Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Аридный тип формирования подземных вод

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Аридный тип формирования подземных вод"

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР

Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

АРИДНЫ;! ТИП ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЗЛНЫХ ВОД Специальность 04.00.06 - гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

На правах рукописи

Островский Владимир Никанорович

Москва 1981

Работа выполнена в отделе региональной гидрогеологии Всесоюзного научно-исследовательского института гидрогеологии и иняенерной геологии (ВСЕГИНГЕО).

Официальные оппоненты: заслуженный деятель науки РСФСР

доктор гесдого-минералогических наук, профессор Н.И.Плотников, доктор геолого-минералогических наук, профессор Д.М.Кац,

доктор геолого-минералогических наук И.С.Зекцер

Защита состоится "//8 " апреля 1982 г. в "//" час. на заседании специализированного совета Д.071.II.01 по присуждению ученой степени доктора геолого-мкнералогических наук при ВСЕГИНГЕО по адресу: Московская обл., Ногинский район, пос.Зеленый, ВСЕГИНГЕО.

С диссертацией модно ознакомиться в библиотеке института.

С/¿торесрерат разослан 7/ марта /9#2 г.

Отзывы на автореферат в 2-х экземплярах, заверенные подписями и печатью, просим направлять ученому секретарю специализированного совета Д.071.П.01 по адресу: 142452, Московская ласть, Ногинский район, пос. Зеленый, ВСЕГИНГЕО.

Ученый секретарь специализированного совета," кандидат геолого-мннерало-

гических наук н.В.Ц&рсиочкш

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы: В решениях ХХУ1 съезда КПСС большое внимание уделено хозяйственному освоению засушливых зон СССР. Вода здесь является ценнейшим полезным ископаемым и рациональное использование водных ресурсов, в том числе подземных вод, необходимо рассматривать как крупную государственную задачу. Теоретической основой душ принятия любых решений по народнохозяйственному использованию иод-земных вод должно являться учение об их формировании. Огромный фактический материал по гидрогеологии аридных зон, имеющийся в настоя ■ щее время, еще недостаточно используется для теоретических обобщений. Кроме того, формирование подземных вод часто рассматривается з отрыве от географических, -биологических и других процессов, что в условиях интенсивного хозяйственного использования подземных вод приводит к экологическим просчетам. Поэтому разработка основ теории формирования подземных вод в аридных зонах представляет собой одну из актуальных проблем региональной гидрогеологии, тлеющую важное научное и практическое значение.

Цель и задачи работы; Главной целью исследований является создание системы научных положений, являющихся основой для дальнейшей разработки региональных проблем теории формирования подземных вод в аридных -условиях и решения практических вопросов использования подземных вод засушливых областей.

В соответствии с указанной целью автор поставил перед собой следующие задачи:

1. Рассмотрение основных закономерностей формирования подземных вод в аридных условиях с использованием разработанной автором таксономии региональных и глобальных процессов формирования подземных вод.

2. Выявление связей формирования подземных вод аридных зон с биологическими, гидрологическими и другими процессами.

3. Характеристика закономерностей зональности подземных вод в аридных условиях.

4. Оценка направленности изменений региональных процессов формирования подземных вод аридных территорий под влиянием хозяйственной деятельности.

Материалу, положенные в основу исследований: В диссертации использованы главным образом материалы исследований автора, проводившихся с 1953 по 1980 гг. в аридных районах Казахстана, в меньшей степени - Средней Азии.

Основные направления исследований: гидрогеологическая съемка среднего масштаба,комплексная съемка для целей мелиорации, разведка подземных вод, изучение водно-солевого баланса на орошаемых землях и действующих водозаборах, изучение взаимодействия поверхностных и подземных вод, взаимосвязи растительности и подземных вод, региональные гидрогеохимические исследования, ландшафтно-индика-ционные гидрогеологические исследования с применением аэро-косми-ческнх методов.

Основные защищаемые положения и научная новизна. В работе получили дальнейшее развитие основные положения комплексного гидрогеологического анализа, основанного на изучении связей формирования подземных вод с разнообразными природными факторами и процессами.

В работе защищаются следующие основные положения:

1) выделение в аридных зонах с использованием разработанной автором таксономии двух подтипов формирования подземных вод - автохтонного и аллохтонного - и характеристика их основных особенностей

2) характеристика закономерностей гидрогеологической зональности в аридных условиях, ее дифференциации по территориям с различными подтипами формирования подземных вод;

3) комплексная оценка влияния растительности на формирование подземных вод аридных зон, в частности, концепции о значительном воздействии растительности не только на разгрузку, но и на питание подземных вод;

4) .результаты комплексного изучения влияния хозяйственной деятельности на формирование подземных вод аридных районов СССР, согласно которым развитие антропогенных гидрогеологических процессов приобрело региональный характер и определяется видом и интенсивностью техногенного воздействия, а также зависит от подтипов формирования подземных вод, особенностей гидрогеологических структур, питания и разгрузки подземных вод.

Методология исследований. В основу методического подхода к решении поставленных задач были положены:

I. Комплексный анализ результатов региональных гидрогеологических исследований с использованием ттяитгу по гидрогеологии, гео-

тектонике, теории литогенеза, ландшафтоведеншо, геоботанике и других наук о Земле. Для решения поставленных задач также использовались материалы по зарубежным аридным зонам.

2. Изучение формирования подземных вод по данным режимно-балансовых и экспериментальных "исследований.

3. Аэро-космические и ландшафтные методы.

4. Гидродинамические методы.

Публикация и апробация: Результаты работы опубликованы в двух монографиях j 85 статьях, отражены в 43 научно-производственных отчетах.

По теме'диссертации сделано более 20 докладов и сообщений на международных, всесоюзных, республиканских, ведомственных и межведомственных совещаниях, в том числе на объединенной научной сессии АН КазССР (Джезказган, 1960), на Всесоюзном совещании по фитоинди-кации (Москва, 1964), на Всесоюзном совещании по проблемам фитоин-тшкягрпт (Ленинград,. 1967), на совещании по мелиорации земель республик Средней Азии, Казахстана и Азербайджана (Алма-Ата, 1969), на Всесоюзном совещании по мелиоративной гидрогеологии и инженерной геологии (Минск, 1969), на Всесоюзном симпозиуме по водному обмену растений (Иркутск, 1971), на Всесоюзном совещании по влаго-обороту в природе (Москва, 1972), на секции научного совета "Водные ресурсы и баланс вод" по Или-Балхашской проблеме (Алма-Ата, 1973), на Всесоюзном совещании по изучению взаимосвязи поверхност- -них и подземных вод (Валдай, 1973), на 1У Всесоюзном гидрологичес--ком съезде (Ленинград, 1973), на Всесоюзном совещании по инженерно-геологическому картированию (Москва, 1974), на Всесоюзном совещании "Формирование химического состава подземных вод" (Москва, 1976),<>на симпозиуме МАГ "Методы оценки ресурсов'подземных вод" (Вильнюс, 1979), на Всесоюзном совещании цо ландшафтной индикации (Москва, 1979), на 2X71 сессии Международного геологического конгресса (Париж, 1980), на Всесоюзном совещании по почвенно-мелиора-тивным прогнозам (Пущино, 1981).

Результаты работы внедрены при комплексных съемках для цел^й мелиорации,в Юго-Восточном Казахстане (Мингео Каз ССР я Миннвлио-водхоз КазССР), режимно-бадансовнх работах, поисках и разведке подземных вод в Казахстане (Мингео КазССР),- обоснования проектов орошения Акдалинского, Аксусского, Чилик-Алыа-Атинского массивов

орощешш в Юго-Восточном Казахстане, составлении комплексной схемы использования водноземелъных ресурсов Или-Балхашского бассейна (Казгипроводхоз, Казгидропроект), при оценке влияния крупных оросительных систем на гидрогеологические условия (ПГО "Узбекгидро-геология"), при оценке влияния хозяйственной деятельности на водные ресурсы аридных районов (научный совет "Водные ресурсы и баланс вод" ГКНТ), при региональных гидрогеологических прогнозах в связи с перебросками стока (Союзгипроводхоз).

Ст-руктура и объем работы: Работы состоит из введения, шести глаз, заключения и списка литературы. Объем работы 298 страниц машинописного текста, 73 рисунка, 32 таблицы, библиография включает 447 названий отечественной и зарубежной литературы.

Диссертация выполнена в отделе региональной гидрогеологии ВСЕГИНГЕО. Автор искренне благодарен профессору, доктору геолого-минерэлогических наук Л.С.Язвину, докторам геолого-минералогических наук Б.Ф.Маврицкому, Н.И.Толстихину, С.М.Шашро, профессору, доктору географических наук С.В.Викторову, кандидату геолого-минералогических наук М.А.Хордикайнену за обсуждение результатов и ценные замечания. Автор глубоко признателен гидрогеологам Института гидрогеологии и гидрофизики АН КазССР, ЕГО' "Казгндрогеология", в тесном деловом контакте с которыми создалась данная работа. Искреннюю признательность автор приносит также руководителю отдела региональной гидрогеологии ВСЕГИНГЕО, доктору геолого-минералогических наук Н.М.Фролову, сотрудникам лаборатории региональных гидрогеологических прогнозов ВСЕГИНГЕО кандидату геолого-минералогических наук Б.Е.Антыпко, И.В.Богатушиной, Г.А.Маневской, Е.В.Полозовой, Т.А.Смирновой, Р.К.Шахновой за постоянную дружескую поцощь.

ГЛАВА I. ТАКСШСШЯ РЕГИОНАЛЬНЫХ И ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ФОНДИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЗОНЫ АКТИВНОГО ВОДООБМЕНА

Рассмотрены основные понятия и тершны, касапциеся формирования подземных вод.

Автором впервые разработана таксономия региональных и глобальных экзогенных процессов формирования подземных вод в зоне активного водообмена. Принципы выделения таксономических единиц приведены в табл. I, а их соподчинение показано на рис. I.

/

Таблица I

Таксономия глобальных и региональных экзогенных процессов формирования подземных вод зоны активного водообмена

Принцип выделения Название таксономических единиц пл -

типологических глобальных региональных

1. Генезис подземных вод

2. Наличие или отсут-

ствие многолетней мерзлоты

3. Интенсивность массо-энергооб-мена

4. Существование мас-со-экергообмена прилюдных вод мея-ду провинциями формирования подземных вод

Особенности законченного цикла гидроге ологиче с-кого процесса в различных струк турах (по 1.1.Й.К' лову)

ры-

Общая направленность процессов массо-энергооб-мена в различных частях гидрогеологических структур

Генетическая группа подземных вод

Подгруппа формирования подземных вод

Тип формирования подземных вод

Подтип фондирования'подземных вод

Класс Формирования подземных вод

Подкласс формирования подземных вод

Надпровин-ция формирования подземных вод

Провинция ■•формирования подземных вод

Подпровин-ЦИЯ форл!-рования подземных вод

Регион Формирования подземных -вод

Обйасть формирования подземных вод

5

6

В соответствии с предложением Е.В.Пиннекера выделена экзогенная группа формирования подземных вод, характеризующаяся пос-'туплЕНЕВД вод в недра Земли из атмосферы и поверхностной гидросферы и энергообменом, происходящим за счет солнечной радиации.

Экзогенная груша разделена автором на две подгруппы - фяю-ационную, отличающуюся преобладанием в гидрогеосфере вод в жидкой фазе, и криогенную с преобладанием подземных вод в твердой фазе (области развития многолетней мерзлоты).

Подгруппы разделены на типы формирования подземных вод.

В фяюационную подгруппу включены гумидный и аридный типы формирования подземных вод. Они различаются общей интенсивностью водообмена в гидрогеосфере, которая в глобальном масштабе определяется' балансами тепла и влаги. Гумидный тип формирования подземных вод характерен дая областей избыточного и достаточного увлажнения с радиационным индексом сухости ^ 1 . Аридный тип формирования подземных вод приурочен к областям, в которых потенциальное испарение превышает осадки ("{^-1 I). Однако полное совпадение границ аридного и гумидного типов формирования подземных вод с соответствующими изолиниями современных величин радиационного индекса сухости в принципе не является совершенно обязательным. Вследствие значительной инерционности процессов формирования подземных вод, их растянутости во времени в пределах современных гумидной и аридной провинций могут оказаться реликтовые воды, чуждые существующим в настоящее время климатическим условиям.

Криогенная подгруппа формирования подземных вод состоит из одного типа - мерзлотного.

Выделенные типы формирования подземных вод кодрелируются с типами литогенеза Н.М.Страхова. В работе показано, что аналогии медду 'формированием подземных вод и литогенезом не являются случайными, а возникают из определенной общности двух наук - гидрогеологии и литологии. Экзогенные типы формирования подземных вод в случае сицгенетичного образования системы "вода - порода" частично проявляются в зонах замедленного и застойного водообмена.

х) радиационный баланс, а- осадки, 1_- скрытая теплота испарения воды;

В значительно;! степени контролируется особенностями экзогенной природной обстановки и распространение элизпонных вод, тяготеющих к гумидной зоне (древней и современной), где наиболее интенсивно происходило химическое выветривание пород с образованием мощных глинистых кор выветривания.

Типы формирования подземных вод разделены на подтипы - автохтонный п аллохтоппый. При автохтонном подите подземные вода формируются за счет водно-энергетических ресурсов, тлеющихся в пределах территорий с одним типом формирования подземных вод, т.е. 1п $11 а . Лллохтокшй подтип характеризуется не только формированием подземных вод ш , но и в основном поступлением водно-энергетичеоких ресурсов из территорий с другим типом форлирования подземных вод.

Понятие "класс формирования подземных вод" систематизирует процессы формирования подземных вод на региональном уровне организации природы, где значительная роль принадлежит азональным факторам - геологик и рельефу. С использованием принципов типизации гидрогеологических структур, разработанных Г.Н.Каменским, 1!.К.Зайцевым, Н.И.Толстихиным, Н.В.Роговской, Н.А.Мариновым и другими исследователями, автором выделены классы формирования подземных вод бассейнов трещинных вод, платформенных, предгорных и межгорных бассейнов. Каледин из классов обладает определенными особенностягли процессов форлирования подземных вод, которые рассмотрены в работе.

По общей направленности ыассо-энергообмена в гидрогеологических структурах выделены подклассы формирования подземных вод -питания транзита (стока), разгрузки.

Интенсивность процессов водообмена в значительной степени зависит от механизмов питания и разгрузки подземных вод гидрогеологических структур.

Предложена их классификация. Под механизмом питания подземных вод гидрогеологических структур понимается не только поступление воды в горные породы через зону аэрации, но и в 'результате латеральной и восходящей ее миграции. Выделены следующие основные типы механизмов питания подземных вод гидрогеологических структур: инфильтрация,, фильтрация, конденсация. По особенностям потенциалов, определяющих движение влаги, типы механизмов подраз-

деляются на виды: гравитационный, капиллярно-пленочный и т.п. Выделяются также разновидности механизмов до характеру пространственного ■распределения участков питания подземных вод.

По аналогичному принципу классифицируются и механизмы разгрузки подземных вод гидрогеологических структур, основными типами которых являются испарение и отток.

Следует отметить, что в природной обстановке механизмы питания и разгрузки подземных вод гидрогеологических структур не наблюдаются в "чистом" виде, а, как правило, комбинируются.

ГЛАВА 2. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ФОНДИРОВАНИЯ ПОДЗЕ.ЖХ ВОД

АРИДНЫХ ЗОН

История научного изучения подземных вод аридных зон насчитывает много десятилетий. Большой вклад в изучение формирования подземных вод аридных территорий СССР внесли У.М.Ахмедсафян, А.Е.Бабинец, М.М.Батнршин, Б.В.Боревский, А.С.Вишняков, В.П.Волков, К.Г.Ганиев, В.А.Гейнц, П.Г.Гркгоренко, М.Х.Джабасов, А.К.Дга-келов, В.И.Дмитровский, С.Ж.Еапарханов, В.С.Кеваго, Д.М.Кац, С.К.Калугин, П.И.Калугин, М.М.Крылов, Г.В.Куликов, В.Н.Кунин, О.К.Ланге, В.А.Листенгартен, С.Ш.Мирзаев, С.М.Мухамеджанов, Л.А.Островский, Н.И.Плотников, Н.В.Роговская, В.С.Самарина, А.Ф.Сдяднев, Л.Г.Соколовский, А.Н.Султанходжаев, Н.С.Сыднеов, К.И.Сычев, Р.П.Теуш, В.Г.Ткачук, Х.Г.Туляганов, Н.Ф.Федин, Н.Г.Шевченко, Е.Р.Фиалко, А.С.1асанов, Я.А.Ходжакулиев, Н.Н.Ход-жибаев, М.А.Хордикайнен, С.М.Шапиро, В.А.Шлыгина, В.Н.Чубаров и многие другие исследователи.

Вопросы формирования подземных вод аридных территорий зарубежных стран освещены в трудах Р.Амброджи, Г.А.Фернандес дель Ла-ра, Ж.Друэна, Р.К.Линслея, Ж.Марга, Н.А.Маринова, И.Я.Пантелеева, А.И.Силина-Бекчурина, Ж.Тиксерона, Т.Фюрона, Е.Ш.Хиллса и других авторов.

В результате гидрогеологических исследований аридных областей получен огромный объем информации. Во многих районах опровергнуты ранее бытовавшие представления о бедности пустынь пресными подземными водами. Основные региональные гидрогеологические закономерности отражены в картах и атласах. Однако научный анализ

громадного фактического материала по гидрогеологии арид;шх зон в рамках единой концепции практически отсутствует.

Не решен ряд важных вопросов, необходимых для создания теории фондирования подземных вод аридных зон. Так, недостаточно изучены в региональном плане механизмы питания и разгрузки подземных вод гидрогеологических структур, взаимодействие подземных вод с растительностью, связь формирования химического состава подземных вод с аридным литогенезом, особенности гидрогеологической зональности, в частности широтной.

Проблема формирования подземных вод аридных зон находится в той стадии зрелости, когда для дальнейшего продвижения вперед необходимо научное обобщение огромного фактического материала на основе единого подхода.

ГЛАВА 3. АНЩШЛ ТИП ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ЗОД.

ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ

Условия формирования подземных вод аридных зон определяются не только климатическими факторами (повышенное поступление тепла и малое количество осадков), но и геотектоническими особенностями. Благодаря неустойчивости земного эллипсоида на широтах 30-40°, к областям с засушливым климатом примыкают крупные горные сооружения, обладающие повышенной увлажненностью. Это предопределяет непрерывный ток воды и растворенных веществ из горных гумидных областей в аридные зоны.

В соответствии с приведенной выше таксономией аридный тип формирования подземных вод подразделяется автором на два подтипа - автохтонный и аллохтоннкй.

Проведенный анализ особенностей водного баланса аридных зон СССР свидетельствует о том, что поступление водных ресурсов из гумидных областей в аридные имеет весьма существенное значение в водном балансе последних. Так, в бессточные засушливые районы поступает около % поверхностных вод, формирующихся в гумидной зоне СССР. Поверхностный сток, формирующийся в аридной зоне СССР, составляет всего 6,6$ общего притока речных вод из гумидных областей (по данным, ГГИ).

Важной особенностью аридного типа формирования подземных вод

является широкое распространение реликтовых вод, унаследованных о? предшествующи: шшзиаяькмх эпох (гидрогеологические структуры Сахарской плиты, Аравийской платформы, Туранской плиты и т.д.).

Установлено, что несмотря на скудность и малую продуктивность раститального покрова аридных зон, он играет в формировании подземных вод дозольно существенную роль. В аридных зонах растительность дифференцируется на две экологические группы - фреатофп-ты (растения, потребляющие грунтовые воды) и омброфиты (растения, питающиеся атмосферной влагой). Распределение сообществ фреатофи-тов и омброфитов в засушливых областях отражает гидрогеологическую зональность. Омброфиты произрастают главным образом в областях питания подземных вод, а фреатофиты - в областях их разгрузки.

Инфильтрационное питание подземных вод в засушливых областях наряду с климатическими факторами определяется сезонными ритмами развития растительности.

Возможны следующие соотношения:

1. Инфильтрационное питание подзсмшх вс."Д совпадает во времени с периодом положительных температур и интенсивной вегетации растительности, ее наибольшей продуктивности (пустыни среднеземномор-ского типа, в том числе южная часть Каракумов). Абсолютная величина питаная подземных вод невелика, тогда снижается до нуля.

2. Инфильтрационное питание подземных вод приходится на период с низкими температурами и незначительно!': продуктивностью растительности (пустыни казахстанского типа). В этом случае даже при скудных атмосфернкх осадках в соответствующих условиях могут образоваться относительно крупные запасы подземных вод.

Значительное влияние на формирование химического состава подземных и поверхностных вод оказывает свойственная аридным зонам активйая эоловая деятельность, в том числе вшаденне солей с ат-цосферкыыя осадками. Автором впервые для крупного аридного региона - Казахстана - выявлены закономерности площадного распределения минералхзадот и химического состава атмосферных осадков. Установлено, что максимальный привнос солей с атмосферными осадками наблюдается в Северном Казахстане, а не в южных более аридных районах республики. В дальнейшем атмосферные соли растворяются.поступая в поверхностные и подземные воды, которые уносят их к депрессиям рельефа, откуда эти соли вновь приносятся в области питания

подземных вод воздушными потоками. Указанный круговорот солей, названный рядом исследователей цикличностью, предопределяет особенности гидрогеохшии ряда аридных районов. Так, автором показано, что образование в Северном Казахстане аномальной гидрогеохимической провинции подземных вод с повышенным содержанием хлора (по сравнению с более южными районами) связано с развеванием солей многочисленных периодически пересыхающих озер, широко развитых в районе. Аналогичные механизмы переноса солей действуют в Верхне-Нильском бассейне в Африке, бассейне Юкла в Австралии и некоторых других гидрогеологических структурах, где подземные воды даже маломинерализованные нередко содерзат повышенные концентрации хлоридов.

ГЛАВА 4. АВТ0ХТ0НШ.1 ПОДТИП ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЖ.ЩЫХ ВОД

Территории с автохтонным подтипом формирования подземных вод охватывают большую часть аридных зон. В глобальном масштабе автохтонный подтип формирования подземных вод характерен для широкого диапазона ландцв Ътов - от лесостепей и полуаридных степей до экстрааридных пустынь. Главные особенности формирования подземных вод показаны в табл. 2.

В работе на основании анализа и обобщения материалов исследовании автора в Казахстане, использования литературных данных по другим аридным районам,в том числе зарубежным, приводится подробная характеристика этих особенностей.

¿ор.жрование подземных вод в зоне активного водообмена рассматривается в связи с процессами, происходящими в ландшафтной оболочке. Необходимо подчеркнуть особую роль в питании подземных вод, инфильтрации и фильтрации поверхностных вод на локальных участках, что предопределяет существование прямых корреляционных зависимостей между поверхностным и подземным стоком, которые установлены на примере Центрального Казахстана. Площадная инфильтрация происходит лишь в.песчаных пустынях преимущественно под действием капиллярно-пленочного потенциала, однако процесс в существенной степени регулируется растительностью. Следствием этого является существование в пустынях Казахстана, частично Средней Азии своеобразного вида режима грунтовых вод, которой характери-

Сопоставлежже автохтоглога л еллсхгспяого лохткяов формирования похэемао: в**

Название ПОДТИПОВ

Уравиемие регионального водного баланса

Тектоническая приуроченность

Типы гидрогемег-ческих структур (класса £эрниро-вания подземщх еод)

Автохтон- Е = X мй(

Области с низкой

интенсивностью

неотектоники

Платфорыениае бассейны, бассейны третакных вод; модность зоны активного водообмена не превыпает, в есиогиш, 100-200 м

Характеристика гадрогеоггкежтчсисс областей (подклассов Особенности фюрш-форилрс&анмя под.**»!ЫХ под) рованхя заошческо-

го состава подзем-

¡■»доогеотермаческие Взаявосвжзь по-условия верхностных я

подземях воя

15а алы ос вязь растительности я подвем-

ньсс вод

Области питаняя

0;я£ятя тс'лзита (стска)

Области разгрузки них вод

Ресурсы подзеинах вод н возможности юс практического использования

Преимущественно положительные морфо-структуры; питагае -в основном путем гравитационной локальной инфильтрации на участках, где скапливается поверхностны» веда. В эоловых лесках - плоиадаое питание путей капиллярно-пленочной инфильтрации Области питания и разгрузки подземных вод, как правило, территориально сближены

Харолмрны локально подавшие потоки, подземный сток касет наг?;.. ■ ■ ------

НОСТЬ " •

нем 0,1-й,5 л/с.

КМ^) , Премч?'-

щественно короткие пути {ильтр"1-цшг

Зоны разгрузки подаекных вод маломощяа, рассредоточены на больших плокадлх, -азгрувка осу-цестветется презоотовстве!шо путга транспч-г.едз*

Химический состав подземных вод в основной формируется за счет солей, содержа-лихся в рыхлом покрове. Характерна цикличная миграция солей, в результате чего крупные бассейны стока можно рассматривать как относительно зеогнутие геоки-мичесгие систеш

В гелиотерыозоне резко преобладает молекулярный теп-лпперенос

Реки преимуиест-венно питавт подземные вода, в значительной степени определяют связь бассейнов трещинных вод и платформенных бассейнов

Растительность активно воздействует на питание и разгрузку подземных вод. Величина питания подземных вод в общем уменьшается с увеличением биологической продуктивности растительности

Ресурса подземных вод сравнительно, невелики. Интенсивный водоотвер в больвинстве случаев приводит к сильной сработке уровней подземных вод

Аыохтон-ныЭ

Е - (сварение X - оеадп у - отеа

ПввЕдтэетвенно области с високой интенсивность» Р1в»»вКТОКЯКИ

Предгорные, иежгорныя, платформенные бассейда; КОХЯОСТЬ 10НЫ ЫСТНГНОГО

водообмена достигает

700-800 м и боле»

Преимущественно предгорные равнины, речнме долины. Питание -в основном путем фильтрация реч-лого стока, реие -локальной инфильтрации. Области питания и разгрузки подзвм-юх вод, в оснои-иоя, территориально разебвены

Характерна иоа-ные регионадь-кыа подземные Л0ТС13

ПодкаьзвЯ см* 12ге5т погкпен-

кув ККТбНСЯВ-

ность (а среднем болэе, I */е.ки2), протяжекниз пути фильтрсцаи

Типичщ иоетыэ зою р&эгрузки подземных вод, которая осу-коствляатся я гонечнон итоге пртгем испарения. В раегруеке под-зкшнх вод'боль-пуп роль играет дренирование водоносных толщ рекаки, а также госходясая напорная фальтра-цил

Хюэсчвсхий состав подземных вод формируется а основном га счет солей, прхноскхых из гу-мндной воны. Влияние цикличной миграции солей на химический состав подземных вод ослаблено. Характерна гидрогеохимическая сопряженность предгорных равнин с гумидюки горными системами

В гелиотермозоне преобладает молекулярный теплопе-ренос, но заметную роль нгрмт и конвективная состав-ляхвая теплообмена

Реки преимущественно пжтаит подземные воды, реже дренирует их

Взаимодействие поверхностных и подземных вод определяет основные черти; гидрогеологических условий

Растительность воздействует а основнеы на paarpyjKy подземных вод, обусловливая биологическое солена-копление в почвах и грунтовых водах

Смены растительности в определенных сдучаях определяет вволецияв гидрогеологических условий

Ресурсы аод5в®ап вед снегам во» ИатенсиЕогй водо-отбор в болыгшет-ве случаев не приводит к значительным погаканнгн уровней грунтов« вед

же, как при автохтонном подтипе, ко в отдельных регионах под влиянием гидрогеологических факторов наблюдается обращенная ландшафтная зональность, выражающаяся в том, что в северном полушарии смена ландшафтов от более увлажненных и менее увл&таенныы происходит не с севера на юг, а в обратном направлении. Особенности аллохтон-ного подтипа формирования подземных вод и его сопоставление с автохтонным даются в табл. 2. В работе эти особенности подробно охарактеризованы. В частности, произведена типизация областей гг::ташзн подземных вод с выделением:

1) зон альпийской складчатости (Памир, Кавказ, Атлас, Иранские горы и др.);

2) орогенных тектонических поясов (Тянь-Шань, Алтай, горы Центральной Азии и др.);

3) равнинно-платформенных гумидных областей (северные части Тауденийского, Чадского и других бассейнов на Сахарской плите).

Отмечается, что формирование подземных вод ряда платфорлен-ных структур связано с плювиальными эпохами.

Основной механизм питания подземных вод гидрогеологических структур - фильтрация речных вод, поступающих из гумидной зоны, которая наиболее интенсивно происходит на предгорных равнинах. Области повышенной фильтрации речных вод часто совпадают с глубинными разломами земной коры, к которым приспосабливаются долины крупных рек. 3 результате накопления больших запасов фильтрационных вод подземные водоносные емкости служат мощными регуляторами речного стока, что выражается в значительном понижении коэффициентов вариации расходов рек в нижних частях предгорных равнин и центральных частях межгорных впадин по сравнению со створами, расположенными на выходах рек из гор на равнину.

Отмечается, что формирование подземных вод ряда платформенных структур связано с плювиальными эпохами, причем количество таких структур, благодаря достижениям в определении абсолютного возраста подземных вод, все более увеличивается.

Показано, что высокие величины испарения в зонах разгрузки подземных вод на-предгорных равнинах, речных долинах и дельтах наряду с интенсивным подземным притоком поддерживаются за счет адвекции тепла с окружающих территорий. Обращается внимание на

зуется почти синхронным осенне-зимним подъемом их уровней, происходящими независимо от выпадения атмосферных осадков.

Автором с использованием наземной и космической информации впервые составлена карта механизмов питания подземных вод гидрогеологических структур Казахстана, на которой произведена дифференциация этих механизмов в пределах крупного аридного региона и сделан вывод о локальности восполнения подземных вод даже в областях их питания.

Впервые составлена также карта механизмов разгрузки подземных вод Казахстана с подразделением их на различные типы и виды. В частности, выделеш территории с преобладанием физического испарения подземных вод, их транспирации, а также зоны разгрузки глубоких подземных вод путем, их перетекания в верхние горизонт и последующего испарения. На основе экспериментальных данных и наблюдений с помощью самописцев уровня количественно изучено влияние транспирации на разгрузку и баланс подземных вод отдельных аридных районов Казахстана. Установлены типы суточной ритмичности грунтовых вод под влиянием транспирационного процесса и даны соответствующие расчетные зависимости.

Установлено, что в формировании химического состава подземных вод огромное значение имеют растворимые соединения, сохранившиеся в покровных отложениях со времени плейстоценовой плювиальной эпохи. Их перераспределение на основе механизма цикличности определяет основные черты гидрогеохимической обстановки в большинстве районов, за исключением областей развития четвертичных морских трангрессий, где гидрогеохимические процессы происходят в основном с участием солей, накопившихся в морских осадках. Повышенная минерализация подземных вод дале при низких величинах их стока приводит к довольно значительному переносу солей подземными водами, однако, составляющая собственно подземной денудации при этом новелика, так как переносятся в основном циклические соли.

ГЛАВА 5. АЛЛСКТОННЫЙ ПОДТИП ФОНДИРОВАНИЯ ПОДЗИ/ЯЫХ ВОД

Сущность аляохтонного подтипа - взаимодействие вод, поступающих И8 гуыидной зоны с аридной обстановкой. Территории с ал-лохтоннш подтипом формирования подземных вод примыкают преимущественно к горным системам. Диапазон изменения ландшафтов такой

необходилость неотлояного изучения естественных гидрогеологических условий современных дельт крупных рек, так как эти территории все более попадает в сферу активной антропогенной деятельности.

В СССР большая часть территорий с аллохтонным подтипом формирования подземных вод относится к провинциям хлоридного п хлорнд-но-сульфатного соленакопления. Менее широко представлено сульфатно-содовое и содовое засоление, региональное развитие которого, как впервые показано в работе, контролируется распространением в горных областях не только натрийсодеряащих силикатных пород, но и карбонатных формаций.

.Наряду с континентальным соленакоплением в процессах форли-рования химического состава подземных вод заметная роль принадлежит углекислотному выветриванию пород, т.е. выщелачиванию, характерному для гумидных областей.

ГЛАВА 6. ЗОНАЛЬНОСТЬ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В АРИДНЫХ УСЛОВИЯХ

Типы гйдрогеалогических зональностей, формирующиеся в аридных условиях, и их территориальное распределение является частью сложной системы зональности Подземных вод Зешш.

На основе представлений А.А.Григорьева и М.И.Будыко о тепло-водообмене в ландшафтной оболочке в работе рассмотрены глобальные закономерности широтной гидрогеологической зональности и ее связь с географической (ландшафтной) зональностью.

Наблюдается довольно четкая зональная давфференциацэт гидрогеологических показателей в зависимости от типов формирования подземных вод.

Интенсивность подземного водного и химического стока наиболее полно зависит от распределения балансов тепла и влаги на земной поверхности.при гуыиднои типе формирования подземных вод. На пршере гуиндпой части Европейской территории Союза получены йз-пнрические зависимости коэффициента подоенного стока, от дефицита влажности воздуха, а такга слоя подзеггаого стока о* основных показателей .. кассо-энергообнеиа на земной поверхности.

В целей в гумидных условиях подземный сток подчиняется закону периодической географической зональности А.А.Григорьева и М.И.Будыко, но максимумы его сдвинуты в сторону значений радна-

циояного индекса сухости (по П.И.Будыко) менее I. Соотношение поступлений тепла и влаги во многом определяет и зональность подземного химического стока в гумидных условиях, максимальные величины которого отвечают значениям радиационного индекса сухости 0,8-0,9.

Прд аридном типе форлирования подземный сток, который обычно принимается равным питанию подземных вод, отличается небольшой величиной и характеризуется двумя глубокими минимумами, отвечающими ландшафтам пустынь средн.ас и тропических широт. Однако в аридных областях массо-энергообмен в системе "атмосфера - земная поверхность*' , как правило, оказывают слабое влияние на дифференциацию широтной зональности подземных вод, хотя сами аридные область являются типично зональным образованием.

На примере Казахстана показано, что в аридных условиях практически отсутствует корреляция между ландшафтнши зонами и подзонами и широтным распределением грунтовых вод.

Это объясняется тем, что пустынная зона Казахстана примыкает к горным сооружениям Тянь-йаня, к которым тяготеет анлохтонная подпровинция с относительно высокими темпами водного и химического подземного стока.

Показано, что особенности гидрогеологической зональности различны в автохтонной и аплохтонной подпровинциях формирования подземных вод.

В качестве основных показателей, характеризующих гидрогеологическую зональность, использованы питание подземных вод (подземный сток), испарение, минерализация подземных вод.

При автохтонном подтипе Нормирования подземних вод широтная зональность величины инфильтрационного питания подземных вод дане в крупных аридных регионах, сравнительно однородных в пэдюгооло-гическом отношении, довольно слабо зависит от балансов тепла и влаги.^Величины питания подземных вод ряда гидрогеологических структур путем фильтрации речного стока также в значительной степени не связаны с широтной зональностью.

Но воздействие на географическую зональность подземных вод при автохтонном подтипе их форлирования балансов тепла и влаги нельзя полностью отрицать. Оно вполне определенно проявляется в глобальном масштабе.

Существует также широтная зональность механизмов питания подземных вод гидрогеологических структур. Основная закономерность • заключается в том, что с продвижением от умеренных широт к тропическим все более возрастает роль локального питания подземных вод и сокращается площадное питание. Аналогичны:.! образом возрастает роль капиллярно-пленочного переноса влаги в зоне аэрации.

Повышенное питание подземных вод наблюдается в крупных положительных морфоструктурах (Центральный Казахстан, Мугоджары и т.п.), где его средняя интенсивность примерно в 1,5-2 раза больше, чем в отрицательных |.горфоструктурах (Прикаспийская, Тургайская и другие впадины).

'На питание подземных вод определенное воздействие оказывают также особенности переноса влаги в атмосфере.

Хороао выраженным зональным распределением характеризуется основной процесс разгрузки подземных вод - испарение. С продвижением от высоках широт к низким возрастает роль физического испарения п уменьшается роль транспирации.

Сильно завуалирована геолого-гидрогеологическими фактора:,та и широтная гпдрогеохимическая зональность, что показано в работе на примере песчаных массивов Азии и Африки.

Для автохтонного подтипа в основном характерна прямая вертикальная гидрогеохшическая зональноЬть, выражающаяся в увеличении минерализации подземных вод с глубиной. Она прослеживается в Тур-. гайском, Северо-Устюртском, Прикаспийском, Ливано-Синайском, Мертвоморском и других бассейнах.

Однако в ряде гидрогеологических структур прямая гидрохимическая зональность может переходить в обращенную (инверсную), обычнд это связано с влиянием поднятий фундамента. Другой причиной 'обращенной .зональности может являться формирование вод нижних горизонтов в древнюю плювиальную эпоху. Прямая гидрогеохшлнческая зональность нарушается и па некоторых локальных структурах, в частности, в бассейнах трещинных вод типа Центрального Казахстана.

При аллохтоклом подтипе формирования подземных вод зональность динамического тппа нагболее четко выражена на предгорных равнинах. Она аппеаа О.К.Ланге, У.М.Ахмедсафиным, М.М.Крыловым и другими гидрогеологами. На эту зональность 'также оказывают вЛия-

ние изменения составляющих баланса тепла и влаги. В целом широтная гидрогеологическая'зональность выражена гораздо слабее, чем при автохтонном подтипе формирования подземных вод, однако некоторые зональные гидрогеологические процессы проявляются более контрастно, например, образование крупных солончаков типа поттов. Алжира и Туниса.

Для аллохтонного подтипа формирования подземных вод свойственна инверсионная вертикальная гидрогеохимическая зональность (Сырдарьинский, Алаколь ский Балхашский, Ме сопотамский, Шелиф-ский, Мурзукский и другие бассейны).

Инверсионная гидрогеохимическая зональность характерна не только для напорных, но и для грунтовых вод (бессейны Африкано-Аравийского пояса, Заладно-Рифский бассейн в предгорной зоне Атласа и т.п.).

Высотная гидрогеологическая поясность наблюдается в аридных зонах преимущественно на территориях с автохтонным подтипом формирования подземных вод - в бассейнах трещинных вод.

На примере Центрального Казахстана исследованы закономерности изменения подземного стока и минерализации подземных вод с высотой местности и получены соответствующие эмпирические зависимости. В общем эти зависимости не отличаются от таковых для гуыидной зоны, однако градиенты изменения с высотой местности отдельных гидрогеологических показателей более значительны.

ГЛАВА 7. О НАПРАВЛЕННОСТИ ИЗМЕНЕНИЙ ГИДРОГВОЛОГИЧЕСКИХ

УСЛОВИИ АРИДНЫХ ЗОН ПОД ВЛИЯНИЕМ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

На формирование подземных вод аридных зон все большее воздействие оказывает хозяйственная деятельность. Однако в широком региональном плане эти вопросы изучаются недостаточно.

Воздействие хозяйственной деятельности на подземные воды может быть прямым и косвенным. Под прямым воздействием ыы понимаем те преобразования гидрогеологической обстановки, которые вызваны непосредственный изменением питания и разгрузки подземных вод (водозаборы, орошение, дренаж и т.п.).

Косвенное воздействие не связано с непосредственный поступлением воды в водоносные горизонты или ее изъятием из них,' а про-

является через преобразование условий формирования подземных вод на земной поверхности (распашка земель, выпас скота и т.п.).

При оценке влияния хозяйственной деятельности на формирование подземных вод необходимо учитывать также многолетнюю ритмичность изменений климата и связанных с ней физико-географических и геологических процессов, которые согласно исследованиям В.А.Ков-ды и других авторов, направлены в сторону аридизации суши. Воздействие хозяйственной деятельности на формирование подземных вод рассматривается нами, исходя из концепции о подтипах формирования подземных вод, так как это дает возможность более полно оценить масштабы и направленность антропогенных гидрогеологических процессов.

На территориях с автохтонным подтипом формирования подземных вод хозяйственная деятельность оказывает на гидрогеологические процессы довольно существенное влияние, хотя его интенсивность меньше, чем при аллохтонном подтипе.

В умеренных широтах вблизи границ аридной зоны значительное косвенное воздействие на формирование подземных вод оказывает богарное земледелие, на что ранее почти не обращалось внимания. Установлено, что при освоении целины Казахстана распашка земель привела к увеличению питания подземных вод при площадной п уменьшению при локальной инфильтрации.

Другим важным фактором косвенного антропогенного влияния на подземные воды является уничтожение пустынной растительности выпасаемым скотом - пастбищная дигрессия. Наиболее активно osa проявляется в песчаных пустынях как с автохтонным, так и с адлохтон-ным подтипами формирования подземных вод. Поскольку пнфяльтрацвя через зону аэрации происходит в основном на утастках незакрепленных песков, пастбищная дигрессия увеличивает питание подземных вод и уменьшает их минерализация. На основания этого делается вывод о том, что линзы пресных вод песчаных пустынь в значительной степени имеют антропогенное происхождение.

Ваднейшш антропогенным фактором прямого воздействия на гидрогеологические условия является отбор подземных вод.

Б целом пря автохтонном подтипе формирования подземных вод в региональном плане преобладает косвенное антропогенное влияние на

гидрогеосферу.

При прочих равных условиях интенсивность антропогенного воздействия на подземные воды возрастает с увеличением аридности климата, т.е. рассматриваемые процессы подчиняются закону географической зональности.

При аллохтонном подтипе формирования подземных вод прямое воздействие хозяйственной деятельности на подземные воды преобладает над косвенным. Косвенное воздействие антропогенной деятельности на формирование подземных вод сравнительно невелико и связано в основном с преобразованиями природно-территориальных комплексов.

Наиболее важным фактором прямого антропогенного воздействия на подземные воды аридных зон является орошение.

Автором на основе проведения полевых съемочных, водно-балансовых и экспериментальных исследований в Казахстане, обобщения материалов по аридной зоне Срединного региона установлен ряд закономерностей влияния орошения на формирование подземных вод. Разработана также методика картирования изменений гидрогеологических условий под влиянием орошения.

Принципиальный подход к картированию заключается в том, что влияние орошения на подземные воды должно изучаться не на локальных участках, а в пределах гидрогеологических структур П и Ш порядков с охватом по вертикали системы зоны аэрации "грунтовые воды - напорные воды". В качестве интегрального показателя изменений гидрогеологических процессов берется величина водо-сслеобмена. При этом учитывается многолетняя направленность не только антропогенных, но и естественных процессов. На основе этой методики под руководстве»! и при участии автора организациями Мингео СССР проведено обобщение материалов по крупным оросительным системам Средней Азии и Казахстана (Каракумский канал, Голодная степь, Туркестанский канал и др.), составлены комплекты среднемасштабных и мелкомасштабных карт, характеризующих взаимодействие ирригационных систем с гидрогеологическими структурами.

Анализ полученных материалов позволил установить следующее.

В платформенных бассейнах орошение изменило гидрогеологические условия на значительных территориях, однако на большей

части этих структур условия формирования подземных вод близки к естественным.

В настоящее время гидрогеологические процессы, вызванные орошением, на территориях платформенных бассейнов находятся еще в начальной стадии развития. В структурах с низкой интенсивностью водообмена (Каракумский бассейн) ирригация привела к значительному подъему уровней грунтовых вод, формированию мощных искусственных водонапорных систем, опреснению подземных вод в зоне активного водообмена. Характерны превращения областей разгрузки подземных вод в области питания, активизация процессов формирования прямой вертикальной гидрогеохимической зональности, площадные изменения ландшафтов, являющиеся в свою очередь одним из главных факторов преобразования гидрогеологической обстановки.

Эволюция антропогенных изменений гидрогеологических условий в платформенных бассейнах в дальнейшем будет направлена в сторону активизации процессов соленакопления.

Аналогичные преобразования происходят в центральных частях крупных межгорных бассейнов с повышенной проницаемостью отложений в верхней части разреза (Балхашский бассейн), но и здесь в гидрогеологических процессах значительную роль играет горизонтальная составляющая подземного водообмена. По вертикали изменения гидрогеологических условий охватывают всю зону активного водообмена.

В предгорных бассейнах влияние орошения на формирование подземных вод в региональном плане более значительно, однако процессы существенно контролируются естественной динамической гидрогеологической зональностью (Голодностепский и другие бассейны). В слабодренированных зонах рассматриваемых бассейнов преобразования гидрогеологических условий наиболее значительны й направлены в основном в сторону активизации соленакопления. При этом происходит локальное, реле региональное изменение взаимодействия поверхностных и подземных, напорных и грунтовых вод. В дренированных зонах предгорных бассейнов изменения процессов формирования подземных вод под влиянием орошения сравнительно невелики. Антропогенные изменения охватывают всю мощность зоны активного водообмена. В ряде предгорных бассейнов аридной зоны СССР произошли смены естественных ландшафтов культурными, что также повлияло

на формирование подземных вод.

На'всех исследованных структурах интенсивность воздействия орошения на подземные воды сильно возрастает из-за нерационального использования водных ресурсов: сбросов воды на неорошаемые территории, образования крупных антропогенных водоемов и солончаков и т.п.

Воздействие водозаборных сооружений на подземные воды происходит на фоке орошения. 3 этом случае наблюдается частичная компенсация сработки уровней подземных вод. Влияние водозаборных сооружений на подземные воды имеет свои особенности в различных тж-пах гидрогеологических структур. Наиболее интенсивное влияние эксплуатации водозаборных сооружений на подземные воды сказывается в предгорных и межгорных бассейнах.

Весьма важным является вопрос о направленности изменений процессов водо-ссяеобмена в аридных зонах под влиянием антропогенной деятельности. На примере южной части бассейна Аральского моря показано, что хотя направленность круговорота воды и солей принципиально не меняется, происходит его усложнение и частичное преобразование. В зонах влияния оросительных систем подземный химический сток увеличивается в 10-15 раз. Поступление в реки большого количества солей с дренажными, сбросными и подземными водами существенно увеличивает поверхностный ионный сток. Характер антропогенного соленакопления в.значительной степени связан со способом отвода дренажных и сбросных вод.

В результате сбросов воды возникает своеобразный парагенез орошаемого массива с крупным соленым водоемом или солончаком, что в конечном итоге приводит к расширению площадей бесплодных солончаковых ландшафтов.

Подводя итоги следует сказать, что уже сейчас антропогенная деятельность в бассейне Аральского моря выступает как мощный геологический фактор, суммарно сопоставимый по своему воздействию на гидрогеосферу с естественными факторами, а, возможно,, и превосходящий их.

В будущем следует ожидать все возрастающих антропогенных преобразований гидрогеологических структур, главным образом, в результате орошения. Если экстраполировать современные тенденции.

то можно определить следующую направленность процессов: наряду с рассолением пород зоны аэрации и опреснением вод в зоне активного водообмена будет происходить наращивание площадей с интенсивным соленакоплснием, что сделает вероятным значительный эоловы:: перенос солей на освоенные территории. Ирригационное освоение новых земель вызывает увеличение соленакопления в других районах, которые со временем могут превратиться в ландшафты, непригодные для использования человеком. Современная наука не в состоянии изменить планетарный круговорот солей, результирующей которого в аридных зонах является сояенакопление. Какие противоположные тенденции могут уменьшить его интенсивность? Б первую.очередь необходимо регулировать мощность толщи активного сслеобмена, стараясь свести ее к минимуму, а также управлять водно-солевым балансом не только орошаемых территорий, как это в основном делается в настоящее время. В дальнейнем в связи с перебросками стока, освоением новых зекель встанет проблема управления солевым балансом крупных бассейнов, а затем и аридной зоны в целом.

Одним нз путей решения этой проблемы будет являться разработка теории региональных гидрогеологических прогнозов.

Автором предлагается под региональным гидрогеологическим прогнозом понимать прогностическую оценку комплекса процессов, возникающих под влиянием антропогенной деятельности и приводящих к преобразованию гидрогеологических условий крупных бассейнов подземных вод. Эти изменения сопровождаются преобразованиями ландшафтов и возникновением новых систем_внутриландаафтных связей, в свою очередь преобразующих гидрогеологическую обстановку. Региональный гидрогеологический прогноз должен являться частью более широкого прогноза изменений ландшафтной оболочки Земли, происходящих под влиянием хозяйственной деятельности. Следует различать два вида региональных гидрогеологических прогнозов - долгосрочный и сверхдолгосрочный.

Долгосрочный прогноз связан с решением задач, вытекающих из хозяйственной деятельности техущзго времени, с учетом конкретных перспектив развития народного хозяйства.

Сверкдолгосрочкый прогноз должен давать оценку преобразований гидрогеосферы пли отдельных ее частей под влиянием хозяйственной деятельности на отдаленную перспективу. Он должен предска-

зывать направленность медленных, в настоящее время поров незаметных гидрогеологических процессов, которые в будущем, возможно, отдаленном могут привести к значительным нежелательным изменениям состояния гидрогеосферы.

Проблема сверхдолгосрочных региональных гидрогеологических прогнозов имеет научно-поисковый характер, но решение ее будет клеть и несомненную практическую ценность.

При разработке региональных гидрогеологических прогнозов предлагается руководствоваться следующими принципами, которые мы условно назвали масштабностью, комплексностью, динамичностью, оптимальностью.

Под масштабностью понимается охват прогнозом территорий крупных гидрогеологических структур и в дальнейшем - аридных зон, в целом. По вертикали прогноз должен охватывать всю мощность зоны активного водообмена, а в необходимых случаях -более глубокие горизонты. В настоящее время принцип масштабности частично реализуется при гидрогеологических прогнозах в связи с перебросками стока сибирских и северных рек на юг страны. Необходимо обратить внимание на один аспект, непосредственно вытекающий из положений, развиваемых в данной работе. Имеется в виду тот переход автохтонного подтипа формирования подземных вод в ал-лохтонный, который произойдет в Казахстане и Средней Азии в связи с приходом сюда вод, формирующихся в гумидной зоне северной части СССР. Эта аллохтонность будет существенно отличаться от того, что наблюдается сейчас в Средней Азии и Казахстане. Ведь здесь алло-хтонные воды образуются в горных хребтах, продукты денудации которых образуют ту среду, в которой происходит форлирование вод на аридных равнинах. По существу мы имеем дело с более или менее единым по своему первичному генезису комплексом пород на равнинах и в горах. В случае переброски стока северных и сибирских рек, воды которых будут совершенно чужды аридной обстановке, могут возникнуть новые равновесия в системе "вода - порода", а на территориях с автохтонным подтипом формирования подземных вод может преобразоваться и весь гидрогеологический процесс. При этом необходимо учитывать, что ряд особенностей геохимической обстановки региона как бы законсервирован со времени плейстоценовой плювиальной эпохи вследствие засушливости климата и слабой современной

гипергенной миграции веществ. Поступление сибирских вод приведет к расконсервации геохимической обстановки, в частности, произойдет разрушение гипсовых и карбонатных кор, активизация процессов углекислотного выветривания, вовлечение в активный круговорот огромных геологических иасс солей, ранее геохимически пассивных.

Под комплексностью региональных гидрогеологических прогнозов подразумевается необходимость, учета по возможности всех взаимосвязей, возникающих в системе при техногенном воздействии. Необходимо учитывать влияние изменения ландшафтов на гидрогеологические условия, комплексно прогнозировать гидрогеологические и инженерно-геологические процессы, а в будущем, вероятно, - и неотектонику.

Принцип дина м и ч н о с т и региональных гидродинамических прогнозов определяется автором как необходимость учета динамики параметров и процессов, определяющих изменения гидрогеологических условий. Это касается изменения в будущем технологии, главным образом, орошаемого земледелия, а также изменений во времени фильтрационных и других параметров.

Наконец, региональный гидрогеологический прогноз должен быть оптимальным , т.е. с учетом экономических факторов обеспечить получение запланированного народнохозяйственного эффекта с минимальным ущербом окружающей среде.

Региональные гидрогеологические прогнозы должны осуществляться на основе системного подхода.

В работе поставлена задача разработки критериев устойчивости гидрогеологических систем, определения конечных состояний их эволюции. По-видимому, при региональных гидрогеологических прогнозах полезным будет использование представлений о геотехнических сис^ темах,"развиваемых Д.Л.Арландом, О.Н.Толстихиным и другими иссле-дователямп.

3 А К Л Ю Ч Е Н Г1 Е

I. Выполненное исследование является крупным обобщением по формированию подземных вод аридных зон. В основу методологического подхода к решению поставленных задач положена концепция о тесной связи формирования подземных вод в зоне активного водооб-

мена с гидрогеологическими, биологическими и другими процессами, происходящими в ландшафтной оболочке. Это дает возможность глубже оценить взаимодействие подземных вод с ландшафтными компонентами, а также более уверенно прогнозировать экологические последствия, вызванные изменениями условий форг.гарования подземных вод, которые в аридных зонах нередко приобретают катастрофический характер.

Для систематизированного описания чрезвычайно сложных гидрогеологических процессов, происходящих в аридных областях Земли, автором разработана таксономия региональных и глобальных процессов формирования подземных вод в зоне активного водообмена, которая дает возможность дифференцировать аридные зоны по характеру и интенсивности гидрогеологических процессов.

В соответствии с указанной таксономией в работе описан аридный тип формирования подземных вод, разделяющийся на два подтипа - автохтонный и аллохтонный.

2. Несмотря на то, что аридный тип формирования подземных вод является типично климатическим образованием, формирование подземных вод в аридных зонах в значительной мере определяется тектоникой и ее отражением в рельефе - морфоструктурой. Так, автохтонный и аллохтонный подтипы формирования подземных вод отличаются не только ролью в гидрогеологических процессах водообмена между аридными и гумидными зонами, но и типами гидрогеологических структур, интенсивностью проявления, неотектоники.

Внутри обширной аридной территории широтная зональность подземных вод формируется скорее под влиянием тектонических, чем климатических факторов. В этом плане аридный тип формирования подземных вод резко отличается от гумидного. Как указывалось выше, в гумидных условиях автором установлены количественные связи медцу интенсивностью гидрогеологических процессов (подземным стоком) и поступлением тепла и влаги на земную поверхность.

3. В работе получили дальнейшее развитие идеи В.И.Вернадского об единстве природных вод. Вопреки мнению некоторых ученых о решающей роли в питании подземных вод инфильтрации атмосферных осадков на водосборах показано, что основная масса подземных вод в аридных зонах формируется за счет фильтрации поверкностннк вод на локальных участках - в долинах рек или местах скопления по-

верхностной вода. Поэтому ресурсы подземных вод необходило использовать комплексно с учетом взаимодействия поверхностных и подземных вод.

4. Важной особенностью является унаследованность вод ряда гидрогеологических структур, особенно на Сахарской плите, со времени плювиальных эпох. По-видалому, эта закономерность универсальна, а, следовательно, необходимо рассматривать значительную часть ресурсов подземных вод аридных зон как невосполнимое полезное ископаемое.

5. Значительное влияние на форлирование подземных-вод аридных зон оказывает растительность, которая в глобальном масштабе выступает как регулятор формирования подземных вод.

Величины питания подземных еод в аридных условиях в значительной степени зависят от сезонных ритмов вегетации растительности и ее продуктивности. Взаимодействие в системе "растение -грунтовые воды" обусловливает развитие некоторых гидрогеохпмичес-клх процессов, в частности биологическое соленакопление. В определенной обстановке сукцессии фитоценозов определяют эволюцию гидрогеологических условий под влиянием изменений природных факторов. Отсюда следует вывод, что при гидрогеологических прогнозах в аридных зонах нельзя полностью абстрагироваться от закономерностей развития растительного покрова, как это делается в настоящее время.

6. Влияние хозяйственной деятельности на формирование подземных вод аридных зон происходит на фоне естественных гидрогеологических закономерностей, затрагивая всю систему внутриландшафт-ных связей. Так, уничтожение растительности выпасаемы?,! скотом привело к увеличению питания подземных вод. В этой связи часто линзы пресных подземных вод пустынь в определенной степени могно рассматривать как побочный продукт освоения пустынь человеком. Показано, что хозяйственная деятельность уже в настоящее время привела к коренному преобразованию гидрогеологических условий ряда бассейнов,и масштабы этих преобразований будут все более увеличиваться. Основная направленность этих процессов - усиление водо-солеобмена, аккумуляции солей в конечных водоемах стока и образование новых очагов соленакопления.

При региональных гидрогеологических прогнозах влияния хозяйственной деятельности на подземные воды необходимо учитывать возможные нарушения всей системы внутриландшафтных связей, а также общую направленность природных процессов. В аридных зонах их результирующая направлена в сторону соленакопления. Определенную специфику в эти процессы может внести поступление в больших объемах на территорию Средней Азии и Казахстана сибирских вод, совершенно чуждых аридной обстановке, поэтому во многом неясны последствия той искусственной аллохтонности, которая возникнет на значительной части территории Средней Азии и Казахстана после переброски сюда сибирских вод.

7. Результаты исследований автора использованы при выполнении гидрогеологической съемки, разведки месторождений подземных вод в различных районах Казахстана,обоснованиях проектов орошения крупных массивов - Акдалинского, Чилик-Алма-Атинского, Аксуского, решении Или-Балхашской проблемы, прогнозе изменений гидрогеологических условий под влиянием территориального перераспределения водных ресурсов СССР.

В процессе решения практических задач автором разработаны некоторые метода определения отдельных составляющих баланса подземных вод (перетекания, подземного стока и др.), которые повысили эффективность производственных гидрогеологических работ. В течение рада лет автор являлся куратором и консультантом ВСЕГИНГЕО по региональным гидрогеологическим исследованиям в Казахстане и в значительной степени апробировал свои представления на конкретных гидрогеологических объектах.

8. Применение разработанных авторш в аридных зонах положений позволит:

- углубить теоретические представления о региональных закономерностях формирования подземных вод;

- совершенствовать метода региональных гидрогеологических исследований с учетом решения экологических задач;

- разработать методы картирования гидрогеологических процессов;

- совершенствовать метода региональных гидрогеологических прогнозов влияния хозяйственной деятельности на подземные вода.

Работа является вкладом в глобальную теорию формирования под-

земных вод, которая только еще начинает создаваться.

Главные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Из опыта применения геоботанических методов при гидрогеологических исследованиях юго-западной части Зайсанской впадины. -Вестник Ан КазССР, 1959, № 8, с. 63-71.

2. О влиянии транспирацш растительности на разгрузку и режим грунтовых вод (на примере Джезказган-Улутауского района Центрального Казахстана) - Изв. АН КазССР, сер. геол., 1962, й 2,

с. Ш-ПЗ.

3. Условия формирования подземных вод Карсакпай-Байконурско-го района. В сб.: Формирование подземных вод Казахстана. Алма-Ата, 1965, с. 116-130.

4. О значении транспирации растительности в гидрогеологическом балансе Карсакпай-Байконурского района. Изв. АН КазССР, сер. геол., 1965, вып. 4, с. 35-44.

5. О формировании хлоридных вод в аридных условиях (на примере Центрального Казахстана). Изв. ВТО, т.97, 1965, с. 373-376.

6. Формирование подземных вод и теория литогенеза. - Литология и полезные-ископаемые, 1966, $ 4, с. 135-139.

7. Геология и металлогения Успенской тектонической зоны (Центральный Казахстан). Т. 4, "Гидрбгеология и гидрохимия", изд-во."Наука КазССР", 1968. - 157 с (соавторы Е.Е.Белякова, Т.Ф.Кронидова, Н.Д.Петров, С.М.Шапиро), (монография).

8. О влиянии литологии пород на химический состав трещинных вод Карсакпай-Байконурского района Центрального Казахстана. - В сб.: Гидрохимия и гидротермия подземных вод Казахстана. Алма-Ата, Наука, -1969, с. 138-146.

9. О роли инфильтрации поверхностного стока в формировании подземных вод Мынбулакского артезианского бассейна. Изв. ЕГО, 1969, й 3, с. 270-274 (соавтору В.А.Семенов, С.К.Калугпн).

10. Карст сто-запада Центрального Казахстана. - Йзв. АН КазССР, сер. геол., 1269, й I, с. 37-45 (соавторы И.А.Хордшсайнен, И.А.Баркалов).

11. О роли растительности в формировании стока растворенных веществ. Изв. НТО, т. 102, 1970, № 5, с. 493-495.

12. О влиянии транспирации растительности на формирование подземных йод. Труды КазНИШИ, Л., 1970, вып. 40, с. 67-75.

13. Формирование подземных вод. - Гидрогеология СССР, с. 34, М., Недра, 1970, с. 254-273. (соавторы С.Ы.Шапиро, Р.А.Губайдул-лин).

14. О возможности увеличения эксплуатационных запасов трещин-но-карстовых вод в аридной зоне (на примере Кожамситской водоносной структуры в Центральном Казахстане). - Проблемы освоения пустынь, 1971, № 3, с. 50-57 (соавтор М.А.Хордикайнен).

15. Роль тектонических нарушений в формировании подземных вод юго-западной части Центрального Казахстана. - Советская геология, 1972, №3, с. 126-130 (соавтор М.А.Хордикайнен).

16. О ландшафтной индикации гидрогеологических условий в древней дельте р.Или. - Проблемы освоения пустынь, 1973, № 3, с. 43-50.

17. К методике определения баланса грунтовых вод в приречной зоне. - Тематический сборник ВСШШГЕО, В 66. М., 1973, с. 45-52.

18. Об аллохтонном подземном стоке в аридных зонах. - В сб.: Влагооборот в природе и его роль в формировании ресурсов пресных вод. М., Стройиздат, 1973, с. 277-287.

19. О влиянии морфоструктур на формирование подземных вод Центрального Казахстана. - Геоморфология, 1973, й I, с. 74-79.

20. Состояние и перспективы исследований водного баланса в Или-Балхашском бассейне в связи с развитием орошаемого земледелия. - Труды 1ТИ, Л., 1974, вы. 220, с. 34-36 (соавтор В.А.Семенов).

21. К методике определения подземного стока в реки в условиях аридной зоны (на йримере юго-западной части Центрального Казахстана). - Труды 1ТИ, вып. 213, Л., 1974, с. 53-65 (соавтор М.А.Хордикайнен). '

22. Определение перетекания напорных вод в грунтовый водоносный горизонт. - Разведка и охрана недр, 1975, № 10, с. 46-49.

23. О балансе подземных вод предгорной равнины северного склона Джунгарского Алатау. Вестник АН КазССР, № 6, Алма-Ата, 1975, с. 37-45 (соавтор О.В.Подохьный).

24. Подземный сток и закон географической зональности. Л., Известия ЕГО, т. 107, 1975, с. 522-526.

25. Растительность и подземный сток. - В кн.: Водный обмен в основных типах растительности СССР как элемент круговорота вещества и энергии. Новосибирск, Наука, 1975, с. 268-272.

23. Формирование подземных вод аридных районов Казахстана (монография). Л., Гидрометеоиздат, 1976. - 227 с.

27. Влияние орошаемого земледелия на ресурсы поверхностных и подземных вод в бассейне озера Балхаш. - Труды 1У Всесоюз. гидрол. съезда, т.4, 1976, с. 287-295 (соавторы А.Г.Заводчиков", В.А.Семенов, М.П.Рыбкина).

26. Центрально-Казахстанская складчатая область. - Гидрогеология СССР, сводный т. I, вып. I. М., Недра, 1976, с. 498-526 (соавторы Н.М.Фролов, Б,В.Боревский, С.М.Мухамеджанов, Р.П.Теуш, И.Е.Фалевич, М.А.Хордикайнен, С.М.Шапиро).

29. О зональности подземного стока я взаимосвязи поверхностных и подземных вод в аридных условиях. Труды 1У Всесоюз. гидрол.съезда, т. 8. Л., Гидрометеоиздат, 1976, с. 139-144.

30. О зональности подземного стока в гумидных условиях. Труды ГГИ, вып. 240. - В сб.: Исследования подземного стока. Л., 1977, с. 32-50.

31. О механизмах природного восполнения грунтовых вод Казахстана. Водные ресурсы, 1977, № 3, с. 45-55 (соавтор М.А.Хордикайнен).

32. К методике расчета испарения грунтовых вод. Водные ресурсы, 1979, № 3, с. 77-83.

33. О возможности использования космических методов для оценки ресурсов подземных вод. - В сб.: Метода оценки ресурсов подземных вод. Труды симпозиума Меадунар. ассоц.гидрогеол. в Вильнюсе. М., Наука, 1979, с. 162 (соавтор А.В.Садов).

34. Биосфера и подземные воды. Советская геология, № I, 1980, с. 106-114.

35. Зональность подземных вод в гушцщых и аридных условиях и теория литогенеза. Медц. геол. конгр. 26 сессия. Докл. сов.геологов. Гидрогеол., инж.-геол. и строит, материалы. М., Наука, 1980, с. 58-61.

36. Ostrovsky V.N. Use of the geobotanical method, in hydrogeo-logical investigations in the Dzheskazgan - ulutau region of central Kzakhstan, New York; Plants indicators of soils, rocks, subsurface waters, Consultans Bureau, 1965, pp. 24-29.

37. Ostrovsky V.N. The zonal distribution of subterranean waters in south western area of the Zaisansk depression and its reflection in the plant anct: soil mantle, New York; Plants indicators of soils, rocks, subsurface waters; Consultans Bureau, 1965,

pp.34-39-

Д-90610.15/Ш-81г. Зак.З^З.Тир.150 экз. Ротапринт ВСЕЛИЛ».