Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Прогнозирование развития техногенных гидрогеологических процессов в современной дельте р. Или в связи с охраной окружающей среды

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Прогнозирование развития техногенных гидрогеологических процессов в современной дельте р. Или в связи с охраной окружающей среды"

1 Ц О : 9 О

А]САДЕ№Я ИЛУ"! КЛЗАХСЖЙ ССР Институт гидрогеологии и гидрофизики им. У.М.Ахмодсафина

На правах рукописи Кая Сергей Михайлович

УД!С 556.30:620.394 ( 574.51)

прогнозирование разв1ггия техн0гнп2к гидрогеологических процессов 0 собремешой дельте р. или в

связи с охраной окружающей среду сна основе млиг-

шкческого юделировалия) 04.00.06 - Гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидат геолого-мшералогическигс наук

Алма-Ата, 1900

Работа выполнена а Институте гидрогеологии и гидрофизини ии. У.М.Ахиедсефина АН КазССР

Научный руководитель - доктор геолого-ыинералогических авук

С.12 .Шапиро

Офидиадъные оппоненты - доктор геолого-иинералогичесних наук

В .И.Порядин

кандидат геолого-кинералогичесвих наун И.С.Рачнов

Ведущее предприятие - Центральная гидрогеологическая эвспезд-

ция ГлвеКП "Каэгеология"

Защита состоится 199С года на заседании

специализированного совета К.008.19.01 при Институте гидрогеологии и гидрофизини АН КазССР, по адресу: 48С1С0, Алма-Ата, Красина,

С диссертацией ыогяо ознакомиться в библиотеке Институте гидрогеологии и гидрофизики АК КазССР.

Автореферат разослан " & " ^¿¿-У 1990 года.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат геолого-ииньралогических наун и»1('^ва(35с0в

геЩтгтавГ?

ж:,;

«Л •:

тдел диссертаций

<-'• Актуальность работы. В основных правительственных донуыентах п решениях ШП съезда КПСС подчеркивается необходимость совершенствования прогнозирования влияния хозяйственной деятельности на онрунавдуп сроду, особенно при подготовке и принятии проентных решений. Охрана окружающей среды и рациональное использование ее природных богатств - одна из вагнейпих проблем современности. Особенно ванна она для дельт рея пустшшой зоны, к который относится и современная дельта р.Или. Создание крупных водохозяйственных ои-сгеи, строительство гидротехнических и гидромелиоративных сооруне-ний и др. вызывают определенные избиения в установившее природной равновесии, которые иогуг обусловить развитие отрицательных последствии. Поэтому предвидение техногенных гидрогеологических процессов, основанное на научных прогнозах, . -¡еет большое теоретическое и прикладное значение. Эносистешз современной дол: ы р.Или характеризуется неустойчивы« природный равновесней. По тону предполагаемая разработка на территории дельты крупнеКиего в Средней Азии и Казахстане.Нйгпе-Илийсиого буроугольного бассейна неизбежно вызовет изменения гидрогеологических условий территории, которыми в большей -тепеш! определяется состояние всего природного комплекса дельты-р,Или.

Цель работы. Прогнозирование возуоккых изменений гидрогеологических условий на территория'современной дельты р.Или под воздействие» техногенных Докторов. Сформированная цель исследований включает в себя следуккне -основные задачи:

1. Сцепка современного состояния■гидрогеологических ус овий территории-дельты р.Пли.

2. Выявление^ основных техногенных Акторов и оценка их влияния наформирование гидрогеологических условий дельты.

3»^Прогнозирований' изменений -гидрогеологических условий на осново иати.ттическаго моделирования.

'». Вирао'откр рекомендаций-по снкяснию негативных последствий в дельте р'.йля -от хозяйственной деятельности. <>

Методика' исследований. Для.решения-поставленных задач были обобщены и систематизированы иатериали среднеыасштабных ^еол.го-гидрогеологических съемок территории дельты, предварительной и детальной раяяедки ¡¡пгно-ЧлиПсиг^о буроугольного месторождения,

общая характеристика работы

опытно-фильтрационных работ, геоморфологических, почвенных, гей-ботанических и других исследований, а танке результаты собственных исследований. Проведены полевые экспедиционные работы, выпол-г-'кы водногелиевые исследования, лабораторные работы по определении фильтрационных свойств пород, математическое моделирование на ABU и ЕС ЭВМ.

Научная новизна. I. Научно обоснованы особенности формирования подземного водообмена современной дельты р.Или, которая представляет собой обособленную гидрогеологическую структуру. Формирование гидрогеологических условий тесно связано с динамикой дельтовых роцессоз, величиной и характером распределения поверхностного, стока внутри дельты.

2. Из многослойного гидрогеологического разреза основную роль в формировании подземного водообмена современной дельты р.Или играют водоносные горизонты, залегающие визе первого регионального водоуг^ра (глины илнйсной свиты неогена), ограничивающего сзя-зь с никелекациии водоносными горизонтах.'л.

3. Фильтрационные свойства я водопроводимость пород, слагающих дельту, тесно связаны с наличием в дельтовых отлокециях значительного количества шлевагых и глинистых насгиц, привнос которых предопределяется твердый стоком р.Или и дельтовыми процессами.

4. Кз основе методов математического моделирования даны прогнозы развития техногенных гидрогеологических процессов при эксплуатации буроугольного иесторрвдения. Депрессионкая воронка в уровнях подземных вод развивается быстро, плоаадь ее не зависит от способа отра^тки месторондения, а. контролируется ли<-ь распределением поверхностного с. л!а по тем или иным протоком. При гидромеха-низированноц способе вснрыпных работ произойдет увеличение минерализации фильтрационных вод из.гидроотззлов до 29-40 г/л, в результате чего увеличится солевой сток по р.Или в озеро Балхаш.

Практическая значимость работы. Результаты исследований позволяют: а) разработай»методику гидрогеологических прогнозов влияния техногенеза но окруЕзвду*> среду з дельте р.Или; б) выбрать наиболее рациональный спороб отработки месторождения при минимальном воздействии на экосистему.дельты р.Или; в) изучать характер развития депресснонных. вороной при эксплуатации месгорокдений полезных ископаемых; г) оценить Техногенные гидрогеологические процессы в дельте р.Или, что явится необходимой гидрогеологЛчесной

^J »•

основой для водохозяйственных и воднобалансовых расчетов, ПрИ разработке комплексных целевых программ по проблеме охраны окрукаэдеЯ спедп л виборе комплекса заамтинх мер по охране экосистемы современной дельты р.Или.

Реализация работ». Исследования автора внедрены в коллекгив-коЛ монографии "Прогнозирование техногенных гидрогеологических процессов", двух научных отчетах, которые явились основой оценки злологнчесинх последствия разработки месторождения, заполненной другими организациями.

Апробация рзботц. Основные полотлния диссертационной работы доложен;-! ко Всесоэзяо?. конференции "Проблемы изучения, охрани и рационального использования водних ресурсов" (Москва,1983),* на конференции молодих учених ЛЬГ КазСС/ (Алма-Ата,1965); но Всесоюзной научно-технической конференции молодых экологов "Человек в биосфере" (Москва,1983).

ПуоЛ1:;<г;ци:т. По теме диссертации опубликовано I кол-^ктивнзя монография и 3 научные статьи.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 't глав и заключения, обким объемом 110 страниц 'машинописного текста, иллюстрирована 46 рисунками и м таблицами. Список литературы включает Ï07 наименований.

Автор-шроназг глубоку» благодарность из всесторопим;: помець научному-руководителю - доктору гсолого-минералогачесних наук С.М.Пзп:;ро, научному консультанту - кандидату геолого-минералоги-чеекчх наук C.B.Полольному.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТ L!

Глава I. ИРЙРСДКО-ГБОЛОГЙЧКСКИВ УСЛСВ5Ш КД1С ÇAKTOFU ООРКйГОВАШШ ПОДЗЕМНОГО СТОКА

Приводится краткая характеристика физико-географических и геологи-структурш.'Х условии территории, она:шяаввг ' влияние на формирован! ,, размещение, миграцию и на изменение xir ччесиого состава подземных вод. „

Современная дельта р.Или расположена в пределах равнин Южного Прибалхашья. На севоро-востоке границей ее является так называемая древняя (баканассиая) дельта, но юге - массивы бугристо-грядовых песков Тауиум, на западе, северо-западе - озеро Балхаш. Ьероано дельты находи-. 'я в >'6 им ниже пос.Бэканас в ,,аПоне б-го

- б ••

Рыбпункта. Здесь р.Или разделяется но три систею! рукавов: Топар; Или и Хидели. ПротяЕенность дельты 105-135 на, она расширяется с востока на запад до НО ны у оз.Балхаш. Площадь дельты около 8 тыг кы^.

В центральной части дельты, з АО к« от оз.Балхаш, расположено Никне-Клийское буроугольное месторождение» приуроченное н одноименному прогибу, вытянутого своей осью приблизительно вдоль русла р.¡'ли.

Поверхность дельты сформирована в новоплейстоцеьовое м голо-ценовое время в результате эрозионно-аккукулягивной деятельности реки Или и :ейстзия эоловых процессов. Е пределах района выделяются два типа рельефа: дельтово-зккукулятивная равнина и абразион-ио-ькнумулятизная равнина поберекья оз.Бзлхаи. Поверхность современной дельты ицеет уклон нз ззпад в сторону Балхаша. Средний общий уклон равен 0,СС027. Абсолютные отыетяи уненьпоагся в том ке направлен;»' от 370-378 м (в верЕКне дельты) до ЗАЗ-ЗАА и (}эго-зэ-пэдное побережье оз.Бэлхзп). Рельеф дельты р.Или способствует разливай паводковых вод, которые, в свою очередь, становятся источником питания грунтовых вод.

Климат региона отличается резкой «снпшеатальаосуьэ и зрид-ностьв.'для него характерна больпвя амплитуда годовых колебаний среднемесячной температуры воздуха ('г5°С). Средняя годовая температура воздуха разка 6,6°С. Годовое количество осадков варьирует в пределах 77-271 мы. Основную дола в питании подземных вод атмосферными осадками составляэт осадки холодного периода.

Глазной водной артерией района является р.Или, рззделяацзяся в зерпине своей дельты на три обособленных системы руне зов: Топзр, Или и Еидели. Наиболее I ,'воднено территория дельты, приуроченная к НиделинскоЯ системе, сток по которой а наСгоядез время составляет 85% от стока поступающего в дельту. Характерным для гидрографии пайона является такие наличие большого количества дельтовых озер различного происхокдеы.л. Поверхностный стоа язлкется основным источником питания г.: дзонных вод.

По ботэаико-геогрзфпческо!-"' районированию Казахстана современная дельта р.Или входит в Бзлхэаскуэ подпроэикцлэ'Бгяхаисной пустынной провинции. Характерна!,: для фитоценозов дельты является их динамичность и тесная взаимосвязь с поверхностным стоком, Доминирует б дельте болотная (тростник, нлубненвша,' рогоз) и ..у-говая (пырей, вейния, солодка, волоснец) растительность. Трэнсш:-

рация грунтовых вод растительностью является одним из основных источников расхода подземных вод.

I"* Почвы современной дельты р.Или приурочены к зоне серо-бурых пустынных почв. По формирование почвенного покрова основное влияние оказывает ингразоналышй фактор гидроморфности, на фоне которого имеют место признаки и свойства почв пустынной зоны.

Изучением геолого-гекгонического строения территории дельты . в разные года занимались Я.П.Русаков, Н.Г.Иасс.,.1, Б.И.Борсун, Д.А. Гринчун, З.Н.Калинин, Г'.А.Суханов, Н.Н.Костенко, Л.Х.Дидунко-Кис-лицинз, П.Ф.Кзрагодин, С'.А.Самигуляпн, А.К.Курскеев, А.К.Бувалкии, В.И.Наймин, В.Г.Белозероз и другие,

В геологическом строении'территории участвуют палеозойская группа представленная оездочно-эффузкошим:: породами: порфиритз-шг, липаритами, лкпарпто-дзцктзин, ¿еке туфопссчзникамп и извест-ковпетими песчаникам;?. Мезозойская группа ограниченное рас-

пространение и представлена конгломератами, гравелитами, песчаниками, бурыми углями,, алевролитами и глинами. Кайнозойская группа представлена могшими континентальными, преимущественно, песчаио-глинистыми осадками. В структурном отноие.тки выделяются Нияне-Ила-йский и Епделкнский прогиби, разделенные лниеЯныи поднятием - Кои-карбайскпм лалои. К данным прогибам приурочено месторождение бурых углей. Блоковое перемещение по разломам и продолжительность макфо-ризиконгах перерывов оказало основное влияние на геологическую история района.

Глава П. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ.'УСЛОВИЯ.СОВРЕМЕННО,! ДЕЛЬТ» Р.ИЛИ И ОСОБЕННОСТИ «ВКРОЗАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В НЕНАРУШЕННОМ СОСТОЯНИИ

Широким систематическим изучением гидрогеологических условий дельты р.Или, вопросов формирования и гидрогеохимии подземных вод, взаимосвязи геоботанических, почвенных и гидрогеологических условий з разные-годы занимались М.Д.Погрсбинский, г>.А.Сзмигуллин, В.Л.Смоляр, "¿О.Карзгоднн, В.П.Бистров, ГЬА.ЛаХткж, Г Т.Перлик, Р.П.Плисок, Р.О.Магааева, П.Н.Роденко, А.И.Иванов и другие. Изучение гидрогеологических условий юго-западного Пр'ибзлхапья в разные годы проводили сотрудники Института гидрогеологией гидрофнз"чи АН КАЗССР У.М.Ахмедсафин, С.М.Шапиро, М.Х.Дкабасов, О.ВпЮдолыгай и- другие. .

На территории делг-ч р. выделяют одиннадцат! водоносных горизонтов: аллювкалыю-озерных . верхнсчствгртичных-совремешшх

отлонений ( аб Ощ-Ту )« озерно-аллювивлышх среднечетвертичкых ( Са Он ) верхнеплиоценовых (хоргосская свита) - никнечетвер-тичных отло?:снп;:.;( ЕаК^Ьг-Ох ); водоносный горизонт верхнеме-л .их отлогекиГ: ( К ); водоносные горизонты среднеарских отло-есний нодугленосной свиты (0-ну) 11 кнкне-среднеюрскпх отлогений угленосно!: свиты ( уг )> спорадически обводненных оглоеоний: плиоценовых отлозокий илийской свиты { ^'миоцен-плиоцено-

вых отложений павлодарской свиты ( [\}(_2 ру ), миоценовых отложений аральской свиты ( М,аг). олигоценовых сглошп:!: ( р ); под-зсиные воды зоны треадшсватости палеозойских пород,

Ь современную опоху, ксгда дельта р.Или существует в настоящих границах, в подземном водообмене дельты участвую? все водоносные горизонты от а ллювиа яья о-оз ерных верхнечетвертичпых современных отлокений до бзерко-аллзвнэльн'-" верхнеш!::оценовиХ (хоргосская свита) - ннкнечегвертичких отложений, несмотря на различие во времени образования и исходном генезисе подземных вод. В результате совершенно;: взаимосвязи поверхностных и подземных год ялоца-дь современной дельты четко ограничивается протоками системы 2;:-дели и Топар, и гидрогеологическая система .дельты сказывается ..золнроэаниой от окрукаицей ее пустыни.

Основная роль в формировании подземного водообмена депьгы р. Пли принадлежит водоносным горизонтам, - залегаэцим на плиоценовых, преимущественно глинистых осадках плийской свиты. Доказательством того, что в пределах дельты глины илийскоЛ свиты «окно рассматривать з качестве регионального зодоупора, являются их коа.^ициенти фильтрации, которые колеблются в пределах 3,3*1и~7-1,5'10"^!</су?~ ки. Исследования зависимости проницаемости глин от солености <си-льтрущейся воды показьли, что с ростом минерализации фильтрулде-гося раствора до 20 г/л ксзКицпен? фильтрации увеличивается з 23 раза от 3,3'Ю"7 до 9,3"Ю"7 м/суткн. Кроме того, водногелиевые нее 'едования показали резкое снижение ¿оковах значений содержания растворенного в подземных водах гелия от Х^'Ю-^ мл/л в плиоценовом (илийская свита) '¿одокоснои горизонте до 3,3'и1С~э мл/л в

в'доносном горизонте веохнепл; ^ен-четвеотичных отложений. Данное снижение содержания" гелия обусловлено чисто диффузионным характером миграции гелия з слао'опроннцазмых экранах, что служит дополнительным фактором в польз" представления сб илийских глинах как региональном водоупоре. Об этом тзкез свидетельст^уе.' данные продолжительных откачек из скванкк приуроченны< к юрским

- у -

водоносным горизонтом. При откачках из групп снвакин реакции верхних водоносных горизонтов не наблюдалось.

Верхние водоносные горизонты не имеют выдержанных по площади и но мощности слабопроницаемых глинистых прослоез, уроненные поверхности практически совпадают, рек:м подземных вод этих горизонтов аналогичен и относится к гидрологическому типу. Поэтому всс верхние горизонты, залегающие выше регионального упора илийской свиты объединяются нами э единый водоносный безнапорный комплекс с единой урозенной поверхностью, играющий основную роль в подземном водообмене дельты и оказывающий значительное влияние но развитие и динамику экосистемы дельты р.Или.

Все современные действующие протоки дзльты не имеют существенного кольматзцконного слоя и те/яит часть стока на фильтрации в берега. По данным лабораторных анализов донные отлокения проток представлены мелко- и тонкозернистыми пеонами с коэффициентами фильтрации 1-2 м/сутки или практически тего яе порядка, что и коэффициенты фильтрации водоносных горизонтов (0,1-16 м/сутки).В значительной мере величина коэффициента фильтрации водовмещавщпх от-лонений зависит от доли глинистых и пилеватых частиц. По данным анализа грансостава доля этих, фракций составляет до 30%. Причем наибольшие коэффициенты фильтрат;:: отмечаются в водоносном горизонте соарецсшшх-зерхнсчстзертичнах отлошшй для междуречья Или-Топар (5-16 м/сут.), где поверхностное затопление практически отсутствует, а минимальные (С,I—Ч м/сут.) - в верхние дельты и вдоль проток и Хилели. Ьсдслрозолииость водоносных горизен-оз ззрьнрус; в пг.оделзх 10-550 у.г/сутки и з большей степени контролируется изменение!« мощности водотшещокцпх пород. Нормирующийся подземный сток направлен нормально от проток . Величина этого стока невелика, таи как больная часть фильтрационных потерь расходуется прибрежными фитоценоза!.:;;. За счет потерь поверхностного стока образуется поток -в сторону от дельты с расходом '1,2 мл.ч.м3, в год. Лагере шшй грунтовый поток, формирующийся внутри голый за счет фильтрации 1 проток, имеет расход 29 млн.м3 в год. Однако, основное значение в питании подземных вод имеют паводковые разливы. При площади разливов от 2сО до 17*30 км2' и мощности зоны аэрации що I м потерн на инфильтрация могут достигать 5(4350 млн.м1' в год

более. То есть, интенсивность вертикального водообмен^. как минимум но порядок больше горизонтального, что является характерным для большинства дельт . -¡к аркдн. Л зоны.

- 10

В yciwSiinx слабой дренкрованности территории основными путг? на расходования подземных вод являются интенсивная транспирация растительностью и испарение. Озеро Балхаш не является конечной областью подземного стока с территории артезианского бассейна в целой и, в частности, дельты р.Или. Озера достигают лишь подруо-ловые аллювиальные воды действующих проток. При отметке уровня Балхаша 342 и подземный сток в озеро.вдоль русел протон, доносящих свои вода до озера, составляет 0,59 млн.ц3 в год, с подземным стоком выносилось до 800 тонн солей в год. На остальной площади поберекья формировался отток воды в сторону дельты..Латеральный подземный -ток со стороны Балхаса достигал 4,94 млк.ы3 в год. При сиикении уровня озера на осусенной поверхности его дна формируются гидрочорфные почвы и сообщества гидрофитов. Общее направление взаимодействия грунтовых и Балхашский вод остается прегнии в количественные характеристики подземного зодообменз дельты и озера, по-видимош», не меняются.

Напорные водоносные горизонты юрского возрасте практически не принимает участия в подземном водообмене, Зто обусловлено их локальным распространением, скорости фильтрации з них ка порядон н"Ее, чем в верхних горизонтах. По степени интенсивности водообмена данные горизонты относятся к зоне замедленного водообмена. Период полного водообмена в них составляет десятки и сотни тысяч лот. Анализ химического состава вод юрского возраста, проведенный с использованием модели Харди-Згстерз, позволяет сделать вывод, что подземные воды, приуроченные к зоне трещшоватости палеозойского фундамента, подпитывают водоносный горизонт нинне-средйеврс-ких отловений "гленосной"свиты. ,

Таким образом, cor еменная дельта р.Или представляет собой обособленную гидрогеологическую структуру, ¿юторая четко ограничивается протоками системы Надели и Топар от окружающей ее пустыни. Региональный поток грунтовых вод не заходит ка территорию де-льть. Орноеным источником питания грунтовых вод является поверхностный сток. Озеро Бал;:ав не является конечной областью подземного стока с территории артезианского бассейна в целом и, в час-тьости, дельты р.Или. Основными путями расходования подземных вод являются интенсивная транспирация п испарение. Основное значение в подземном водообмене современной дельты р.Или имеют верхние водоносные горизонты, залегающие ьысе глинистых плиоценовых осг.дков илийской свиты. Подземные воды юрских напорных горизонтов "приуро-

- и -

чены н зона замедленного водообмена, имеют локальное распространение и практически не принимают существенного участия в подземной водообмене дельты р.Или.

е- Глава Ш. ТЕХНОГЕННОЕ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В СОВРЕМЕННОЙ ДЕЛЬТЕ Р.ИЛИ

Главными факторами формирования гидрогеологической обстановки дельты р.Или в естественных условиях являются поверхностный сгон, его реким и распределение объема менду рчзличнши протонами как проявление естественного дельтового процесса, а также положение уровня озера Балхаш. Современные техногенные изменения поверхностного стона приводят к изменению гидрологического фактора и через него вызывают изменения гидрогеологической обстановки, проявляющиеся в снижении уровня грунчЬвых вод и уменьшение их запасов. Развитие не экосистемы дельты направлено, главным образом, в сторону опустынивания.

В настоящее время в современной дельте р.Или дейстг'от два основных техногенных фактора - зарегулирование стока р.Или Капча-гайсной плотиной и забор воды на Акдалинсний массив орошения. Искусственное перераспределение стока мекду отдельными протонами затрагивает только лекальные участки дельты и поэтому моЕет рассматриваться как второстепенный техногенный фактор.

Строительство Капчагайской ГЭС и создание крупного регулятора стока р.Или - Капчзгайского водохранилища существенно меняют гидрологический реклм низовий р.Или в связи со значительными затратами речных вод- на наполнение водохранилища и испарение с его зодяой г.лзерхнссти. Безвозвратное недопотребление в целях гидроэнергетики в среднем составило 1,91 км3/год, в том числе 1.4 км3/ год упло на фактическое наполнение, а 0,8 км3/год - на испарение с водной поверхности и фильтрацию в берега. Кроме того, значительная.часть вода расходуется на полиз массивов оропешш (1,19 ни3/ год). Безвозвратные потери поверхностного стона при этом составляют 0,Й им3/год. Среднегодовой-расход реки значительно снизился: если ранее юднемноголетний расход в районе поселка "ананас составлял 470 м3/с, то теперь он равен 360 м3/с. ''вступление фазы регрессии в циклическом развитии дельты и регулирование стока Или привели к тому, что площадь увлажненных угодий з«есь зн-читг.ьно сократилась. Такое поникеняе расхода реки и изменение площадей затопления привело к сникешш уровня грунтовых вод. Сравнение данных

замеров пи .рекимным створам снзакин за летние сроки 1574-198-'} гг. показывает, что по всей территории дельты наблюдается общая тенденция к углублению уровня грунтовых вод в связи с сокращением площадей регулярного поверхностного затопления и уменьшения объема поверхности стока. Произошедшее за последние года изменения з поверхностном стоке привели но большей части дельты к еникени» уровня на С,2-1,9 м и запасов грунтовых вод на величину около I км5.

Е связи с произошедшим в последние годы снижением уровня воды б оз.Балхам начален процесс резкого увеличения глубины залегания и мин 1аллзацпи грунтовых вод прибреглой зоны. Глубина залегания уровня грунтовых вод на'приозерной равнине .снизилась до 4-5 . и против 0,6-1,3 м в 1970 году, минерализация их возросла от 3,9 г/л до 21,6 г/л, что привело к обсыханию гидроморфных почв, деградации и полной смене тростников. Увеличение иинорализецвк грунтовых вод об"слоЕлено танке увеличением поступления солей б результате инфильтрации поверхностях вод. Так, среднегодовая минерализация вод р.Или после наполнения Копчзгайекого водохранилища возросла до 0,42 г/л против 0,27 г/л в маловодные и 0,51 г/л в многоводные го-

У! #

Таким образом, зарегулирование стока р.Или Капчзгайской плотиной и забор воды не орошение Андалинского массива существенно влия:эт на главный источник формировании подземных вод современной дельты р.Пли - поверхностный сток. Его ьнугригодовыи и многолетник режимом, антропогенным!! изменениями во многом определяется направленность развития и динамика ландшафтов дельты и их компонентов. Процессы формирования подземных вод взаимосвязаны с стальными компонентами ландшафтов , льты (почвами, раститольностьа, рельефом). Взаимосвязь грунтовых и поверхностных вод,°почь, растительности обуславливает развитие и динамику ландшафтов дельты в целой. Уме-ньспние поверхностного стока привело к сниЕениг: привноса в дельту твердого стока в б раз (в гом числе и органического вещества), что сникает плодородие почг<- .

Современное изменение ландшафтов происходит в связи с нарушением естественного рекима стока р.Или дифференцировано по отдельным районам дельты в соответствии с условиями всдообеспечекпости, техногенные изменения гидрогеологических условий дельты р.Лли выразились в сникепип уровня грунтовых вод, уменьшении их зрпэ^в и ухудшении их качества. Изменение гидрологического регима и гидро-

геологических условий вызвало сиены растительного покрова г;о линии нсеро- и гзлофитизации, в связи с чем развитие и динамика ландсзф-тоз дельты направлены в сторону их опустынивания.

Глава 1У. ПРОГКОЗКРОЗАНЛВ ТЕХНОГЕШШХ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ

ПР0Ц2ССС'<

Разработка месторождений полезных ископаешх является одним из наиболее активных процессов, непосредственно воздейстзудцих на состояние подземной гидросферы, а через нее из экосистему. Поэтому с началом отработки Ккгае-ИлаЗсхого буроугельного месторождения ведущий техногенный фактором изменений гидрогеологической среды, как збког;пеской ^астзвляыцей экосистемы, будут нерье-ций или Е:з:сгг!ЦЙ водоотлив. Зто обусловлено распологсенке« месторождения в центральной части дельты и больпой (до 300 м) глубиной выработок.

Технологическая схема отработки месторождения предполагает его интенсивную эксплуатации в течение семидесяти лет с предварительным осушением перекрыьз-згнх угольны:: пласт етлонепий и снятием «опорз в ::»!«£е-ерзднезроием водоносном г'и'изонте угленосной свиты как при открытом, так и яри закрытом способа! отработки.При варианте гидромеханизации векрыппых работ ежегодный объем вскрыли составит ¿46 млн.м3 ча одном разрезе и приблкзнтеяьно 75С • з.ы3 на трех рзор'-'ззх. Гпдрсо предполагается расположить за сеге-ре-асстичной и мге-ззпздкей границами разрезов не свободных площадях. До начала согеуп^нил гидроотвзлов все гроте:::: р.:!лп отзп-дятея за предел:: площадей, ::амечае!гых под гидроствалы. Потребность в подпиткой веде при разработке все:: вскрыт;: способом гидроие-ханпззции определена из расчета сезонности работ установок - 240 календарных суток, при работе установок ¿С часов в сутки с коэффициентом загрузки оборудования во времена 0,55. Pat .стпые расходы вел; составляет млн.а^/год или 8,67 uJ/o. Безвозвратные потери воду приняты равны:,г/. 0,4 м3 на I породы.

Прогнозкрозаялб развития техногенных гидрогеологических провесов, вызванных стработкой месторождения в слонной гидрогеологической системе дельты р.Или возможно только с применением математически го моделирсвания.

Пространственные размеры облачи геофильтрации, в пределах которой будут происходить и:.неченил гидрогеологических условий, вызванные отработкой месторождения, оцениваются по возможней зоне шахтного и карьерного водоотлива. Возможный радиус влияния разра-

ботк« может соствзить 40-60 ки. Это предопределяет Bi5op границ ' прогнозного объекта по современным притокам системы Жидели на се-Ееро-западе и севере, по протоке Топзр ка юге и озеру Балхаш на западе. Значительные размеры области гидрофильтрации по сравнению с мощностью объединенной водоносной толщи позволяют пренебречь вертикальной составляющей скорости фильтрация и представить фильтре-» цию как плановую.

Процесс геофильграции в ненарушенных условиях -оеег быть представлен линеариз' 'энным уравнением плвновг./ стационарной безнапорной фильтрации при нэличс?. инфильтрации (эвапотранспирации):

Тс Jx" ] + ¿И Т(х.у) + W = О (П

где Т - водопроводимссть, ы^/сут., принимаемая независимой от напора вследствие незначительного колебания уровня грунтовых вод в сравнении с мощностью водоносного горизонта; х,у - пространственные коердинаты; Н- гидростатический напор, м; V/ - интенсивность результирующей питания, м/сут. Внешние и внутренние граничные .условия по действующий протокам к оз.Балхаш являются гранич-. ныии условиями I рода - Н const.

Уравнение (I) при заданных граничных условиях ыояег быть решено конечно-разностным методом на ЭВМ. При использовании для его решения аналоговой вычислительной машины СУСЭ-70 приме"яется конечно-разностная аппроксимация уравнения (I) по неявной схеме.

В целях обоснования принятой схематизации гидрогеологических 'услоочй, выбора типа и верификации прогнозной модели, а тонко частичное уточнение гидрогеологических параметров плмтов репалась обратная задачз. Обоснование гидрогеологической достоверности модели произведено воднобалансовым методом или геологической регуляризацией по стационарной модели (по К.К.Гэвич).

Обрэтнуа стационарную задачу решали,методом геологической регуляризации в следующей последовательности. В качестве индикатора согласования-натуры и модели приняли уровень подземных вод. Гю построенной сеточной области.рассчитымлся первый-вариант балансовой схемы ил основе пе/.;ого приближения параметров водопро-■°од'"ЮСтк и результирующей питания с учетом внутренних границ. Для кавдого у:-а сетки о ределялиеь приходнгЛ и расходные статьи *.дЛ'ЧС1-({ льтрацконнып. расходы по направлениям^ и у и результи-^ рующая питания). Строилась сетке геофильтрационных расходов. Проверялся Салоне каждого узла сетки и всей модели в целом, выявля-

- 1Э

лись несбалансированные узлы и участии. Если балансовое несоответствие не укладывалось в интервал возмогшых значений результирующей питания, производилась корректировка эодопроводимости в пределах допустимых значений. При иевозыошюсти сбалансировать расходы ь о узле сетки указанными преобразованиями корректировка осуществлялась значением индикатора согласования - уровня грунтовых вод. Таким образом, было произведена увязка баланса модели и уточнены отде~ь-ные.ее элементы. Процесс репения обратной задачи считали завершенным.

Для оцепки влияния фактора отработки месторсядения, исходя из возмоаностя применения принципа суперпозиции к прогнозу уровня подземных вод, прогнозная модель строится для понижений ур.зчя грунтовых зод относительно паяльного нензрусенного их положения,'про- ~ исходящих только за счет отработки месгсрскдеяия. Линеаризованное уравнение плановой безнапорной нестационарной фильтрации при этом записывается э виде:

где ji - гравитационная водоотдача ;aW=VA-/- изменение результирующей питания при сникен"и уровня грунтовых вод; i - зр^мя. Вне-сние и внутренние границы первого родз по протокам зэписизойтся з виде S[г =0, по koh'.jFj месторОЕдения - Sj^ = const . Начальные условия S = 0 по всей области. Для стационарной задачи левая часть уравнения равна нуля. °

В связи с необходимостью вариантного прогнозирования изменений гидрогеологических условий дельты, зызрзпных отработкой месторождения, прогнозирование выполнялось в два этапа.

На первом этапе регзлся ряд стационарных задач, которые дза? представление о максимальном развитии депрессксняой воронки независимо ~т времени и способа разработки месторождения. Исходя иг: зозмоености инженерного регулирования поверхностного стока между протоками дельты р.Или, определялось количество вариантов стационарных ресений. Всего было выполнено пять вариантов решения стационарной прогнозной задачи. Кзядуй вариант был дан для условия поддержания поверхностного стока пр определенным протокам дельты. Первый взризнг - по протонзм Еидели на севере к Топар на юге; второй - Кугалы - .аидели га'оазеле и Топар на юге; третий - Куг -лы - .Т.идели нз севере и Еалатопар па юге; четвертый - Иегорзй-Ир ча севере и Топар на юге, пятм,!4 - Шегорай-Ир на севзре п Балато-

пар на яге. Минимальные плоаг7ш депре^сионной воронки'при разработке месторождения достигнуты при инженерном регулировании поверхностного стока по пятому варианту по протокам Щегорай-Ир и Балатопзр. При этом дополнительные фильтрационные потери будут максимальны - 62,о млн.мэ/год.

На основании первого этапа прогнозирования выбирался основной вариант для реиения нестационарной задачи - второго этапа прогнозирования. На этом этапе выяснялся темп рэзвь;ия депресси-онной воронки при различных способах отрабо'/кп месторождения,

Е качестве основного прогнозного варианта для репения нестационарной з&дачи 'лкнят четвертый вариант с внесшими г-эпичными условиями первого рода по -рстокам Иегорай-Ир на севере и Топар на юге. При этом варианте сохраняется наиболее ванная в экологическом отношении лиделинскал часть дельты. Решались два воризнта нестационарной задачи - для открытого и закрытого способов разработки. Внутренние граничные условия по контуру месторогденвд зазвали в соответствии со сроком ввода в эксплуатацию разрезов и вахт.

Анализ репения показывает, что депрессиопизя воронка от раз-„ работки месторождения комбинированным способом распространяется в плане довольно оыстрг.и влияние разработки достигнет северной границы в течение первых 5 лет. С запада ¡¡а восток пор.нн. развивается в соответствии с ходом отработк;м.'ссторокдения. При довольно о'ыстпон площадной формировании-депр.ессионной'воронки развитие по-

о

никеиий уровня грунтовых вод.па глубину происходит значительно медленнее. Понижений, ^оответствуквдх стационарному рег.иму фильтрации в пределах пло;;;сдп депрессии до;конца срока разработки мес-торокдения не наблюдается."Прогнозные поникания, соответствующие стационарной фильтрации, достигаются только .на участках где про-тот"-; Ир, Щег'орай и Топар близко расположены к-контуру' месторождении.

Анализ решения нестационарной задачи дли условий' закрытого с.особе отработки-месторождения показывает аналогичный характер формирования депресскспной воронки, что й в первом случае. Ть'к ко быстро р шшветсн воронка по пловддв п медлен о по глубине. Раз-лици в формировании де. ..г-.ссионной воронки" в /зависимости от способе оазпаботки месторождения >",блюдзетсп только л период развития горных рсипЛ' и вывода л/ на проектную мощность вследствие розного порядка ¡¡¡¡ода в строй разрезов и кахт. После .'¡¡.'хода робот на п: о-окткуы проилподйтслыю'—ь отличий в пспкчсонкйу уробной грунтовых вод и различных способах отработки мпст^огг лнин "г кабямяетти

Верификация прогноза, то есть оценка достоверное?!: прогнозной величины дополнительных фильтрационных потерь, произведена аналитическим путем. Возможный иодспрпток за счет дополнительных фильтрационных потерь составит ПО ыля.ы3/год, что вполне сопоставимо с решением по пятг/му варианту. Z-* о позволяет считать рассчитанные на модели прогнозные . .ополпптельпые фильтрационные потерн, и, как следствие, значения понижений уровня грунтовых вод достоверными.

В качестве дополнительной верификации прогнозот; vaíivie были решены обратная стзциокарцзя задача и прогнозные етзциопьрная и нестационарная задачи изменения уровня грунтовых вод под члаянием разработки месторс-дени • с реализацией из ЕС ЗВМ по программе TOPAS - 9.

Геофильтрациспная область была разбито прямоугольной сеткой другой ориентировки на 72с блокоз. Определены внутренние узлы сетки с граничным:: условиям.». I рода по действующим протокам. С со-ответстаувщих ;;зрт параметров, уточненных рвением обратной задачи на АВМ БУСГ:-70, в йзтжнЗ узел сеточной области í,hmth значения зодопрозодякоста, уровня грунтовых вод, водоотдачи, величина результирующей питания. Применительно к новой разбивке сетсч- \r¡ области решена обратная ст'-"понарная задача методом геологической регуляризации, состоя.™::!.! з балансовой проверке соответствия модели и осЬ'Лтэ и корректировкой ее элементов э пределах заданных >» диапазонов. Пссло яззимоувязкя баланса модели и уточнения его элементов решалась прямая стационарная задачэ с учетом результатов геологической регуляризации по:: внешних граничных условиях первого рода по контуру области. Сходимость результатов (напоров} этой задач:: и исходных уровней удовлетворительная.

Прогнозные задач:: решались с применением программы TOPAS - 9 в попны-ниях уровня для варианта поддержания позерхяоегзог-о стона по протокам £бгсгай-!"р кс- севере и То,нар на юге. Начальное рас-' пределение по площади понижений (усизией) задано равным нуда. >я:е~ :°.ые и внутренние границы первого рода S = С. По всему контуру месгосогдгяия без учета развития разработки во времени граничные условия I родз зздакы понижениями км разность отметок уровня грунтовых0 вод и поверхности г:сдоупора. Ьременной шзг :: количество !?ерзакй выбирается азтсмаунчз£к;.'. Полученные решения показывают ,'довлетворительнув сходимость с результатами порученными о помола аналоговой техники. г

Лри варианте гидромеханизации вскрыиных рзбог bíiíHhm вопросом является прогноз минерализации фильтрующейся из гидроогвалоз воды, так как ее повынекие скажется нэ солевой прптоке в р.Или и далее в озеро Волхве, При высокой их солености потребуется изоляция гндроотвалов от зодоносных горизонтов или, по крайней пере, дренанная аиита с целью предотвращения выноса солей в р.Или.Величина минерализации вод, фильтрующихся из гидроотзалов, будет зависеть от ряда факторов. Однако, при отсутствии фэн.-оров рассоления внутри гидрсо ;алов и в грунтовых вода>-< в первую очередь она будет определяться минерализацией води пульпы. Как показывают проведенные расчеты, минерализация вода в.пульпе при г«др"вскрние четвертичной и неогеновой "■олц резко возрастает уее в первый год отработки месторождения до 20-40 г/л. Минимальное увеличение минерализации (до 6-8 г/л) будет происходить при Отработке юрских ог-локений надуглваосной езити.

Выполненные Исследования показали, что гидрогеологическая обстановка в условиях тохногенезз подвергается резяоиу воздействии' и претерпевает значительные изменения. Поэтому рсаонис общей задачи охрани окрухзрщой среды и рационального использования водных и земельных ресурсов требует осуществления ряда мероприятий, направленных- на сникенио негативных последствий.

С началом отработки месторождения .основные изи?не-*кя гидрогеологических условий будут связаны о развитием депрсссиоиной воронки, вследствие карьерного и вахтного водопониссния. Таким образов, гидрогеологические мероприятия по сиисопна отрицательных последствий отработки честорокдоаия - долави-'Сыть наКровасии но уменьшение скорости развития и мэсстабоп депрессионной воронки.

Эффективный мероприятием сокращения площади-развития депрессионной воронки могут стать протквофильтрационные завесы. Этот способ защити онругщзщоЕ среды имеет безусловные преимущество, так кап при этом наряду, со стаб: льны« уменьсением плегаади воронки снизится Бодипрктояи в ■ горны-о в'.'работкк, то есть применение проткво-фильтрациошгых завес является, одновременно наиболее перспектгчгыи способом осуаениямесгороЕДиния и эффективным^мероприятием по ох-ан экосистем!' дельты •чг.яи.

Сократить площадь развития депрессиониоИ аоронии нокно танка соз,.азъ.-i гаги ккфильт/эции на поверхности вблизи месторождения.

¡¡а основе методов математического моделирования получоны прогнозы возиокиых изменений гидрогеологических условий дельты р.Или

под воздействием техлогенезз. Гидрогеолого-математическая недель позволила гакге уточнить балансовые составляющие и распределение геофильтрационных параметров.

Установлено, что при разработке ыестороадеаия на территории дельты будет развиваться депрессионная воронка в уровнях грунтовых вод, площадь которой будет контролироваться распределением поверхностного стока метду теми или иными протоками дельты. Площадь зоронкя не зависит от способа отработки месторождения. Темп снихения уровня' подземных вод максимален вблизи месторождения и уровень быстро достигает стационарного положения з местах Слизкого расположения проток к контуру месторождения. Дополнительные фильтрационные потери из русел проток, идущие на формирование во-допрнтоков з горние выработки из верхних водоносных горизонтов, невелики. В результате снижения уровня и запасов грунтовых вод развитие экосистемы дельты будет направлено в сторону ее опустынивания. При разработке ме^тсроадения по варианту гидромеханига-ции вскрыпных работ техногенный процесс образования глубокой дс— прессионной воронки в уровнях грунтовых вод ¿'удет орлогнен наличием гидроотвалоз из площади, примыкающей я разрезам. Гидрсотвз-лы, по крайней мере з первП период работы, будут являться очагами йпфпльтрзцни, сдергивающими развитие депрессконной вороньи. Мпперолтацнл фильтрующихся иод будет повышенной (до 2С-40 г/л), что требуем полной изоляции гидроотвэлов от гидрогеологической системы .и предотвращения попадания фильтрационных зод в речную сеть.

Предложен ряд защитных мероприятий по предотвращению или уменгсениз отрицательных последствий современной дельты р.Или: ^рстпвофилырзццонние завесы или создание очагов инфильтрации вблизи месторождения.

Азл:..чее:пс исследования долины быть направлены кз: раЬрабо-с гну фундонентольгах научно-методических основ мониторинга подае-, •пых зод при эксплуатации месторождений полезных ископаемых; уп-31°;ление, нз основе постоянно действующих математических моделей, техногенными процессами с целью уменьшения их воздействия :з природную среду; определение оенг-кых тепротпческих принципа разработку методических подходов к экс.псгс-гндрсгзологи-[еским прогнозам на пример: о':дол;ных территорий аридной зоны.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих ¡гботэх:

1. К вопросу формирования подзсчах вод в Ниане-Ллкйскои прогибе. - Тезисы докладов Всесоюзной конференции "Проблемы изучения, охраны к рационального использования водных ресурсов". Москва, 19&'5, с. 211-213 (соавтор Ю.А.Мэпасыпсва).

2. О распространении гелия в подземных водах Нийнс-Илийсного прогиба. ' Вестник ЛИ КазССР, 1S65. Рукопись деп. в ВЖГГИ 26 де-' кября 1985 г., » 8907-В ЛеП. (соавтор О.В.Подольный).

3. Прогнозирование воздействия отработки буро^гслького месторождения нч гидрогеологические условия методом математического моделкргл-аннн. - Тезисы докладов конференции молодых ученых АН КазССР, Алма-Ате 1986, с. 132-133 (ci/Ьвтор Ю.П.!.!знэс! юва).

b. ] ехногенные гидрогеологические процессы при осупс-нпи месторождений полезных ископаемых (гл.2, §2). Техногенные гидрогеологические процессы в дельтах рек, вызванные изменением поверхностного с-ого (гг.З, §2). - Е кн.: Прогнозирование техногенных гидрогеологических процессов. Алма-Ата "Паука", КазССР, J988. с. 47- г 76, 1С7-13Г (соавторы О.В.Подольный, Ю.И.Мьнасыпова).

Подписано к пе* чтя 13.04.у0г. У1Т220Е< Формат fiyi/аги fjOz-0 I/I&, объём 0,75 п.л. 3,-;каз #2170,'-тирах >0Озкз

Отпечатано ротапринт КОМЭ, г.Алмг.-Ата, i '.°.енипа,05