Введение
В рамках изучения условий формирования химического состава родниковых вод г. Москвы и его трансформации под влиянием техногенной нагрузки, настоящая работа связана с выделением главных режимообразующих факторов грунтовых вод в пределах мегаполиса, определяющих условия накопления в водах источников отдельных компонентов-загрязнителей, присутствие которых обуславливает токсичный характер воды и непригодность использования ее в питьевых целях.
Использование родников в целях водоснабжения имеет трехсотлетнюю историю. Первый проект централизованного водоснабжения города был разработан генерал-поручиком Ф. Бауром в середине XVIII века. В соответствии с этим проектом вода подавалась в количестве 300 тыс. ведер в сутки (или ~3600 тыс. литров) по кирпичной трубе-водопроводу от села Большие Мытищи, где были каптированы мощные родники. Этот водопровод строился с 1779 по 1804 гг. В 1835 г. инженер НИ. Лниш заменил самотечную подачу воды по Екатерининскому водопроводу от села Алексеевского до Сухаревской площади напорной системой. При этом водоподача была увеличена до 500 тыс. ведер в сутки. [48]
Одновременно с новым Мытищинским водопроводом для водоснабжения города стали использовать отдельные скважины, а также привлекаться воды р. Москвы. Но, несмотря на увеличение роли поверхностных вод для централизованного водоснабжения, родники оставались и остаются по сей день дополнительным водоисточником для населения города. [81]
В Москве насчитывается около 200 родников, в том числе области рассеянной разгрузки подземных вод. Рассматривая родники как источники нецентрализованного водоснабжения, правительством Москвы 30.05.2000 г. было принято постановление за №399 «О сохранении, обустройстве и использовании природных родников на территории г. Москвы». На данный момент благоустроенных родников в черте города несколько десятков. Наиболее известные и посещаемые расположены в рекреационных зонах Москвы (Нескучный сад, Тропарево, Филевский и Битцевский лесопарки, музей-заповедник «Коломенское», Воробьевы горы, Крылатские холмы и др.). Но, что касается качества их воды, то, полученная при участии автора информация (в рамках режимных наблюдений, проведенных кафедрой МГГА-МГГРУ с 1997 по 2000гг.) по загрязнению родниковых вод показала, что вода отдельных источников представляет определенную опасность в санитарно-эпидемиологическом отношении.
Первые работы по изучению родников, имеющие широкий охват территории города, проводились с начала прошлого века. Но, как правило, обследования проводились разрозненно, в составе комплексных инженерно-геологических, гидрогеологических и геохимических исследований, выполняемых «Геоцентром -Москва», ИМГРЭ, ВСЕГИНГЕО (Зеегофер Ю.О., Дубровин В.Н., Селезнев В.Н., Гольдберг В.М., Сает Ю.А., Алексинская ЛИ., Парецкая М.Н., Деньгин Э.В. и др.). В конце 90 годов стали появляться целенаправленные работы, ориентированные на изучение родников. В первую очередь следует отметить работу, выполненную совместно Mill «Мосводоканал» и МосводоканалНИИПроектом в 1995-96гг. Всего было обследовано 24 родника, в 2-х годовом режиме с определением полного перечня компонентов по действовавшему до 1997г. ГОСТу 2874-82 «Вода питьевая». Определенный интерес представляют работы, выполненные сотрудниками Центра практической геоэкологии при геологическом факультете МГУ (Орлов М.С., Орлов СМ, Толстихин Д.О. и др.), по заказу муниципальных органов (Филевский парк, Теплый Стан и др.) и работы, выполненные АООТ «Водниинформпроект» (Макеев Е.Н.), которые имели своей целью инвентаризацию действующих родников г.Москвы.
Систематическое изучение родников Москвы начато с 1997г. кафедрой гидрогеологии МГГА-МГГРУ (Швец В.М., Лисенков А.Б., Попов Е.В. и др.). В ходе него была проведена: 1) инвентаризация и паспортизация родников с целью придания им статуса памятников природы рекреационного значения, 2) оценка качества родниковых вод на предмет изучения возможности использования для питьевых целей, 3) оценка рекреационной ценности ландшафтов в пределах участков родниковой разгрузки.
Настоящая диссертационная работа является логическим продолжением работы кафедры гидрогеологии Ml 1 НУ по изучению родников Москвы, которая расширяет научные подходы к изучению режима грунтовых вод в пределах крупных городских агломераций.
Целью настоящей работы являлось изучение механизмов и источников поступления загрязняющих веществ в родниковый сток и оценка уровня и масштабов загрязнения родниковой разгрузки г. Москвы в пределах МКАД. Соответственно в задачи исследования входило:
1) Изучение режима родников на территории г. Москвы, включая динамику
изменения их химического состава.
2) Анализ распределения интенсивности загрязнения родникового стока по площади, с построением графоаналитических зависимостей по ряду компонентов-загрязнителей.
3) Оценка основных источников поступления компонентов и определение условий их накопления в подземных водах с термодинамических позиций.
4) Выявление основных факторов формирования химического состава грунтовых вод и построение иерархической схемы их влияния на гидрогеохимическую трансформацию родниковых вод.
5) Формирование информационных моделей загрязнения родниковых вод отдельными компонентами (NO3, Fe, AI, Cd, Be, Cr, Mn, Cl, SO4) и адаптация моделей к изучаемой территории с целью составления прогноза их накопления в конкретных областях города.
В отношении преобразования химического состава грунтовых вод за период прошлого столетия, отмечается снижение минерализации от 3 до 0,5 г/л (до 70-х годов), а затем ее увеличение до 1 г/л и более; понижение рН (от слабощелочных до нейтральных значений); смены гидрокарбонатно-кальциевого состава на сульфатный и в отдельных случаях хлоридно-натриевый; появление токсичных компонентов: Pb, Cd, Си, Sr, AI, Fe, Mn, Hg, Cr, Ni, Ti, нефтепродуктов и устойчивое повышенное содержание азотистых соединений. Загрязнение связано с ростом антропогенного воздействия на окружающую среду в виде сточных вод промышленных предприятий, утечек из канализационных и теплосетей, пылевых накоплений в пределах автомагистралей и др..
Сравнительный анализ показал, что лидирующие компоненты-загрязнители остались прежние, что создает предпосылки для уточнения факторов и условий, контролирующих их поступление в грунтовые воды, с тем, чтобы обеспечить жесткий контроль и управление экологической ситуацией качества родниковых вод, используемых населением в питьевых целях.
Диссертационная работа является одним из первых комплексных исследований с применением разноцелевых методов обработки эколого-гидрогеохимической информации, отражающих трансформацию родниковых вод г. Москвы как во времени, так и по площади. С этих позиций, родниковый сток представляется как элемент гидролитосистемы в иерархической структуре эколого-гидрогеологических систем (ЭГГС) и его преобразование рассматривается как результат взаимодействия всех базовых подсистем, включая атмосферу, водовмещающие породы, грунтовые воды и
техносферу. Последняя играет решающую роль в современной трансформации родниковых воя их физических и химических характеристик.
Проведенные исследования позволяют оптимизировать перечень показателей состояния грунтовых вод, не снижая информативности и качества наблюдений при организации мониторинга подземных вод. А разработанный автором алгоритм обработки гидрогеохимических данных с использованием трехмерных функциональных полей, термодинамического, факторного и информационного моделирования позволяет последовательно решать задачи: 1) анализа нерегулярных режимных наблюдений; 2) оценки источников поступления в родниковые воды токсичных компонентов; 3) диагностирования качества родниковых вод на базе обучающихся информационных моделей и 4) прогноза уровня загрязнения грунтовых вод по площади.
При выполнении работы были использованы данные, которые получены в ходе комплексных исследований родников на территории г. Москвы, выполняемых кафедрой гидрогеологии МПГРУ по договорам с Москомприродой и Московским комитетом по науке и технологиям при правительстве Москвы начиная с 1997г. Автор участвовал в них начиная с 1999г. Диссертация базируется на 120 химических анализах родниковой воды по 46 показателям, включая дебит источника, температуру, Eh, pH, ЖЪ, которые контролировались на протяжении длительного времени автором самостоятельно, а также на результатах ландшафтных наблюдений. Помимо большого картографического материала, к работе были привлечены фондовые материалы МНПЦ ГЭИ «Геоцентр-Москва» и ряда других организаций. Для обработки данных режимных наблюдений были использованы современные программные пакеты STATISTICA (включающий набор методов статистической оценки информации, в том числе Factor Analysis), Surfer (графический модуль), HCh (интегрированный комплекс термодинамических расчетов, Шваров Ю.В.), «Экогеоинформ» (реализующий информационное моделирование, Лисенков А.Б., Попов Е.В., Маркевич В.Ю.).
Результаты авторских исследований использованы Генпланом Москвы и Москомприродой при подготовке постановления Правительства Москвы № 399 от 30 мая 2000г. «О сохранении, обустройстве и использовании природных родников на территории города Москвы», при проектировании каптажных сооружений на родниках в Нескучном саду, Битцевском лесопарке и др. Полученная при участии автора работы информация по загрязнению родниковых вод используется муниципальными органами охраны природы г.Москвы для оповещения населения о наличии в родниковых водах ряда токсичных компонентов.
Диссертация представляет обобщение результатов режимных наблюдений за родниками г. Москвы с применением комплексирования вероятностно-статистических методов обработки данных, методов факторного и термодинамического моделирования и информационного анализа, позволившее:
- разносторонне оценить процесс формирования химического состава родникового стока на территории города Москвы;
- определить основные факторы, влияющие на трансформацию химического состава грунтовых вод;
- выделить области максимального влияния режимообразующих факторов с разработкой методики картирования техногенной нагрузки с помощью факторного анализа;
- выработать критерии подхода к оценке загрязненности родниковых вод;
- повысить обоснованность выявленных закономерностей за счет эффекта «перекрытия» областей применения различных методов обработки численной информации.
Разработанные научно-методические основы оценки условий формирования родниковых вод на территории крупнейшего мегаполиса России - г. Москвы составили следующие положения:
1. Алгоритм оценки условий формирования химического состава родниковых вод и их техногенного загрязнения на территории г. Москвы, основанный на комплексном использовании статистико-вероятностных методов, термодинамического и факторного моделирования и методов распознавания образов.
2. Трехмерные функциональные модели, аппроксимирующие зависимость концентраций компонентов-загрязнителей грунтовых вод от параметров техногенной нагрузки во времени, повышающие достоверность гидрогеохимических прогнозов.
3. Результаты термодинамического моделирования, которые показали, что процесс формирования химического состава родниковых вод является следствием естественных (природных) и техногенных причин и реализуется в следствие:
- мобилизации ряда компонентов из водосодержащих пород (F, As, Fe, Al);
- привноса части компонентов в грунтовый поток из техногенных источников загрязнения (Cd, Mn, Fe, Al, NO3);
- концентрирования в силу недосыщенности грунтовых вод отдельными элементами (Си, Ni, Pb, Sr, Be, Zn);
- поступления элементов вместе с атмосферными осадками при высокой интенсивности водообмена (макрокомпоненты).
4. Главные факторы формирования химического состава родникового стока на территории г. Москвы и их загрязнения, которые составляют иерархическую структуру наложения процессов и условий природного и антропогенного характера, а именно: гидродинамическая структура потока подземных вод, факторы защищенности грунтовых вод от попадания загрязнения с поверхности, техногенное преобразование водовмещающих пород, антропогенная деформация структуры грунтового потока и загрязнение почвенного слоя.
5.Диагностические информационные модели, составленные и откалиброванные для территории правобережья р. Москвы, позволяющие прогнозировать концентрации Cd, Be, Cr и Мп для территории Москвы с точностью от 8% до 23%.
Результаты исследований докладывались на конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых МГГРУ «Молодые наукам о Земле» в 2001-2004 гг., а так же конференции, посвященной 100-летию профессора Томского политехнического университета П.А.Удодова «Проблемы поисковой и экологической геохимии Сибири» в 2003 г.
Диссертация состоит из 5-ти глав.
В первой главе содержатся сведения о физико-географических условиях мегаполиса, геологическом и гидрогеологическом строении толщи мезо-кайнозойских отложений, геоморфологии и ландшафтных особенностях территории. Так же здесь представлены данные о техногенной нагрузке, коренным образом влияющей на трансформацию родникового стока г. Москвы. В соответствии с анализируемыми условиями родники классифицировались по группам обобщающих параметров.
Вторая глава посвящена анализу режима родниковых вод с последовательной статистической обработкой данных и разработкой метода представления гидрогеохимической информации в виде 3-х мерных функциональных моделей.
В третьей главе излагаются результаты термодинамического моделирования системы «вода-порода» с выделением источников поступления отдельных компонентов-загрязнителей в родниковый сток и определением степени насыщенности водного раствора по каждому из них.
В четвертой главе рассмотрены вопросы формирования химического состава родниковых вод с применением факторного анализа. По результатам моделирования сделаны выводы о взаимозависимости компонентного состава на фоне выделенных основных факторов, преобразующих химический состав грунтовых вод. Также в этой главе представлена методика картирования факторной функции, описывающей техногенную нагрузку, с помощью которой были выделены области родниковой
разгрузки с наличием потенциально возможных аномалий по ряду компонентов-загрязнителей.
В пятой главе приводится информационная оценка отдельных компонентов состава родниковых вод и прогноз их количественного содержания по территории города с использованием метода распознавания образов.
Работа выполнена под научным руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора А.Б. Лисенкова, которому автор выражает глубокую признательность и искреннюю благодарность.
Автор признателен за помощь и консультации доктору химических наук Б.Н.Рыженко (ГЕОХИ РАН), а также благодарит зав. кафедрой гидрогеологии, лауреата Государственной премии СССР, заслуженного деятеля науки РФ, академика РАЕН, доктора геолого-минералогических наук, профессора В.М.Швеца и весь коллектив кафедры гидрогеологии ГТФ МГТРУ за поддержку и помощь при написании работы.
10
Глава 1. Геолого-гидрогеологические условия формирования родникового стока на
территории г. Москвы
Москва представляет собой сосредоточие большого количества людей, зданий, инфраструктуры, промышленных объектов, что порождает огромную нагрузку на геолого-гидрогеологическую среду, вызывая ее изменение и преобразование. Наряду с антропогенными процессами в естественных условиях происходит «адаптация» к техногенной нагрузке, что в комплексе формирует устойчивый механизм взаимодействия природной среды и человеческой деятельности. В связи с этим, при рассмотрении формирования родникового стока в пределах города необходимо изучение не только геологических, гидрогеологических, геоморфологических и других условий природного характера, но и оценить характер и степень техногенных процессов и условий мегаполиса.
1.1. Геолого-гидрогеологические, природно-климатические и ландшафтные особенности, определяющие формирование родникового стока
Формирование родникового стока происходит в пределах верхней части геологического разреза, представленного мезо-кайнозойской толщей пород четвертичного, местами мелового и юрского возраста. Поскольку проявление разгрузки подземных вод наблюдается по всей территории г, Москвы и затрагивает различные типы геологического разреза (при.1), то ниже представлено геологическое описание всех стратиграфических подразделений верхней части осадочного чехла г. Москвы начиная с юрских отложений, которые представляют собой региональный водоупор для мезо-кайнозойского водоносного комплекса. (Табл. 1.1-1, 1.12)
Таблицам 1.1-1
Сводная стратиграфическая колонка четвертичных отложений г.Москвы
Система Отдел Звено Горизонт Свита Комплекс Геологический разрез Описание отложений
Четвертичная Голоцен Современное >-» • • . Техногенные отложения широко развита по всей территории города. Они представляют собой сутлинисто-супесчаную породу с обломками древесины угля, кирпича, известки, гончарной посуды и т.д. Мощность от 0.5 м на окраинах описываемой территории до 25 м (например, в засыпанных древних колодцах). (Приложение 2 6)
• ¦ • *
... . '
11
се
I
о о
н о
5
S О
Геологический разрез
Описание отложений
T T
Болотные отложения развиты в речных долинах на поверхности пойм и первой надпойменной террасы, а так же на водоразделах ¦ локальных понижениях рельефа. Представлены торфами и торфянистыми суглинками. Мощность от 1-2 до б-8м.___________________
Аллювиальные отложения распространены в долинах всех рек. Сложены разнозернистыми песками, сулесями и суглинками, часто заиленными, с включениями гравийно-галечниковых отложений. с крупными прослоями и линзами торфов. Мощность отложений от 4-6 до 16м._____________________________________________
Оползневые накопления (или коллювиальные) развиты на высоких склонах долины реки Москвы. В основном отложения представлены суглинками. Преимущественно распространены на Воробьёвых горах, в Филввском парке и ниже Коломенского. Мощность отложений от первых метров до 30 м.__________
I
Аллювиальные отложения первой надпойменной террасы.На территории Москвы к молчановскому-осташковскому горизонтам относится аллювий первой надпойменной террасы (Серебряноборской) р. Москвы. Сложена она песками разнозернистыми, насыщенными гравием (содержание до 50-60%). Встречаются глины, суглинки и супеси. Мощность отложений 10-12 м.
X Q.
ей
Аллювиальные отложения второй надпойменной террасы. Различают аллювиальные отложения высокого и низкого уровня. Мощность высокого до 10-12 м. Представлен разнозернистыми песками с гравием и галькой и залегает на ледниковых и водно-ледниковых образованиях нижнего и среднего неоплейстоцена. Аллювий низкого уровня представлен песками, различной зернистости, кварцевыми с галькой и гравием с прослоями суглинков и глин. Мощность аллювия от 3 (на малых реках) до 10 (на р. Москва) метров._____________
i
)S
Покровные отложения. Это нерасчлененный комплекс субаэральных образований, делювкально солифлюкционных отложений склонов, аллювиально-делювиальных выполнений балок, которые плащеобразно перекрывают современные водоразделы и их склоны, третью надпойменную террасу, не спускаясь на поверхности пойм, а также первой и второй надпойменных террас. Представлены безвалунными суглинками, реже глинами и супесями. Мощность 3-7 иг_____________________________________
Озерные и болотные отложения. Залегают на водоразделах в понижениях рельефа. Представлены глинами. Суглинки имеют подчиненное значение. Эпизодически встречаются прослои торфа, супесей и песков. Мощность отложений от 1.5-2,0 до 5-7 м.
Аллювиально-флювиогляциальные отложения третьей надпойменной террасы. Эти отложения прислонены либо к московской морене, либо к водно-ледниковым отложениям времени отступания этого ледника. Представлены в верхней части разреза однородными среднсзернистыми песками, • в нижней несортированными валунными песками. Общая мощность аллювия 4-7 м.________________________________
Водно-ледниковые отложения второго эгапа отступания ледника. Отложения широко развиты в северных и западных районах г. Москвы и на северо-востоке в бассейне р. Яузы. Они залегают преимущественно на московских ледниковых отложениях и представлены тонко- и среднезерннстыми песками с включениями гравия и гальки ¦ основании. Изредка встречаются маломощные прослои суглинков. Мощность от 2-3 до 6-7 м._____________________________
ее 2
О
о s
D.
S о
Геологический разрез
Описание отложений
1§
с» ,
. о
•о •
Водно-ледниковые отложения первого этапа отступания ледника. Развиты в северной части территории, где образуют обширные поля по левобережью р. Москвы. Залегают на размытой поверхности московской морены. Это обычно бурые н желто-бурые пески, неоднородно зернистые с галькой и небольшими валунами, содержание которых увеличивается к контакту с мореной. Реже встречаются глины. Мощность отложений 5-8 м.
Ледниковые отложения московского горизонта залегают на одинцовских межморенных отложениях, днепровской морене, реже на коренных породах Почти повсюду московская морена сложена красно-бурыми суглинками и супесями, неоднородными, слабослюдистыми. известковистыми, мощностью несколько метров, реже до 10 м._________________________
о *
Нерасчлененкый комплекс водно-ледниковых,
аллювиальных и озерных отложений, залегает на морене донского оледенения н выполняет палеодолины Москвы и ев притоков. Для межледниковья характерно накопление песков разнозернистых, полевошпатово-кварцевых, неравномерно глинистых слабо сортированных с гравием и галькой; тонкопосчаннстых суглинков и супесей с прослоями глин и песков. Преобладающая мощность 4-6 м. иногда возрастает до 15-16 м.
I
Ледниковые отложения распространены повсеместно, за исключением отдельных возвышенностей, где они размыты. Днепровская морена сложена неоднородными тяжелыми суглинками, грубыми глинами с большим количеством гравия, гальки, валунов с прослоями и линзами песков. Мощность морены 3-23 м. реже до 43 м.
1
О"
Нерасчлененный комплекс водно-ледниковых,
аллювиальных и озерных отложений, залегающий • погребенной долине древних русел рек Москвы и Яузы на сетуньской морене или на дочетвертнчных породах. Они представлены разнозернистым песком с гравием и галькой, сменяющимся вверх по разрезу на супеси и суглинки. Местами встречаются линзовидные прослои глин и алевритов озерно-болотного типа. Общая мощность 5-14 м, • погребенных долинах она достигает 20-27м.
Я
S
Ледниковые отложения, представленные моренными суглинками темно-серого (до черного) цвета с включениями гравия и гальки. В составе последних много изверженных и метаморфических пород, среди которых преобладают темно-красные граниты, серые гранито-гнейсы и шокшинские песчаники. Мощность морены изменяется от 1 до 5 м.__________________________
С"
о *
Нерасчлененкый комплекс видно-ледниковых.
аллювиальных, озерных и болотных отложений, залегающих • погребенной долине древнего русла реки Москвы. Представлены разнозернистым песком с гравием и галькой. Общая мощность S-14 м, ¦ погребенных долинах она достигает 25м
Таблица 1.1-2 Сводная стратиграфическая колонка дочетвертичных отложений г.Москвы
ее
I и
U
с;
2
о
Is
о
2
Геологический разрез
Описание пород
25-30
Имеет локальное распространение в южной части Москвы. С размывом залегает иа аптском ярусе и с размывом перекрывается четверичными отложениями. Представлен темно-зелеными и темно-серыми разнозернистыми сильно слюдистыми кварцево-глауконитовыми песками с прослоями темно-серых глин.
25
J.____L
X
о о.
О.
W
Имеет локальное распространение вследствие мощного послемелового размыва. Выходит на поверхность ¦ южной н северной частях территории. Залегает с размывом на барремском ярусе и с размывом перекрывается альбскими и четвертичными отложениями. Представлен светлыми до белых песками мелкозернистыми, слюдистыми с прослоями глин, с растительными остатками.___________________________
20-30
Отложения имеют неравномерное и прерывистое распространение вследствие мощного послемелового размыва. Выходят на поверхность в южной и северных частях изучаемого района. Залегают с размывом на волжских отложениях и с размывом перекрывается аптскими и четвертичными отложениями. Представлены преимущественно светлыми мелко- и тонкозернистыми песками, слабослюдистымн, с прослоями, линзами и конкрециями железистых песчаников, реже глин, в основании — фосфоритовый галечник._______________________
>s
5-32
s I
Подразделяется на Нижний и Верхний. В целом, волжский ярус широко распространен на востоке территории и несогласно залегает на оксфордском ярусе. Представлен серовато-зелеными кварцево-глауконитовыми песками с фосфоритами, песчанистыми глинами.
I
U
6
15-30
Имеет повсеместное распространение, несогласно чалегает на келловейском ярусе. Представлен черными жирными пластичными морскими глинами, местами песчанистыми глинами с многочисленным мелким раковинным детритом и конкрециями фосфоритов.
о
0-15
Выходы келловейского яруса наблюдаются только в центральной части территории. Келловейский ярус залегает несогласно иа каменноугольной системе. Представлен однородной пачкой жирных глин. Глины серые с фосфоритами, оолитовые мергели и пески с прослоями песчаников, • основании с хорошо окатанной галькой кремня.
0-10
Распространен по всей территории. С несогласием залегает на гжельском ярусе. Представлен черными глинами с углистыми прослоями, серыми мелкозернистыми песками с галькой.
Описанный геологический разрез мезо-кайнозойского возраста представляет собой верхнюю толщу зоны активного водообмена, заключающую в себе ряд водоносных горизонтов и комплексов, а именно: водоносный горизонт (ВГ) современных аллювиально-озёрно-болотных отложений, водоносный комплекс верхне- и среднечетвертичных аллювиально-флювиогляциальных отложений, ВГ водно-ледниковых отложений времени отступания ледника московского оледенения, воды спорадического
14
распространения в морене московского оледенения и покровных отложениях, ВГ аллювиально-флювиогляциальных отложений днепрово-московского межледниковья, воды спорадического распространения в морене днепровского оледенения, ВГ аллювиально-флювиогляциальных отложений окско-днепровского межледниковья, водоносный комплекс отложений нижнего мела, ВГ волжских отложений верхней юры. Вся обводненная толща мезо-кайнозоя подстилается региональным водоупром оксфорд-келловей-батских отложений средней и верхней юры. Ниже залегают ВГ карбона, воды которых в основном используются для промышленных целей города, и в формировании родникового стока на территории г. Москвы не участвуют.
ВГ, залегающие первыми от поверхности, принято называть в Москве «надморенными» или грунтовыми водами, а всю обводненную толщу рыхлых и связных пород, лежащих над глинами юрского возраста — надъюрским водоносным комплексом. Надъюрский водоносный комплекс является напорно-безнапорным с пресными подземными водами (минерализация <1 г/л) преимущественно гидрокарбонатного состава. Взаимосвязь ВГ обводненной толщи надъюрских отложений можно увидеть на гидрогеологическом разрезе правобережья р. Москвы, (рис. 1.1-1)
Мощность обводненных пород изменяется от 15 до первых десятков метров. На изучаемой территории развита верховодка в покровных суглинках и техногенных отложениях. Родниковый сток на территории Москвы преимущественно нисходящий, перетекание из нижележащих горизонтов происходит только на локальных участках. [81] В районе долин pp. Москвы и Яузы, где водовмещающая толща представлена единым пластом, коэффициент фильтрации песчаных отложений изменяется от 3-5 м/сут до 50-70 м/сут, с характерным увеличением от поймы к Ш надпойменной террасе.
Детализируем описание водоносных горизонтов и комплексов верхней толщи активного водообмена с позиции их участия в формировании родниковой разгрузки. Водоносные горизонты, приуроченные к пойме, первой, второй и третьей надпойменным террасам распространены в пределах долин рек Москвы и Яузы и в пойменных отложениях малых рек. Водовмещающие отложения представлены аллювиальными песками разной крупности иногда гравием и галькой (в пойме). Мощность для пойменных отложений находится в диапазоне 3-10 м, а для надпойменных террас - 10-15 м. Воды являются безнапорными. Нижним водоупором в долинах крупных рек (Москва, Яуза) служат юрские глины, а там, где они размыты - глинисто-мергелистые отложения каменноугольного возраста. В долинах малых рек водоупором служат глинистые отложения днепровской (донской) морены. Морфология свободной поверхности
ю
Ai
ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЙ РАЗРЕЗ по линии А1-А2
Масштаб гоРизонтальный 1: Масштаб вертикальный 1:2(
200-
«Q«
Условные обозначения
Воды спорадического распространения
ВГ современных аллювиальных отложений. Пески, супеси.
Г 1 ВГ
'—¦ -------* ОТЛ1
ВГ верхне-, ередяечетвертнчньв аллююшвло-фяювногляциальиых
отложений. Пески с I раннем н галькой. BI' флювногляшюльпых отложений московского оледенении. Пески с гравием н галькой.
\ HL
я морене московского оледенения и
1И1К(П>пны\ верхнечетвертичных отложениях. Прослои » лим'Ш песков.
ш флкимвгямимпимк отложяяЯ мрсиоясио-. twnfKWCMEN о иезкяеднимомья Гравийные лески.
Волы спорадвчесжого pacfi|X4;rpaiii.iiua в марене днепровского оледенения Прослои к линзы песков.
lii фяюшюгяяювнмю отложений окско-днепровекого меишвяамкоам.
Пески.
Водоносный комплекс нижнемеловыч
ог.южснин. Пески с прослоями глин и
песчаников.
ВГ волжских отложений верхней юры. Пески.
Водо] пор оксфордских отложеннН иорхпей юры. Глины.
;
BI ысиыовскнх отложений т.р\него кароон<). itiaeeiHaKti <. iipcc.wfiwii лоломитоя и я
Во (оносный KOMEtiiCKc от.южений v|KMiiero кар6\>на. Известняки, ю микты, мергели.
Во toynop Верейских отложенив московского яруса среднего карбоня. I лнны.
Уровень грунтов вод
Ныпошмрическ! уровень водонос комплекса среди
Рис. 1.1-1
16
водоносного горизонта соответствует особенностям рельефа и абсолютные отметки уровня снижаются от 140-160 м (в районе Яузы, Сетуни) до 120 м в долине р. Москвы. В целом для отложений характерно увеличение коэффициентов фильтрации в направлении от пойменных участков (3-5 м/сут) ко второй и третьей надпойменным террасам (до 30-50 м/сут). Решающей роли в формировании родникового стока этот горизонт не играет, т.к. ограничен по площади и по мощности. Родниковый сток, получая основное питание в аллювиально-флювиогляциальных, озерно-ледниковых и флювиогляциальных (межморенных) отложениях разгружается в эрозионных впадинах, на крутых склонах речных долин или транзитом проходит через аллювиальные отложения в русло основных водотоков г. Москвы. Определенную роль в формировании родников четвертичные аллювиальные отложения могут играть на участках расположения крупных останцов третьей и второй надпойменных террас (Карамышевская набережная, Нижние Мневники). Московский аллювиально-флювиогляциальный водоносный горизонт распространен в пределах флювиогляциальных равнин в северной, восточной и юго-западной частях города и играет определенную роль в формировании родникового стока на локальных участках. Зона его распространения ограничена положением внешней границы третьей надпойменной террасы и границами моренных плато. Мощность его сотавляет 2-4 м и увеличивается в направлении долин рек Москвы и Яузы до 7 м. Водоносные породы представлены глинистыми песками и супесями. Для отложений характерны невысокие значения коэффициентов фильтрации (1-5 м/сут). Горизонт безнапорный с глубиной залегания уровня в среднем до 3 м и лишь иногда до 5 м. Водоупором являются глинистые отложения днепровской, реже московской морены.
Московско-днепровский (московско-донской) аллювиально-флювиогляциальный и озерно-ледниковый водоносный горизонт имеет ограниченное распространение (крайний север и юго-запад города) и залегает между днепровской (донской) и московской моренами. Водоносные породы представлены песками с гравием, галькой и валунами. Абсолютные отметки свободной поверхности изменяются в диапазоне от 150 до 230 м. Мощность горизонта - 2-5 м.
Днепровско-окский водоносный горизонт распространен практически повсеместно на территории города (отсутствует лишь на юге, в районе между Теплым Станом и Борисовскими прудами). Водовмещающие породы представлены песками с включением гравия и гальки. В пределах северного моренного плато и зандровой равнины горизонт является безнапорным и лишь ближе к рекам Москва и Яуза приобретает напор. Мощность горизонта достигает 20 м. среди четвертичных водоносных горизонтов днепровско-окский горизонт имеет первостепенное значение в формировании
17
родникового стока по следующим причинам: 1) развит повсеместно; 2) имеет достаточно высокие фильтрационные свойства (коэффициент фильтрации 5-15 м/сут); 3) в областях выходов родников на поверхность (в пределах развития долинного комплекса рек Москвы и Яузы) в области размыва днепровской морены, он образует единую обводненную толщу с горизонтами поймы, надпойменных террас или нижележащими меловыми и юрскими водоносными горизонтами.
Сеноман-альбский водоносный горизонт распространен на крайнем юге территории в районе Теплого Стана и с. Узкое и приурочен к кварцевым фосфоритоносным пескам мощностью 5-15 м. Залегает горизонт под моренными и флювиогляциальными отложениями, является напорным. Водоупором служат парамоновские (альбские) глины. Абсолютные отметки уровней - 190-200 м.
Апт-неокомский водоносный горизонт распространен практически повсеместно на правобережье р. Москвы в области распространения моренных плато и участков флювиогляциальных равнин. Сложен мелкозернистыми песками, мощностью 20-25 м, коэффициент фильтрации составляет 3-10 м/сут. Часто образует единый водоносный комплекс с нижележащими юрскими (волжскими) песками, подстилается келловей-оксфордскими глинами. Большинство родников, разгружающихся в правобережье р. Москвы (Коломенское, Царицыно, Фили, Воробьевы горы и др.) так или иначе связаны с апт-неокомскими отложениями и нижележащим волжским водоносным горизонтом. Волжский водоносный горизонт довольно широко распространен на территории города за пределами долинного комплекса рек Москвы и Яузы. Водовмещающими породами служат тонко-зернистые, глинистые глауконитовые пески с коэффициентом фильтрации 0.7-3 м/сут. Горизонт залегает под нижнемеловыми и четвертичными песками, образуя с ними часто единый водоносный комплекс. Нижним водоупором являются келловей-оксфордские глины.
Ретроспективный анализ режима четвертичных ВГ, проведенный ЦИГТЭ [24] показал рост влияния инфильтрационного питания грунтовых вод и как следствие изменение структуры подземного стока за счет перераспределения разгрузки ВГ. По данным многолетних наблюдений количество осадков в среднем за многолетний период составляет 640 мм в год, при этом минимум составил 350 мм, а максимум 800 мм в год. На долю осадков в виде снега приходится 180 мм, хотя именно эти осадки составляют основную долю питания подземных вод. Амплитуда колебания уровня грунтовых вод (УГВ) в городских условиях составляет от 0,5 до 1,0 м, тогда как в естественных -J,5+2,0 м. Установленная синхронность колебаний указывает на то, что процессы, управляющие

Получить работу