Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Условия формирования и региональная оценка эксплуатационных ресурсов подземных вод четвертичных отложений впадины Красной реки (СРВ)

ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Нгуен Хюы Туан

Введение.

1. Краткий физико-географический очерк.

1.1. Орография.

1.2. Климат.

1.3. Гидрография.

2. Геологическое строение.

2.1. Стратиграфия.

2.1.1. Протерозойские образования.

2.1.2. Палеозойские отложения.

2.1.3. Мезозойские отложения.

2.1.4. Кайнозойские отложения.

2.2. Тектоника.

2.2.1. Центральная структурная зона.

2.2.2. Поднятая северо-восточная зона.

2.2.3. Поднятая юго-западная зона.

2.3. Геоморфологический очерк.

2.4. Четвертичные отложения.

2.4.1. Плейстоценовые отложения.

2.4.2. Голоценовые отложения.

3. Исходная гидрогеологическая схема впадины Красной реки.

3.1. Состояние изученности гидрогеологических условий.

3.1.1. Период до 1975 г.

3.1.2. Период с 1975 г. до настоящего времени.

3.2. Гидрогеологическая стратификация

3.2.1. Подземные воды дочетвертичных отложений.

3.2.2. Подземные воды четвертичных отложений.

3.3. Гидрогеодинамическое районирование.

3.3.1. Гидрогеодинамическое районирование голоценового водоносного горизонта.

3.3.2. Гидрогеодинамическое районирование плейстоценового водоносного горизонта.

3.3.3. Районирование по условиям формирования режима подземных вод.

3.4. Гидрогеохимическое районирование.

3.5. О типе гидрогеологической структуры впадины Красной реки.

4. Условия формирования эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод

4.1. Типизация месторождений пресных подземных вод.

4.2. Районирование по условиям формирования эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод.

5. Региональная оценка эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод

5.1. Балансовая оценка

5.2. Гидрогеодинамическая оценка.

5.2.1. Построение и калибрация региональной гидрогеодинамической модели.

5.2.2. Потенциальные эксплуатационные ресурсы.

5.2.3. Фактически используемые эксплуатационные запасы.

5.2.4. Перспективные эксплуатационные ресурсы.

Выводы.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Условия формирования и региональная оценка эксплуатационных ресурсов подземных вод четвертичных отложений впадины Красной реки (СРВ)"

Впадина Шонг Хонг (впадина Красной реки) охватывает придельтовую часть бассейна Красной реки и на общем фоне гористого рельефа исторически является местом наиболее плотного проживания основной части населения Северного Вьетнама (более 10 млн. человек). Здесь традиционно широко развито интенсивное земледелие; здесь же концентрируются основные промышленные производства. Во впадине Красной реки расположена и столица страны - г.Ханой, насчитывающий около 3 млн. жителей.

Современная интенсификация и планируемое развитие промышленного и сельскохозяйственного производства, расширение городских поселений и повышение уровня их благоустройства делают назревшей проблему развития новых, а также модернизации имеющихся систем коммунального хозяйственно-питьевого, промышленного и сельскохозяйственного водоснабжения. При этом объективной является тенденция резкого повышения доли подземных вод в централизованном водоснабжении - главным образом, по санитарно-гигиеническим требованиям в условиях жаркого и дождливого климата, высокой плотности населения, недостаточно развитых систем водоотведения и т.п. В свете высказанных соображений очевидную актуальность приобретает проблема перспективного планирования изучения и использования пресных подземных вод на основе региональных количественных оценок модулей эксплуатационных ресурсов и закономерностей их распределения в пределах впадины.

Подземные воды в этой части Вьетнама используются достаточно давно - первые водозаборы для целей питьевого водоснабжения населения Ханоя были созданы еще в начале прошлого столетия. Однако, изучение подземных вод проводилось в локальных масштабах и имело очевидно выраженную прикладную направленность. После 1954 г. научные гидрогеологические исследования приобретают более системный характер. В 1967 г. Нгуен Тхыонг Хунг представил гидрогеологическое районирование "Ханойского артезианского бассейна", частью которого является впадина Красной реки; позже, в 1973 г., Нгуен Ван Тук предложил принципы гидрогеологической стратификации разреза этой структуры и выполнил гидрогеологическое районирование для целей рационального использования подземных вод. После 1975 г. исследования подземных вод впадины существенно расширяется как в региональном аспекте (государственное гидрогеологическое картирование масштаба 1:200 ООО ряда районов, организация стационарных пунктов режимных наблюдений), так и по важным специальным направлениям (гидрогеохимические исследования района г.Хайфон - By Нгок Ки, Нгуен Ким Нгок, 1976 г., изучение закономерностей режима подземных вод - Нгуен Кань Шон, 5

1997 г., и др.). Важным этапом явилось изучение и оценка естественных и эксплуатационных ресурсов подземных вод для целей расширения подземного водоснабжения г.Ханой (Фан Нгок Кы, Чан Минь, Лэ Хыу Хоанг, а также советские специалисты в 80-х годах).

Выполнение всех этих работ обусловило значительное расширение базы фактических данных о подземных водах впадины. Тем не менее до настоящего времени не существует полномасштабной (для всей территории впадины), системно выполненной характеристики условий формирования и размещения количеств пресных подземных вод, потенциально доступных для эксплуатационного водоотбора. Поэтому в диссертационной работе поставлена основная цель системного изучения природных условий формирования, пространственных закономерностей распространения и региональной оценки эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод этого региона.

В соответствии с такой целевой установкой сформулированы основные задачи научных исследований:

- построение исходной гидрогеологической схемы впадины - выявление пространственной структуры потоков подземных вод; условий их питания, движения и разгрузки; взаимосвязи подземных и поверхностных вод и межпластовых взаимодействий в водоносной системе четвертичных отложений впадины

- анализ условий формирования и размещения эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод - гидрогеодинамическое и гидрогеохимическое районирование территории впадины, типизация месторождений подземных вод

- построение региональной гидрогеодинамической модели - фильтрационная схематизация исходной гидрогеологической модели и ее верификация по данным существующего ("сложившегося") состояния

- региональная оценка эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод -выполнение серии прогнозных решений и анализ распределения модулей и балансовой структуры фактически существующего, перспективного и потенциального эксплуатационного водоотбора.

Методы решения поставленных задач включают: систематизацию, комплексный анализ и обобщение региональных материалов и литературных данных по геологии, гидрографии и гидрогеологии впадины, обработку данных опытно-фильтрационных опробований и наблюдений с целью оценки параметров строения и питания четвертичной водоносной системы, статистическую обработку данных, решение имитационных (тестовых), эпигнозных и прогнозных задач с использованием численного моделирования фильтрации. При компьютерной обработке информации использованы 6 специализированные вычислительные программы MCG, VBRegim, VBTeis (разработка кафедры гидрогеологии МГУ) и GWFS (разработка СП «Геолинк»),

Основными материалами для подготовки работы являются данные региональных исследований, многолетних режимных наблюдений и различных опытных опробований, проводившихся на территории впадины в разные годы - в основном объеме, в течение девяностых годов.

Научная новизна ряда положений и выводов диссертационной работы состоит в следующем:

- на примере впадины Красной реки выделен особый тип гидрогеологических регионов («приморские дельты») и охарактеризованы естественно-исторические условия и генетические факторы образования подобных регионов - дельты рек Меконг («бассейн Намбо»), Иравади, Ганг и Брахмапутра и др.,

- для этого типа гидрогеологических регионов выявлены и охарактеризованы типологические особенности водного баланса, региональной гидрогеодинамики и гидрогеохимии и выполнено районирование впадины Красной реки,

- выявлены и охарактеризованы факторы, контролирующие формирование и размещение эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод в структурах этого типа, и установлена решающая балансовая роль изменений результирующего инфильтрационного питания при эксплуатации подземных вод.

Практическая ценность полученных результатов заключается, в первую очередь, в возможности использования их как основы для перспективного планирования площадей и масштабов использования подземных вод для целей коммунального и промышленного водоснабжения. Выполненная типизация месторождений подземных вод позволяет рационально проектировать поисково-разведочные работы с учетом балансовой значимости выявленных факторов формирования эксплуатационных ресурсов.

Апробация работы: а) основные результаты диссертационной работы доложены на научном семинаре и заседаниях кафедры гидрогеологии МГУ им.Ломоносова в 20002001 г.г.; б) отдельные научные положения апробированы в производственных отчетах с участием автора по территории Вьетнама и Лаоса, рассмотренных экспертной комиссией Управления геологии и минералов в Министерстве промышленности СРВ.

Публикации: по теме диссертационной работы опубликованы: а) статья в журнале «Вестник Московского университета», сер.4. геология, 2001; б) доклад на научной конференции Ханойского горно-геологического института, 1985 г.

Структура и объем работы: диссертационная работа имеет общий объем 184 стр. текста, состоит из введения, 5 глав и заключения. Список использованных

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Нгуен Хюы Туан

Выводы и заключение

Основная цель, поставленная при подготовке настоящей диссертационной работы, заключается в изучении условий формирования эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод четвертичных отложений впадины Красной реки. Для ее достижения в работе поставлены и решены несколько базовых задач: а) анализ накопленного геологического и гидрогеологического фактического материала (в том числе - результатов опытных опробований и многолетних режимных наблюдений) и его обобщение на современном уровне в форме построения исходной гидрогеологической модели впадины, включая ее гидрогеодинамическое и гидрогеохимическое районирование; б) анализ региональных закономерностей формирования эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод (с учетом результатов поисково-разведочных работ и опыта эксплуатации действующих водозаборов) и их обобщение в форме типизации месторождений подземных вод и построения схемы районирования территории впадины; в) разработка фильтрационной схемы пластовой четвертичной водоносной системы и построение региональной гидрогеодинамической модели впадины, включая ее калибрацию по данным естественного ("сложившегося") гидрогеодинамического режима; г) региональная оценка (балансовым и гидрогеодинамическим методами) эксплуатационных ресурсов пресных подземных вод плейстоценового водоносного горизонта при разных значениях параметров результирующего питания грунтовых вод, включая анализ распределения модулей и балансовой структуры фактически существующего, перспективного и потенциального эксплуатационного водоотбора.

Результаты решения этих задач (в их логической последовательности и взаимосвязи) с использованием современных методов анализа и интерпретации опытных данных, имитационного и прогнозного численного моделирования позволяют сформулировать ряд общих выводов, заключающих в себе и принципиальные научные положения, защищаемые в рамках настоящей диссертации:

1. Впадина Красной реки представляет собой особый тип гидрогеологического региона ("приморская дельта"), возникновение и существование которого обусловлено сочетанием и совокупным действием группы генеральных факторов:

- геологических (неотектоническая история, трансгрессивно-регрессивная деятельность океана, аллювиальная и болотно-озерная аккумуляция в слившихся дельтах крупных рек, формирование современного рельефа),

179

- гидрологических (разветвленная гидрографическая сеть в дельтовой части систем рек Красная и Тхайбинь, чрезвычайно высокая водность транзитных рек при очень малых продольных уклонах, приливно-отливная деятельность океана, сопровождающаяся русловой интрузией морских вод),

- климатических (муссонный тип климата, высокие годовые суммы атмосферных осадков и испаряемости, направления атмосферного переноса, нагонные явления в широкой прибрежной полосе).

Ближайшими аналогами этого типа гидрогеологических регионов в Юго-Восточной Азии являются дельты рек Меконг, Иравади, Ганг и Брахмапутра.

2. Основными типологическими особенностями приморской дельты рек

Красной и Тхайбинь являются:

- в региональном балансе подземных вод - преобладающая роль поглощения речного стока как механизма питания грунтовых вод (по сравнению с инфильтрацией) и эвапотранспирации как основного механизма их разгрузки. Определяющей причиной этих взаимоотношений является характер современного рельефа впадины (выровненная, слаборасчлененная аккумулятивная поверхность на уровне первых метров абсолютной высоты), обусловливающий повсеместно (за исключением узкого предгорного окаймления) близкое к поверхности стояние уровней грунтовых вод.

- в региональной гидрогеохимии - четко выраженная плановая зональность состава грунтовых и связанных с ними напорных вод, выражающаяся в возрастании минерализации (от пресных до солоноватых, с соответствующей сменой химического типа) по направлению к приморским районам. Однако, в отличие от «латерального» типа зональности в погружающихся пластовых артезианских системах, определяющим фактором ее существования является привнос современных морских вод, проникающих по руслам рек вглубь побережья на 100-150 км и переносимых с обильными атмосферными осадками при муссонной атмосферной циркуляции.

- в региональной гидрогеодинамике - своеобразный барражный эффект, создаваемый за счет приливно-отливных и нагонных колебаний уровня моря и рек в прибрежной полосе. Вызванный этими явлениями подпор регионального потока подземных вод приводит к заболачиванию прибрежных территорий, резкому уменьшению емкости зоны аэрации, возрастанию интенсивности площадного испарения до значений, близких к испаряемости, и к практически полной испарительной разгрузке потока на расстояниях 20-50 км от береговой линии. Подземный сток в залив Бакбо вдоль всей морской периферии впадины практически отсутствует.

180

3. Основными факторами, контролирующими условия формирования эксплуатационных ресурсов подземных вод и их площадное распределение на территории впадины, являются:

- гидрогеохимический, обусловливающий выделение провинций наличия или отсутствия ресурсов кондиционных подземных вод,

- структурно-геологический, определяющий тип месторождений подземных вод (по степени взаимосвязи продуктивного плейстоценового водоносного горизонта с основными балансообразующими механизмами) и его параметрические характеристики в зависимости от положения в фильтрационном разрезе,

- балансово-гидрогеодинамический, определяющий подтип месторождения и соответствующие изменения величины модуля эксплуатационных ресурсов в зависимости от положения участка водоотбора в плане по отношению к балансообразующим границам (на междуречьях или в прирусловых зонах).

4. В балансовом отношении эксплуатационный водоотбор обеспечивается преимущественно привлекаемыми ресурсами, формирующимися в связи с понижением уровней основного и смежного грунтового горизонтов за счет: а) возрастания результирующего питания при сокращении и инверсии испарения с поверхности грунтовых вод, б) возникновения или интенсификации существующего притока речных вод в грунтовый водоносный горизонт. Для межпластового типа месторождений важнейшим транслирующим механизмом является перетекание через разделяющий слой верхнеплейстоценовых глин. Для обоснования рациональной постановки поисково-разведочных работ, изучения и достоверной параметрической характеристики этих сложных балансово-гидрогеодинамических процессов необходимо проведение специальных научно-методических исследований. Особого внимания требует организация стационарных экспериментальных водно-балансовых исследований процессов формирования инфильтрационного питания грунтовых вод в ландшафтно-климатических условиях впадины Красной реки.

181

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Нгуен Хюы Туан, Москва

1. Боревский Б.В. Формирование эксплуатационных запасов и разведка месторождений пресных подземных вод. Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук в форме научного доклада. М., 1986

2. Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. Изд. 2-е. -Киев, Выща школа, 1989.

3. Боревский Б.В., Самсонов Б.Г., Язвин Л.С. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек. Изд. 2-е. М, Недра, 1979.

4. Всеволожский В. А. Основы гидрогеологии. М., Изд-во Моск. ун-та, 1991

5. By Нгок Ки, Нгуен Ким Нгок. Гидрогеохимическая особенность иона С1 в четвертичных отложениях района Хайфона. " Геология", вып. № 41/4-76, Ханой (на вьетнамском языке)

6. By Нгок Ки. Гидрогеологические особенности северной части Вьетнама. -" Геология", вып. № 45/11-76, Ханой (на вьетнамском языке)

7. Гавич И.К. Теория и практика применения моделирования в гидрогеологии. М., Недра, 1980

8. Геологическая карта равнины Бакбо. Масштаб 1:200 ООО. Гостехиздат., Ханой, 1998 (на вьетнамском языке)

9. Геологическая карта равнины Бакбо. Масштаб 1:500 000. Гостехиздат., Ханой, 1965 (на вьетнамском языке)

10. Геотектоническая карта северной части Вьетнама. Масштаб 1:500 000. Гостехиздат., Ханой, 1975 (на вьетнамском языке)

11. Гидрогеодинамические расчеты на ЭВМ. Под ред. Штенгелова Р.С.- М., Изд-во Моск. ун-та, 1994

12. Гидрогеологическая карта равнины Бакбо. Масштаб 1:500 000. Гостехиздат., Ханой, 1998 (на вьетнамском языке)

13. Гидрогеология Азии. Под общ. ред. Н.А.Маринова. М., Недра, 1974

14. Гидрогеология. Под ред. Шестакова В.М. и Орлова М.С. М., Изд-во Моск. ун-та,1984

15. Гидрологический справочник. Изд-во ГУВ, Ханой, 1956-1970, 1971-1985 (на вьетнамском языке)

16. Данг Хыу Он. Гидравлическая взаимосвязь между поверхностными и подземными водами равнины Бакбо,- Ежегодник "Научные исследования", т.ХХ, Горногеологический ин-т, Ханой, 1994, ( на вьетнамском языке)182

17. Джамалов Р.Г., Зекцер И.С., Месхетели А.В. Подземный сток в моря и Мировой океан. -М., Наука, 1977

18. Зекцер И.С. Закономерности формирования подземного стока и научно-методические основы его изучения. М., Наука, 1977

19. Зекцер И.С., Джамалов Р.Г., Месхетели А.В. Подземный водообмен суши и моря. Л., Гидрометеоиздат, 1984

20. Карта рельефа равнины Бакбо. Масштаб 1:200 ООО. Изд-во «Карты главного управления земельных кадастров»,!996 (на вьетнамском языке)

21. Карцев А.А., Вагин С.Б., Басков Е.А. Палеогидрогеология. М., Недра, 1969.

22. Кац Д.М., Пашковский И.С. Мелиоративная гидрогеология. М., Агропромиздат, 1988

23. Кац Д.М., Шестаков В.М. Мелиоративная гидрогеология. Изд 2-е. М., Изд-во Моск. ун-та, 1992

24. Ковалевский B.C. Исследования режима подземных вод в связи с их эксплуатацией. М., Недра, 1986

25. Ковда В.А. Происхождение и режим засоленных почв, т. 1. М., 1946

26. Ковда В.А. Процессы современного соленакопления (галогенеза) в почвах и водах. -«Почвоведение», 1947, № 11

27. Короткое А.И., Павлов А.Н. Гидрохимический метод в геологии и гидрогеологии. JL, Недра, 1972

28. Костяков А.Н., Фаворин Н.Н., Аверьянов С.Ф. Влияние оросительных систем на режим грунтовых вод. М., 1956

29. Куделин Б.И. Принципы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод. М., Изд-во Моск. ун-та, 1960

30. Лукнер Л., Шестаков В.М. Моделирование геофильтрации. М., Недра, 1976

31. Материалы по наблюдениям режима подземных вод. Под ред. Нгуен Ван Дан. Изд-во Управления геологии и минералов в Министерстве промышленности. Ханой, 2001 (на вьетнамском языке)

32. Нгуен Ван Кы и др. Гидрологические условия впадины Красной реки и ее роль в формировании современных трещин. Доклад на научно-техническом конгрессе, Ханой, 1986 (на вьетнамском языке)

33. Нгуен Ван Льен. Основные особености геологии и тектоники впадины Красной реки (СРВ). Автореферат канд. диссертации. Москва, 1995183

34. Нгуен Ван Тук. Подземные воды равнины Бакбо северного Вьетнама и перспективы их использования для целей водоснабжения. Автореферат канд. диссертации. Москва, 1971

35. Нгуен Вьет Ки. Формирование подземных вод артезианского бассейна Намбо (южный Вьетнам). Автореферат канд. диссертации. Москва, 1991

36. Нгуен Дык Там. Геология впадины Красной реки, Вьетнам. "Геология", вып. № 8586/1968, Ханой (на вьетнамском языке)

37. Нгуен Кань Шон. Закономерности формирования режима подземных вод впадины Красной реки и их взаимосвязь с трещинообразованием. Автореферат канд. диссертации. Москва, 1997

38. Нгуен Тхыонг Хунг. Основные черты гидрогеологических условий Северного Вьетнама. «Известия высш.учебн.завед. Геол. и разв.», 1968, № 11

39. Нгуен Хюы Туан. Оценка эксплуатационных ресурсов подземных вод равнины Намбо.- Доклад на научной конференции Геологического факультета Горно-геологического института. Бактхай, 1985 (на вьетнамском языке)

40. Нгуен Хюы Туан. Гидрогеохимические условия впадины реки Красной (СРВ). -«Вестн. Моск. ун-та», сер. 4. Геология, 2001, № 1

41. Объедков Ю.Л. Формирование естественных ресурсов подземных вод аридных районов. М., Наука, 1986

42. Пашковский И.С. Закономерности процессов насыщения и осушения водоносных горизонтов. М., ВИЭМС, 1983

43. Пашковский И.С. Взаимосвязь подземных и поверхностных вод и окружающая среда.- В сб. "II конференция пользователей и партнеров Геолинка" (доклады и сообщения). М., 29-31 мая 2001 г.

44. Питьева К.Е. Гидрогеохимия. Изд. 2-е. М., Изд-во Моск. ун-та, 1988

45. Питьева К.Е., Брусиловский С.А., Вострикова Л.Ю. Чесалов С.М. Практикум по гидрогеохимии. М., Изд-во Моск. ун-та, 1984

46. Плотников Н.И. Поиски и разведка пресных подземных вод. М., Недра, 1985

47. Подземные воды равнины Бакбо. Под ред. JTe Ван Хиен. Изд-во Управления геологии и минералов в Министерстве промышленности. Ханой, 1998 (на вьетнамском языке)

48. Подземный сток на территории СССР. Под ред. Куделина Б.И. М., Изд-во Моск. унта, 1966

49. Селецкий Ю.Б., Поляков В.А., Якубовский А.В., Исаев Н.В. Дейтерий и кислород-18 в подземных водах (масс-спектрометрические исследования). М., Недра, 1973184

50. То Ван Нью. Методика моделирования при геофильтрационных расчетах водозаборов подземных вод в речных долинах. Автореферат канд. диссертации. Москва, 1980

51. То Ван Нью. Прогноз эксплуатационных запасов подземных вод на территории Ханоя (СРВ). «Вопросы гидрогеологии». Изд-во Моск. ун-та, 1981

52. Чан Туат, Нгуен Дык Ньат. Основные гидрологические условия рек северной части Вьетнама. Изд-во ГУВ, Ханой, 1980 (на вьетнамском языке)

53. Шестаков В.М. Динамика подземных вод. Изд 3-е. М., Изд-во Моск. ун-та, 1995

54. Штенгелов Р.С. Балансовая структура эксплуатационных запасов подземных вод. -«Водные ресурсы», 1977, №2

55. Штенгелов Р.С. Водозаборные скважины на сеточных моделях планового потока. -«Известия высш. учебн. завед. Геол. иразв.»,1986, № 3

56. Штенгелов Р.С. Формирование балансовой структуры эксплуатационного водоотбора на месторождениях подземных вод. Диссертация на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук в форме научного доклада. М., 1994

57. Штенгелов Р.С. Формирование и оценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод. М., Недра, 1988

58. Штенгелов Р.С., Аксенова Е.Н. Расчетная схематизация условий инфильтрационного питания подземных вод для прогноза водозаборов. Экспресс-информация ВИЭМС "Гидрогеология и инженерная геология", вып.4,1988

59. Weder Н., Zieschang J. Die hydrogeologischen Verhaeltnisse des Bacbo, Demokratische Republic Vietnam. "Zeitschrift fuer angewandte Geologie", 1960, Bd.6, Hf.4, s. 154-160