Эколого-гидрогеологические условия северной части Перекопского перешейка тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 04.00.06, кандидат геолого-минералогических наук Тихоненко, Юрий Эрнстович

• Тихоненко, Юрий Эрнстович
• кандидат геолого-минералогических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Тихоненко, Юрий Эрнстович

Содержание

Введение

1. Природно-геологические условия

1.1. Физико-географические условия

1.1.1. Рельеф, почвы, растительность

1.1.2. Климат

1.1.3. Гидрография

1.1.4. Экономико-географическое положение

1.2. Геологическая и гидрогеологическая изученность

1.3. Стратиграфия 2 О

1.4. Тектоника

1.5. История геологического развития 3 О

1.6. Геоморфология 3

1.7. Гидрогеология 3

1.7.1. Общая характеристика

V.

1.7.2. Гидрогеологические подразделения

1.7.3. Общие гидрогеологические закономерности

2. Техногенные объекты и экогеохимия северной части Перекопского перешейка

2.1. Характеристика техногенных объектов

2.2. Эколого-геохимическая характеристика компонентов окружающей среды

2.2.1. Атмосфера у

2.2.2. Педосфера

2.2.3. Биосфера

2.2.4. Естественная поверхностная гидросфера

2.2.5. Гидролитосфера

3. Эколого-гидрбгеологические условия района

3.1. Предпосылки изучения эколого-гидрогеологических условий

3.2. Эколого-гидрогеологические условия

3.3. Обоснование используемой теории движения подземных вод

4. Особенности оценки гидрогеодинамических условий районов развития разноплотностных подземных вод

5. Математическое моделирование геофильтрации

5.1. Математическая модель

5.2. Методика

5.3. Характеристика программы

5.4. Исходные данные

5.5. Результаты

V.

Заключение

Литература

Список литературы по теме диссертации

Приложение 1. Геологическая карта Перекопского перешейка. Масштаб 1:200000.

Приложение 2. Гидрогеологическая карта Перекопского перешейка. Масштаб 1:200000.

Приложение 3. Схема эколого-гидрогеологических условий северной части Перекопского перешейка. Масштаб 1:50000.

«

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эколого-гидрогеологические условия северной части Перекопского перешейка»

Введение

Актуальность работы. Экологическая гидрогеология является одним из разделов экологической геологии - научного направления, изучающего литосферу в экологических целях. Подземные воды, являясь самым динамичным компонентом геологической среды, оказывают существенное влияние как на собственно экосистемы, так и на геологическую среду. Закономерности движения подземных вод важны для изучения водного баланса территории, миграции химических элементов. Изучение гидрогеодинамики района является обязательным этапом его исследований в экологических целях. Необходимость учета плотности воды при гидрогеодинамических расчетах возникает в условиях активного водообмена в приморских областях, в зоне континентального засоления, в местах сброса высокоминерализованных промышленных стоков и др. Все эти условия имеются на Перекопском перешейке Крыма, где расположены рапохранилища и накопители-испарители. На участке, прилегающем к кислотонакопителю КПО "Титан", давно проводятся детальные исследования с целью изучения влияния химических предприятий на окружающею среду и подземную гидросферу, в том числе и с помощью математического моделирования физико-химических процессов и геофильтрации. Однако, исследователи так и не предложили четкой схемы формирования солености подземных вод, а также гидрогеодинамической структуры района, отвечающей на основные вопросы эколого-гидрогеологических исследований.

Целью работы являлось изучение эколого-гидрогеологических условий территории и влияния на них природных и техногенных факторов для оценки условий работы Исходненского водозабора и других гидротехнических сооружений.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Определить структуру и характер эколого-гидрогеологических исследований района;

2. Обобщить имеющуюся информацию об изучаемом районе с точки зрения оценки эколого-гидрогеологических условий;

3. Определить влияние Западного Сиваша на эколого-гидрогеологические условия;

4. Изучить гидрогеодинамическую структуру района;

5. Обосновать расчетную схему геофильтрации района исследований, охарактеризовать зону питания Исходненского водозабора и влияние на него кислотонакопителя КПО "Титан";

6. Обосновать направления дальнейших исследований.

При выполнении работы применялись следующие методы исследований:

• изучение, анализ и обобщение опубликованной литературы и фондовых материалов;

• формально-логический и математический анализ;

• математическое моделирование стационарной геофильтрации вод с переменными физическими свойствами.

Научная новизна.

1. В акватории Западного Сиваша в районе Перекопского перешейка количественно установлено наличие инфильтрации соленых вод из поверхностных водоемов в понт-мэотис-сарматский водоносный комплекс, являющейся основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения в районе;

2. Модифицирована формула свободной плотностной конвекции в пористой среде и рассмотрены условия ее применения;

Практическое значение и реализация работы. Результаты моделирования могут быть использованы для определения источников загрязнения подземных вод и, в частности для прогноза изменения качества воды водозабора.

Разработанная автором компьютерная программа моделирования стационарной напорно-безнапорной фильтрации подземных вод с переменной плотностью и вязкостью может быть использована для других объектов со сходными гидрогеологическими условиями.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались автором на международном симпозиуме "Управление и охрана побережий северо-западного Причерноморья" (Одесса 1996 г.), на III международной конференции "Новые идеи в науках о земле" (Москва, МГГА 1997 г.), на НТС лаборатории региональной гидрогеологии и съемки во ВСЕГИНГЕО.

Публикации. По теме диссертации опубликовано четыре работы и одна находится в печати. Список работ прилагается.

Благодарности. Научное и методическое руководство работой осуществляли д-р. геол.-мин. наук. В.А. Барон и канд. геол.-мин. наук М.С. Голицын, которым автор выражает свою глубокую признательность. Автор также искренне благодарен канд. геол.-мин. наук Е.Г. Тихоненковой, главному гидрогеологу Крымской ГГЭ Н.С. Бурдуковой, главному гидрогеологу СевероКрымской ГГП КГГЭ H.H. Капинос, д-ру. геол.-мин. наук A.B. Лущику, за содействие в сборе исходных материалов; д-ру. геол.-мин. наук профессору И.К. Гавич, д-ру. тех. наук Е.А. Яковлеву, д-ру. геол.-мин. наук профессору И.И. Крашину, канд. геол.-мин. наук Э.П. Тихоненкову, канд. геол.-мин. наук В.И. Соболеву, преподавателю кафедры математики МГГА A.B. Михайловой за внимание и ценные советы; канд. тех. наук Е.А. Полшкову, канд. геол.-мин. наук И.Н. Полшковой, канд. тех. наук JI.B. Семендяевой, главному специалисту-гидрогеологу АЭПа А.Е. Тюнину за ценные советы и консультации по методике математического моделирования, главному геологу ВНИПИИ-стромсырье Л.Д. Ефимову за техническое обеспечение процесса выполнения данной работы, сотрудникам ОИЗа ВНИПИИстромсырье (В.Л. Ефимову, A.C. Цебрикову, М.А. Ефимовой) за помощь в оформлении работы.

1. Природно-геологические условия

г,

1.1. Физико-географические условия

1.1.1. Рельеф, почвы, растительность

Центральная и южная части рассматриваемого района относятся к равнинному Крыму, а именно к Перекопскому перешейку, соединяющему Крымский полуостров с Причерноморской низменностью (рис. 1.1). Северная часть - к Причерноморской низменности.

Согласно физико-географическому районированию территории Украины (по Попову А.П.) характеризуемый район расположен в пределах южной подзоны степной зоны. Абсолютные отметки поверхности земли изменяются от 0.Ом до 30.Ом. Присивашская равнина плавно повышается к югу, где переходит в центральную возвышенную равнину, слаборасчлененную оврагами. Однообразие широкого степного равнинно-волнистого пространства нарушается немногочисленными балками и подами, извилистыми заливами Сиваша, местами далеко врезающимися в материк.

Почвы малогумусированные, темно-каштановые. Растительность: типчак, ковыль, полынь и др. Вдоль побережья Черного моря и Сиваша, а также в подах почвы каштановые, солонцеватые и солонцы; здесь произрастают лисохвост, пырей, молочай и др.

1.1.2. Климат

Климат района является приморско-степным и имеет переходный характер от мягкого климата западной Европы к континентальному восточноевропейских областей. Он обусловлен деятельностью циклонов и смягчается частыми южными ветрами.

рис. 1.1. Схема расположения района исследований

iwr Масштаб 1:200000

„ 800о в 1см 2 км ,

lili I

Условные обозначения [ i Моделируемая область.

Административная граница между Крымской республикой и Херсонской областью. ---- Дамбы.

Цифрами на схеме обозначены:

1 - Крымское производственное объединение "Титан".

2 - Сивашский анилино-красочный завод.

3 - Огаркохранилище.

4 - Исходненский водозабор

5 - г.Армянск.

(\ _ ГТ ГТрППА^Л'ЦГГ'ТОиТГ/ГиПТЛ^О

Среднегодовая температура 9.2-11.9 °С. Самый холодный месяц - январь со средней температурой -5 °С, самый жаркий месяц - июнь со средней температурой +24 °С. Число часов солнечного сияния от 2100 до 2500 в год.

Зима теплая, малоснежная, с частыми туманами, со средней дневной температурой 2 - минус 3 °С. Лето жаркое, сухое; дневная температура 25-26 °С. Весна и осень очень кратковременные, дневная температура 4-12 °С.

Район расположен в "продуваемой" зоне с осью вдоль Геническ-Черноморское и характеризуется большой повторяемостью слабых и умеренных ветров. Суммарная продолжительность ветра со скоростью более 13 м/с не превышает 13-15 суток. На летне-осенний период приходится большая часть штилей. Минимум скоростей приходится на сентябрь и составляет 3-5 м/с. На величину скорости ветра оказывает влияние акватория Сиваша, увеличивая ее при ветрах со стороны водоема. Ветры северо-восточного, восточного и северного направлений составляют около половины всех ветров.

В годовом ходе повторяемости направлений ветра наблюдаются следующие особенности:

• в зимне-весенний период преобладает восточный и северовосточный ветер (февраль-март скорость ветра 6-8 м/с);

• летом и осенью увеличивается повторяемость неустойчивого по направлению ветра, и преобладание какого-либо направления явно не выражено (скорость 4-5.6 м/с).

Среднегодовое количество осадков 316-364 мм/год, максимальное 503580 мм/год, минимальное 177-247 мм/год. Осадки в году распределяются крайне неравномерно. Большая их часть - 230-240 мм - выпадает в летний и осенний периоды в виде кратковременных дождей, между которыми наблюдается период засушливой погоды. Сведения об атмосферных осадках с 1971 по 1994 гг. приведены в таб. 1.1. Длительность обильных осадков (30 мм и

более за сутки) не более одного-двух дней. Среднее количество дней с осадками не превышает 86 из них снежных 24. Из анализа многолетнего хода сумм осадков, количество лет с последовательно большим значением осадков составляет один-три года.

Относительная влажность воздуха невысокая и резко понижается в летние месяцы (май-сентябрь): в районе пос. Аскания-Нова 35-50 %, в приморских районах (с. Хорлы) 55-70 %.

I *.

Таб. 1.1.

Количество осадков на территории Западного Сиваша. [114]

Год Осадки, мм Год Осадки, мм

1971 205.2 1984 344.8

1972 173.1 1985 467.9

1973 427.4 1986 234.1

1974 301.6 1987 311.6

1975 245.5 1990 320

1976 726.4 1991 300

1977 470.0 1992 305

1978 493.1 1993 300

1979 357.8 1994 192

1980 341.3

Снежный покров незначительный и неустойчивый, мощностью до 20 см. Средняя продолжительность его залегания 5-10 дней. Среднее испарение с поверхности воды 934 мм/год; для рапы Сиваша 870 мм/год; то же за вычетом осадков соответственно составит 630 и 573 мм/год. По данным Вознесенского A.B. (1929) испаряемость рапы Сиваша составила 1000-1100 мм/год. Годовые суммы испарений на территории степного Крыма составляют: 314 мм/год (пгт. Черноморское) - 460 мм/год (Кленино).

Район находится в зоне недостаточного увлажнения.

1.1.3. Гидрография

Гидрографическая сеть района развита слабо. Имеются только два постоянных водотока (реки Каланчак и Чатырлык). Временными водотоками являются балки, большинство из которых впадает в Сиваш. Широко представлены морские водоемы: Западный Сиваш (залив Азовского моря), Кар-кинитский залив Черного моря. В юго-восточной части расположен ряд соленых озер: Янгул, Красное, Старое, Круглое, Киятское, Кирлеутское.

Река Чатырлык имеет хорошо выраженную широкую долину и впадает в восточную часть Каркинитского залива. В настоящее время фактически является сбросным каналом для дренажных вод.

Река Каланчак местами пересыхает в сухое время года. Впадает в Ка-ланчакский лиман Каркинитского залива.

В районе исследований естественные гидрографические условия сильно изменены хозяйственной деятельностью человека. Искусственные объекты: Северо-крымский канал и отводящие каналы, Исходненское водохрани-

ч

лище, бессточный кислотонакопитель жидких промышленных отходов.

Перекопский перешеек омывается с запада Каркинитским' заливом Черного моря, с востока Сивашем - заливом Азовского моря, имеющим с ним затрудненную связь.

Средняя глубина Сиваша 0.5-1.0 м, максимальная глубина - 1.5 м. Дно иловатое, сильновязкое. Режим Сиваша непостоянен, наиболее низкий уровень бывает летом. С ноября по декабрь он постепенно повышается. Максимальный уровень весной и зимой. Уровни в Сиваше представлены в таб. 1.2. В настоящее время Западный Сиваш - искусственно зарегулированный бассейн [98]. На востоке он ограничен Кугаранской дамбой, которая соединяет м. Кугаран с м. Джангор. В Западный Сиваш насосной станцией № 1 Пере-

копского бромного завода перекачиваются рассолы из Среднего Сиваша. На 10.1993 г. уровень в Западном Сиваше составил 0.95 м.

Температура воды средняя +13.9 °С, максимальная +30 °С, минимальная -2.5 °С. Ледяной покров тонок и непрочен.

Высота нагонной волны в Сиваше достигает 0.5 м при скорости ветра 13-15 м/с; отметка дна акватории -0.8 м. Минерализация воды в Сиваше в

Таб. 1.2

Изменение среднемесячных уровней воды в Сиваше за 1947 г. [131]

Проливы месяцы сред, год

I II III IV V VI VII VII IX X XI XII

Чонгарский 0.39 0.41 0.55 0.49 0.52 0.48 0.37 0.31 0.19 0.21 0.43 0.45 0.36

Гениче-ский 0.91 0.91 1.10 1.11 1.19 1.14 1.08 1.00 0.96 0.85 0.59 0.80 0.96

разные годы изменяется от 282 до 337 г/л. Соленость повышается в период с мая по ноябрь. Это обусловлено тем, что испарение почти в три раза, в это время, превосходит поверхностный сток и атмосферные осадки.

Дно Каркинитского залива песчано-илистое, местами иловатое. Водный режим непостоянен. В осеннее время уровень воды в заливе понижается на 0.9 м ниже уровня моря. Залив обычно замерзает. Появляется лед в середине декабря и исчезает во второй половине марта.

Берега озер обрывистые высотой от 3 до 14 м. Глубина от 0.5 до 2.0 м. Уровни (за исключением озер накопителей промстоков и рапохранилищ) на 3.0 - 4.0 м ниже уровня моря. Озера Старое и Янгул превращены в рапохра-нилища, а оз. Красное в накопитель-испаритель промышленных отходов. Информация об абсолютных отметках уровня воды в водоемах и ее минерализации приведена в таб. 1.3.

Северо-крымский канал, имеющий ширину до 50 м, глубину до 3 м, скорость течения до 0.5 м/с, пересекает весь описываемый район с севера-

запада на юго-восток. В нем течет вода из Каховского водохранилища (р. Днепр) на Крымский полуостров.

Исходненское водохранилище расположено в северной части Перекопского перешейка и заполняется водой из Северо-Крымского канала. Водоем поделен дамбой на две части. Северная часть является источником технического водоснабжения КПО "Титан", а южная - Сивашского анилино-красочного завода.

Кислотонакопитель образован в акватории Сиваша и отделен от него дамбой. Проектная абсолютная отметка уровня жидкости +2.0 м.

таб. 1.3

Данные о водных объектах [112,119 и др.]

Тип водоема Наименование водоема Абсолютная отметка уровня воды, м Минерализация воды, г/л

Морские объекты Сиваш 0.67-0.95 190 -337

Каркинитский залив -0.4 17-22.5

Озера Янгул 5-7 316-346 ^

Красное 1.97 46-460

Старое , -2.87 230-322

Круглое -1.51 215-244

Кирлеутское -3.2

Киятское -193

Водохранилища. КПО "Титан" 8.4 0.7

САКЗ 7.2 14.5

Другие техногенные объекты Кислотонакопитель 1.3-3 50-164

Огаркохранилище 2.5-4.7 7,5-9,9

СКК 14 0.2-0.4

1.1.4.Экономико-географическое положение Характеризуемый район расположен в пределах Крымской автономной республики (юго-восточная часть) и Херсонской области Украины (северная

у

и северо-западная части). В целом район отличается высокой степенью осво-инности и населенности. На территории расположены несколько городов и пгт. с населением более 2000 человек [95] (Армянск, Каланчак, Краснопере-копск, Мирное, Чаплинка) и более мелкие населенные пункты. Развиты химическая, строительная, пищевая и др. виды промышленности, которые в основном сосредоточены в городах. Химическая промышленность представлена Крымским производственным объединением (КПО) "Титан", Сивашским анилинокрасочным заводом (САКЗ), Крымским содовым и Перекопским бромным заводами.

Степные пространства распаханы, за исключением заповедного целинного массива Аскания-Нова площадью 10000 га. В сельском хозяйстве ведущее место занимает производство зерна, риса, виноградарство, садоводство, овощеводство. Широко развито орошаемое земледелие.

Источником хозяйственно-питьевого водоснабжения являются подзем-

ч

ные воды. Для орошения и технических целей используется вода СевероКрымского канала.

По участку работ проходят автомобильные дороги республиканского и областного значения, участок железной дороги Джанкой - Херсон. Вдоль Каркинитского залива проходит морская трасса. Морской порт в с. Хорлы связан с Евпаторией и Скадовском.

1.2.Геологическая и гидрогеологическая изученность В истории изученности геологического строения и гидрогеологических условий выделяются четыре периода: дореволюционный, довоенный, послевоенный и современный.

Первый период характеризуется разрозненными исследованиями, проводившимися в основном с целью водоснабжения отдельных населенных пунктов юга Украины.

В изучении геологического строения наиболее существенными явились работы Н.И. Андрусова, разработавшего стратиграфическую схему неогеновых отложений юга Украины.

Большое значение имела работа Соколова М.А. (1889), в которой приведено описание геологического строения Херсонской губернии, отмечена значительная обводненность третичных отложений; впервые выделены в пределах Причерноморской впадины районы возможного использования подземных вод.

С целью выяснения возможности орошения части Таврической губернии водами Днепра Отделом земельных улучшений Министерства земледелия в 1915 г. были проведены "Нижнеднепровские изыскания". В 1916 г. вышел первый том трудов этого отдела под редакцией Чинова В.В [100].

После прихода Советской власти начинается планомерное изучение геологических и гидрогеологических условий района. К работам этого периода относятся гидротехнические исследования Южной областной мелиоративной организации, по материалам которой Гапонов Е.А. [16] составил каталог буровых скважин юго-западной части Украины со сводной гидрогеологической картой артезианских водоносных горизонтов.

Геологическое строение и гидрогеологические условия Украины и Равнинного Крыма даны в работах Двойченко П.А. (1927). В гидрогеологическом очерке Двойченко П.А. [28] приводит характеристику четвертичных терригенных отложений, а также гидрогеологические разрезы по Присива-шью. Личков Б.Л. и Лучицкий В.И. обобщив обширный фактический материал, накопленный в 1923-29 гг., составили сводную гидрогеологическую карту УССР. Характеристика различных типов вод южных степей междуречья Южного Буга и р.Молочной приведена Матвиенко Е.М. [49]. Герасимен-

ко И.Г. и Ткачук В.Г. [127] составили обзорную карту гидрогеологических скважин, пробуренных на левобережье Днепра.

Видная роль в познании геологии четвертичных отложений принадлежит Бондарчику Б.Г., под руководством которого составлена карта четвертичных отложений Украины масштаба 1:2500000 [116].

Маковым К.И. [46] произведено обобщение всех сведений о подземных водах юга УССР, им же' [47] составлена карта гидрогеологического районирования юго-западной части УССР масштаба 1:200000. В 1940 г. Заморием П.К. и Молявко Г.И. [136] проведена геологическая съемка масштаба 1:200000, в результате которой составлены геологическая и гидрогеологическая карты того же масштаба.

Период после Великой.Отечественной войны (1941-45гг.) характеризуется увеличением объемов буровых и опробовательских работ, позволяющих выяснить глубинное строение района.

Маков К.И. [48], обобщив весь накопленный материал, приводит подробную характеристику подземных вод Украины, в том числе и описываемой территории.

В 1947-49 гг. на изучаемой площади проводились работы четвертым геологическим управлением [143, 131, 146, 150], результаты которых изложены в отчетах о комплексных геологических съемках. Водоносные горизонты охарактеризованы по материалам обследования колодцев, ранее пробуренных скважин, а также небольшого объема картировочного бурения, приложены карты первого от поверхности водоносного горизонта и гидрогеологические разрезы. В отчетах отсутствовали характеристики глубоких водоносных горизонтов, а сведений о химическом составе вод было недостаточно.

С 1948 г. трест "Крымнефтегазразведка" в районе Сиваша и Перекопского перешейка проводит структурно-поисковое бурение с целью поисков нефтегазоносных структур, на основании которого Хармченко З.А. и Харм-

ченко Ю.П. [159], Ильченко Е.А. и Данилевским A.M. (1951г.) установлено наличие нефтегазоносной структуры (Перекопская площадь).

Всесоюзный гидрогеологический трест в 1950-52 гг. [145, 157] проводил на юге Украины геологосъемочные работы масштаба 1:50000 специального назначения. В отчетах содержатся сведения о глубине залегания и составе грунтовых вод, а также о физико-механических свойствах верхней зоны четвертичных отложений; приводятся схемы инженерно-геологического районирования для целей орошения. Указанные материалы, а также специальные исследования, проведенные институтом "УкрГИПРОВОДХОЗ" [156], легли в основу проекта по орошению Краснознаменного массива. Белявский А.Я. [115], Бурксер В.В. и Зайдис Б.Б. [121] проводят исследования с целью прогнозирования режима, солевого баланса и химического состава подземных вод орошаемых площадей.

В 50-60 годах появился ряд работ, посвященных вопросам стратиграфии неогена и палеогена [12, 13, 54, 55]. Коллектив сотрудников УкрНИГРИ под руководством Черняк Н.И. [160] обработал материал по глубоким скважинам, достигшим кристаллического фундамента. В этот же период выходит ряд работ сводного характера, освещающих гидрогеологические условия южных районов Украины.

Вопросам оценки ресурсов подземных вод пригодных для орошения, посвящена работа H.A. Плотникова и Колодяжной A.A. [148].

Бабинец А.Е. и Лялько В.И. [111], обобщив фактический материал предыдущих исследований по югу Украины, составили карту условий сельскохозяйственного водоснабжения в масштабе 1:500000.

Подобные сводки по Херсонской области составлены также Зендрико-вой Е.Г. и Годиной Г.В. [137] и Марусевой Т.А. [144]. Бабинец А.Е. (1961г.) описывает особенности гидрохимии и условия формирования подземных вод Присивашского артезианского бассейна.

Авторы сводной работы специального назначения по югу Украины (Ковалевская Е.А., Ришес Е.А. и др. [141]) составили карту и дали подробную характеристику первого и второго от поверхности водоносных горизонтов, карту первой от поверхности водоупорной толщи, а также карту зоны аэрации.

Подробная характеристика водоносных горизонтов, а также краткий обзор условий формирования подземных вод Причерноморской впадин приведены при составлении гидрогеологической карты Причерноморской впадины масштаба 1:500000 (Капинос H.H. и др. [138]).

В 1964 г. Ермаков Ю.Г. по результатам геологической съемки масштаба 1:200000 составил комплексную геологическую и тектоническую карты Причерноморской впадины масштаба 1:500000 [133].

Пугач C.JI. и др. [151] были выделены площади возможного применения вертикального дренажа на территории левобережья нижнего Днепра.

В 1964-65 гг. Жерновым И.Е. и др. [134] выполнено моделирование работы вертикального дренажа на территории юга Украины.

Институтом "УкрГИПРОВОДХОЗ" [117] проведены в 1964-65 гг. ин-

ч

женерно-геологические и гидрогеологические исследования на территории Днепр - Молочная.

УкрНИИГИМ [156] выполнил работу, освещающую методы мелиора-тивно-гидрогеологического картирования засушливых областей юга УССР и методику мелиоративно-гидрогеологического районирования.

Днепропетровским отделением ИМРа (Скабалланович И. А. и др. [152]) произведено обобщение гидрогеологических и инженерно-геологических данных с целью обоснования ирригационного строительства на Украине.

Под руководством Ковалевской Е.А. [140] выполнена большая работа

t

по региональной оценке подземных вод южных областей Украины.

В 1961-62 гг. трестом "Днепрогеология" были разведаны участки водозабора и произведен подсчет запасов подземных вод в целях водоснабжения

заповедника Аскания-Нова [132]. Аналогичные работы проведены при разведке источников водоснабжения Вадимского завода [158]. В пределах описываемого района выполнена комплексная геолого-гидрогеологическая съемка масштаба 1:200000 (Пасечный Г.В. и др. 1967г). В 1973-74 гг. для рассматриваемой территории были изданы геологические карты масштаба 1:200000 [125, 126], а в 1975 г., гидрогеологическая карта того же масштаба [128].

I

Современный этап (с семидесятых годов по настоящее время) характеризуется продолжением изучения гидрогеологических условий с помощью моделирования, постановкой регулярных режимных изучений, а также исследований воздействия техногенеза на геологическую среду.

Вальтер H.A. провел работы по изучению граничных условий в верхней гидродинамической зоне равнинного Крыма для моделирования. В 1983 г. Бурдуковой Н.С. и Михайленко Н.Г. проведено изучение региональных изменений гидрогеологических условий на территории Крымской и юга Херсонской областей методом моделирования [118].

Оценка техногенных факторов регионального загрязнения подземных

V.

вод на территории Крымской, Херсонской, Одесской и Николаевской областей проводилось в 1981-1985 гг. Яблучным Ф.К., Антронцевым A.B., Деми-ком В.Ф. [163]. Геологическое доизучение масштаба 1:200000 западной части равнинного Крыма осуществили Вельдяев Н.М., Белецкий C.B., Хмиляр В.О. и др. в 1985 г. [123].

Институтом ВСЕГИНГЕО в содружестве с ГГП "Крымгеология" и другими организациями создается постоянно действующая гидрогеологическая модель Равнинно-Крымского артезианского бассейна [2, 154], а также детальная модель района г. Красноперекопска.

С целью изучения влияния КПО "Титан" и кислотонакопителя на подземные воды Крымской гидрогеологической экспедицией создается Армянский опытно-производственный полигон [119]. В рамках этой работы ВСЕ-

ГИНГЕО проводит детальные геофизические исследования района промп-лощадки КПО "Титан" [130].

С той же целью Днепропетровским отделением ИМРа проведена большая комплексная работа [112], в ходе которой была создана локальная гидродинамическая модель участка, а также коллективом ВСЕГИНГЕО проведен расчет физико-химического взаимодействия вод кислотонакопителя с подстилающими породами и иловыми водами.

В целом район изучен довольно хорошо. Для целей настоящей работы геологическая изученность вполне достаточна. С точки зрения гидрогеологической изученности наряду с обширным гидрогеохимическим материалом наблюдается недостаточная степень его обобщения. Неполнотой также характеризуется гидрогеодинамическая изученность района акватории Западного Сиваша и прилегающих площадей. Единственная детальная работа, посвященная этому вопросу [112], не вйосит полной ясности в этот вопрос.

Заключение диссертации по теме «Гидрогеология», Тихоненко, Юрий Эрнстович

Основные результаты и выводы, полученные в ходе выполнения настоящей работы, можно свести к следующим положениям.

Обобщена и изложена информация о природно-климатических, геологических и гидрогеологических условиях северной части Перекопского перешейка и прилегающей территории, что было необходимо для получения общей информации об объекте и о его взаимоотношенйях с региональными геологическими структурами.

Подробно охарактеризованы основные источники техногенного воздействия, расположенные в характеризуемом районе. Приведены сведения о количестве и составе их выбросов и сбросов. К главным техногенным объектам относятся:

Крымское производственное объединение (КПО) "Титан". Расположено в северо-восточной части Перекопского перешейка. Функционирует с 1965 г. Основное производство - двуокись титана (73 тыс.т), побочное - серная кислота (532 тыс.т), удобрения фосфогипс (499 тыс.т), аммофос (128 тыс.т) и др. Твердые отходы за 1990 г. составили 4386 тыс.т. Объем жидких отходов в период с 1981 по 1990 гг. изменялся от 16527 до 22995 тыс. м3 в год, которые с 1969 года сбрасываются в кислотонакопитель площадью 50

2. 3 км , при общем объеме 101.3 млн. м . Туда же с 1984 года сбрасываются жидкие отходы Сивашского анилино-красочного завода и хозбытовые стоки г. Армянска. Общий объем сбросов в кислотонакопитель за 18 лет эксплуатации (с 1969 г.) составил 373 млн. м3.

Минерализация воды в кислотонакопителе 50-87 г/л. Среди микрокомпонентов в концентрациях, превышающих 10 ПДКВ, встречены: Бг, Мп, Б, 1л, Сг, Ть Бе, гп, Аб, Си, РЬ, С<1, Со, Бе.

Исходненский водозабор расположен на границе Перекопского перешейка и Причерноморской низменности. Сооружен в 1968 г. Эксплуатирует верхнюю часть понт-мэотис-сарматского водоносного комплекса. Дебит изменяется в пределах 18-23 тыс. м3/сут. Качество воды удовлетворяет нормативным требованиям, однако, стала обнаруживаться тенденция к повышению содержания некоторых нормируемых компонентов. С конца 80-х годов в воде стал обнаруживаться Ъп, а с середины 90-х - Си. С 1991 г. отмечается рост концентрации Мп. В 1995 г. по отдельным пробам его содержание сравнялось с ПДКВ. По отдельным пробам содержание 1л несколько превысило ПДКВ. V

Собраны и обобщены данные о содержании и пределах изменения концентрации ряда нормируемых компонентов (в основном тяжелых металлов) по атмосферным осадкам, поверхностным и подземным водам и почвам изучаемого района.

Интенсивное техногенное воздействие явилось причиной загрязнения всех геосфер в рассматриваемом районе. В атмосфере в концентрациях, превышающих ПДК, встречены: НБ, СО, КШЦ, Н2804, N02. В атмосферных осадках по отдельным пробам превышают ПДКВ концентрации №14, Мп, А1, Сс1. Зона сильного загрязнения почв прослеживается от КПО "Титан" до Сиваша в восточном и северо-восточном направлении, а также около кислотонакопителя, где содержания Аб, Сг, иногда ¥, Ъп, Р и Си, превышает ПДКп. В водо

раздельной части ПДКп превышает концентрация Аб, местами Сг, Б и Р. Отмечается также повышенное содержание С&

В районе промплощадки и прилегающих площадей выявлено угнетение почвенного биоценоза. Угнетение растительности в промзоне достигает 60%, а влияние кислотонакопителя сказывается на расстоянии до 1-2 км.

Загрязнением в значительной мере охвачена и гидролитосфера. Среди микрокомпонентов в концентрациях, превышающих ПДКВ, выявлены: в четвертичном водоносном комплексе - Б, 8г, Мп, 1л, Сг, И, А1, 8е, Zn, РЬ, Сё, Бе; в среднеплиоценовом водоносном горизонте - Б, Бг, Мп, Ы, Сг, Т\, А1, Zn, РЬ, Сё, Бе; в понт-мэотис-сарматском водоносном комплексе - Эг, Мп, Ы, Сг, А1, РЬ, Сё, Бе.

Под эколого-гидрогеологическими условиями в данной работе понимаются не все условия, характеризующие гидрогеологические свойства в пределах эколого-геологической системы, а только те из них, которые могут повлиять на смещение значений экологических факторов.

Выстроены в порядке значимости признаки, по совокупности которых должны типизироваться эколого-гидрогеологические условия геологической ч. среды района.

Зависимости, описывающие потенциальное движение подземных вод для рассматриваемой области, неприменимы из-за существенного различия в изменении плотности подземных вод с глубиной по площади (формулу, описывающую потенциальное движение, можно преобразовать к виду, соответствующему по форме закону Дарси для пресных холодных вод, например, с помощью приведенных напоров).

Показана невозможность описания плотностной конвекции с помощью закона Дарси для вод с переменными физическими свойствами в''зоне свободного водообмена при постоянной проницаемости по вертикали водоносного горизонта, где принимается предпосылка о равенстве давления весу столба воды в вертикальном сечении.

Приводится вывод формулы для расчета свободной плотностной конвекции, методически родственный выводу закона Дарси для вод с переменными физическими свойствами, приводящий ее к форме более полно отражающей условия применения для наклонных пластов и при сложном распре

С 4 л

YQ делении в них плотности: v =

РсрО 4 Л Рcpi

V ¡=1 у где jli - динамическая вязМ кость, % ~ проницаемость, gx- проекция вектора ускорения свободного падения на направление, по которому рассчитывается скорость (ось ОХ), /?сро -усредненная плотность между точками, по которым рассчитывается ско4 рость, {]Г рср1 - то же в соседних точках относительно расчетного направле1 ния в плоскости, перпендикулярной расчетному направлению (оси ОХ). Приведенное выражение при определенных условиях упрощается до широко известной записи V = к ——^^, где к - коэффициент фильтрации. Р

Благодаря единству вывода приведенных выражений и закона Дарси для вод с переменными физическими свойствами их можно объединить общим выражением: v = Р АР ( А. £ Ах

2РсрО -Щ Рср, - где- - перепад дав-V <=1 )) лений, Д* - расстояние между точками.

На основании предложенных уточнений оценки значимости свободной плотностной конвекции делается вывод об ее практическом отсутствии на I рассматриваемом участке.

По ряду кустов скважин, расположенных в районе кислотонакопителя и Сиваша, где по простому соотношению уровней без учета плотности должна существовать восходящая фильтрация, с помощью расчета фильтрационной силы29 (по А.Е. Гуревичу) установлено наличие предпосылок существования нисходящей фильтрации из четвертичного водоносного комплекса в среднеплиоценовый водоносный горизонт, а оттуда в понт-мэотис-сарматский водоносный комплекс.

Автором разработана программа для ЭВМ 'Т)еп8Р1о\у", реализующая численное решение в конечных разностях дифференциального уравнения, описывающего процесс стационарной геофильтрации подземных вод с изменяющимися физическими свойствами.

Составлена стационарная геофильтрационная модель северной части Перекопского перешейка, отражающая основные закономерности ее гидрогеодинамики на 1990 г., с помощью которой получено векторное поле скоростей фильтрации с рядом принципиальных отличий от предыдущей попытки решения поставленной задачи. С помощью модели удалось уточнить эколо-го-гидрогеологические условия района.

На модели воспроизводились четвертичный водоносный комплекс, среднеплиоценовый водоносный горизонт, понт-мэотис-сарматский водоносный комплекс, при 83, 39 и 19 замеренных в натуре уровнях на каждую V систему соответственно. В сеточной области в трех слоях расчетных точек моделируется пятислойная система (три водоносных слоя и два слабопроницаемых слоя). Число точек в каждом слое 1424, т.е. объем всей сеточной области составляет 4272 точки (блоков в модели).

По результатам моделирования подтверждено наличие в рассматриваемом районе вертикальной фильтрации из Западного Сиваша вплоть до понт-мэотис-сарматского водоносного комплекса через четвертичный водоносный комплекс и среднеплиоценовый водоносный горизонт.

29 Рассчитывается по формуле: - ■— + , где АР - разность давлений, Дх - расстояние между

Ах двумя точками, р - плотность воды на линии между двумя точками, gx - проекция вектора ускорения свободного падения на ось ОХ.

Оконтурена область питания Исходненского водозабора. Выявлена существенная роль фильтрационных потерь из Исходненского водохранилища в формировании эксплуатационных запасов и химического состава подземных вод водозабора. Определены возможные источники и пути миграции загрязнения подземных вод.

Количественно оценена величина фильтрационных потерь из кислото-накопителя КПО "Титан" и оконтурена область его влияния.

С использованием результатов моделирования составлена схема эколо-го-гидрогеологических условий северной части Перекопского перешейка, на которой отображены данные в основном для понт-мэотис-сарматского водоносного комплекса, ввиду его практической ценности как единственного в районе источника питьевого водоснабжения. Схема отражает гидрогеодина-мические и гидрогеохимические показатели эколого-гидрогеологических условии, выявленные по результатам настоящей работы.

На схеме отражены три блока информации. Первый характеризует защищенность понт-мэотис-сарматского водоносного комплекса от проникновения загрязнения из среднеплиоценового водоносного горизонта. Второй V блок информации характеризует расположение потенциальных источников загрязнения подземных вод как искусственных, так и естественных. Третий блок включает границы районов возможного распространения загрязнения в понт-мэотис-сарматском водоносном комплексе от различных источников.

Дальнейшие исследования в области изучения эколого-гидрогеологических условий должны проводится по двум взаимосвязанным направлениям: детальное изучение гидрогеохимии нормируемых компонентов; совершенствование геофильтрационной модели путем совместного решения уравнений фильтрации и геомиграции. Необходимо обратить большее внимание на изучение режима и состава воды Исходненского водохранилища и прилегающих районов как потенциального источника загрязнения Исходненского водозабора.

Защищаемые положения;

1. В условиях техногенного воздействия на территории Западного Сиваша в районе Перекопского перешейка происходит инфильтрация поверхностных соленых вод в понт-мэотис-сарматский водоносный комплекс;

2. Установлены закономерности формирования эксплутационных запасов Исходненского водозабора, в частности выявлено существенное значение Исходненского водохранилища. Подтягивания соленых вод понт-мэотис-сарматского водоносного комплекса к Исходненскому водозабору при существующем режиме водоотбора по данным моделирования не происходит;

3. Зависимости, описывающие потенциальное движение подземных вод для данного района, неприменимы из-за существенного различия в изменении плотности подземных вод с глубиной по площади;

4. Разработана стационарная геофильтрационная модель района в условиях техногененза, учитывающая изменение плотности и вязкости подземных вод, которая позволяет уточнить эколого-гидрогеологические условия района, в части оценки условий работы водозабора и кислотонакопителя, распространения загрязнения, защищенности понт-мэотис-сарматского водоносного комплекса.

Заключение

Изучение гидрогеодинамики является первым и неотъемлемым этапом эколого-гидрогеологических исследований района. Ввиду сложности гидрогеологических условий (существенное изменение физических свойств подземных вод, субаквальный характер значительной части гидрогеологических систем, интенсивная техногенная нагрузка) настоящая работа в основном посвящена изучению закономерностей динамики подземных вод рассматриваемого района и ее влияния на эколого-гидрогеологические условия.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Тихоненко, Юрий Эрнстович, 1999 год

Список литературы по теме диссертации

I \

1. Методологические основы изучения и оценки геологической среды береговой зоны Черного и Азовского морей.// Материалы международного симпозиума "Управление и охрана побережий северо-западного Причерноморья". Одесса 1996. НПФ "Астропринт". (соавтор Тихоненков Э.П.).

2. Особенности гидрогеодинамики подземных вод Перекопского перешейка// Тезисы докладов III Международной конференции "Новые идеи в науках о Земле". М. 1997.

3. Динамика подземных вод различной плотности в районе Перекопского перешейка Крыма//Геология и разведка. № 2, 1998.

4. К определению предмета эколого-гидрогеологического картографирования//Разведка и охрана недр. № 6, 1998.

5. Предпосылки оценки эколого-гидрогеологических условий геологической среды//в сб. науч. тр. "Экологическая безопасность прибрежной зоны Черного и Азовского морей и комплексное использование ресурсов шельфа". Севастополь, ЭКОСИ - Гидрофизика, 1999 г. (в печати).,

Г Е б Л

г]

Е С К А

КАРТА П

с

Р,

2 8 в Я

« •-Н

и &

к. >

8

б

.Чз

л Я

С

Я

в 8 х

СТРАТИГРАФИЧЕСКАЯ КОЛОНКА

I

5,

-с

¡3

о

СО

Ниж нмй

О

ПОИТИ Ч^УИН

| I

сз

и

£

а

£ е-

>5 й

й о

сд

«м

г

ы2Р

г

Г1 (Л

гГ

РЧ 1Л »4

55

Разрез

^

I • -

о

55

12

I О О I • ' I ОО

у I •; I 7

^ I ^ о» ^

I ^ I Е I

I ~ I у

ггггт

гп г

ггт

я

£

8

Характеристика пород

Глины местами сильно опесчаненные с обломками известняка, пески мелко-среднезернистые глинистые

Известняки ракушечники перекристагшнзованные

Известняки оолитовые песчанистые, местами кавернозные

Известняки раковинно-детритусовые с прослоями глин известковистых

Известняки перекристаллизованные, местами доломитизированные, глины плотные

Глины жирные, местами песчанистые слабо известковистые

Т'ННЙСТНЯИ'И ПРП^УПИГТЯ ППН1Л» ОИНи»(» МСГ.

М а с ш т а

1999 г.

^РЕКОПСКОГО ПЕРЕШЕЙКА

б 1 : 200 ООО

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

Делювнально-пролювнальные отложения. Суглинки с обломками известняка.

Озерные и болотные отложения. Суглинки, супеси.

Аллювиальные отложения поймы. Пески, суглинки, супеси, илы.

Верхнее и современное звенья нерасчлененные. Лиманные отложения. Илы, глины илистые.

Нижнее, среднее и верхнее звенья нерасчлененные. Эолово-делювиальные и озерные отложения. Суглинки, глины,

супеси.

Эолово-делювиальные отложения. Суглинки лессовидные.

.Аллювиальные отложения 1 и 2 надпойменных террас. Пескн, супеси, суглинки.

Эолово-делювиальные отложения. Суглинки загипсованные, глины с прослоямп песков.

Аллювиальные отложения 3 и 4 надпойменных террас. Пескн среднезерннсше, супеси.

Эолово-делювиальные отложения. Глины с прослоями песков, суглинки.

Аллювиальные отложения 5 и б надпойменных террас. Пески мелкозернистые, супеси.

Прочие знаки