ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2015, № 4, с. 352-364
МЕТОДОЛОГИЯ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
УДК 624.131
ВЫЯВЛЕНИЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОКОН НА ОСНОВЕ КРУПНОМАСШТАБНОГО КАРТИРОВАНИЯ ГЕОЛОГИЧЕСКОГО СТРОЕНИЯ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ ТЕРРИТОРИИ г. МОСКВЫ
© 2015 г. И. А. Позднякова, И. В. Галицкая, О. К. Миронов, И. А. Костикова, А. Л. Дорожко, Г. И. Батрак, Л. А. Матвеева, К. И. Фесель
Институт геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН, Уланский пер., д. 13, стр. 2, Москва, 101000 Россия. E-mail: irina_pozd58@mail.ru
Поступила в редакцию 02.07.2014 г.
Оригинальная методика картирования гидрогеологических окон основана на их выявлении по геологическому строению тощи, перекрывающей подольско-мячковский водоносный горизонт, изменению гидродинамических и гидрогеохимических условий на участках окон; времени вертикальной фильтрации загрязняющих веществ из надъюрского водоносного горизонта в подольско-мячковский. Учитываются не только распространение слабопроницаемых отложений по площади и в разрезе, но и изменение их мощности и проницаемости. Полученные результаты могут быть использованы для решения вопросов охраны подземных вод и разработки специального регламента хозяйственной деятельности на участках гидрогеологических окон.
Ключевые слова: гидрогеологические окна, загрязнение, вертикальная фильтрация, фильтрационные расчеты, информационные технологии, линеаменты, геодинамические активные зоны, крупномасштабное картирование.
ВВЕДЕНИЕ
В Институте геоэкологии им. Е.М. Сергеева Российской академии наук (ИГЭ РАН) в 2013 г. коллективом авторов для Департамента природопользования и охраны окружающей среды г. Москвы начато составление "Карты границ гидрогеологических окон" для ряда округов г. Москвы. Под гидрогеологическими окнами понимаются участки геологической среды, на которых возможно быстрое проникновение загрязнения из приповерхностных водоносных горизонтов в глубокие через разделяющие слабопроницаемые отложения за счет нарушения их сплошности и увеличения проницаемости.
Выявление, картирование и оценка опасности гидрогеологических окон в перекрывающий по-дольско-мячковский водоносный горизонт толще были основными задачами при выполнении работ, так как этот горизонт в каменноугольных отложениях является основным резервным источником питьевого водоснабжения г. Москвы, а защита и охрана подземных вод от загрязнения имеют
особое значение. Карта может быть использована для оценки и прогнозирования загрязнения подземных вод, разработки специального регламентирования хозяйственной деятельности, при проектировании новых и эксплуатации действующих наземных и подземных объектов городской инфраструктуры и проведения природоохранных мероприятий на участках гидрогеологических окон.
Составленная карта стала логическим продолжением работ, начатых ИГЭ РАН в 2007-2009 гг. и продолженных в 2012 г., по созданию серии тематических геологических крупномасштабных карт территории г. Москвы в масштабе 1:10 000 по распоряжению Правительства Москвы № 518-РП от 26.03.2007 [10]. При ее создании были использованы геологические карты каменноугольных и дочетвертичных отложений, гидрогеологическая карта, карта районирования по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов с элементами защищенности подольско-мячковского водоносного горизонта, карты изолиний равных напоров водоносных горизонтов.
Кроме того, были использованы буровые журналы скважин, пробуренных при инженерно-геологических изысканиях на территории города из фондов ГУП "Мосгоргеотрест", данные наблюдений за химическим составом и уровнем подземных вод из фондов ОАО "Московский научно-производственный центр геолого-экологических исследований и использования недр Геоцентр -Москва".
При создании карты впервые были проанализированы гидродинамические, гидрогеохимические и геолого-структурные признаки гидрогеологических окон; построены карты мощности слабопроницаемых отложений - келловей-оксфордских ("юрских") и каменноугольных глин; разработана концепция изменения проницаемости юрских глин в зависимости от геолого-структурных особенностей территории; выполнены фильтрационные расчеты и при помощи комплекса методов выявлены гидрогеологические окна разной степени опасности.
Карта создана с использованием компьютерных технологий и содержит несколько информационных слоев. Ее можно обновлять при поступлении новых данных о геологическом строении и гидрогеологических условиях.
МЕТОДИКА КАРТИРОВАНИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ОКОН
Методика картирования гидрогеологических окон включает выделение гидрогеологических окон на основе крупномасштабного картирования геологического строения и гидрогеологических условий, расчетов времени вертикальной фильтрации загрязненных вод из надъюрского водоносного горизонта в подольско-мячковский через разделяющую их толщу; выделение потенциальных гидрогеологических окон по структурно-тектоническим признакам.
Выделение гидрогеологических окон на основе крупномасштабного картирования геологического строения и гидрогеологических условий
Геологическое строение территории города характеризуется крайней неоднородностью, обусловленной наличием сети погребенных эрозионных врезов в коренных породах каменноугольного и юрского возрастов [5, 6, 9, 10, 12]. В зависимости от наличия и глубины древних эрозионных врезов меняется геологическое строение толщи, перекрывающей подольско-мячковский горизонт. При создании "Карты районирования
по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов с элементами защищенности подольско-мячков-ского водоносного горизонта" на территории города было выделено 17 типов строения перекрывающей этот горизонт толщи [12].
Особенность гидрогеологических условий территории города - четкая приуроченность водоносных горизонтов и разделяющих их слабопроницаемых отложений в каменноугольной толще к отложениям определенного геологического возраста. Резкая смена геологического строения перекрывающей толщи на участках эрозионных врезов вызывает изменение гидрогеологического разреза, которое выражается в уменьшении суммарной мощности водоносной толщи, количества водоносных горизонтов и разделяющих их слоев, мощности слабопроницаемых отложений, разности напоров подземных вод в смежных горизонтах.
Чем больше мощность перекрывающей толщи и степень "сохранности" в ней от эрозии остальных каменноугольных водоносных горизонтов и слабопроницаемых келловей-оксфордских и каменноугольных глин, тем более затруднена гидравлическая связь загрязненного надъюрского водоносного горизонта с подольско-мячковским и менее вероятность загрязнения последнего.
В пределах древних эрозионных врезов сокращается суммарная мощность разделяющих водоносные горизонты слабопроницаемых отложений вплоть до их полного отсутствия и увеличивается их проницаемость. На участках отсутствия разделяющих подольско-мячковский и надъюрский горизонты отложений формируется единая водоносная толща, в которой за счет механизмов перемешивания и аккумуляции достаточно быстро происходит загрязнение подольско-мячковского горизонта в этом месте и на прилегающей территории за счет латерального переноса загрязняющих веществ с потоком подземных вод. Участки с прямой гидравлической связью - реальные и наиболее опасные для загрязнения подольско-мячковского горизонта гидрогеологические окна I порядка.
Гидрогеологические окна I порядка на территории Москвы были впервые выявлены и показаны на "Карте районирования по условиям взаимосвязи водоносных горизонтов с элементами защищенности подольско-мячковского горизонта", созданной в ИГЭ РАН в 2009 г., и затем - на обновленной версии карты в 2012 г. [12]. В рамках проекта была разработана специальная компьютерная технология, основанная на применении
Критерии выделения гидрогеологических окон разного порядка
№ Порядок гидрогеологического окна Время вертикальной фильтрации Время вертикальной фильтрации соответствует
1 I < 400 сут Времени выживания патогенных микроорганизмов
в подземных водах
2 II <1000 сут Периоду полураспада нефтепродуктов
3 III 3-15 лет Времени разложения более 60 органических со-
единений и периоду полураспада трития
4 IV 15-25 лет Расчетному сроку эксплуатации водозаборов
5 V 25-50 лет Фактическому сроку эксплуатации водозаборов
6 VI 50-100 лет Характерному времени миграции с учетом сорбци-
онной задержки тяжелых металлов, иона аммония,
радионуклидов - цезия и стронция и нитратов с
учетом денитрификации
геоинформационных операций к созданным тематическим слоям геологического районирования дочетвертичных и каменноугольных отложений [8], которая позволила выделить этот тип строения геологического разреза с отсутствием разделяющей надъюрский и подольско-мячков-ский горизонты толщи.
В южных административных округах гидрогеологические окна I порядка обнаружены в Нагатинском затоне в долине р. Москвы, в районе Даниловской и Нагатинской набережных, парка Нагатинской поймы, в Коломенском - на проспекте Андропова, Коломенской набережной, Судостроительной улице; в Печатниках, Марьино, Люблино, Некрасовке и т.д.
Выделение гидрогеологических окон
на основе фильтрационных расчетов
Для оценки и сравнения опасности загрязнения подольско-мячковского водоносного горизонта на участках с разным геологическим строением, разной мощностью и проницаемостью слабопроницаемых отложений рассчитывалось время вертикальной фильтрации загрязненных вод из надъ-юрского в подольско-мячковский водоносный горизонт через разделяющую их толщу [1]. Чем меньше время фильтрации, тем более вероятно загрязнение подольско-мячковского водоносного горизонта на этом участке, и тем опаснее гидрогеологическое окно. В расчетах принималось, что на участке гидрогеологического окна и за его пределами загрязняющие вещества поступают в подольско-мячковский горизонт из надъюрского в результате конвективного вертикального переноса консервативных загрязняющих веществ -перетекания через слабопроницаемые отложения. Время фильтрации для гидрогеологических окон I порядка не рассчитывается и принимается, что
оно не превышает 400 сут или года, что соответствует
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.