Теоретические основы и практические приемы использования подземных вод с целью устойчивого развития территорий

Калинин, Михаил Юрьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Теоретические основы и практические приемы использования подземных вод с целью устойчивого развития территорий
ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Теоретические основы и практические приемы использования подземных вод с целью устойчивого развития территорий"

ЦЕНТРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ КОМПЛЕКСНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ Г ОД (ЦНИИКИВР)

УДК 504.062.6 : 504.43 + 504.45

КАЛИНИН Михаил Юрьевич

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРИЕМЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД С ЦЕЛЬЮ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ТЕРРИТОРИЙ

04.00.06 - Гидрогеология 11.00.11 - Охрана окружающей среды

и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени доктора технических наук

Минск - 1998

Работа выполнена в Центральном научно-исследовательском институте комплексного использования водных ресурсов (ЦНИИКИВР) и Белорусском научно-исследовательском центре "Экология" (БелНИЦ "Экология") Министерства природных ресурсов и охраны окружающей среды Республики Беларусь.

Научный консультант - доктор технических наук,

профессор Усенко В.С.

Официальные оппоненты -

доктор технических наук, профессор Дзекцер Е.С. доктор технических наук, профессор Яковенко П.И. доктор технических наук Минаев И.В.

Оппонирующая организация - Белорусский научно-исследовательский

геолого-разведочный институт (БелНИГРИ)

Защита состоится: 26 июня 1998 г. в 10.00 часов на заседании совета по защите диссертации Д. 14.02.01 при Центральном научно-исследовательском институте комплексного использования водных ресурсов (220086, г. Минск, ул. Славянского 1, корп. 2, ЦНИИКИВР, тел. (017) 263-48-42, факс (017) 264-27-34).

> С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНИИКИВР.

Отзывы в двух экземплярах с подписью, заверенной печатью учреждения, следует направлять на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан 22 мая 1998 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций, доктор экономических наук

. Геращенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Охрана водных ресурсов как одна из важнейших экологических проблем стала привлекать пристальное внимание мирового сообщества с конца 60-х годов, когда проблема обеспечения чистой питьевой водой населения возникла не только в странах с дефицитом водных ресурсов, но и богатыми ими. Дальнейшее устойчивое развитие (УР) многих стран, и в первую очередь государств с переходной экономикой, стало определяться наличием природно-ресурсного потенциала и надвигающейся опасностью необратимых негативных изменений в окружающей среде. Экологический аспект УР любого государства предполагает значительные капитальные вложення в охрану окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов, применение экологически безопасных технологий.

Основываясь на рекомендациях и принципах документов, принятых в 1992 г. в Рио-де-Жанейро на Конференции ООН по окружающей среде, в Республике Беларусь была разработана Национальная стратегия устойчивого развития (НСУР), одобренная 25 марта 1997 г. Президиумом Совета Министров и Международной Конференцией по устойчивому развитию стран с переходной экономикой (Минск, 16-18 апреля 1997 г.). В соответствии с НУРС должны быть, в частности, предусмотрены комплексные меры по охране и рациональному использованию земельных, лесных, минерально-сырьевых и водных ресурсов.

Успешное решение задач экологически обоснованного использования водных ресурсов невозможно без изучения роли подземных вод, которую они играют в обеспечении устойчивого развития территории. Важнейшими условиями экологически обоснованного использования подземных вод являются: выяснения их геологической, экологической и водохозяйственной роли на конкретной территории, естественных и эксплуатационных ресурсов, особенностей взаимосвязи подземных и поверхностных вод (ВППВ), условий их эксплуатации и охраны от загрязнения и истощения. Несмотря на многочисленные исследования, выполненные в этом направлении, до сих пор недостаточно изученными оставались вопросы: выбора стратегии нормированного использования располагаемых водных ресурсов на территориях с различной степенью изученности и обеспеченности водными ресурсами с целью УР, количественного взаимообмена между поверхностными и подземными водами в зависимости от гидрологических и гидрогеологических факторов, создания подземных водохранилищ (ПВ), одного из перспективных методов комплексного использования и управления водными ресурсами, оценки экологического состояния подземных вод и ряд других. В мире имеется весьма ограниченный опыт создании ПВ для решения водохозяйственных задач, несмотря на широкий географический охват (Северная и Южная Африка. Северная и Южная Америка, Индия, Мала!!-

зия, Аравийский полуостров, Дальний Восток, Северная и Южная часть Европейского континента). Слабо разработанными вопросами являются: теоретические вопросы водохозяйственного, природного и экономического обоснования по созданию ПВ; способы регулирования поверхностного и подземного стоков в ПВ; оценка влияния ПВ на изменение гидрогеологических условий.

Диссертационная работа посвящена совершенствованию методов и способов рационального использования водных ресурсов (в первую очередь подземной их составляющей) с учетом количественной и качественной характеристики, их роли в рамках территориальной экосистемы, особенностей ВППВ, экологического состояния, возможностей регулирования стока в ПВ, направленных на обеспечение УР территорий, расположенных в гу-мидной и аридной зонах. Она выполнялась в рамках научно-исследовательских работ как составная часть пяти госбюджетных, четырех международных и более 10 договорных тем. Исходными данными служили материалы собственных натурных, лабораторных, модельных и теоретических исследований автора с использованием большого объема проработанных им фондовых и литературных материалов. Автор выражает глубокую признательность научному консультанту проф., д.т.н. B.C. Усенко за неоценимую помощь в исследованиях, связанных с работой над диссертацией.

В диссертации изложены новые научно обоснованные теоретические, экспериментальные, технические и экономические решения крупной научной проблемы по оптимизации использования подземных вод, на территориях с различными гидрогеологическими характеристиками на основе новых методов оценки экологического состояния и прогнозирования изменения природных систем, внедрение которых вносит значительный вклад в развитие гидрогеологии и охраны окружающей среды.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Диссертационная работа выполнялась в рамках научно-исследовательских работ ЦНИИКИВР и БелНИЦ "Экология" как составная часть тем:

"Гидрогеологическое и технико-экономическое обоснование создания искусственных запасов подземных вод в условиях Полесья" по Постановлению СМ БССР № 9 от 3.01.1974 г.

"Исследовать влияние водозаборов подземных вод на поверхностные водные источники и прилегающую территорию (зоны депрессионных воронок) с использованием математических моделей" по заданию 0.85.01.01. 01.Н2 Госкомитета СМ СССР по науке и технике на 1976-1980 гг.

"Разработка методов учета процесса кольматации водных объектов при решении задач с использованием электромоделирования" по заданию 4.2. научно-технического сотрудничества в области мелиорации и водного хозяйства между СССР и ЧССР на 1976-1980 гг.

"Разработать Схему использования водных и земельных ресурсов долины Хадрамаут в НДРЙ" по международному контракту 7201261400 от

I томя 1977 г. между ВО "Сельхозпромэкспорт" (СССР) и Министерством сельского хозяйства и аграрных реформ (НДРЙ).

"Разработать Схемы использования подземных вод в долинах Рабва и Ахвар в НДРЙ" по международному контракту 720 1241400 между ВО «Сельхозпромэкспорт» (СССР) и Министерством сельского хозяйства и аграрных реформ (НДРЙ).

"Исследование возможных технических решений и разработка рекомендаций по созданию, проектированию и эксплуатации локальных подземных водохранилищ малых объемов для сельскохозяйственного водоснабжения в аварийных ситуациях. Составление каталога и карт распространения водохранилищ (для территории БССР) по заданию Минводхоза СССР 1987 -1988 гг.

"Разработать систему научно-технических мероприятий по созданию подземных водохранилищ для целей орошения и водоснабжения" по заданию 04.02 Д программы ГКНТ СССР 0.85.01 на 1986 - 1990 гг.

"Разработать территориальные комплексные схемы охраны окружающей среды основных городов и промышленных центров Республики Беларусь" республиканской комплексной программы "Экология" на 19911995 гг. и на перспективу до 2000 г., одобренной Президиумом Совета Министров Республики Беларусь, протокол 18 от 10.09.1990 г.

Цели и задачи исследований. Основной целью работы является совершенствование методов и способов рационального использования подземных вод на локальном и региональном уровнях, направленных на устойчивое развитие территорий, на основе учета: располагаемых водных ресурсов; их роли в функционировании территориальных экосистем; меняющихся во времени и пространстве условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод; их экологического состояния.

Это потребовало решения следующих задач:

- определения понятия УРТ и разработки концептуальной модели (схемы) УРТ на различном уровне, степени освоенности и разнообразия биогеоценоза рассматриваемой территории;

- разработки теоретических вопросов о роли водных ресурсов (и в частности подземных вод) при планировании УР различных по масштабам территорий, расположенных в гумидном и аридном климате с учетом экологических, экономических и социальных аспектов;

- разработки теоретических основ и практических приемов создания ПВ при различной ВППВ, как одного из методов повышения устойчивого водообеспечения хозяйственной деятельности человека, изучения в натурных условиях мест для возможного погружения паводкового стока в ПВ;

- совершенствования методики и технических средств математического моделирования для исследования вопросов влияния различных природных и антропогенных факторов на ВППВ, которые затруднено исследовать в натурных условиях;

- оценки ресурсов подземных вод и их экологического состояния на территориях с различной степенью изученности и освоенности, отличающихся обеспеченностью водными ресурсами, условиями ВППВ и расположенных в различных природных условиях (в гумидной и аридной зоне) с целью разработки рекомендаций по рациональному их использованию, обеспечивающему УРТ;

- оценки на математических моделях запасов подземных вод, конкретных объектов, изучения условий формирования этих запасов, разработки рекомендаций по рациональному использованию имеющихся водных ресурсов, в том числе с учетом создания ПВ и систем искусственного пополнения запасов подземных вод (ИППВ).

Объект и предмет исследования. Объектом исследований являлись природно-территориальные комплексы, расположенные в различных природно-климатических условиях (гумидной и аридной зонах), испытывающие различную степень антропогенного воздействия и имеющие различную степень изученности. Предметом исследований явились теоретические методологические и практические проблемы экологически обоснованногс использования подземных вод с целью обеспечения УРТ.

Гипотеза. Водные ресурсы рассматриваются как неотъемлемая часть природных экосистем, определяющих их разнообразие и устойчивость, я также определяющих УР отдельных территорий.

Методология и методы проведенного исследования. В основу положен диалектический подход к развитию природы, идеи В.И. Вернадского о биосфере, решения Конференции ООН по окружающей среде и развитию е Рио-де-Жанейро (1992 г.). Автор в аридной территории: участвовал в ком-тексной геолого-гидрогеологической съемке территории на площади 3600 км2 в масштабе 1: 200 ООО, лично в натурных условиях изучил вади аналоги на площади 110 км2 в масштабе 1: 25 000, провел гидрогеологическое обследование около 350 колодцев и скважин, отобрал 250 проб подземных во; на химический анализ, выполнил режимные наблюдения по 83 точкам в те чении года, осуществил математическое моделирование трех крупных во доносных систем (вади Хадрамаут, Рабва, Ахвар), выполнил оценку анали тическими методами региональных потенциальных и прогнозных эксплуа тационных ресурсов подземных вод, провел районирование территории п( обеспеченности подземными водами. Провел усовершенствование средств электроаналогового моделирования, выполнил более 600 экспериментов не моделях по изучению мало исследованных вопросов ВППВ, провел теоре тические исследования по вопросам обоснования создания ПВ. Для иссле дований объектов, расположенных на гумидной территории автор выпол нил анализ литературных и фондовых материалов, натурное обследованш территории, колодцев и скважин, потенциальных источников загрязнени; подземных и поверхностных вод, радонометрические исследования, связан ные с выходом из недр радона и др.

Научная новизна полученных результатов заключается в следующих разработках теоретического, методического и регионально-прикладного характера:

- получили дальнейшее развитие теоретические основы экологически обоснованного использования подземных вод с целью УРТ, расположенных в различных климатических зонах с различной степенью изученности и освоенности водных ресурсов;

- установлены новые количественные закономерности, характеризующие ВППВ в естественных и нарушенных условиях: влияние различной степени кольматации и декольматации русла в целом и его отдельных элементов (дна и бортов) на разгрузку подземных вод и на гидродинамический параметр Л Ь; влияние ширины реки, конфигурации излучины, формы поперечного сечения русла, различной степени несовершенства по вскрытию водоносного пласта, а также линейных размеров водозабора и его удаления от реки на формирование фильтрационных потерь из нее и на производительность водозабора; получены новые эмпирические зависимости для определения Д Ь и составных частей фильтрационного потока в зоне контакта подземных и поверхностных вод;

- разработаны классификация и основные принципы обоснования создания ПВ, даны определения водно-физических характеристик и геометрических параметров ПВ; выявлены закономерности влияния длины и конфигурации противофильтрационных завес в ПВ на изменение потока подземных вод (в водоносном горизонте типа пласт-полоса); предложен способ получения электрической энергии из нетрадиционных и возобновляемых источников с использованием ПВ плотинного типа; разработаны 11 принципиальных схем создания ПВ и систем ИППВ, четыре из которых защищены авторскими свидетельствами;

- усовершенствованы методика и средства моделирования задач, связанных с изучением и учетом ВППВ, а также с созданием и эксплуатацией ПВ. Пять новых устройств для моделирования защищены авторскими свидетельствами;

- показана роль водных ресурсов и возможность управления их использованием при планировании УР различных по своим масштабам территориальных экосистем (охватывающих область, район, город), расположенных в гумидной зоне Республики Беларусь, для которых выполнен анализ располагаемых и необходимых водных ресурсов, проведено исследование использования подземных вод за последние 20 лет и дана оценка экологического их состояния, разработаны рекомендации по их рациональному использованию и охране;

- для крупной региональной территориальной экосистемы, расположенной в аридной зоне и охватывающей южные и восточные провинции Йеменской Республики (ЙР) на основе структурно-геоморфологического районирования определены располагаемые естественные н прогнозные

эксплуатационные ресурсы подземных вод в масштабе 1 : 500 ООО, показана их роль в обеспечении УРТ, построены соответствующие тематические карты, установлены наиболее перспективные участки для разведки подземных вод и строительства ПВ;

- показана роль водных ресурсов и возможность управления их использованием при планировании устойчивого развития средних региональных территорий ЙР, входящих в средне- и высокогорные экосистемы (районы традиционного выращивания кофе), где на основе выполненных комплексной геолого-гидрогеологической съемки и структурно-геоморфологического районирования в масштабе 1:100 ООО оценены перспективные эксплуатационные запасы подземных вод и подсчитаны потребности в воде с целью УР этих районов, разработаны рекомендации по рациональному использованию подземных вод с учетом создания систем ИППВ и ПВ;

- с целью установления возможностей УР важнейших для ЙР экосистем: вади Хадрамаут (мелко региональная экосистема), Рабва (среднегор-ная локальная экосистема) и Ахвар (приморская локальная экосистема) проведена оценка естественных ресурсов подземных вод, оценены их эксплуатационные запасы, дан прогноз изменения качества и количества подземных вод с учетом особенностей ВППВ и перспективами создания ПВ при различных сценариях освоения территории.

Практическая значимость полученных результатов и их внедрение. Научные результаты выполненных исследований имеют важное практическое значение, позволяющее проводить экологически обоснованную эффективную водохозяйственную политику на территориях имеющих различную: изученность, освоенность и обеспеченность водными ресурсами.

Предложенные теоретические подходы по исследованию территорий различного масштаба и различной степень изученности, установление особенностей ВППВ, а также применение разработанной автором методики и новых устройств позволили провести моделирование конкретных водохозяйственных объектов, имеющих большое практическое значение и разработать для них рекомендации по рациональному использованию водных ресурсов и устойчивому развитию территорий.

Предложенный автором подход к изучению сезонных закономерностей ВППВ, методика использования результатов кратковременных опытов по искусственному восполнению для расчета прогнозов работы ин-фильтрационных сооружений, новые эмпирические зависимости для определения ВППВ, полученные расчетные графики влияния кольматации нг условия ВППВ можно использовать при определении фильтрационных по терь из каналов, рек, водохранилищ и при подсчете эксплуатационных за пасов подземных вод в речных долинах.

Разработанные теоретические вопросы водохозяйственного, природ ного и экономического обоснования создания ПВ, а также предложенньн способы их создания позволят повысить водообеспеченность территорий, г

следовательно и дальнейшее их УР. Результаты проведенных исследований легли в основу проектов конкретных водохозяйственных мероприятий, на которые имеются акты внедрения:

- новая технология исследования режима подземных вод с помощью моделирования в условиях нестационарной фильтрации внедрена Казги-проводхозом (Алма-Ата) при проектировании следующих объектов: Центральное Илийское месторождение, орошение земель на р. Баскан, Кулан-басское водохранилище, рисосовхоз "Акдалинский", госплемзавод "Кас-текский", пос. Актюбе, совхоз "Бельтасар", село Чилик, совхоз "Октябрьский", пос. Новотроицкий и др.;

- использованы НПО "Югмелиорация" при разработке технического задания на проектирование опытно-производственного участка при отработке технологии повышения эффективности использования подземных вод с искусственным регулированием их запасов;

- положены в основу четырех схем комплексного использования водных и земельных ресурсов долин вади Хадрамаут, Ахвар, Рабва, южных провинций ЙР для Министерства сельского хозяйства и аграрных реформ Йеменской Республики в 1982, 1988 и 1990 гг.;

- использованы Союзгипроводхозом (Москва) в качестве информационной базы для разработки спецраздела Схемы КИОВР р. Днепр (предложения по созданию искусственных подземных водохранилищ);

- использованы Украинским филиалом ЦНИИКИВР Минводхоза СССР при разработке рекомендаций по созданию, проектированию и эксплуатации локальных подземных водохранилищ малых объемов для сельскохозяйственного водоснабжения в аварийных ситуациях;

- приняты Главводресурсами и проектными организациями Минводхоза СССР для гидрогеологического, водохозяйственного и экономического обоснования создания ПВ при составлении Схем и ТЭО комплексного использования водных ресурсов для целей орошения, обводнения земель и водоснабжения в условиях дефицита поверхностных вод;

- использованы городскими и районными исполкомами, а также гор-райинспекциями природных ресурсов и охраны окружающей среды (Гомеля, Речицы, Могилева, Мозыря, Жлобина, Слуцка, Калинковичей, Барано-вичей) для реализации эколого-ориентированных мероприятий.

Дальнейшее практическое внедрение результатов исследований позволит повысить обоснованность и эффективность решений по использованию и охране подземных вод крупных регионов Беларуси и Йемена.

Результаты исследований могут иметь коммерческое значение для других государств, в т.ч. в первую очередь расположенных в аридном климате или имеющих дефицит пресных подземных вод: Казахстана, Киргизии, Таджикистана, России, Узбекистана, Украины, Молдавии, ЙР.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту.

1. Теоретические основы и практические рекомендации экологического подхода по обеспечению УРТ отличающихся размерами, степенью изученности, обеспеченности и использования водных ресурсов, позволяющие в будущем перейти к новому взаимоотношению человека с природой и обеспечивающие удовлетворение разумных потребностей нынешних и будущих поколений в условиях сохранения природных ресурсов.

2. Теоретические закономерности, характеризующие водообмен водоносных горизонтов с водоемами и водотоками в разнообразных условиях ВППВ (естественный и нарушенный режим), различные схемы и степень кольматации русл, влияние геометрических характеристик водотоков и водоемов на формирование фильтрационного потока и производительность водозаборных сооружений, что делает проектирование береговых водозаборов подземных вод более надежным.

3. Усовершенствованная методика моделирования для исследования влияния различных природных и антропогенных факторов (ранее не доступных для изучения) на ВППВ, основанная на использовании ряда новых моделирующих устройств, а также методика моделирования крупных территорий в условиях слабой ее природной изученности и периодическом восполнении подземной гидросферы за счет временных поверхностных водотоков и ливневых дождей, обеспечивающие более качественное гидрогеологическое прогнозирование.

4. Теоретические основы регулирования стока в ПВ, усовершенствованные

способы их создания с учетом многообразия природных условий, новые системы ИППВ и способ получения электрической энергии из нетради-ционнных возобновляемых источников, повышающих водообеспечен-ность конкретных территорий и делающих развитие общественного производства более устойчивым.

5. Научные рекомендации, направленные на экологически обоснованное использование и охрану подземных вод с целью обеспечения УР ряда городов, районов и областей Республики Беларусь, предложения по созданию ПВ и систем ИППВ.

6. Закономерности формирования естественных ресурсов и эксплуатацион-

ных запасов подземных вод ряда крупных территорий ЙР, прогнозы состояния подземной гидросферы при различных вариантах освоения территорий, рекомендации по сооружению ПВ, позволяющие правильно провести региональную планировку по размещению поселков, городов, объектов промышленного и сельскохозяйственного производства.

Личный вклад соискателя. Диссертация является результатом многолетних (1973-1998 гг.) исследований соискателя но проблеме обеспечения рационального использования подземных вод и УРТ, выполненных лично в ходе полевых, лабораторных и теоретических работ в ЦНИИКИВР и БелНИЦ"Экология", а также в период его работы за рубежом.

Выполнена комплексная геолого-гидрогеологическая съемка территории южных провинций ЙР, методом опроса и натурного наблюдения изучены вопросы прохождения паводков в крупных вади Аравийского полуострова выявлены наиболее благоприятные места для создания ПВ и систем ИППВ.

Усовершенствованы средства аналогового электромоделирования, разработаны новые устройства для реализации границ и граничных условий, которые позволили учесть особенности ВППВ и выполнить моделирование ряда конкретных водохозяйственных объектов.

Совместно с Кульбедой И.П. и Барановым A.B. усовершенствована методика моделирования гидрогеологических задач методом математического моделирования на ЭВМ и проведена оценка запасов подземных вод ряда крупных долин ЙР (Хадрамаут, Рабва, Ахвар). Разработаны рекомендации по рациональному использованию подземных вод этих территорий.

Выполнена обработка данных, полученных в результате полевых изысканий, сбора фондовых материалов, построены многочисленные тематические карты по условиям формирования, использованию и экологическому состоянию подземных вод ряда районов Беларуси (Барановичский, Гомельский, Речицкий, Мозырьский, Калинковичский, Слуцкий, Жлобин-ский), а также Могилевской области. В диссертации рассмотрены только два последних объекта.

В отдельных работах принимали участие сотрудники ЦНИИКИВР: д.т.н. В.С.Усенко, к.г.-м.н. А.Х. Альтшуль, к.г.-м.н. А. Федяев, к.г.-м.н. Р.А.Станкевич., к.э.н. A.M. Романенко, Н.М. Томина, A.M. Багрицевич; сотрудники БелНИЦ "Экология": М.А. Писарик, О.В. Полторжицкая, которые являются соавторами соответствующих публикаций (см. список использованных источников).

Основная часть материала собрана и обработана лично автором.

Апробация результатов диссертации. Материалы и выводы диссертации докладывались или опубликованы на международных, всесоюзных и республиканских совещаниях, конференциях и семинарах: Всесоюзном научно-техническом совещании "Комплексное использование водных ресурсов" (Минск, 1975), Международном симпозиуме по гидрогеологическим характеристикам речных бассейнов и значению совершенствования управления водным хозяйством" (Токио, 1975), Республиканской конференции "Актуальные проблемы охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов (Ташкент, 1977), "Всесоюзном семинаре по вопросам моделирования процессов переноса подземных вод" (Ленин-

град, 1978), Научно-практической конференции "Водные ресурсы Алтайского края, их рациональное использование и охрана"(Барнаул, 1978), Международном симпозиуме "Методы оценки ресурсов подземных вод" (Вильнюс, 1979), научно-практическом совещании "Влияние горнодобывающей промышленности на геологическую среду и ее охрана" (Пермь, 1981), I Всесоюзной гидрогеологической конференции "Формирование подземных вод как основа гидрогеологических прогнозов" (Москва, 1982), Международном симпозиуме "Методы оценки ресурсов подземных вод" (Варна, 1982), Всесоюзной конференции "Проблемы изучения, охраны и рационального использования водных ресурсов" (Москва, 1983), научно-технической конференции "Рациональное использование и охрана малых рек" (Таллин, 1985), Всесоюзном научно-техническом совещании "Состояние и задачи комплексного использования водных ресурсов страны" (Минск, 1986), Зональной научной конференции "Повышение эффективности мелиорации на Дальнем Востоке" (Владивосток, 1987), III Всесоюзном совещании по рациональному использованию и охране подземных вод (Пермь, 1989), I Всесоюзном съезде инженеров-геологов, гидрогеологов, геокриологов (Киев, 1989), Международном семинаре "Транспорт и экология" (Минск, 1995), Международной научно-практической конференции "Водные ресурсы и устойчивое развитие экономики Беларуси" (Минск, 1996), Республиканских научных конференциях и семинарах (Минск, 1979, 1986,1994, 1997, 1998 гг.).

Опубликованность результатов. Основное содержание диссертации опубликовано в 63 научных работах, в том числе 4 монографиях (три из которых написаны самостоятельно), 3 методических рекомендациях, 9 описаниях изобретений к авторским свидетельствам, 2 обзорах, 5 статьях в журналах "Водные ресурсы", "Водное хозяйство и гидротехническое строительство", "Гидротехника и мелиорация", "Известия АН УзССР", "Родная природа", в 20 научных статьях БелНИГРИ, ВНИИГиМ, ЦНИИКИВР, Белгосуниверситета, Европейского Банка Реконструкции и Развития, в материалах международных и республиканских конференций (21), общим объемом 1983 стр., из которых автору принадлежат 1143 стр. Всего автором опубликовано 110 научных работ, составлено 38 научных отчетов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения. Ее общий объем составляет 374 страницы, в том числе текста 216 страниц. Работа иллюстрирована 112 рисунками (карты, схемы, графики) и дополнена 46 таблицами. Библиография включает 475 наименований. Отдельную книгу составляют 60 приложений, приведенные на 127 страницах.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ j

В 1 главе "Экологические аспекты устойчивого развития территории"

отмечается, что интерес к устойчивости природных систем, подвергающихся стихийным катастрофическим природным явлениям и антропогенному воздействию начал проявляться среди ученых в конце прошлого - начале нынешнего века (В.В.Докучаев, В.И.Вернадский), затем в 40-е годы (А.Тенс-ли, В.Н. Сукачев, В.Б. Сочава и др.) и в семидесятые годы (Л.С. Абрамов, Дж.М. Андерсон, В.В.Куликов, Т.П.Куприянова, В.С.Преображенский и Т.Д. Александрова, В.А. Светлосанов и др.). В ходе проведенных ими исследований появились такие термины как - биосфера, экосистема, биогеоценоз, геосистема, устойчивость и ряд других. Термин устойчивость пришел в географию и другие естественные науки из техники, когда на основе метода аналогий была сделана попытка перенести учение о сопротивлении металлов, т.е. физических объектов на сложные экосистемы, геосистемы и т.п. В зависимости от характера воздействия одна и та же система может быть устойчивой, менее устойчивой и неустойчивой. Вопросы устойчивости стали в центре внимания градостроителей, экологов и других ученых (Т.В. Бочка-рева, В.В.Владимиров, И.А. Иодо, В.И. Данилов-Данилян, А.Г.Исаченко, Е.М. Микулина, H.H. Моисеев, А.Д. Урсул, Prikryl Zdenek и др.).

В девяностых годах уходящего столетия человечество столкнулось с рядом глобальных экологических проблем, требующих от всех стран совместных усилий для их разрешения. После доклада, подготовленного для ООН в 1987 г. специально созданной Международной комиссией по окружающей среде и развитию под руководством премьер-министра Норвегии Гру Харлем Брундтланд появляется термин устойчивое развитие. Мощный импульс к распространению идеи УР дал международной конгресс в Рио-де-Жанейро (1992) и его основной документ - "Повестка дня на XXI век". Попытки различных стран составить глобальный прогноз состояния природных ресурсов и человечества с использованием различных моделей давали совершенно противоположные результаты - от крайне пессимистичных до оптимистичных. Общим недостатком всех прогнозов было игнорирование сложности и эволюционного развития реальных геосистем. Автор не считает целесообразным (на данном этапе человеческих знаний) построение каких-либо глобальных прогностических моделей, так как недоучет только одного важнейшего фактора как синергизм может привести к ошибочным выводам. Тем не менее, человечество должно перейти на путь УР. Для этого автором предложена концептуальная схема модель УР. Им выделена генеральная г(ель УР - удовлетворение разумных человеческих потребностей в рамках имеющихся природных экологических возможностей на Земле и. которые не приводили бы к деградации природной среды.

Для конкретизации генеральной цели автором выделены 3 подцели или цели 1-го, 2-го и 3-го уровней, а также различные задачи (рис 1.1).

ЦЕЛИ ЗАДАЧИ

Глобальная цель - обеспечение устойчивого развития человечества Принятие согласованных решений и осуществление взаимной помощи всех государств на планете в области экологии, экономики и социологии

Цель 1-го уровня - обеспечение устойчивого развития населения отдельных континентов Принятие согласованных решений и осуществление взаимной помощи всех государств в границах отдельного континента в области экологии, экономики и социологии

Цель 2-го уровня - обеспечение устойчивого развития населения отдельных государств Принятие согласованных решений и осуществление взаимной помощи отдельных административных единиц в границах отдельного государства в области экологии, экономики и социологии

Цель 3-го уровня - обеспечение устойчивого развития населения отдельных регионов Принятие согласованных решений и осуществление взаимной помощи на локальном уровне внутри отдельных административных единиц (регионов)

Рис. 1.1. Концептуальная модель устойчивого развития на различном территориальном уровне

а •о

о й о ь К п

л а н

сг

% (Г

о К: Л

5 о

4 о ■о

»3

•а и

■а ■о к н

0 •а

в;

2 х; •а

о сз

1» *в

Экологическое районирование территорий с выделением ценных природных объектов

Рациональное использование природных ресурсов

Экологизация промышленного и других производств

Защита атмосферы от загрязнения

Определение стандартов ОС

и сроков практической их _реализации_

Восстановление нарушенных земель и ценных природных объектов (экосистем)

Создание научно-обоснованной системы особо охраняемых природных территорий

£ „ в

2. я> 211 £ з= га «> » х

а я

со

-о а>

Е ¥

Совершенствование форм управления производством

Повышение уровня и качества жизни

Обеспечение устойчивости социальной системы

N3 N0

со со

г-*

ГО ю

¿о со

(Л го

ю (43

со со

со

Рациональное размещение общественного производства

-е

§ "В

■а

: ш

-е-

Изменение структуры производства

о»:

3 *<

$ о

Изменение структуры потребления

£ ° Ф Ш £

11 I &

11 3 3

~ 2

а ? ^ »

ш х а 5®ОХ X О I о

Целью 1-го уровня будет обеспечение УР населения отдельных континентов (Евразии, Северной Америки, Южной Америки, Австралии, а также других островных государств); целью 2-го уровня - обеспечение УР населения отдельных государств и целью 3-го уровня - обеспечение УР населения отдельных регионов. Таким образом, автором рассматривается УР конкретных территорий (УРТ). В связи с различными масштабами целей предлагается выделить соответствующие задачи: для глобального уровня - принятие согласованных решений и оказание взаимной помощи всех государств на планете в области экологии, экономики и социологии, для 1-го уровня - те же задачи, но для государств в границах отдельных континентов, для 2-го уровня - те же задачи, но для отдельных административных единиц (например, краев и областей) в рамках отдельного государства и, наконец, для 3-го уровня - те же задачи, но на более мелком (локальном, например, районном) уровне внутри крупных административных единиц.

На каждом из территориальных уровней должны решаться в комплексе экологические, экономические и социальные задачи. Основной экологической задачей является сохранение устойчивости природных экосистем и биоразнообразия, экономической задачей - повышение эффективности общественного производства, социальной задачей - обеспечение благоприятной социально-демографической обстановки. Все основные задачи имеют тесную взаимосвязь через целую сеть более мелких. На стыке экологической и экономической задач формируются более мелкие задачи, конкретизирующие оптимизацию пространства и обеспечивающие, например: рациональное использование водных, лесных и земельных ресурсов; рациональное использование полезных ископаемых; восстановление нарушенных земель и ценных природных объектов (экосистем); создание научно обоснованной системы ООПТ; экологизацию общественного производства; защиту атмосферы. На стыке экологической и социальной задач формируются более мелкие задачи, конкретизирующие оптимизацию пространства и обеспечивающие комфортные и высокие (с точки зрения санитарно-гигиенических требований) условия жизнедеятельности людей, а также эстетические и благоприятные места их отдыха, например: рациональное размещение общественного производства; изменение структуры производства; изменение структуры потребления; повышение уровня и качества жизни. На стыке экологической, экономической и социальной задач формируются более мелкие задачи по: повышению нравственности и общей культуры; сохранению здоровья и генетической полноценности будущих поколений; повышению уровня экологического образования и воспитания; управлению демографическим процессом, а также ряд других.

Экологическая, экономическая и социальная задачи не могут рассматриваться в отдельности, что наблюдалось на определенных развития общества, когда во главу угла ставилась только цель или задача. При острой необходимости допускается возможность первоочередного выполнения од-

ной задачи с сохранением строгой ориентации на выполнение главной цели (например, строительство жилья и восстановление промышленности после войны и т.п.). Таким образом, одним из путей предотвращения ошибок и просчетов на пути к глобальной цели является четкая систематизация целей, постоянная проверка выполняемых задач поставленным целям, с тем чтобы отдельно взятая цель не была принята за ведущую и конечную.

В главе рассматриваются проблемы, с которыми, по мнению автора, придется столкнутся при решении задач УР максимально-, средне- и слабо освоенных территорий. Отмечается роль водных ресурсов в геологических и экологических процессах, развитии общественного производства любого государства. При использовании водных ресурсов в промышленности, сельском хозяйстве, тепло- и гидроэнергетике, рыбном хозяйстве, рекреации крайне мало уделяется внимания вопросам их роли в поддержании водных и околоводных экосистем, а также биоразнообразия. Недостаточно уделяется внимания геологической роли водных ресурсов.

Для обеспечения эффективного участия Беларуси в решении вопросов устойчивого экологического и социально-экономического развития на национальном и международном уровнях в 1997 г. была разработана "Национальная стратегия устойчивого развития" (НСУР), одобренная Президиумом Совета Министров. Разработчиками НСУР, которые отвечали за экологические вопросы являются И.В. Войтов, И.И. Лиштван, В.Ф. Логинов, М.И. Русый, А.Н. Рачевский, Ч.А. Романовский, П.З. Хомич, Г.А. Щербаков и др. В соответствии с НСУР для обеспечения УР республики должны быть предусмотрены комплексные меры по охране и рациональному использованию природных ресурсов, в том числе и водных.

Успешное решение проблемы рационального использования водных ресурсов заключается в обеспечении населения водой хорошего качества и в достаточных количествах при сохранении гидрологических, биологических и химических функций экосистем. Роль подземных вод как элемента УРТ будет определятся размерами рассматриваемых территорий, степенью изученности подземных и поверхностных вод, а также степенью их использования и соблюдения принципов рациональности их использования.

Рациональное использование водных ресурсов, по мнению автора, начинается с момента оценки их ресурсов и заканчивается эколого-эконо-мическим их использованием, причем не только в деятельности человека, когда вода рассматривается как природный ресурс, но и деятельности, когда на воду оказывается пусть даже самое малое косвенное влияние. При рассмотрении вопросов рациональности важнейшим является принцип сохранения целостности экосистемы.

В качестве территорий, где подземные воды рассматриваются как один из элементов УР, могут выступать крупные территории, охватывающие одну или несколько соседних стран, часть страны, область, район, город и более мелкий участок. При этом определяющую роль в процессах ус-

тойчивого экологического развития играют не административные границы рассматриваемой территории, а водосборные подземные и поверхностные бассейны. Однако, учитывая, что на планете планирование хозяйственного использования территории происходит в рамках административных границ, в данной работе автор придерживается именно этого деления и рассматривает региональные и локальные экосистемы.

Важное место в функционировании экосистем и в вопросах рационального использования подземных вод играют условия их взаимосвязи с поверхностными водами (ВППВ). Современный этап исследований, отличается всесторонним и целенаправленным подходом к изучению ВППВ с применением различных методов исследований. Это гидрогеологические, гидрохимические, геофизические, геоботанические, температурные и космические методы (Р. Антоне, Ф.М. Бочевер, Б.В. Боревский, И.К. Гавич, Е.С. Дзекцер, И.П. Дилюнас, C.B. Завилейский, И.С. Зекцер, В.А. Злотник, И.В. Минаев, Е.Л. Минкин, И.К. Невечеря, С.М. Семенова-Ерофеева, Н.С. Огняник, B.C. Плотников, В.П. Рогунович, В.Ф. Рыбин, А.Б. Ситников, B.C. Усенко, М.С. Хантуш, М.М. Черепанский, В.М. Шестаков, В.М. Шестопалов, Л.С. Язвин, П.И. Яковенко, A.B. Birtles, L. Lukner и др.).

Среди основных факторов, влияющих на условия ВППВ, выделяются две основные группы: гидрологические и гидрогеологические. К первым относятся: русловые процессы, кольматация и декольматация донных отложений, режим уровня и поверхностного стока, асинхронность прохождения твердой и жидкой фазы в период паводков, ледотермические явления (донный лед, шуга, заторы, промерзание русловых отложений и т.п.), форма русла в разрезе и плане, а также другие факторы. Ко вторым относятся -положение уровней в дренируемых водоносных горизонтах, мощности и фильтрационные характеристики слабопроницаемых прослоек между руслом реки и водоносным горизонтом, направление движения подземных вод, а также другие. Учитывая большое количество и разнообразие природных факторов, влияющих на условия взаимосвязи многие вопросы в этой проблеме до сих пор остаются недостаточно изученными, поэтому глава 2 посвящена изучению именно этим вопросам.

Одним из методов рационального использования подземных вод, который невозможно успешно решить без учета условий ВППВ, является регулирование поверхностного и подземного стока в ПВ. Мировой опыт создания ПВ в различных природных условиях оказался весьма ограниченным, как и разработка теории по этому вопросу. Восполнению этого пробела в исследованиях посвящена глава 3.

2 глава "Исследования условий и методов расчета взаимосвязи подземных и поверхностных вод" посвящена дальнейшему исследованию теоретических вопросов и совершенствованию методики проведения экспериментов. В ней рассмотрены: методика учета ВППВ при аналитических расчетах и электроаналоговом моделировании, для чего охарактеризованы виды граничных условий (ГУ), встречающихся на контакте "подземные воды -поверхностные воды"; способы учета локальных сопротивлений, возникающих в этой зоне; конструктивные особенности существующих и новых устройств, предлагаемых для моделирования границ, новые способы реализации ГУ на моделях, а также результаты экспериментов по изучению различных природных факторов на ВППВ.

Автором рассматриваются три вида ГУ, встречающихся на контакте подземных и поверхностных вод, а также 4-ый вид ГУ, возникающих на контакте коренного склона с аллювиальными отложениями речных террас, отражающих неразрывность напора и потоков. Приводится обзор аналитических зависимостей для этих видов ГУ и устройств, реализующих их на моделях.

С целью совершенствования методики учета ВППВ при моделировании автором разработаны новые устройства, пять из которых признаны изобретениями. Устройства по авторским свидетельствам № 637828 и № 723607 предназначены для воспроизводства на модели границ с простой и сложной постоянной конфигурацией, по а.с. № 868788 и № 1354217 - для переменных во времени и по площади граничных условий, по а.с. № 960858 - для задания ГУ 4 рода. Новые устройства позволяют исследовать на моделях новый класс задач с переменной в течение времени границей (подземных и поверхностных водохранилищ с изменяющейся площадью зеркала, пересыхания рек, затопление пойм, осушение болот, изменение фильтрации при ИППВ, различные варианты конструкций и расположения дамб обвалования и т.п.). Кроме того, усовершенствована методика реализации переменных ГУ на RC- моделях, для чего создано устройство, позволяющее задавать ступенчато аппроксимированные ГУ 1,2,3 рода, изменяющиеся по заданному закону одновременно в нескольких точках. Устройство является автономным и может быть использовано на других RC - моделях.

Для повышения точности и сокращения времени на решение обратных и прогнозных задач, предложен и опробован комплекс, состоящий из двух АВМ: БУСЭ-70 и интегратора с дискретно распределенной емкостью. Расширены технические возможности и класс решаемых задач на RC- интеграторе для чего создан блок начальных условий. Разработанные устройства позволили провести ряд экспериментов и изучить новые теоретические аспекты в проблеме ВППВ. В частности было установлено, что:

- ширина (2Ь), степень несовершенства (£ = h/M) и форма поперечного сечения русла оказывают существенное влияние как на суммарную фильтра-

цию (О) из реки, так и на фильтрацию через элементы ее русла (дно С)д и борта С>б);

- с увеличением степени кольматации русловых отложений К = К/К0 влияние несовершенства реки по вскрытию водоносного пласта на общий приток подземных вод уменьшается. Полная кольматация одного из элементов русла (дна и бортов) оказывает гораздо меньшее влияние на разгрузку подземных вод и параметр А Ь, чем частичная кольматация всего русла. Один из критериальных графиков приведен на рис. 2.1;

- конфигурация излучины реки значительно влияет на общее количество поверхностных вод, привлекаемых к водозабору с одного и того же ее участка. Характерно то, что при практически любой степени кривизны излучины независимо от того, где расположен водозабор (на вогнутом или выпуклом берегу), половина отбираемых водозабором вод будет формироваться с участка реки длиной, равной двойному удалению водозабора от реки. Это справедливо для водозабора, который не имеет линейной протяженности и его можно рассматривать как "большой колодец";

- линейные размеры водозабора сказываются на количестве речных вод, привлекаемых к скважинам лишь при удалении его от реки на расстояние меньшее или равное длине водозабора. С увеличением этого расстояния линейными размерами водозабора при определении фильтрационных потерь из реки с одного и того же ее участка можно пренебречь и пользоваться зависимостями для одиночной скважины;

- доля естественного потока, которая перехватывается водозабором будет определяться количеством подземных вод, разгружающихся в реку в ненарушенных условиях, расстоянием между водозабором и рекой, а также линейными размерами водозабора. При этом влияние последнего фактора значительно меньше, чем первых двух;

- при изучении работы береговых инфильтрационных водозаборов в условиях активной гидравлической ВППВ, когда не нужно определять влияние его эксплуатации на окружающую территорию, длина водотока (УР) на модели может быть ограничена величиной 14 Хо, где Хо - расстояние между водозабором и рекой;

- при активной гидравлической связи подземных и поверхностных вод и отношении ширины реки к мощности водоносного горизонта более чем в 1,6 раза влиянием противоположного берега можно пренебречь;

- форма поперечного сечения поверхностного водотока в условиях не-закольматированности его фильтрующей поверхности незначительно влияет на производительность берегового водозабора. Однако при расчетах необходимо учитывать реально существующую степень закольматированности дна и бортов. Полученная в ходе экспериментов зависимость для определения ДЬ позволяет обобщенно учесть различную схему и степень кольматации русловых отложений, ширину и несовершенство русла по врезу в водоносный горизонт без их непосредственного изучения.

0.9 0.8 0.7 0.6 0.5

0.4 0.3 0.2

< 2Ь , . зм

ь.. • . . . ■ • . . .

• • . • *

10' К 10

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ расход, поступающий через дно — — расход, поступающий через закольматированный борт (<2У(2)

Рис. 2.1. Зависимость притока подземных вод к реке (О) от степени кольматации (К) обоих бортов:

а-при В =1; б-при В=0.5; в- В=0,25.

Для аппроксимации полученных автором критериальных зависимостей ВППВ была использована программа Origin 40. Применяемый в ней метод нелинейной регрессии основан на наиболее широко распространенном варианте метода наименьших квадратов для нелинейной аппроксимации - алгоритме Левенберга-Марквардта. Первоначально для выбора класса наиболее подходящих математических кривых рассматривались зависимости влияния отдельно кольматации дна русла реки и кольматации обоих бортов русла на дренирующую способность реки. При выборе класса кривых учитывались: общее поведение кривой; возможность выполнения граничных условий при К = 1 и К , стремящемся к бесконечности, а также условий при степени несовершенства русла £ , стремящемся к 0 и равном 1;

монотонность изменения значений параметров формул (как функций Ъ,) для всего семейства кривых при одинаковой ширине реки; возможность интерпретации физического смысла значений параметров.

Из предлагаемого в Origin 40 набора стандартных математических кривых наиболее подходящими оказались для линейного масштаба степени

кольматации К логистическая кривая и ее аналог для логарифмического масштаба - кривая Больцмана с аналитическим выражением:

у= А'~А2 . (2 1)

Применение логарифмического масштаба является более предпочтительным, так как позволяет лучше учитывать изменения значений относительного расхода воды на всем диапазоне изменения К . Вычислительный эксперимент с подбором значений параметров кривой Больцмана для случая кольматации дна показал хорошее приближение теоретических значений к результатам моделирования, однако немонотонность и неинтерпретируемость значений параметров заставили искать более подходящий вид кривой с таким же, как и у кривой Больцмана экспоненциальным ростом значения знаменателя выражения. Оказалось, что требуемого поведения кривых можно добиться, если предположить, что расход через закольмати-рованное дно реки пропорционален выражению:

Q<*>- , (2.2)

1 + г(1;)Ф(К)

где Q(%) - расход через незакольматированное дно;

г(£) - коэффициент, отражающий влияние дополнительного сопротивления, вызванного кольматацией дна; ф(К) - функция, отражающая экспоненциальный рост сопротивления дна при кольматации.

В качестве функции ф , удовлетворяющей начальным условиям, можно выбрать гиперболический синус вЬ (с-1п (К )), где с - показатель интенсивности роста сопротивления при кольматации. Допустимость подобных предположений подтвердилось после пробных вычислительных экспериментов для расхода через закольматированные борта реки.

Эмпирические формулы для аппроксимации зависимостей

Введя обозначения 0(£) для отношения расхода через один незаколь-

матированный борт к расходу через незакольматированное дно и обозначение х = 1п(К ), присвоив везде индекс 0 параметрам формул для дна реки и индекс 1 параметрам для борта, после несложных преобразований получен следующий ряд эмпирических формул.

Колъматация дна реки:

Доля расхода, поступающего через закольматированное дно: Од 1

О 1 + 20(^)(1 + г0(^)51г(с0х)) ' Доля расхода, поступающего через незакольматированный борт: Об _ 1 + г0(^)зЬ(с0х) С> 1/0($) + 2(1+г0(4)5Ь(с0х)) "

Колъматация одного из бортов реки:

Доля расхода, поступающего через незакольматированное дно: (Зд _ 1 + Г,(^)8Ь(С,х)

(2.3)

(2.4)

9 +(1 + 00(1 + Г, (^Ь(с,х))

Доля расхода, поступающего через закольматированный борт:

Об.=__А_

<2 1 + (1/В(§) + 1)(1 + г,(5)8Ь(С1Х))

Колъматация обоих бортов реки:

Доля расхода, поступающего через незакольматированное дно: С!д 1 + 1,(^(0,*)

(2.5)

(2.6)

<3 гБ^+Нг^Жс,*) Доля расхода, поступающего через закольматированный борт:

Об =_!_

О 2 + (1/1)(Ш1 + г,(^Ь(с1х)) '

(2.7)

(2.8)

Колъматация всего русла реки:

Доля расхода, поступающего через закольматированное дно:

Зд _ 1

Q 1 + 2D(£) l + ro^)sh(c0x)

(2.9)

l + r,(£)sh(c,x)

Доля расхода, поступающего через закольматированный борт:

Q6 = 1

Q 1 l + r,(£)sh(c,x) '

(2.10)

D(§) l + r0(^)sh(c0x)

Изменение притока подземных вод в зависимости от степени кольма-тации русла характеризуется следующей эмпирической формулой:

1 , 2P(g)

QK 1 + r0 (^)sh(c0x) 1 + г, (^shiqx) Q 1 + 2DU)

Определение значений параметров формул

Поиск значений параметров эмпирических функций, определенных приведенными выше формулами, выполняется в два этапа. На первом этапе при помощи Origin 40 определялись значения параметров для каждой из эмпирических кривых, с собственными значениями показателей интенсивности роста сопротивления ci и сг. Для ускорения сходимости процессов приближений начальные приближения значений параметров DH(£) определялись по формуле:

(2-12)

где Q0(£)- относительный расход через дно при отсутствии кольматации

всех элементов русла реки, определяемый по положению на графике

конкретной кривой для расхода через дно в точке In (К )=0.

Начальные значения параметров го и п принимались равными 0,4, а параметров ci и сг равными 1. На значения параметров накладывались естественные ограничения: D>0, го>0, ri>0, ci>0, сг>0.

Проведенные вычисления показали достаточно высокую скорость сходимости процесса поиска и дали очень хорошие приближения эмпирических кривых со значениями критерия х2 порядка 10 7 - 10 8. По результатам первого этапа подбора значений параметров был сделан вывод о приблизительном равенстве значений параметров о и ci и их независимости от ширины реки и степени несовершенства реки. В качестве оценки общего

параметра с было выбрано выборочное среднее для индивидуальных оценок параметров С| и С2 по отдельным кривым. Это дало значение с= 1,06129 при стандартной ошибке среднего, равной 0,01243. На следующем этапе поиска приближений была выполнена повторная оценка значений параметров ), ) и ) для ансамблей кривых при фиксированном значении с. В качестве начальных приближений принимались результаты первого этапа приближений. Окончательные результаты вычислений приведены в соответствующих таблицах диссертации.

Таким образом, выполненное автором моделирование позволило: изучить структуру поступающего в русло расхода подземных вод, получить расчетные графики для оценки его составляющих элементов; оценить какая часть русла будет подвержена наибольшей кольматации на реках с различной формой и шириной поперечного сечения и, следовательно, при каком размещении водозабора относительно реки эти процессы будут происходить наиболее интенсивно, что очень важно при проектировании береговых инфильтрационных водозаборов.

В главе 3 "Теоретические основы и практические приемы создания подземных водохранилищ как метода управления водными ресурсами гумидных и аридных территорий" изложены результаты теоретических и экспериментальных исследований по регулированию подземного и поверхностного стока в ПВ. Под ПВ автор понимает емкость в горных породах, искусственно созданную путем устройства подземных подпорных сооружений или новых водовместилищ, предназначенную для регулирования, аккумулирования и (или) дальнейшего использования подземного и поверхностного стока. Определение не ставит целью охватить все признаки ПВ, оно указывает лишь необходимые и достаточные для того, чтобы отличить ПВ от других понятий. Основным отличием ПВ от систем ИППВ и РПЕ является накопление нового (дополнительного) запаса подземных вод по сравнению с естественными условиями, который полностью сохраняется в данном месте до момента его использования. Это достигается сооружением подземных проти-вофильтрационных плотин (завес, экранов), либо созданием новых емкостей в ранее слабообводненных породах (рис. 3.1).

Неравномерность площадного распределения водных ресурсов, продолжающийся рост водопотребления, значительная загрязненность поверхностных вод или их отсутствие, интенсификация отбора подземных вод в экономически наиболее развитых районах, дефицит пресных вод питьевого качества и необходимость обеспечения УР отдельных территорий, вызывают необходимость применения в отдельных местах метода регулирования запасов подземных вод с помощью ПВ. В связи с этим создание ПВ является одним из путей решения важнейшей водохозяйственной проблемы по увеличению располагаемых водных ресурсов.

с к Под- Сокращенное Принципиальная Под- Сокращенное Принципиальная

Н тип название схема тип название схема

Безнапорный водоносный горизонт

-»-г

I 1-а РПЕ 1-6 РПЕ с

■ •. • <. . .-"И—* ИППВ ■ ¿г-С

* ~ 1 ' * 1 1

Напорный водоносный горизонт (линзы, прослои в морене)

Н-а

РПЕ

Н-б

РПЕ с

иппв

Безнапорный водоносный горизонт

III

Ш-а

ПВс НПФЗ

Ш-б

ПВс

иппв

НПФЗ

Безнапорный водоносный горизонт

1У-а

ПВ с ЗПФЗ

1У-6

ПВ с

иппв

и ЗПФЗ

Безнапорный водоносный горизонт

У-а

ПВс НАЕ

У-б

ПВс ИППВ и с НАЕ

Водоносный горизонт отсутствует

У1-а

ПВ с ИППВ и НАЕ

У1-6

ПВс ИППВ и НАЕ

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ИППВ - искусственное пополнение подземных иод

V р- Ч

-НПФЗ - незамкнутая в плане

противофильтрационная завеса - ЗПФЗ - замкнутая в плане

противофильтрационная завеса отбор подземных вод; подземный сток;

РПЕ - регулирующая подземная емкость

ПВ - подземное водохранилище НАЕ - новая аккумулирующая емкость скажина

Рис. 3.1. Типы ПВ и РПЕ

Отдельным вопросам обоснования по созданию ПВ и регулируемых юдземных емкостей посвятили свои работы A.A. Акрамов, В.Е. Ануфриев, J.JI. Головин, С.П.Гурьба, Н.И.Беседа, П.И. Закржевский, A.B. Кудельский, 1Ш. Мирзаев, М.В. Потапов, A.M. Романенко, B.C. Усенко, H.H. Фаворин, С.А. Тихонова, П.И. Яковенко, Duane L. Georgeson, М. Ahnfors, R.D. Bedu-nont, J.W. Kluger, I. Larsson, El. Amani, G. Hanson и другие.

Создание ПВ включает в себя следующие операции: сооружение с помощью подземных плотин или другим способом новой аккумулирующей емкости, строительство каптажных сооружений и при необходимости систем 4ППВ. Тип и схема ПВ будет отличаться в зависимости от гидрологических i гидрогеологических условий и его назначения. ПВ могут быть созданы в 5езнапорных водоносных горизонтах, в кристаллических трещиноватых орных породах, в закарстованных породах, в виде плавающих линз прелых вод на высокоминерализованных, а также в других условиях. Основам при этом является сооружение подземных подпорных сооружений (плотин, завес, экранов) из водонепроницаемого материала, расположенных пер-тендикулярно подземному потоку. При отсутствии водоносного горизонта [апасы подземных вод могут быть накоплены в коллекторе из донных нано-;ов реки путем создания в ее русле многоступенчатой дамбы, собирающей фупнозернистый материал, переносимый водным потоком. Этот тип ПВ шляется промежуточным между подземным и наземным, поскольку имеет характерные черты обоих. Дополнительные емкости для воды при отсутст-зии естественных коллекторов могут быть созданы путем подземных взры-зов, выщелачивания, использования отработанных карьеров, шахт и т.п.

В главе изложены современные способы создания противофильтраци-энных завес до глубины 100 м и даны рекомендации по их использованию в ТВ. С целью усовершенствования методов создания ПВ и систем ИППВ автор разработал 11 новых принципиальных схем, 4 из которых признаны «обретениями. В одном из них по а.с. № 1413201 в качестве ПФЗ в ПВ, по «нению автора может быть использована пневмозавеса. В другом, по а.с. № 1221297 с целью упрощения чистки и предотвращения кольматации фильтрующей поверхности инфильтрационного сооружения капитального типа предлагается использовать фильтрующее полотно, часть которого по мере загрязнения извлекается, подвергается регенерации и может использоваться вновь. Причем в период регенерации загрязненной части полотна в работе участвует чистая его часть. В третьем устройстве, по а.с. № 1361265 с целью повышения производительности системы ИППВ, работающей в ПВ, предложено в инфильтрационном бассейне капитального типа применить плавающее перекрытие из двух герметично соединенных пластин, внутри которых расположены амортизаторы. В четвертом устройстве, по а.с. № 1629425 верхняя пластина перекрытия выполнена с периодически светопроницаемым экраном, позволяющим с использованием энергии солнечных лучей значительно увеличить производительность систем ИППВ в ПВ.

В связи с тем, что в настоящее время пристальное внимание уделяете: разработке и освоению нетрадиционных источников энергии, автором со вместно с Э.П. Коваленко предложена новая схема использования ПВ дл: преобразования низкопотенциальной и низкотемпературной энергий в элек трическую. Использование предложенной системы позволит одновременн( использовать потенциальную и тепловую энергию воды безнапорных и на порных водоносных горизонтов там, где отсутствуют поверхностные водны источники и неэффективно использование ветродвигателей и гелеоэнергети ческих установок.

Для развития теории ПВ автором разработаны основные принципы во дохозяйственного, природного и экономического обоснования создания ПЕ Водохозяйственное обоснование основывается на оценке имеющихся источ ников водоснабжения для конкретного объекта, а также на сравнении суще ствующей и перспективной потребности в пресной воде с целью выявлени потребностей, не обеспеченных на данный период или в ближайшем буду щем источниками водоснабжения. Природное обоснование может быть ре гиональным и локальным, при этом региональное выполняется с целью вы явления площадей, перспективных для создания ПВ при планировании во дохозяйственных мероприятий на значительной территории. Локально обоснование производится на конкретном участке путем постановки де тальных комплексных исследований с целью обоснования возможности соз дания ПВ заданного объема в данном месте. Возможность создания ПВ ; эффективность его работы определяется совокупностью нескольких природ ных факторов: геоморфологических, геологических, гидрогеологически? гидрологических и климатических. Экономическое обоснование включае сравнение технико-экономических показателей для нескольких варианто создания ПВ с учетом характера использования воды (на питьевые нуждь производственные, орошение). Автором предложена методика экономичс ского обоснования ПВ и приведен пример экономических расчетов ПВ.

В главе также изложены особенности расчетов ПВ с помощью аналити ческих методов и методов моделирования. С целью совершенствования ме тодики моделирования ПВ автором предложено новое устройство для рас ширения технических возможностей аналоговой установки. Кроме тоге проведенные им модельные исследования по влиянию подземной плотин! на поток подземных вод и построенные критериальные графики позволяю наметить наиболее оптимальное расположение водозаборных скважин в П1 рассчитать объем дополнительных запасов, оценить зону влияния ПВ.

Апробация выполненных теоретических и экспериментальных исследс ваний выполнена на двух регионах (гумидном и аридном), которые отличг ются степенью изученности и освоенности территорий, условиями формирс вания запасов подземных вод, условиями ВППВ и способами управлени водными ресурсами с помощью ПВ.

В главе 4 "Исследование и внедрение разработок по рациональному использованию подземных вод с целью устойчивого развития гумндных территорий" рассматриваются природные условия Республики Беларусь, их освоенность и основные экологические проблемы.

Приводятся данные о темпах урбанизации территории республики, антропогенной нагрузке, испытываемой различными местными системами, среди которых лидируют Минская, Гомельская и Гродненская (Б.М. Дыс-кин). Отмечается, что обеспечение УРТ во многом зависит от соотношения и пространственного расположения урбанизированных и природных экосистем. Экологически устойчивыми считаются территории, где обеспечивается соотношение: природных - 70 % и антропогенных - 30 %. В настоящее время соотношение природных (лесных, болотных и луговых) и антропогенных систем в республике находятся примерно в соотношении 55% и 45 %, т. е. есть еще возможность направить общественное производство по пути УР. В республике исторически сложилась система урбанизированных осей (коммуникационных коридоров), включающих автомобильные, железнодорожные и водные пути сообщения, которые связывают между собой урбанизированные узлы из крупных и средних городов. Урбанизированные оси одновременно выполняют роль трансевропейских коммуникационных коридоров: Париж - Берлин - Варшава - Минск - Москва и Санкт-Петербург - Витебск - Гомель - Киев - Одесса. Природный каркас из особо охраняемых природных территорий (заповедников, заказников и национальных парков), а также других охраняемых территорий (рекреационных, зеленых зон городов, лесоречных и лесоозерных комплексов) должен служить в качестве противовеса урбанизированному каркасу. При этом нужно реализовать принцип поляризации пространства, который предотвратит дальнейшую деградацию природной среды (И.А. Иодо, Б.М. Дыскин и Г. Потаев).

Существующая сеть особо охраняемых природных территорий (ООПТ) не имеет достаточно обоснованной с экологической точки зрения пространственно-планировочной структуры, которая объединяла бы отдельные особоохраняемые единицы в одно целое и обеспечивала свободную миграцию живых организмов. До создания такой структуры учеными республики (H.H. Бамбалов, Д.С. Голод, И.И. Лиштван, A.C. Мееровский, В.И. Парфенов, Б.П. Савицкий, B.C. Романов и др.) намечен для охраны целый ряд приоритетных природных объектов. Для решения проблемы УР необходимо решить ряд задач: разработать территориально-пространственные параметры, обеспечивающие стабильное сохранение биоразнообразия на популяционно-видовом и экосистемном уровнях; выполнить обоснование целесообразности восстановления естественных экосистем на ныне используемых в хозяйственных целях землях; выявить степень и условия сохранения биоразнообразия при различных вариантах территориально-пространственного сочетания ООПТ с ландшафтами хозяйственного и

рекреационного назначения; определить допустимые антропогенные на грузки на различные природно-территориальные комплексы, при которы: обеспечивается необходимые уровни сохранения биоразнообразия; осуще ствить функционально-экологическое зонирование территории. Попытк! применения функционально-эколоогического зонирования сделаны авто ром совместно с другими учеными при разработке территориальных ком плексных схем охраны окружающей среды (ТерКСООС).

Эти схемы, по мнению автора, могут стать основой для реализацш концепции УР республики. Они разрабатываются для определения ком плекса экологоориентированных мероприятий, предотвращения и ликви дации негативного влияния хозяйственной и иной деятельности на окру жающую среду, сохранения и увеличения природно-ресурсного потенциа ла. Схемы должны служить основой для принятия управленческих реше ний, регламентирующих природопользование и природоохранную дея тельность. Для решения задач УР разработка ТерКСООС должна начи наться на национальном уровне, а затем переходить на областной и район ный уровни. Основой УР Беларуси является создание научно-обоснованно] системы ООПТ - природного каркаса республиканского планировани размещения общественного производства. При этом размещении водны ресурсы играют одну из важнейших задач, чтобы избежать создание ил] дальнейшее развитие водоемких производств на участках, где водных ре сурсов недостаточно или они очень уязвимы. Рассмотрение вопросов ус тойчивости подземных вод, как части природных экосистем, к антропоген ному загрязнению в ТерКСООС имеют свою специфику, которая позволяв применить для ее оценки бальную шкалу. Баллами может быть оценена н только устойчивость, но и техногенная нагрузка, а также экологическое со стояние как подземных вод, так и всего природного комплекса любой тер ритории.

Отдельным вопросам использования подземных вод в республике различные годы уделялось внимание таких ученых как Г.В. Богомолов В.И. Бучурин, А.Н. Геращенко, A.M. Гречко, С.П. Гудак, А.Д. Гуринови! В.Г. Жогло, А.Н. Колобаев, Г.А. Колпашников, Б.И. Коробейнико! П.Н. Костюкович, A.B. Кудельский, К.А. Курило, И.В. Минаев, P.A. Стан кевич, B.C. Усенко, М.В. Фадеева, В.И. Фоменко, A.A. Федяев, М.М. Чере панский, В.М. Шиманович, A.B. Штаковский, П.И. Яковенко, М.Г. Ясс веев и др. Анализ выполненных ими исследований показывает, что РеспуЕ лика Беларусь в целом считается обеспеченной запасами пресных подзеч ных вод. Опасности в нехватке водных ресурсов в целом не территори республике не ожидается. Вместе с тем анализ экологической ситуации пс казывает, что хозяйственная деятельность уже привела к серьезной дегрг дации водных ресурсов и негативным проявлениям в водных экосистема: Поэтому в последние десятилетия в число приоритетных выдвигается пр< блема качества подземных вод, а также их роль в функционировании экс

лого-гидрогеологических систем. Это связано с тем, что на фоне относительно слабой защищенности подземных вод от проникновения в них загрязнений сверху, подземные воды, как и другие компоненты природной среды, стали испытывать все возрастающую антропогенную нагрузку. Наибольшую нагрузку испытывают подземные воды на участках групповых водозаборов в районах с высокой концентрацией промышленных предприятий, где источниками загрязнения являются газообразные продукты сгорания топлива, сточные воды, коммунально-бытовые стоки, му-соросвалки и полигоны промышленных отходов. Наметившиеся здесь изменения химического состава подземных вод выражаются в увеличении общей минерализации, росте содержания соединений азота, хлоридов, тяжелых металлов, появлении в воде нефтепродуктов, фенолов. В сельскохозяйственных районах интенсивное загрязнение подземных вод происходит за счет животноводческих и птицеводческих ферм, складов минеральных удобрений и пестицидов, полей орошения, свалок и полигонов твердых бытовых отходов, не регламентированного применения удобрений на полях, геологоразведочных работ на нефть и другие полезные ископаемые.

В главе рассматриваются особенности методики, связанной с разработкой подблока "Подземные воды" в ТерКСООС, которая включает в себя выполнение двух основных этапов.

На первом этапе производится сбор, анализ и обобщение фондовых материалов и литературных источников: государственного водного кадастра, геологических и гидрогеологических отчетов, отчетов по оценке запасов подземных вод, информации о водоснабжении и водоотведении, отчетов о режиме подземных и поверхностных вод. Выполняется оценка естественных, эксплуатационных и прогнозных запасов подземных вод. Особое внимание уделяется водам зоны активного водообмена, их минерализации и качеству. При необходимости осуществляется выборочный отбор проб воды из подземных источников (колодцев, водозаборных скважин, родников), проведение контрольных анализов на химическое, бактериологическое и радиационное загрязнение. Проводится обследование изучаемой территории с изучением санитарно-гигиенического состояния участков групповых и одиночных водозаборов, отдельных шахтных колодцев, выявляются и обследуются потенциальные источники загрязнения подземных вод. Особое внимание уделяется незатампонированным водозаборным скважинам, складам минеральных удобрений и пестицидов, животноводческим фермам и крупным комплексам, птицефабрикам, полям орошения, местам геологоразведочных работ на нефть, месторождениям полезных ископаемых, нефтепроводам, военным городкам, садоводческим товариществам, полигонам твердых бытовых отходов, местам захоронения радиоактивных отходов, очистным сооружениям сточных вод и т.п.

На втором этапе после анализа и систематизации собранных исходных данных составляются карты, характеризующие: гидрогеологические

условия территории, условия формирования и движения грунтовых и напорных вод, условия защищенности грунтовых и напорных вод, использования подземных вод, экологическое состояние грунтовых и первого от поверхности напорного водоносного горизонта. При оценке защищенности грунтовых вод учитываются различия в почвенном покрове. Оценивается роль каждого источника загрязнения в ухудшении экологического состояния подземной части гидросферы. При возможности учитываются кислотные осадки: трансграничные и образуемые на данной территории. Определяются временные интервалы, когда экологическое состояние подземных вод было наиболее критическим. Для этого просматриваются данные химических, бактериологических и радиологических анализов за последние 20-25 лет. Анализ этих данных позволяет установить участки, где качество подземных вод почти не изменилось (то есть, соответствует фоновым значениям); участки, где качество подземных вод стало выше фонового, но имеющиеся загрязнения еще не превышают предельно допустимых концентраций (ПДК); участки, где качество подземных вод в отдельные периоды времени не соответствует норме (ПДК) и, наконец, участки, где качество вод постоянно не удовлетворяет требованиям ГОСТ по одному или нескольким показателям. В заключении второго этапа разрабатываются рекомендации, направленные на рациональное использование и охрану подземных вод каждого населенного пункта, а при необходимости каждого группового или одиночного водозабора. Составляется карта экологоори-ентированных мероприятий.

Разработка ТерКСООС Могилевской области показала, что поверхностному химическому загрязнению подверглись пресные подземные воды в пределах пашни и населенных пунктов, которые характеризуются средней степенью загрязнения, когда содержание химических веществ не превышает ПДК. Высокие концентрации (выше ПДК) загрязняющих веществ постоянно или периодически наблюдаются в грунтовых водах на территории 72 населенных пунктов Могилевского, частично Белыничского, Бобруйского. Горецкого и Кировского районов. Содержание нитратов и хлоридов в пресных межпластовых водах существенно ниже, чем в грунтовых. Превышение ПДК наблюдается эпизодически у водозаборных скважин, расположенных преимущественно возле животноводческих ферм и комплексов. Микробиологическому загрязнению подверглись как грунтовые, так и пресные межпластовые воды. Уровень бактериального загрязнения грунтовых вод наиболее высокий и составляет в среднем 25-40 %. Для межпластовых вод этот показатель равен 9,6-15,1 %. Радиационное заражение пресны* подземных вод обусловлено последствиями катастрофы на ЧАЭС. Основными загрязнителями являются радионуклиды цезия-137 и стронция-90. И> активность в подземных водах 10 районов области хотя и не превышает республиканский контрольный уровень (РКУ-90) в 18,5 Бк/дм3, но значи тельно выше естественного фона. На отдельных участках территории об

ласти установлены геопатогенные зоны, фиксируемые выходом на земную поверхность газа радона глубинного происхождения. Концентрации радона, превышающие естественный фон (1-5 Бк/м3), наблюдаются и в грунтовых водах области, особенно в отдельных местах Быховского и Могилев-ского районов, где они достигают 30,8 Бк/м3. В различных видах хозяйственной деятельности субъектами хозяйствования допускаются нарушения технологического, экологического, санитарно-гигиенического характера, не всегда соблюдаются установленные нормы и правила. То же можно сказать и о населении. Люди часто от недопонимания загрязняют территорию бытовыми отходами, что отрицательно воздействует на подземную гидросферу.

Разработка ТеркСООС на районном и городском уровнях (на примере Жлобина) показала, что на этом уровне наиболее удачно можно решить проблемы региональной (районной) планировки и корректировки генеральных планов городов. При этом при выборе природоохранного каркаса необходимо пользоваться материалами областных и республиканских схем. В связи с преобладающей умеренной и удовлетворительной устойчивости природной среды Жлобина и района здесь сложились оптимальные условия для УРТ (организации жизнедеятельности населения, развития народного хозяйства и организации системы ООПТ). Сравнительно небольшими материальными затратами можно добиться значительного улучшения состояния городской среды, соответствующей требованиям действующих норм и правил. Исторически сложившаяся проектно-планировочная структура Жлобинского района, включая и его природный каркас, в целом соответствуют концепции "поляризованного" ландшафта - эффективного планировочного средства сохранения биологического разнообразия как важнейшей экологической цели региональной планировки. Эколого-функцио-нальное зонирование территории района с выделением трех зон: преимущественного развития природного комплекса, преимущественного развития сельского хозяйства, урбанизации и концентрации населения вдоль планировочных осей позволит сделать развитие этой территории более устойчивым. Зона преимущественного развития природного комплекса района, площадью 100 тыс. га, по данным БелНИИградостроительства должна рассматриваться как часть более обширной аналогичной зоны регионального значения, заключенной между планировочными осями Бобруйск-Жлобин-Калинковичи-Житковичи-Слуцк-Бобруйск, площадью 700 000 -800 000 га. Тем самым, в значительной степени компенсируются отмеченные недостатки пространственно-планировочной структуры природного комплекса района.

При районной и городской планировке необходимо избегать застройки участков с повышенными концентрациями радиоактивного газа радона, который вызывает заболевание верхних дыхательных путей. Обнаружение автором таких участков в городах Жлобин, Речица, Мозырь, Барановичи

впервые позволит произвести корректировку генеральных планов городов не только на основе техногенных, но и природных факторов, что в конечном итоге сохранит здоровье многим людям.

Для обеспечения УРТ на уровне района предлагается ликвидировать деление его на две системы государственного управления: городское и районное, так как город и район образуют целостное социально-экономические пространство, где проблемы социально-культурного, бытового, транспортного, инженерно-технического обслуживания населения и охраны ОС должны решатся совместно.

С целью восстановления качества подземных вод, защиты их от истощения и загрязнения, рационального их использования предложены рекомендации, которые по срокам выполнения подразделены на неотложные, первоочередные и перспективные. Рекомендации составлены для экосистем различного масштаба, охватывающих целиком область, район и городскую территорию. Они содержат предложения технического, санитарно-гигиенического и организационного характера. В них используются разработки автора, направленные на регулирование запасов подземных вод и помощью систем ИППВ и ПВ.

В 5 главе "Исследование и внедрение разработок по рациональному использованию водных ресурсов с целью устойчивого развития аридных территорий" кратко изложены результаты по оценке роли водных ресурсов в функционировании региональных и локальных экосистем, расположенных в аридном климате. В качестве основы использованы материалы изысканий, выполненных автором в различные годы в период 1979-1992 гг., когда он работал в южных и восточных провинциях ЙР. Проведенные исследования были направлены на рациональное использование водных и земельных ресурсов, на смягчение последствий засушливых периодов и устойчивое развитие территорий.

Согласно климатическим показателям аридные территории (пустыни и полупустыни) занимают примерно одну треть земной поверхности и там проживает свыше 13 % населения земного шара. Если же судить по характеру растительности и почвенного покрова, то площадь пустынь и полупустынь составит 43 % суши. За последние 50 лет опустынивание ежегодно вызывает потерю 50-70 тыс. км2 продуктивных земель. Симптомы нарушения экологического равновесия, деградации среды и опустынивания угрожают будущему 630 млн. человек, поэтому к исследованиям аридных территорий привлечены крупнейшие ученые всех стран мира. Разработке проблем борьбы с опустыниванием и обеспечению водой населения посвящены многие проекты ООН и специализированных организаций - ЮНЕП, ЮНЕСКО, ФАО, ЮНДП, ЮНДРО, ВМО, ВОЗ, МОТ и т.д. Большой вклад в изучение аридных территорий нашей планеты внесли ученые Беларуси, Казахстана, Киргизстана, России, Туркмении, Узбекистана

(Х.И. Атамурадов, У.М.Ахмедсафин, Э.Н. Благовещинский, В.В. Богданов, H.H. Болышев, А.Г. Гаель, Н.К. Гиринский, М.К. Граве, Л.Н.Дмитриев, П.И. Калугин, Б. Константинов, В.Г. Кривик, A.B. Кудельский, В.Н.Кунин, П.С.Макеев, С.Ш. Мирзаев, Н.И.Плотников, B.C. Усенко, Л.С. Язвин, П.И. Яковенко, А.В.Яцык и другие), а также ученые дальнего зарубежья (P.E. Moreaux, A.C. Chaturvedi, El. Amani, R.G.Frota, C.A. Pesce, H. Okawa, L. Radaelli, H.W. Greydanus, T.S. Ranhawa).

Южные и восточные провинции ЙР (Аден, Лахдж, Абъян, Шабва, Хадрамаут, Эль-Махра) расположены в юго-западной части Аравийского полуострова. Ранее эти провинции принадлежали Народной Демократической Республики Йемен (НДРЙ), но после объединения Северного и Южного Йемена они вошли в состав ЙР. Площадь рассматриваемых провинций составляет 336,5 тыс. км2. От ресурсов подземных вод (их качества и количества) зависит УР государства и его прогресс. До сегодняшнего момента имелись разрозненные оценки этих ресурсов лишь для небольших участков страны. Общее количество ресурсов и их распределение по территории не было оценено.

Выполненные автором исследования позволили впервые установить региональное распределение ресурсов подземных вод и их роль в функционировании крупной региональной экосистемы. Подсчитанные на основе структурно-геоморфологического районирования потенциальные ресурсы подземных вод и построенная для этих целей карта М 1: 500 ООО для бывшей территории НДРИ позволит в дальнейшем производить разведку подземных вод целенаправленно и более обоснованно. Общие потенциальные ресурсы подземных вод для пяти южных и восточных провинций ЙР оцениваются в количестве 9394,4 млн. м3/год на 100 лет эксплуатации.

Для средней по площади региональной экосистемы (района возделывания кофе в провинциях Лахдж и Абъян) автором были также оценены потенциальные ресурсы подземных вод в масштабе 1: 100 000, подсчитаны потребности в подземных водах при различных темпах освоения территории и построена карта модулей эксплуатационных ресурсов. Исследованиями установлено, что в районе "Кофе" потенциальные эксплуатационные ресурсы составляют на 100 лет - 100,4 млн. м3/год. В то время как для дальнейшего устойчивого развития территории понадобится как минимум 107-114 млн. м3/год подземных вод хорошего качества. Учитывая неравномерность распределения ресурсов по территории и повышенную их минерализацию в ряде районов дальнейшее УР возможно только на основе регулирования поверхностного и подземного стока в ПВ. Выполненное автором комплексное гидрогеологическое обследование позволило наметить 77 перспективных мест для создания ПВ и участков ая ИППВ.

Для наиболее крупной долины не только ЙР, но и юга Аравийского полуострова - долины вади Хадрамаут, являющейся примером малой региональной экосистемы, автором проведено детальное обследование водо-

сборной площади, собраны и обработаны исходные геологические, гидре геологические материалы, на основании которых аналитически, а затем помощью моделирования на ЭВМ выполнена оценка естественных ресур сов подземных вод, емкостных и эксплуатационных их запасов, уточнен] фильтрационные параметры основных водоносных горизонтов, изучен! условия питания и разгрузки водоносной системы, оценена роль паводка восполнении запасов подземных вод, подсчитаны прогнозные и потенци альные эксплуатационные запасы подземных вод при максимально воз можном водоотборе, рассмотрен один из вариантов утилизации остаточнс го паводкового стока в ПВ, выполнены прогнозы режима уровней и мине рализации подземных вод в условиях поэтапного освоения территории. ] качестве исходных для моделирования использованы 12 специально соз данных для этого карт масштаба 1: 200 ООО.

В плане моделируемая область фильтрации охватила площадь око/г 20 тыс. км2. При решении обратных задач на всех внешних границах зада валось ГУ I рода (Н=сопз1), а при решении прогнозных задач С>=соп81 ^ С Внутренними границами области фильтрации являлись водозаборны скважины и колодцы, площади орошения и затопления паводковыми во дами. При решении обратных и прогнозных задач на этих границах реали зовались ГУ II рода (С>=соп81 или С>=Г(0). На основании схематизации гид рогеологических условий были построены 18 специальных карт расчетны; параметров для решения обратных задач и 74 карты для прогнозных задач Так, для верхнего и нижнего моделируемых пластов были построены еле дующие карты: абсолютных отметок уровней подземных вод, водопрово димости, мощности, водоотдачи, водоотбора, питания за счет паводковыз вод, инфильтрации атмосферных осадков, граничных условий, исходно! минерализации, питания за счет возвратных вод при орошении и т.п.

Затем были созданы геофильтрационная и математические модел1 территории, произведена разбивка области фильтрации на расчетные бло ки. Наиболее изученная центральная часть водосбора вади Хадрамаут V устьевые части долин-притоков имели наименьшие размеры блоков 2 х 1 км2, которые по мере удаления от вади Хадрамаут на юг и на север увели чиваются до 2 х 4 км2 и 4 х 4 км2. Количество блоков по оси X (с запада нг восток) составило - 60, а по оси У (с юга на север) - 45. Для участков, гд( верхний водоносный комплекс состоит из аллювиальных отложений \ конгломератов, верхний (первый моделируемый) пласт трехслойной моде ли содержит 151 расчетный блок. Такое же количество блоков имеет и ела боводопроницаемая нижезалегающая прослойка моделируемая средни\ (вторым) пластом. Для участков, где слабоводопроницаемая прослойка отсутствует в нижнем (третьем) пласте, одновременно моделирующим аллювиальные отложения, конгломерат и песчаник (или только песчаник) насчитывалось около 2700 блоков.

При решении обратных стационарных задач была выбрана система уравнений, описывающая стационарную фильтрацию в многослойной толще:

V (Т| V Нп + С>1 + со I + О (Нг- Н|) = 0 ,

(5.1)

У(Т2УН2) + р2+ со 2 + в (Н1 - Нг) = 0 ,

где Т|(х,у) и Тг(х,у) - водопроводимости первого и второго водоносных комплексов;

Н|(х,у) и Нг(х,у) - напоры в первом и во втором водоносном комплексе, отсчитываемые от некоторой плоскости сравнения; и С?2 - сосредоточенные источники водоотбора из первого и второго водоносных комплексов; ш 1 и со 2 - источники питания для 1-го и 2-го водоносных комплексов; в = ко/то - параметр разделяющего слоя с коэффициентом фильтрации ко И МОЩНОСТЬЮ Шо . В ходе моделирования использовался самокорректирующийся метод Гаусса - Зейделя. При решении нестационарных обратных задач система уравнений имела следующий вид:

V (Т. V Н|) + + со. - со 1исп. + О (Н2 - НО + в (Н„ - Н.) = ц | ,

31 (5.2)

V (Т2 V Н2) + (^2 + 03 2 - СО 2исп + в (Н1 - Н2) = Ц2

5Н2

где ш 1исп и со 2исп - распределенные по площади источники испарения подземных вод для первого и второго водоносных комплексов; ц 1 и |д 2 - водоотдача первого и второго водоносных комплексов;

С(х,у) = к0/т0 - параметр разделяющего слоя под руслами вади,

имеющий коэффициент фильтрации к0 и мощность гп0 ;

Нп - уровень воды в поверхностных водотоках (вади) и водоемах. Для решения данной системы уравнений при моделировании использовался итерационный метод Гаусса - Зейделя с введением коэффициента релаксации.

В прогнозных задачах наряду с исследованием изменений гидродинамических условий изучалась гидрохимическая обстановка. С этой целью проводилось последовательное решение фильтрационной и гидрохимической задач с использованием программ, разработанных в ЦНИИКИВР. В качестве математической модели были выбраны системы уравнений неустановившейся фильтрации и конвективной диффузии:

__ят_г

V (Т. V Н|) + <2| + о I - ю 1исп + й (Нз - Н.) + в (Нп - Н.) = ц г ^

дХ

V (Г2 УНз) + д2+ СО 2 - <В2исп + 0(Н| - Н2) = Ц2

эн2 д1 ас,

(5.3)

0|ДС|- V (VI СО + Сс О(Н2-Н0+ Св1 Ю| = П|

1 д1 (5.4)

ВгАСг- У(У2С2) + Сс С(Н|-Н2) + Св, Ш2=п2

дС2

г а

где щ и пз - активная пористость первого и второго водоносных комплексов; и Ог - коэффициенты конвективной диффузии;

С| и С2 - минерализация оросительных вод для первого и второго водоносных комплексов;

VI = -к| V Н|,

Со = Сг, если Нг > Н1 и Сд = С1, если Н2 < Н| ,

СИ| и СШ2 - минерализация вод инфильтрационного питания первого

и второго водоносных комплексов.

Первый член левой части системы уравнений (5.4) выражает перенос солей под действием конвективной диффузии, образованной совокупностью молекулярной диффузии и перемешиванием фильтрата в пористой среде, вызванным различной скоростью движения раствора в поровых каналах, их случайным расположением и направлением. Второй и третий члены уравнений выражают перенос солей фильтрующейся водой - конвективный перенос. Четвертый член учитывает приращение солей в водоносных комплексах в результате растворения солей оросительными водами.

В частности было установлено, что:

- естественные запасы подземных вод характеризуются величиной 350 км3. Основная их часть 252,1 км3 сосредоточена в продуктивной части песчаника. В аллювиальном водоносном горизонте содержится сравнительно небольшой объем подземных вод - 3 км3, в конгломератах - 12,3 км3 и в непродуктивной части песчаника - 82,6 км3. Естественные ресурсы подземных вод составляют 178 млн. м3/год;

- прогнозные эксплуатационные запасы подземных вод в количестве 3,0 млн. м3/ сут являются вполне обеспеченными в течение 100 лет;

- рассмотрение одного из возможных вариантов утилизации свободной части паводкового стока РПЕ в количестве 11 млн. м3 показало, что эти мероприятия окажут благоприятное воздействие на повышение уровней подземных вод;

- прогноз формирования режима уровней подземных вод и изменения их минерализации показал, что рост депрессионной воронки подземных вод будет происходить в основном в западном и восточном направлениях;

- особенностью формирования минерализации подземных вод верхнего пласта является максимальное ее увеличение к 2000 г. , когда на отдельных массивах орошения она возрастет, а затем постепенно уменьшится после 2010 г. Для нижнего водоносного пласта прогнозируется не столь интенсивный рост минерализации в периоде 1985 по 2010 г. как для верхнего. За пределами 2010 г. произойдет некоторое уменьшение минерализации подземных вод.

На основании детальных обследований территории локальной средне-горной экосистемы (долины вади Рабва) и локальной приморской экосистемы (дельты вади Ахвар), а также анализа фондовых материалов автором были созданы математические модели, на которых оценены естественные ресурсы подземных вод и предложены несколько участков для создания здесь ПВ и систем ИППВ, что позволят сделать развитие этих территорий более устойчивым и уменьшит последствия засух. Кроме того, строительство ПВ в верховье дельты Ахвар позволит перехватить часть подземного стока (около 9 млн. м3/год) бесполезно теряемого в виде субмаринной разгрузки.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Автором предложена концептуальная модель (схема) УР различных по своим масштабам территорий. Определена глобальная цель УР - удовлетворение разумных человеческих потребностей в рамках имеющихся природных экологических возможностей на земле и, которые не приводили бы к деградации природной среды. Для конкретизации глобальной цели выделены цели первого, второго и третьего уровней, а также соответствующие этим уровням различные экологические, экономические и социальные задачи. В зависимости от уровня определены цели и задачи: планетарные, континентальные, государственные, региональные (областные, районные) и локальные [4].

2. Для изучения роли водных ресурсов при оценке УРТ автором предложен методический подход, который в зависимости от решаемых задач и рассматриваемых природных ресурсов определяет конкретные цели и задачи исследований. Неизученным и важным вопросом является оценка роли подземных вод в УР в различных климатических зонах и с различной степенью освоенности, поэтому наиболее интересным является рассмотрение в первую очередь наиболее отличных друг от друга аридной и гумидной территории, что автором выполнено на примере Беларуси и Йемена [3, 4, 16, 48].

3. Одним из методов рационального использования подземных вод, который позволяет повысить надежность водообеспеченности населения, проживающего как в условиях аридного, так и гумидного климата, является регулирование поверхностного и подземного стока в ПВ. Автором были:

предложены классификация, основные характеристики и параметры ИВ разработаны теоретические основы водохозяйственного, природного 1 экономического обоснования создания ПВ; предложены 11 новых схем соз дания ПВ и систем ИППВ, четыре из которых признаны изобретениями рекомендована новая схема использования ПВ для преобразования низко потенциальной и низкотемпературной энергий в электрическую; проведепь модельные исследования по влиянию подземной плотины на поток подзем ных вод и предложены критериальные графики, позволяющие наметит наиболее оптимальное расположение водозаборных скважин в ПВ, рассчи тать объем дополнительных запасов, оценить зону влияния ПВ для выделе ния зоны санитарной охраны вокруг ПВ, что в совокупности значительн< расширяет теорию и практику использования ПВ для регулирования запа сов подземных^ вод. На основе анализа геологических и гидрогеологиче ских условий ЙР автором рекомендованы около 80 перспективных участ ков для создания ПВ, которые повысят водообеспеченность конккретны: территорий и сделают их развитие более устойчивым [4, 16, 20-24, 27, 37, 38 56-59,61].

4. С целью изучения мало исследованных вопросов ВППВ использова] метод электроаналогового моделирования, который автором был значи тельно усовершенствован: разработаны новые устройства для моделирова ния границ и ГУ, пять из которых признаны изобретениями; расширена технические возможности и класс решаемых задач на электороинтеграто рах. Более 600 экспериментов на усовершенствованных моделях позволил! расширить теоретические представления о факторах, влияющих на услови ВППВ: изучить структуру поступающего в русло расхода подземных вод 1 предложить расчетные графики и эмпирические зависимости для оценю его составляющих элементов; оценить какая часть русла будет подвержен; наибольшей кольматации на реках с различной формой и шириной попе речного сечения и, следовательно, при каком размещении водозабора от носительно реки эти процессы будут происходить наиболее интенсивно что важно при проектировании береговых инфильтрационных водозабо ров и решения вопросов устойчивости водных экосистем [4, 7, 8, 32, 43-36 51-51].

5. ТерКСООС могут стать основой для реализации концепции УР. Дл этого их разработка должна начинаться на национальном уровне, а затеи переходить на областной и районный. Основой УР должна также стат система ООПТ - природный каркас, на котором должен быть проведе! анализ правильности существующего размещения общественного произ водства и при необходимости его корректировка. Беларусь в целом счита ется обеспеченной запасами пресных подземных вод, но они распределень неравномерно и в значительной степени сверху загрязнены, поэтому авто ром для ряда регионов предложен комплекс мероприятий по улучшению и: экологического состояния и рациональному их использованию. Рассмотре

ние вопросов устойчивости подземных вод, как части природных экосистем, к антропогенному загрязнению в ТерКСООС имеют свою специфику. Задачи ТерКСООС национального, областного, районного и городского уровней отличаются друг от друга и, поэтому методики их разработки должны быть различными. Разработанные в ходе исследований карты защищенности подземных вод и устойчивости территории к антропогенным нагрузкам, карты экологического состояния грунтовых и напорных подземных вод являются основой для осуществления мероприятий по рациональному использованию и охране верхней части подземной гидросферы, а также решения многих вопросов УРТ. При районной и городской планировке необходимо избегать застройки участков с повышенными концентрациями радиоактивного газа радона, который вызывает заболевание верхних дыхательных путей. Обнаружение таких участков в городах Жлобин, Речица, Мозырь, Барановичи впервые позволит произвести корректировку генеральных планов городов не только на основе техногенных, но и природных факторов, что в конечном итоге сохранит здоровье многим людям [4, 28, 29,40-47,62].

6. От ресурсов подземных вод зависит УР Йеменской Республики и его прогресс. Натурное обследование и комплексная геолого-гидрогеологическая съемка позволили автору: на основе структурно-геоморфологического районирования произвести оценку потенциальных эксплуатационных запасов подземных вод для крупной региональной экосистемы на площади 336,5 тыс. км2 в масштабе 1: 500 ООО, а также для средне- и высокогорной региональной экосистемы в масштабе 1:100 000; создать математические модели вади Хадрамаут, Рабва, Ахвар и дать прогноз гидрогеологической обстановки при различных вариантах освоения этих территорий; разработать рекомендации по рациональному использованию ограниченных водных ресурсов; наметить перспективные участки для создания первоочередных ПВ и систем ИППВ, что позволит развиваться рассматриваемому региону более устойчиво [3, 4, 16, 48].

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ НО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Монографии

1. Злотник В.А., Калинин М.Ю., Усенко B.C., Черепанский М.М. Прогнозирование влияния эксплуатации подземных вод на гидрогеологические условия. - Минск: Наука и техника, 1985. - 296 с.

2. Качинин М.Ю. Современное использование и экологическое состояние пс земных вод Могилевской области. - Минск: ООО "Белсэнс", 1997. - 122 с.

3. Калинин М.Ю. Подземные воды южных и восточных провинций Йеменской Республики. - Минск: ООО "Белсэнс", 1997. - 234 с.

4. Калинин М.Ю. Подземные воды и устойчивое развитие. - Минск: ООС "Белсэнс", 1998.-444 с.

Статьи

5. Усенко B.C., Алыпшуль А.Х., Калинин М.Ю. Исследование отдачи бассейна инфильтрации на опытном водозаборе И Комплексное использованж водных ресурсов. -Вып. 3. - М.,1975. - С. 141-147.

6. Альтшулъ А.Х., Калинин М.Ю. Опыт изучения условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод с искусственным восполнением в долин« Днепра И Комплексное использование водных ресурсов. - Вып. 4,- М. 1975.-С. 90-97.

7. Калинин М.Ю. Совершенствование методики моделирования нестацио нарной фильтрации на моделях из электропроводной бумаги с дискретно распределенной емкостью: Изв. АН УзССР. Сер. техн. наук. - 1978. - № 2

- С. 60-65.

8. Усенко В. С., Калинин М.Ю. Изучение на моделях ЭГДА фильтрации и-реки при эксплуатации береговых водозаборов // Водное хозяйство j гидротехническое строительство. - Минск: Вышейшая школа, 1978. - № 8

- С. 66-75.

9. Альтшуль А.Х., Калинин М.Ю., Федяев A.A. Прогнозная оценка эксплуатационных запасов подземных вод и сокращения речного стока от рабо ты водозабора (методом ЭГДА) II Гидрогеологические и инженерно геологические условия Белоруссии. - Минск, 1978. - С. 32-43.

10. Усенко B.C., Альтшуль А.Х., Калинин М.Ю. Оценка эксплуатационные запасов подземных вод методом ЭГДА на водозаборе с искусственны;* восполнением // Проблемы гидрогеологии и инженерной геологии. Минск: Наука и техника, 1978,- С. 132-144.

11. Калинин М.Ю. Оценка нарушения гидрогеологический обстановки по; влиянием водохозяйственной деятельности // Комплексное использова ние водных ресурсов: Сб. науч. тр. / ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ 1979.-Вып. 7.-С. 96-101.

12. Калинин М.Ю. Влияние разработки месторождения доломитов в долин р. Зап.Двина на гидрогеологические условия окружающей территории ) Геологические исследования земной коры Белоруссии: Сб. науч. тр. ИГГ АН БССР. - Минск: Наука и техника, 1980. - С. 12-16.

13. Калинин М.Ю. К учету условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод при расчете водозаборов II Каптаж и использование подземных вод: Сб. науч. тр. / ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ, 1983. - С. 71-78.

14. Усенко B.C., Злотник В.А., Калинин М.Ю. Математическое моделирование взаимосвязи подземных и поверхностных вод II Информационный бюллетень по водному хозяйству СЭВ. - М., СЭВ, 1984. - С. 56-62.

15. Альппиулъ А.Х., Калинин М.Ю., Томима Н.М. Перспективы использования подземных вод для орошения // Использование водных ресурсов: Сб. науч. тр./ ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ, 1985. - С. 5-10.

16. Баранов A.B., Калинин М.Ю., Усенко B.C. Оценка питания подземных вод в вади Хадрамаут численными методами II Водные ресурсы. -1985. -№ 6. -С. 49-59.

17. Калинин М.Ю., Баранов A.B. Особенности моделирования на АВМ и ЭВМ водозаборов подземных вод для целей орошения // Рациональное использование поверхностных и подземных вод: Сб. науч. тр. / ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ, 1986. - С. 129 - 137.

18. Калинин М.Ю. Установка для чистки инфильтрационных бассейнов II Гидротехника и мелиорация. - 1987.-№ 4,- С. 52-55.

19. Калинин М.Ю. Классификация подземных водохранилищ // Мелиорация и водное хозяйство: Экспресс-информация /ЦБНТИ Минводхоза СССР. - М., 1987.- Вып. 9,- С. 9-16. (Сер. 4. Комплексное использование и охрана водных ресурсов).

20. Усенко B.C., Калинин М.Ю. Предпосылки к созданию подземных водохранилищ // Совершенствование комплексного использования водных ресурсов: Сб. науч. тр./ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ, 1987. - С. 62-68.

21. Усенко B.C., Романенко A.M., Калинин М.Ю. Экономические критерии проектирования подземных водохранилищ // Мелиорация и водное хозяйство: Экспресс-информация. - М.: ЦБНТИ Минводхоза СССР, 1988.-Вып. 10. - С. 1-16. (Сер. 4. Комплексное использование и охрана водных ресурсов).

22. Усенко B.C., Калинин М.Ю., Томина Н.М., Бурова Е. Опыт создания подземных водохранилищ // Управление использованием водных ресурсов: Сб. науч. тр. / ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ, 1987. - С. 87-92.

23. Калинин М.Ю., Усенко B.C. Подземные водохранилища и их классификация // Водные ресурсы. - Вып.2. - М., 1988. - С. 50-58.

24. Усенко B.C., Калинин М.Ю. Характеристики и параметры подземных водохранилищ // Вопросы водообеспечения народного хозяйства: Сб. науч. тр. / ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ, 1988. - С. 11-25.

25. Усенко B.C., Романенко A.M., Калинин М.Ю. К экономической оценке водных ресурсов: Сб. науч. тр./ЦНИИКИВР,- М.: ВНИИГиМ,1989.- С. 14-22.

26. Усенко B.C., Романенко A.M., Калинин М.Ю. Оценка укрупненных затрат на отбор подземных вод в БССР: Сб. науч. тр. / ЦНИИКИВР. - М.: ВНИИГиМ, 1990.-С. 76-86.

27. Калинин М.Ю., Myзыкин В.П. Оценка влияния противофильтрационны: завес в подземных водохранилищах на поток подземных вод // Водны ресурсы, их использование и охрана: Сб науч. тр./ ЦНИИКИВР. - М. ВНИИГиМ, 1990.-С.86-91.

28. Калинин М.Ю. Территориальные комплексные схемы охраны природы i экологическая безопасность населения // Проблемы развития Республи ки Беларусь в контексте экологической безопасности - Минск: НЦСТ Восток-Запад, 1994. - С. 86-87.

29. Романовский Ч.А., Калинин М.Ю. Территориальные комплексные схемь охраны окружающей среды // Экологическая ситуация в Республике Бе ларусь (1992-1993 гг.). - Минск, 1994. - С. 45-47.

30. Expirience in Regulating Ground Water Resources in the Dniepr Valley, thi Byelorussian part (co-authors V.S. Usenko, A.H. Altschuhl, Y.G. Bogomolov A.A. Zolobaev and A.M. Soyfer). Publication № 117 de Г Association Inter nationale des Sciences Hydrologiques, Symposium de Tokyo (December 1975)-P. 607-609.

31. Multipurpose use of groundwater and surface water with the view of wate resources protection (co-authors V.S. Ussenko, M.M. Cherepansky, I.P. Kul beda, N.M.Tomina) // Conjuctive Water Use (Procceedings of the Budapes Symposium, July, 1986). IAHS. Publ. № 156,1986. - P. 475-481.

Тезисы докладов

32. Калинин М.Ю., Толмачев В.П. Вопросы методики электрического моде лирования на сплошных средах взаимодействия поверхностных и под земных вод: Тр. Всесоюз. науч. конф. по пробл. комплексного исполь: и охраны водных ресурсов бассейна Волги. - Пермь, 1975. - С. 127-129.

33. Альтшуль А.Х., Калинин М.Ю. Методы искусственного восполнения за пасов подземных вод и эффективность их применения на водозабора Белоруссии II Совершенствование систем водоснабжения и канализаци населенных мест БССР: Тез. докл. начн.-практич. конф., Гомель, 23-2 октября 1975 г.. - Минск, 1975. - С. 6-8.

34. Калинин М.Ю. Моделирование задач геофильтрации при переменны граничных условиях на RC-моделях // Актуальные проблемы охран! окружающей среды и рационального использования природных pecyj сов: Тез. докл. республ. конф. - Ташкент, 1977. - С. 41.

35. Калинин М.Ю. Устройство для задания переменных граничных услови при изучении нестационарных процессов на емкостных электроаналс говых моделях: Тр. Всесозн. семинара по вопр. моделир. процессов п< реноса подземных вод. 25-27 апреля 1978 г. - Л,- М.,1978. - С. 23.

36. Калинин М.Ю., Багрицевич A.M. Моделирование взаимосвязи поверхнс стных и подземных вод при решении некоторых водохозяйственных з: дач / Водные ресурсы Алтайского края, их рациональное использовав и охрана: Тез. докл. - Барнаул, 1978. - С. 188-191.

37. Усенко B.C., Калинин МАО. Подземные водохранилища как элемент комплексного использования водных ресурсов // Состояние и задачи комплексного использования водных ресурсов страны: Тез. докл. все-союз. науч.-технич. Совещания / ЦНИЙКИВР. - Минск, 1986. - С. 38.

38. Усенко B.C., Калинин М.Ю. Подземные водохранилища - вопросы терминологии и классификации //Повышение эффективности мелиорации на Дальнем Востоке. Итоги и перспективы исследований. Ч. 2. Водохозяйственные мероприятия и гидротехника: Тез. докл. IV зонал. науч. конф., 22-24 сентября 1987 г. - Владивосток, 1987. - С. 10.

39. Козлова Г.Г., Калинин М.Ю. Локальные процессы в недрах земли и их влияние на здоровье человека // Современные геологические процессы: Тез. докл. 111 республиканского совещания, 11-12 ноября 1993 г. / ИГиГ НАН Б. - Минск, 1993. - С. 26-28.

40. Ваакс В.Р., Калинин М.Ю. Комплексный территориальный подход при решении экологических проблем // Разработка территориальных комплексных схем охраны окружающей среды - важнейший этап в решении экологических проблем: Тез. докл науч.-практич. семинара / Бел-НИЦ'Экология". - Минск, 1994. - С. 2-4.

41. Калинин М.Ю., Писарик М.А., Полторжицкая О.В. Эколого-гидро-геологические карты Речицкого и Гомельского районов // Геоэкологическое картографирование Беларуси: состояние и перспективы: Тез. докл. науч.-практич. конф. / БелНИГРИ. - Минск, 1994. - С. 43.

42. Калинин М.Ю. Территориальный подход при решении комплекса экологических проблем // Развитие географии Беларуси: итоги, проблемы, перспективы: Тез. докл. науч. конф., посвящ. 60-летию географ, факультета / БГУ. - Минск, 1994.-С. 125-126.

43. Писарик М.А., Калинин М.Ю., Полторжицкая О.В. Методика составления эколого-гидрогеологических карт при разработке ТерКСОП // Геоэкологическое картографирование Беларуси: состояние и перспективы: Тез. докл. науч.-практич. конф., 4-5 октября 1994 г. / БелНИГРИ. -Минск, 1994.-С. 50.

44. Калинин М.Ю. ТерКСООС - как документ для принятия решений по управлению экологическим состоянием территории // Разработка территориальных комплексных схем охраны окружающей среды - важнейший этап в решении экологических проблем: Тез. докл. науч.-практич. семинара/ БелНИЦ "Экология" - Минск, 1994. - С. 81-84.

45. Калинин М.Ю., Козлова Г.Г. Учет геопатогенных зон при принятии планировочных решений // Разработка территориальных комплексных схем охраны окружающей среды - важнейший этап в решении экологических проблем: Тез. докл. науч.-практич. семинара / БелНИЦ "Экология". - Минск, 1994. - С. 57-59.

46. Калинин МАО., Писарик М.А., Полторжицкая О.В. Комплексная оценка экологического состояния подземных вод южных районов Гомельской и Могилевской областей Беларуси // Проблемы охраны геологической среды: Тез. докл. 1 науч.-практич. конф. 19-21 апреля 1995 г. - Минск. 1995.-С. 113-115.

47. Калинин М.Ю. К вопросу размещения новых поселков для переселенцев, пострадавших от Чернобыльской аварии // Десять лет после Чернобыльской катастрофы (научные аспекты проблемы): Тез. докл. науч, конф. 28-29 февраля 1996 г. /НАНБ. - Минск, 1996. - С. 126.

48. Калинин М.Ю. Белорусские гидрогеологи оценивают ресурсы подземных вод юга Аравийского полуострова // Водные ресурсы и устойчивое развитие экономики Беларуси: Тезисы докладов науч.-технич. конф. i ЦНИИКИВР. - Минск, 1996. - Т. 2. - С. 72-74.

49. Шулъга Н.М., Калинин М.Ю. Применение методов медико-демографического картографирования для выявления территорий и групп населения с повышенным риском для здоровья в связи с загрязнением окружающей среды // Десять лет после Чернобыльской катастрофы (научные аспекты проблемы): Тез. докл. науч. конф. 28-29 февраля 1996 г. t НАНБ. - Минск, 1996. - С. 304.

50.Калинин М.Ю., Писарик М.А. Экологическое состояние подземных вод отдельных городов и районов Беларуси // Минерально-сырьевая база Республики Беларусь: состояние и перспективы: Тез. докл. науч.-техн конф., посвященной 70-летию БелНИГРИ, 15-17 окт.1997 г./ ИГ HAH Беларуси. - Минск, 1997. - С. 236-238.

Авторские свидетельства

51. A.c. 637828 СССР, МКИ4 G 06 g 7/44 Устройство для задания граничны* условий на моделях электропроводной бумаги / М.Ю.Калинин, А.М.Баг-рицевич (СССР). - № 2508751; Заявлено 18.07.77; Опубл. 15.12.78, Бюл №46.-С. 154.

52. A.c. 723607 СССР, МКИ4 G 06 g7/48. Устройство для задания граничных условий / В.С.Усенко, А.М.Багрицевич, М.Ю.Калинин (СССР). -№ 2403163; Заявлено 6.09.76; Опубл. 80, Бюл. № 11. - С. 220.

53. A.c. 868788 СССР, МКИ4 G 06 g 7/44. Устройство для задания граничных условий / М.О.Чабан, М.Ю.Калинин (СССР). - № 2850992. Заявленс 14.12.79; Опубл.81, Бюл. №36. - С. 241.

54. A.c. 960858 СССР, МКИ4 G 06 g 7/44. Устройство для задания граничных условий четвертого рода / М.Ю.Калинин, М.О.Чабан (СССР). -№ 2850993. Заявлено 14.12.79; Опубл. 81, Бюл. №35. - С. 229.

55. A.c. 1354217 СССР, МКИ4 G 06 g 7/48. Устройство для задания граничных условий по авторскому свидетельству 868788 Ш.Ю.Калита. (СССР). - № 39008852/24-24. Заявлено 10.06.85; Опубл. 23.11.87, Бюл № 43. - С. 196.

56. A.c. 122!297 СССР, МКИ4 ЕО 3 В 3/32. Установка для искусственного пополнения запасов подземных вод I М.Ю.Калинин (СССР).-№ 3740300/23-26. Заявлено 16.05.84; Опубл. 30.03.86, Бюл. № 12. - С. 148.

57. A.c. 1361265 СССР, МКИ4 ЕО 3 В 3/32. Устройство для искусственного пополнения запасов подземных вод / М.Ю.Калинин (СССР). -№ 4101369/29-33. Заявлено 04.06.86; Опубл. 23.12.87, Бюл. № 47. - С. 135.

58. A.c. 1413201 СССР, МКИ4 ЕО 3 В 3/32. Способ эксплуатации подземного водохранилища / М.Ю.Калинин (СССР). - № 4181738/29-33. Заявлено 13.01.87; Опубл. 30.07.88, Бюл. № 28. - С. 252.

59. A.c. 1629425 СССР, МКИ4 Е 03 В 3/32. Установка для искусственного пополнения запасов подземных вод / М.Ю.Калинин (СССР). -№ 4384971. Заявлено 1.03.88; Опубл. 23.02.91, Бюл. № 7. - С. 82.

Нормативно-методические документы

60. Калинин М.Ю., Усенко B.C. Методические рекомендации по учету коль-матажа в расчетах водозаборов подземных вод / ЦНИИКЙВР. - Минск, 1982.-64 с.

61. Рекомендации по проектированию орошения на подземных водах с искусственным регулированием их запасов и учетом природоохранных мер / Минводхоз СССР; Сост. B.C. Усенко, А.Х. Алыпуль, М.Ю. Калинин идр.-М., 1986.- 277 с.

62. Временные методические рекомендации по разработке территориальных комплексных схем охраны окружающей среды / Под ред. В. Р. Ваак-са, Ч.А. Романовского, A.B. Куделъского, В.М. Бурака, М.Ю.Калинина I БелНИЦ"Экология". - Минск, 1994. - 53 с.

63. Справочник для инвесторов по охране окружающей среды, здравоохранению и безопасности: Беларусь / ЕБРР; Сост. В.Р.Ваакс, М.Ю.Калинин, В.М.Феденя, А.С.Сенько, А.И.Шегидевич, А.С.Капинович, Ф.А.Лебедько, В.М.Матвеева, В.Н.Павлечко, Н.М. Шулъга, JI.JI. Гончар. - Лондон, 1996.-98 с.

Обзоры

64. Ивашков В.К, Богомолов Ю.Г., Калинин М.Ю. Обоснование объемов полевых гидрогеологических работ на осушительных системах в связи с охраной водно-земельных ресурсов: Обзорная инф. / БелНИИНТИ. -Минск, 1984. - 47 с. (Сер. Охрана окружающей среды).

65. Калинин М.Ю., Богомолов Ю.Г., Ивашков В.К. Совершенствование охраны окружающей среды при мелиорации земель: Обзорная инф. / БелНИИНТИ. - Минск, 1988. - 56 с. (Сер.87.21.07. Природоохранные аспекты водно-земельной мелиорации).

РЕЗЮМЕ Калинин Михаил Юрьевич

Теоретические основы и практические приемы использования подземных вод с целью устойчивого развития территорий

Ключевые слова: устойчивое развитие, взаимосвязь, поверхностные подземные воды, ресурсы, подземные водохранилища, классификацш изобретения, моделирование, экология, рациональное использование, ох рана.

Объект исследования - подземные и поверхностные воды, рациональ ное использование которых, помимо других природных и антропогенны факторов, позволить обеспечить устойчивое развитие территории.

Цель работы - совершенствование методов и способов рациональног использования подземных вод на локальном и региональном уровнях учетом изменяющихся условий взаимосвязи их с поверхностными водами дефицита водных ресурсов и их экологического состояния.

Метод исследования и аппаратура - комплексная гидрогеологическа съемка, лабораторные и опытно-фильтрационные работы, моделирование.

Полученные результаты и новизна - даются теоретические основы ] практические рекомендации устойчивого развития территорий; выявлен! новые закономерности условий взаимосвязи подземных и поверхностны вод с использованием новых моделирующих устройств (среди которых изобретений); установлено экологическое состояние подземных вод ряд регионов Беларуси и особенности формирования запасов подземных во, крупных месторождений подземных вод южных и восточных провинция; Йеменской Республики; разработаны теоретические основы создания под земных водохранилищ; разработаны рекомендации по рациональному ис пользованию подземных вод с целью устойчивого развития этих террито рий; предложены 4 изобретения для регулирования подземных вод с помо щью подземных водохранилищ и систем искусственного их пополнения.

Степень использования - основные результаты использованы при раз работке рекомендаций по рациональному использованию подземных вод : Беларуси и на конкретных объектах Казахстана и Йеменской Республики.

Область применения - охрана окружающей среды, оценка запасов 1 рациональное использование подземных вод, регулирование поверхност ного и подземного стока, экологическая оценка и устойчивое развитие тер риторий, математическое моделирование.

РЭЗЮМЕ

Калпнн 1УНхаы1 Юр'ев1ч

Тэарэтычныя асновы 1 практычныя прыемы выкарыстання падземных вод з мэтай устоГшвага разв'щця тэрыторый

Кчючавыя словы: устоГшвае развщцё, узаемасувязь, паверхневые воды, рэсурсы, падземныя вадаохов1шчы, клаафжацыя, вынаходшцтва, мадэляванне, экалопя, рацыянальнае выкарыстанне, ахова.

Аб'ект доследования)' - падземныя \ паверхневыя воды, рацыянальнае выкарыстанне яюх, акрамя друпх прыродных 5 антрапагенных фактарау, дазволщь забяспечыць устоГшвае развщцё тэрыторьи.

Мэта працы - удасканаленне метадау 1 спосабау рацыянальнага выкарыстання падземных вод на лакальным ! рэпянальным узроунях з улжам змяняючыхся умоу узаемасувяз1 ¡х з паверхневым1 водам1, дэфщыта водных рэсурсау 1 ¡х экалапчнага стану.

Метод даследаванняу / апаратура - комплексная пдрагеалапчная здымка, лабараторныя 1 вопытна-фшьтрацыйныя работы, мадэляванне.

Атрьшаныя вынт г навхзна - даюцца тэарэтычныя асновы 1 практычныя рэкамендацьн устошивага развщця тэрыторый, выяулены иовыя заканамернасщ умоу узаемасувяз1 падземных I паверхневых вод з выкарыстаннем новых мадэл1руючых прылад (сярод як1х 5 вынаход-ящтвау), установлен экалапчны стан падземных вод шэрагу рэпенау Беларуа I асабл!'васцей фармфавання запасау падземных вод буйных радовшчау, падземных вод паудневых 1 усходшх правжцый 1еменскай Рэспублш; распрацаваны тэарэтычныя асновы стварэння падземных вадасховшчау; распрацаваны рэкамендацьн па рацыянальнаму выкарыс-ганню падземных вод з мэтай устойлшага развщця гэтых тэрыторый; прапанавана 4 вынаходнщтвы для рэгулявання падземных вод з дапамогай падземных вадасховшч I сютэм ¡х папаунення.

Ступень выкарыстання - асноуныя вынш выкарыстаны пры распрацоуцы рэкамендацый па рацыянальнаму выкарыстанню падземных вод на Беларуа! на канкрэтных аб'ектах Казахстана 11еменскай Рэспубл1кь

Вобласцъ прьшянення - ахова навакольнага асяроддзя, ацэнка запасау \ рацыянальнага выкарыстання падземных вод, рэгуляванне паверхневага \ падземнага стоку, экалапчная ацэнка \ устойл1вае развщцё тэрыторый, матэматычнае мадэляванне.

ABSTRACT

Mikhail Yuryevich Kalinin

Theoretical foundations and practical methods of use ground water for the purpose of sustainable development of territories

Key words: sustainable development, interconnection, surface and groum water, resources, subterranean water storage, classification, inventions, model ing, ecology, rational use, protection

Subject of research - ground and surface water the rational use of which wi allow the assurance of a sustainable development of the territory in addition ti other natural and anthropogenic factors.

Objective of work - the improvement of methods and techniques of ration? use of the ground water at the local and regional levels with due account c changing conditions of its interrelation with the surface water, deficiency of wa ter resources and their ecological condition.

Method of research and equipment - complex hydrogeological survey, labc ratory and filtration test operations and modeling.

The results obtained and new features - theoretical foundations and practice recommendations for the sustainable development of the territories are giver new dominant conditions of interconnection of ground and surface water wit the use of new modeling devices (of which 5 represent inventions) have been de fined; the ecological condition of ground water of a number of Belarusian re gions and specific features of the formation of ground water reserves in the hug deposits of ground water of the southern and eastern provinces of the Yeme Republic have been determined; theoretical foundations for the creation of sut terranean water storage have been developed; recommendations on the ration; use of ground water with the purpose of sustainable development of these terr tories have been worked out; 4 inventions for regulation of ground water usin subterranean water storage facilities and systems for their artificial replenish ment have been proposed.

Degree of use - the basic results have been used during the development t recommendations for the rational use of ground water in Belarus as well as o specific examples of Kazakhstan and Yemen Republic.

Sphere of application - protection of the environment, assessment of stock and rational use of ground water, regulation of surface and underground runof ecological assessment and sustainable development of territories, mathematic; modeling.

Информация о работе

Калинин, Михаил Юрьевич
доктора технических наук
Минск, 1998
ВАК 04.00.06

Автореферат

Похожие работы