, общей жесткостью 0,5-5,9 ммоль/дм3. По химическому составу гидрокарбонатные натриево-магниево-кальциевые. Воды характеризуются повышенным содержанием железа до 10,32 мг/дм3, марганца - до 0,85 мг/дм3.
В единичных пробах отмечены повышенные содержания бора - до 0,65-3,0 мг/дм3, цинка - 7,0 мг/дм3, фтора - 2,2 мг/дм3.
Горизонт перспективен для крупного централизованного водоснабжения.
.4 Слабоводоносный плиоценово-нижнечетвертичный аллювиальный комплекс (N2-aQ1)
Распространен в юго-восточной части территории республики на локальных участках водоразделов р.Була и ее притоков. Водовмещающими породами являются пески глинистые, алевролиты. Преобладающая мощность комплекса 15-20 м. Воды напорные. Водопункты характеризуются дебитами 0,25-0,3 л/с. Значение коэффициента фильтрации составляет 0,3-0,5 м/сут. Воды пресные, с минерализацией 0,4-0,7 г/дм3 гидрокарбонатного магниево-кальциевого состава.
В связи с ограниченным распространением используется при помощи срубовых колодцев.
2.5 Водоупорный локально водоносный сантонский терригенный комплекс (K2st)
Распространен в юго-западной части территории республики, в Алатырском и Шемуршинском районах, на наиболее высоких участках водоразделов. Водовмещающими породами являются прослои песчаников, трещиноватых мергелей и опок, залегающие в основании сантонских отложений. Глубина залегания воды - 8,8-20,6 м. Воды безнапорные или слабонапорные. Дебиты родников - от 0,2-0,4 л/с до 4 л/с. Воды пресные, с минерализацией 0,25-0,5 г/дм3, гидрокарбонатные кальциевые.
Используется ограниченно с помощью каптажа родников.
.6 Водоупорный локально слабоводоносный альбский терригенный комплекс (K1al)
Распространен в юго-западной части территории республики на высоких участках водоразделов. Водовмещающими породами являются прослои с/песков среди толщи глин. Отмечаются выходы родников с дебитами 0,2-0,6 л/с. Воды пресные, с минерализацией 0,3-0,77 мг/дм3, гидрокарбонатные кальциевые.
Используется колодцами, весьма ограниченно.
.7 Водоупорный готерив-альбский терригенный горизонт (K1g-a)
Распространен в тех же районах, что и предыдущие гидрогеологические подразделения. Практического применения не имеет.
2.8. Водоносный волжско-валанжинский терригенный горизонт (J3v K1v)
Имеет довольно большое площадное распространение, преимущественно в южной и юго-западной частях территории республики. Водовмещающими породами являются кварцево-глауконитовые пески с галькой фосфоритов, реже - глинистые сланцы. Мощность водовмещающих пород составляет 0,4-1,2 м. Общая мощность горизонта - до 3-9 м. Воды напорные, местами слабонапорные. Величина напора колеблется от 0 до 25 м и более, достигая 40-56 м. Местами, в долинах р. Суры и ее правобережных притоков, встречаются самоизливающиеся скважины. Удельные дебиты скважин колеблются от 0,05-0,19 л/с до 1,4 л/с, достигая 3 л/с и более.
Значение коэффициента водопроводимости изменяется от нулевых значений до 11-13 м2/сут, достигая до 269 м2/сут в долине р.Киря. Минерализация вод - 0,3-0,9 г/дм3, общая жесткость - 0,6-13,35 ммоль/дм3. По химическому составу - от гидрокарбонатных кальциево-магниевых до сульфатно-гидрокарбонатных натриевых. В отдельных пробах содержание железа составляет 1,88-7,28 мг/дм3, марганца - 0,23-0,44 мг/дм3.
Эксплуатируется одиночными скважинами.
.9 Водоупорный оксфорд-кимериджский терригенный горизонт(J3o-km)
Распространен на значительной части территории республики. Практического значения с целью водоснабжения не представляет.
.10 Водоупорный локально сабоводоносный среднекелловейский терригенный комплекс (J3K2)
Распространен также на значительной части территории республики. Водовмещяющими породами являются оолитовые глины с прослоями мергеля мощностью 1 м. Удельные дебиты скважин около 0,06 л/с. Воды напорные. Минерализация вод - 0,35 - 2,0 г/дм3, по составу от сульфатно-гидрокарбонатно-натриевой до гидрокарбонатно-сульфатной магниевой.
Эксплуатируется единичными скважинами.
.11 Водоупорный батский терригеный горизонт (J2bt) Рспространен на значительной части территории республики
Практического значения с целью водоснабжения не представляет.
.12 Слабоводоносный вятский терригеный комплекс (P2vt)
Распространен на повышенных участках водоразделов рек Аниш, Цивиль и на их притоков. Водовмещяющими породами являются песчаники и конгломераты. Воды слабонапорные. Дебиты родников не превышают 0,5 л/с. По химическому составу воды гидрокорбонатные кольцевые с минирализацией менее 0,5 г/дм3.
Эксплуатируются колодцами и одиночными мелкими скаважинами.
.13 Слабоводоносная, локально водоносная котельничская карбонатно терригенная свита (P2kt)
Распространена на значительной части территории республики.
Кровля свиты залегает на глубинах 20 - 160 м. Вскрыто от 2 - 4 (в южной части) до 7 - 9 (в северной части) водовмещающих прослоев, представленых песками и песчаниками мощностью до 3 - 10 м, известняками и мергелями мощностью 1 - 2 м, иногда до 4 - 7 м. Общая мощность свиты с водоупорными прослоями составляет 70 - 98 м. Воды от безнапорных до напорных. Максимальная величина напора достигает 108 м. Уровни вод устанавливаются на глубинах от 6 - 12 м до 40 - 60 м. Удельные дебиты скважин составляют от дестых долей до 0,6 - 1,6 л/с. Значение коэффициента водопроводимости - от 10 - 25 м2/сут на водорарзделах, до 50 м2/сут в долинах рек. Максимальное значение - 220,5 м2/сут в долине р. Кубня. Севернее долины р. Б. Цивиль воды пресные с минерализацией 0,3 - 0,6 г/дм3, общей житкостью 3 - 8 ммоль/дм3, преимущественно гидрокарбонатные кальциво-магниевые. Южнее долины р. Б. Цивиль воды с минерализацией 1,5 - 3,2 г/дм3 общей жесткостью 2,8 - 10,9 ммоль/дм3. В отдельных пробах содержание железа достигает 0,54 - 12,6 мг/дм3, марганца до 0,2 мг/дм3. Повсеместно эксплуатируется одиночными скважинами.
.14 Водоносная верхнеуржумская терригено-карбонатная свита (P2ur)
Распространена почти на всей территории республики, кроме крайнего юга. Водовмещающими породами являются песчаники и алевролиты, прослои трещиноватых известняков и мергелей общей мощьностью 0,5 - 20 м. Воды напорные, редко - безнапорные.
Глубина залегания уровней вод от 2 - 4 м в долинах рек до 90 м и более на водоразделах. Водообильность весьма неравномерная, удельные дебиты скважин изменяются от долей л/с до 14 л/с. Значение коэффициента водопроводимости - от 6 - 8 м2/сут на водоразделах до 100 - 350 м2/сут в долинах рек и до 500 м2/сут на микроскладчатых структурах. В северной половине территории республики и в юго - восточной части воды пресные с минерализацией 0,3 - 0,65 г/дм3, общей жесткостью 5 - 8 ммоль/дм3, гидрокарбонатного натриево-кальциевого соства. В южной части минерализация составляет 0,8 - 2,85 г/дм3, общая жесткость 2,2 - 12,1 ммоль/дм3, химический состав изменяется до сульфатно-гидрокарбонатного натриевого, хлоридно-сульфатного натриевого. Содержание микрокомпонентов в водах обычно в пределах норм, в единичных пробах содержание железа достигает 1,8 - 4,7 мг/дм3, марганца 0,11 - 2,98 мг/дм3.
Повсеместно эксплуатируется как одиночными скважинами, так и групповыми водозаборами.
.15 Водоносная нижнеуржумская карбонатно-терригенная свита (P2ur1)
Имеет широкое распространение, кроме крайних южных, юго - западных районов. Водовмещающие породы - известняки, мергели, реже - доломиты, песчаники, средняя мощность водовмещающих пород - 10 - 14 м. Воды напорные, величина напора от 1 - 2 м до 75 - 85 м. Глубина залегания уровней вод - от 2,5 - 3,9 м до 104 м. Удельные дебиты скважин - от десятых долей л/с до 1,4 - 2 л/с, редко - до 9,8 л/с. Значения коэффициента водопроводимости - от 10 - 30 м3/сут до 250 - 460 м2/сут. Химический состав вод изменяется от гидрокарбонатного кальциево-магниевого с минерализацией 0,2 - 0,9 г/дм3, общей житкостью 0,2 - 13,5 ммоль/дм3 в северо - восточных, востночных районах до сульфатного натриевого с минерализацией до 4,1 - 4,9 г/дм3, общей жесткостью до 10 ммоль/дм3 к западу. На отдельных участках в пробах вод отличаются повышенные содержания: железа - до 8,4 мг/дм3, фтора - до 3,3 мг/дм3, бора - 0,75 - 3,0 мг/дм3, стронция - до 12,5 мг/дм3.
Эксплуатируются как одиночные скважины севернее широты Вурнары Канаш - Комсомольское, так и совместно с водами вышележащих отложений на водоозаборах.
.16 Водоносная верхнеказанская карбонатная серия (P2kz2)
Имеет широкое распространение и залегает на большей части территории республики ниже эрозионных врезов. Водовмещающие породы - трещиноватые, кавернозные известняки и доломиты с прослоями и гнездами гипса. Воды напорные, величины напора - 2 - 80 м. Глубины залегания уровней воды - 0,8 - 20,6 м. Удельные дебиты скважин - 0,09 - 60 л/с. Значение коэффициента водопроводимости - от 9 - 15 м2/сут до 534 - 6915 м2/сут. По химическому составу - от гидрокарбонатного магниево-кальциевого состава с минерализацией 0,22 - 0,87 г/дм3 в северо - восточной части территории до сульфатного кальциево-магниевого состава с минерализацией 3 г/дм3 и более на остальной территории. Для площади развития пресных вод характерны повышенные содержания железа - до 7 - 7,5 мг/дм3, марганца - до 0,5 мг/дм3.
Эксплуатируется отдельными скважинами.
.17 Водоносная нижнеказанская карбонатно-терригенная свита (P2kz1)
Имеет повсеместное распространение, выходов на поверхность не имеет. Водовмещающие породы - известняки трещиноватые и закарстованные алевролиты, песчаники. Мощность свиты - 19,1 - 43 м. Воды напорные, величина напора 19 - 99 м. Глубины залегания уровней воды 1,95 - десятки метров. Удельные дебиты скважин 1,0 - 129 л/с. Значения коэффициента водопроводимости - 346-17955 м2/сут. По химическому составу - от сульфатно-гидрокарбонатного магниево-кальциевого состава с минерализацией менее 1 г/дм3 до сульфатного кальциево-магниевого с минерализацией до 2,7 г/дм3 и более. Воды характеризуются повышенным содержанием стронция - до 18,3 мг/дм3, железа - 0,74 - 17,36 мг/дм3, марганца - до 0,31 мг/дм3, общей жесткостью - 10,9 - 33,5 ммоль/дм3. Воды такого качества распространены лишь в крайней северо - восточной части территории.
Для целей водоснабжения не используется.
2.18 Водоупорная сакмарская сульфатная серия (Р1s)
Является региональным водоупором и отделяет зону замедленного водообмена от зоны весьма замедленного водообмена досакмарских отложений.
.19 Водоносная каширско-мячковская карбонатная серия (C2ks-mc)
Развита на незначительной площади в районе Карлинских дислокаций. Водовмещающими породами являются трещиноватые, закарстованные доломиты и известняки. Воды слабонапорные, величина напора 1,4 м. Удельные дебиты скважин составили О,4 - О,5 л/с. Значения коэффициента водопроводимости - 59,4 м2/сут. До глубины 112 м состав вод изменяется от гидрокарбонатно-кальциевого до хлоридно-сульфатного кальциевого-магниевого с минерализацией 0,44 - 1,02 мг/дм3, общей жесткостью 7 - 14,8 моль/дм3. Характерно незначительное превышение содержания марганца - до О,12-О,15 мг/дм3 и фтора - О,8 - 3,6 мг/дм3.
Заключение
Анализ гидрогеологических условий Чувашии позволяет сделать некоторые выводы относительно возможности использования метода ИППВ в центральных и южных районах республики. Гидрогеологические условия этой части Чувашии относятся к категории сложных. Так как гидрогеологические условия здесь серьезно осложнены особенностями геологического строения. В разрезе территории отмечается развитие мощной толщи глинистых осадков нижнего мела и юры, представляющие собой водонепроницаемый экран мощностью более 200 метров, отделяющий нижележащие верхнепермские водоносные горизонты. Но вода в них в силу глубокого залегания относится к зоне замедленного водообмена и характеризуется повышенной общей минерализацией и превышением содержания бора, железа, марганца [8].
В этих условиях наиболее разумным является использование систем ИППВ второго типа (закрытые). Значительная глубина залегания намечаемых к пополнению водоносных горизонтов несколько удорожает мероприятия ИППВ, но к положительным сторонам можно отнести весьма серьезную защищенность подземных вод от негативных воздействий глинистой толщей мощностью более 200 метров.
ИППВ также в значительной мере позволит улучшить качество исходной воды путем разбавления закачиваемых вод с водами водоносных горизонтов.
Таким образом, гидрогеологические условия южных и центральных районов Чувашии являются весьма благоприятными для искусственного пополнения подземных вод. Развитие систем ИППВ, в свою очередь, позволит решить остро ощущаемую проблему питьевого водоснабжения.
Использованная литература
1.Плотников Н.А. Проектирование систем искусственного восполнения подземных вод для водоснабжения. - М.: Стройиздат, 1983. - 232 с., ил.
.Плотников Н. А., Алексеев В.С. Искусственное восполнение подземных вод. /Проектирование и эксплуатация водозаборов подземных вод. - М.: Стройиздат, 1990. с. 132-145.
3.Республиканская целевая программа «Обеспечение населения Чувашской Республики качественной питьевой водой на 2009-2020 годы», 02.12.2008 г.
.Кудров В.Ф. «Инъекция» подземным озерам. «Советская Чувашия», 24.01.1979 г.
.Кудров В.Ф. Геоморфологическое строение и условия восполнения ресурсов пресных подземных вод Чувашии. Сб. м-лов Междунар. Научно практ. конференции «Природно-ресурсный потенциал, экология и устойчивое развитие регионов России. Пенза, 2005. С. 119-124.
6.Берданов В. М. и др. Искусственное пополнение подземных вод (обзор исследований опыта применения метода). - М.: ЦБНТИ Минжилкомхоза РСФСР, 1979. - 49 с.
7.Госдоклад о состоянии водных ресурсов Чувашии в 2008 году.
.Подземные воды СССР/Обзор подземных вод Чувашии Том 1. - М.: 1977. 70 с.
.Гидрогеологическая карта ЧАССР Масштаб 1:500 000 Том 2(текст - данные по всем имеющимся скважинам). - Г.: Изд-во СВГУ, 1961.