Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Закономерности формирования режима уровня грунтовых вод городских территорий

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Закономерности формирования режима уровня грунтовых вод городских территорий"

Российская Академия Наук Институт геоэкологии

На правах рукописи УДК 556.552

Батрак Глеб Игоревич ^ " г

РЯБ

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ РЕЖИМА УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ГОРОДСКИХ ТЕРРИТОРИЙ (НА ПРИМЕРЕ Г. МОСКВЫ)

специальность 04.00.06 - Гидрогеология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва 2000 г.

Диссертационная работа выполнена в лаборатории гидрогеоэкологии Института геоэкологии Российской Академии Наук.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук С.М. Семенов Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор И.С. Зекцер

доктор геолого-минералогических наук В.А. Грабовников

Ведущая организация:

Производственный и научно-исследовательский институт по инженерным изысканиям в строительстве (ПНИИС).

Защита состоится 30 мая 2000г. в 1422 на заседании Диссертационного совета Д 200.75.01 при Институте геоэкологии РАН по адресу: 109004, Москва, ул. Николоямская, д. 51

С диссертацией можно ознакомиться в Институте геоэкологии РАН, 101000, Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2.

Просим Вас принять участие в заседании совета или прислать Ваш отзыв в 2-х экземплярах, заверенных подписями и печатью, на имя ученого секретаря Диссертационного совета, по адресу: 101000, Москва, Уланский пер., д. 13, стр. 2, А/я 145.

Автореферат разослан 28 апреля 2000 г.

Ученый секретарь Диссертационного срвета:/ ' ^ '

доктор геолого-минералогических С.М. Семенов

оО </?/. / -¿6,0

/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность.

В сложнейшей проблеме "город и геология" существуют научно-информационные пробелы, среди которых ведущее место принадлежит функциональному комплексу "город, режим подземных вод и экологические мониторинга". В стороне от внимания остались актуальные вопросы по раскрытию, обоснованию и изучению влияния факторов урбанизации на механизмы и закономерности техногенного преобразования природного режима уровня подземных вод.

Подземные воды активно взаимодействуют с природно-техногенными системами на урбанизированных территориях, участвуют во многих инженерно-геологических процессах, часто являясь их катализаторами. Масштабы проявленных воздействий подземных вод в областях взаимодействия литосферы и техносферы подчас столь велики, что влиянию негативных процессов бывают подвержены целые города. Все это вызывает необходимость анализа урбанизированных режимов подземных вод и создания сетей мониторинговых наблюдений в крупных городах России. Эти исследования актуальны в связи с настоятельной необходимостью изучения закономерностей формирования сезонного и многолетнего режима подземных вод для целей его краткосрочного и долгосрочного прогнозирования, а также пространственных экстраполяций. Полученные таким образом результаты должны использоваться на всех стадиях проектно-изыскательских работ, а также в процессе эксплуатации объектов народного хозяйства и, даже, управления целыми территориями. В результате применения специальных методик по использованию закономерностей режима подземных вод урбанизированных территорий могут быть существенно оптимизированы затраты на изыскательские и строительные работы, а также на нормальную эксплуатацию различного рода сооружений. Задачи изучения режима подземных вод в городе со временем все возрастают, усложняются и становятся так многообразны, как ни на какой другой территории интенсивной хозяйственной деятельности. На урбанизированных территориях это связано с сочетанием многочисленных разнонаправленных искусственных факторов, воздействующих* на подземные воды. Однако, полного комплексного исследования закономерностей формирования режима уровней подземных вод урбанизированных территорий для целей их пространственных и временных экстраполяций на территории Москвы проведено не было. Во многих публикациях утверждается, что подземная гидросфера (в первую очередь грунтовые воды) в городах сильно изменяется, но предметных доказательств на уровне раскрытия закономерностей практически не приводилось.

Целью диссертационных исследований является выявление и использование природно-техногенных закономерностей урбанизированного режима уровня грунтовых вод Москвы для пространственных экстраполяций и составления краткосрочных и долгосрочных гидрогеологических прогнозов для нужд проектирования, изысканий, строительства и эксплуатации объектов городского хозяйства.

Основными задачами работы являлись:

- обоснование роли и масштабов воздействия природно-техногенных факторов и условий на формирование урбанизированных режимов грунтовых вод;

- выявление и анализ закономерностей техногенного преобразования режима уровня грунтовых вод территорий Москвы;

- выбор и апробация методов выявления и оценки техногенных изменений режима уровня подземных вод;

- разработка приемов и методов по повышению информативности существующей наблюдательной сети и определению экстремальных многолетних уровней по данным краткосрочных и разрозненных измерений в периоды изысканий.

В процессе работы над диссертацией получены следующие научные результаты, которые определяют новизну исследований:

- определены и охарактеризованы природные и техногенные факторы и условия формирования урбанизированного режима уровня грунтовых вод территории Москвы и представлены закономерности влияния на них градопромышленного комплекса;

- выявлены и охарактеризованы генетические закономерности режима уровня грунтовых вод, позволившие установить зависимости изменения сезонных и многолетних амплитуд с глубиной залегания грунтовых вод и выделить вклад города в трансформацию природных связей и закономерностей;

- выявлены закономерности техногенных преобразований многолетнего режима уровня грунтовых вод с использованием метода эталонных кривых с нормированными ординатами;

- выявлены закономерности смещения сроков формирования экстремальных уровней;

- прослежены закономерности многолетней динамики внутригодовых показателей режима уровня грунтовых вод;

- выявлены генетико-статистические закономерности многолетнего режима уровня грунтовых вод и дан анализ трендов и циклических колебаний уровня грунтовых вод;

- рассмотрены и обоснованы количественные методы выделения техногенной составляющей в режиме уровня подземных вод и осуществлена апробация этих методов на материалах режимных наблюдений в Москве;

- рассмотрены научно-методические подходы к составлению прогнозов режима уровня грунтовых вод Москвы;

- составлены схематические карты важнейших параметров режима уровня грунтовых вод по данным мониторинговой сети в г.Москве, что позволило оценить их пространственное распределение.

Практическая ценность работы.

Практическое использование результаты работы получили при разработке разделов «Оценка воздействия на окружающую среду» (ОВОС) и «Охрана окру:чшощей среды» (ООС) в проектах строительства различных подземных линейных сооружений на территории г.Москвы.

На защиту выносятся:

- Пространственно-временные закономерности формирования и техногенного преобразования хронологических и амплитудных показателей режима уровня грунтовых вод территории г. Москвы на основе сопоставления с фоновыми эталонами и природными режимами.

- Генетико-статистические закономерности многолетнего режима уровня грунтовых вод, как природно-техногенная обусловленность трендовых, циклических и случайных составляющих и их пространственная экстраполяция.

- Количественные критерии, оценки и разграничения фоновых и техногенных режимов уровней грунтовых вод, как основа эколого-гидрогеологического районирования.

- Обоснование выявленных закономерностей для приведения краткосрочных рядов наблюдений к многолетнему периоду и использования данных разрозненных наблюдений для прогноза экстремальных уровней фунтовых вод.

- Закономерности изменения и оценка информативности рядов наблюдений в зависимости от их продолжительности и рекомендации по их применению для решения различных гидрогеологических задач.

Апробация.

Основные результаты апробировались:

• на международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, март 1997),

• на ассамблее Европейской геофизической ассоциации (Ницца, апрель 1998),

• на ежегодном съезде Международного Географического Союза на семинаре группы по изучению изменений окружающей среды и катастрофических гидрологических явлений (Лиссабон, июль 1998)

• на международном симпозиуме «Применение математических методов и компьютерных технологий при решении задач геохимии и охраны окружающей среды» (Киев, сентябрь 1998),

• на международной конференции «Инженерная география. Экология урбанизированных территорий» (Ярославль, сентябрь 1999),

• на международной конференции «Геоэкологические проблемы урбанизированных территорий» (Томск, сентябрь 1999),

• на специальном заседании ученого совета Института геоэкологии РАН (Москва, ноябрь 1999),

• на втором семинаре "Водоотведение и очистка поверхностного стока: методы, нормирование", (Москва, декабрь 1999)

• на вторых «Сергеевских Чтениях» (Москва, Март 2000),

• на международной конференции «Экологическая геология и рациональное недропользование» (Санкт-Петербург, май 2000),

Публикации.

По результатам исследований опубликовано 18 печатных работ, 4 работы находится в печати.

Фактический материал.

При написании диссертации использоватись материалы, полученные

Московской гидрогеологической режимной партией, на экспериментальном полигоне Института ВСЕГИНГЕО в Щемилово, а также данные по режиму подземных вод Европы, полученные в рамках Международного гидрологического десятилетия.

Методика исследований.

Реализовывался методический подход, в соответствии с которым режим подземных вод рассматривался как взаимообусловленный комплекс количественных и качественных пространственно-временных изменений подземных вод, выступающий как проявление процесса их формирования. Методика реализовывалась через:

- сравнительно-гидрогеологический анализ результатов изучения режима подземных вод по более чем двумстам пятидесяти наблюдательным точкам, что позволило выявить и охарактеризовать масштабы и механизмы влияния факторов урбанизации на режим подземных вод г. Москвы, установить основные закономерности режима подземных вод и получить модельную основу для разработки методик пространственно временных экстраполяций режима подземных вод;

- математическое моделирование и пространственно-временной анализ наблюдений как за факторами, так и за режимом подземных вод для выявления внутрирядной структуры последнего в связи с оценкой режимообразующей роли природных и техногенных факторов, возможности краткосрочного и долгосрочного прогнозирования.

Структура и объем диссертации.

Диссертационная работа изложена на 185 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех глав, выводов и -списка литературы. Диссертация иллюстрирована 71 рисунком, 12 таблицами. Библиографический указатель содержит 91 источник. -

Автор считает своим приятным долгом поблагодарить за всестороннюю поддержку, ценные рекомендации и постоянное благожелательное отношение заслуженного деятеля науки РФ, д.г-м.н. В.П. Зверева, д.г-м.н., профессора

B.C. Ковалевского, д.т.н., профессора Е.С. Дзекцера, к.г-м.н. А.И. Арбузова, к.г-м.н. С.М. Казеннова, к.г-м.н. Ю.В. Ковалевского, к.ф-м.н. O.K. Миронова, а также всех сотрудников лаборатории гидрогеоэкологии Института геоэкологии РАН.

За бескорыстную помощь и дружеское участие автор особо благодарит

C.М. Карлинского, без которого работа над диссертацией была бы существенно затруднена.

Автор выражает глубокую благодарность и искреннюю признательность доктору геолого-минералогических наук С.М. Семенову, под руководством которого проходила работа над диссертацией.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Глава I. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РЕЖИМОМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В МОСКВЕ.

ФАКТОРЫ И УСЛОВИЯ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ.

Первыми стационарными наблюдениями за режимом подземных вод в Москве вероятно следует считать те, которые были организованы в районе Мытищинских ключей с целью оценки возможностей водоснабжения Москвы. В Лесной даче Тимирязевской сельскохозяйственной академии профессорами Эйтингеном и Тольским были пробурены в марте 1906 г 9 наблюдательных скважин по склону водосбора р. Жабенка и начаты стационарные многолетние наблюдения. Эти наблюдения с некоторыми перерывами продолжались до последних лет. С 30-х годов, в связи с ростом водоотбора подземных вод и необходимости отслеживания взаимовлияния действующих водозаборов, а также изучением изменений уровенной поверхности грунтовых вод, начала создаваться сеть наблюдательных скважин, которая эксплуатируется и до сих пор. Создание наблюдательной сети оказалось своевременным, поскольку позволило отследить наиболее существенные за всю историю подземных вод изменения гидрогеологической обстановки, происшедшие в регионе в период с конца 40-х до середины 80-х годов. Эти изменения были связаны с беспрецедентно высоким ростом водоотбора подземных вод, продолжавшимся вплоть до 1985 г. В 80-х годах наблюдательная сеть скважин на территории Московского региона была усилена этажными наблюдательными кустами, позволяющими в одном месте отслеживать изменения уровенной поверхности одновременно -в-эксплуатируемых водоносных горизонтах и первом от поверхности горизонте грунтовых вод.

Сеть наблюдательных пунктов в г.Москве на конец 1995 г. состояла из 369 наблюдательных скважин как государственной сети наблюдений, так и объектных сетей наблюдений, обслуживаемых отделом государственного мониторинга подземных вод и гидрогеологической режимной партией (Ю.О. Зеегофер).

Вопросы изучения режима подземных вод территории Москвы отражены в работах Дзекцера Е.С., Ефремова Д.Н., Ефремовой Т.Н., Ефременко A.B., Зеегофера Ю.О., Киселевой Е.А., Клюквина А.Н., Ковалевского B.C., Котлова Ф.В., Коффа Г.Л., Овчаренко Т.Н., Пашковского И.С., Петренко С.А., Печерина А.Т., Просенкова В.И., Пустыльника С.А., Семенова С.М., Фролова Н.М., Челидзе Ю.Б., Шкатункина В.Н. и др.

При описании факторов и условий формирования режима подземных вод городских территорий в России отмечается весьма различный характер их формирования, который обусловлен в первую очередь сложностью и разнообразием природных условий, в которых находятся города, и различным воздействием режимообразуюших факторов, а также деятельностью человека. Образование подземных вод, их химического и газового состава и физических свойств происходит в определенной среде при взаимодействии различных природных и искусственных факторов. Как известно, фактор есть причина, движущая сила какого-либо процесса, определяющего его характер и

вызывающая изменение течения процесса. При этом одни из факторов оказывают воздействие, которое проявляется в режиме эпизодически или сезонно. Другие оказывают свое воздействие продолжительное время, создавая определенный характер режима подземных вод в течение длительных отрезков времени. Такие режимообразующие факторы, как изменение литологического состава пород, геоморфологическое преобразование поверхности земли, климаты провинций и зон и другие, можно практически рассматривать как сложившиеся, малоизменяющиеся в течение года и даже за многолетие природные условия. Поэтому, анализируя результаты изучения режима грунтовых вод, к природным условиям следует относить географо-климатическую зональность, геолого-литологические, орографические и геоморфологические характеристики территории (по A.A. Коноплянцеву, B.C. Ковалевскому и С.М. Семенову).

Отмеченные природные условия проявляются в режиме грунтовых вод, создавая основные его черты. Природные условия могут изменяться искусственно. К таким искусственно создаваемым условиям следует отнести: городскую застройку и асфальтовые покрытия территорий, постоянно действующий дренаж или барраж. Следует отметить, что такое искусственное изменение природных условий вызывает временное нарушение режима грунтовых вод его декомпенсацию, после чего наступает уравновешивание в приходно-расчетной частях баланса грунтовых вод и создается техногенно-компенсированный режим грунтовых вод.

Кроме отмеченных выше природных и искусственно созданных условий, на режим подземных вод воздействует большое число естественных и техногенных режимообразующих факторов. Описаны особенности формирования и техногенного преобразования таких основных режимообразующих факторов, как температура воздуха, осадки, ветровой режим, солнечная радиация, влажность воздуха, гидрографическая сеть и поверхностный сток, а также прямое влияние города на гидрогеологические условия.

Глава II. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СЕЗОННОГО И МНОГОЛЕТНЕГО РЕЖИМА УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ГОРОДА.

Многолетний режим. Одной из основных закономерностей в режиме уровня подземных вод является зависимость многолетней амплитуды от средней за многолетие глубины залегания уровня грунтовых вод. Естественным поведением многолетней амплитуды является ее возрастание с возрастанием глубины до определенного предела, зависящего от литологического состава водовмещающих пород. С глубиной значение амплитуды начинает уменьшаться. Это объясняется тем, что при небольшой глубине залегания зеркала грунтовых вод поверхность земли является как бы дреной, срезающей колебания. А при возрастании глубины уменьшается влияние внешних факторов, вызывающих сами колебания. В Москве эта зависимость нарушается. Многолетние амплитуды продолжают расти с глубиной, достигая пика на двадцати одном метре. На такой глубине подобные амплитуды не могут формироваться благодаря естественным внешним факторам. Это говорит о существенных дополнительных к природным факторах формирования уровня подземных вод на территории Москвы.

Значительный процент скважин по наблюдательной сети демонстрирует многолетние амплитуды уровней в диапазоне от 0 до 2 м. Наблюдательные скважины, показавшие такую амплитуду, располагаются вдоль р.Москвы и ее притоков и характеризуют приречный вид режима. На диапазон амплитуд от 2 до 3 м приходится около 17% скважин, на диапазон 3-4 м - 11 % и на диапазон 5-6 м - 4 %. Последующие диапазоны представлены 1% каждый. Таким образом 90 % наблюдательных скважин в Москве показывают амплитуды многолетних колебаний до 4 м. В Москве есть скважины, показывающие многолетнюю амплитуду и 13 м, что является следствием крайнего нарушения режима, однако, в целом, наблюдательная сеть показывает небольшой процент экстремальных амплитуд на территории г.Москвы. Для целей выявления площадных характеристик данного параметра режима построена карта-схема распределения многолетних амплитуд среднегодовых значений уровня по территории города.

При аппроксимации рядов значений уровня грунтовых вод линейным трендом возможно три варианта режимов: 1)понижение уровня за многолетие; 2)повышение уровня за многолетие и 3)когда уровень стабилен в многолетнем разрезе и детерминированная составляющая ряда мала.

Количество скважин характеризующихся поднятием и понижением уровня грунтовых вод примерно одинаково. По территории города из 147 исследовавшихся скважин в 61 скважине идет поднятие многолетнего уровня, в 78 - опускание и в 8 тренда нет. Дано генетическое обоснование установленным тенденциям. В Москве есть территории, где сохранились фоновые режимы. Причем, по сравнению с 1980 г., когда подземные воды находились под максимальным прессингом, 10 % скважин, в которых уровень повышался, при удлинении ряда до 1995 г. дали итоговое понижение уровня, и 20 % скважин, где уровень на 1980 г. понижался, при удлинении ряда дали повышение уровней.

Для определения достоверности аппроксимации рядов линейным трендом использовалась величина R2. Она показывает, какая доля дисперсии функции объясняется воздействием входящих в уравнение регрессии независимых переменных при полученных значениях коэффициентов модели. Чем больше величина достоверности аппроксимации, тем более полно тренд отражает особенности исследуемого процесса. Представляет интерес зависимость R2 от глубины. С увеличением глубины величина достоверности аппроксимации ряда линейным трендом стремится к I. Причем, подобное поведение характерно как для скважин с естественным режимом, так и для скважин с нарушенным режимом, где техногенные факторы действуют с постоянной во времени интенсивностью. Однако, для нарушенных режимов рост показателя с глубиной интенсифицируется. Данный параметр (R2) удовлетворительно подходит для его картирования. Картирование показало, что существует ярко выраженная направленность в увеличении значения R~ с северо-востока на юго-запад. Местами она нарушается, что можно объяснить приречными режимами р. Москвы и ее притоков, а также хозяйственной деятельностью. Можно также сделать вывод, что величина R" растет на возвышенностях и высоких водоразделах.

Следующим важным показателем, характеризующим многолетний режим является угол наклона линейного тренда. Этот параметр показывает интенсивность процесса роста или падения уровня за весь период наблюдений. Угол выражается через постоянный коэффициент а (тангенс угла наклона в уравнении линейной регрессии у = а*х + Ь). Как показал анализ, распределение данного параметра с глубиной имеет характерные особенности. Так, угол наклона тренда растет с глубиной. При небольших глубинах коэффициент а крайне мал, так как дневная поверхность ограничивает направленный процесс. Коэффициент а очень удобен для картирования, т.к. условная нулевая изолиния показывает границу между областью, где идет процесс подъема уровня и областью, где идет его спад. Чем большее значение по модулю имеет изолиния, тем интенсивнее на данной территории идет процесс подъема или спада. Территории где идет подъем и где идет спад уровня подземных вод не перемешаны хаотично, а четко локализованы. Территорий, где идет многолетний спад уровня гораздо меньше. Подобная карта не является аналогом карты подтопления, так как она показывает не положение уровня, а направленность и интенсивность процесса его повышения или снижения за весь период наблюдений.

Исследования синхронности режима грунтовых вод в общем виде имеют целью оценку "похожести" временных изменений в многолетнем ряду уровней. Подобное сопоставление или генерализация позволяют выявить территории, где факторы формирования режима грунтовых вод, отвечающие за временные изменения в уровнях подземных вод (периоды высокой и низкой водности) по своему совокупному воздействию . на подземные воды ведут себя сходным образом (с заданной погрешностью). Если необходимо выявить техногенные изменения в хронологической составляющей режима, то о степени воздействия антропогенной составляющей на подземные воды судят по расхождениям в формах кривых в пределах единого района. При анализе разностно-интегральных кривых по территории г.Москвы была проведена типизация режимов по формам данных кривых. Режимы были разбиты на три типа: а) функция сначала возрастает, затем убывает - один экстремум; б) функция сначала убывает, затем возрастает - один экстремум; в) функция имеет два и более экстремумов, режим формируется вокруг своей нормы. Территория Москвы удовлетворительно картируется по этому признаку, демонстрируя достаточно четкое деление на районы с различными типами режима. В целом наблюдается определенное соответствие режимов различным геоморфологическим районам.

Существование периодичности в многолетних колебаниях режима подземных вод - многократно установленный факт. Часто в колебаниях присутствует сразу несколько гармоник с различными амплитудами, периодами и фазами. При выявлении в ряду значений нескольких гармоник бралась та, которая больше по амплитуде, так как она вносит наибольший вклад в общую дисперсию процесса. Для условий формирования естественного режима характерно преимущественное совпадение длины периодов у основных режимообразующих факторов и в грунтовых водах. Для территории средней полосы такими факторами являются сумма осадков и испарение, выражаемое через среднегодовую температуру. Подобную картину можно наблюдать и в случае

естественных режимов на территории Подмосковья - гармоника с периодичностью 4 года играет основную роль как в показателях режима грунтовых вод, так и факторах формирования этого режима.

Урбанизация вносит изменение в механизмы формирования природной цикличности в уровнях подземных вод. Для грунтовых вод г.Москвы впервые выявлена семилетняя цикличность, что не наблюдается в естественных условиях. Однако, наиболее значимая для фона четырехлетняя цикличность присутствует также и в городе и занимает лидирующую позицию наравне с техногенной периодичностью. Вторая по значимости в естественных условиях пятилетняя цикличность сохраняет свои позиции на территории Москвы. Таким образом, можно сделать вывод, что урбанизация ведет к увеличению периодов гармоник, однако, естественные циклы сохраняют свое значение и в городских условиях.

Сезонный режим. Влияние техногенеза на внутригодовой режим уровня подземных вод столь же многообразно, как и сам техногенез. Полный перечень влияющих факторов определяется перечнем всей хозяйственной деятельности человека, прямо или косвенно, связанной с геологической средой. Влияющие факторы весьма различны по интенсивности воздействия, по площади воздействия, по соотношению с природными факторами, формирующими уровень подземных вод, по продолжительности влияния, по изменению интенсивности влияния во времени, по изменению интенсивности влияния в пространстве (изоморфное влияние, влияние очагов), по совокупности экологических и геоэкологических последствий, по степени и продолжительности восстановления фоновых характеристик подземной гидросферы после прекращения влияния.

Амплитуда колебаний, без сомнения, является одним из основных показателей режима уровня подземных вод. Знание и прогнозирование ее величины необходимо для решения большого круга практических задач, возникающих при изысканиях, проектировании и эксплуатации объектов городского и промышленного строительства. Амплитуда является показателем ресурсных изменений подземных вод, базой для оценки подтопляемости территории. Именно поэтому важно выявить ее зависимость от основных факторов и условий. В наибольшей степени на величину сезонных и многолетних изменений влияет глубина залегания грунтовых вод (мощность зоны аэрации). Для естественных условий общая закономерность изменения сезонных амплитуд колебаний с увеличением мощности зоны аэрации является довольно устойчивой и аналогична описанной для многолетних амплитуд. Характер изменения годовых амплитуд колебаний уровней грунтовых вод в пределах городской территории не претерпевает существенных изменений и остается таким же, как в естественных условиях. Достаточно четко выделяется зона, в которой амплитуды, по мере увеличения мощности зоны аэрации, растут; далее зона, где амплитуды являются наибольшими по величине и зона, в которой амплитуды приобретают тенденции к затуханию. Важно иметь в виду, что максимальные значения годовых амплитуд в условиях Москвы формируются на глубине от 4 до 6 м. Соответственно, в интервале от 0 до 4 м амплитуды возрастают, а от 4 м и глубже уменьшаются. Водность года не вносит существенных корректив в характер

зависимости. В условиях сложившихся городов амплитуды годовых колебаний уровня грунтовых вод для всех трех выделенных по глубине зон меньше амплитуд, формирующихся в естественных условиях. Для заведомо нарушенного режима грунтовых вод исчезает воздействие глубины залегания уровня на величину годовых колебаний (Рис. 1). Эффект уменьшения колебаний особенно заметен в интервале глубин от 2 до 6 м, то есть именно там, где амплитуды обычно достигают максимальных значений. В Москве до 90 % наблюдательных скважин имеют амплитуду сезонных колебаний в интервале до 1 м. Причем, для средневодного года этот процент несколько снижается (до 70 %) и больший удельный вес приобретают амплитуды, колеблющиеся в интервале от 1 до 2 м и от 2 до 3 м.

1 2

Рис. 1. Распределение сезонных амплитуд среднемесячных уровней по глубине за маловодный 1964 год по территории Московской области.(1) и Москвы (2): а) по всем скважинам Москвы; б) по скважинам с нарушенным режимом.

Факторы урбанизации (асфальтировка, застройка, уплотнение грунтов и т.д.) приводят к сокращению инфильтрации снеговых и талых вод, в результате чего формируются невысокие весенние максимальные уровни, а деформация внутренних границ, в первую очередь, уничтожение естественных дрен, является причиной, задерживающей формирование летне-осенних и зимних спадов уровня и, следовательно, низких минимумов. Размах колебаний в результате становится меньше. Для естественных условий распределение годовых амплитуд выглядит иначе. Преобладающими являются амплитуды в интервале величин от 1 до 2 м. Большой удельный вес приходится также на амплитуды в диапазоне от 2-3 до 3-4 м. Таким образом, видно, что знание фона естественного режима подземных вод является непременным условием достоверной оценки характера и величины техногенных изменений.

Предвесенние минимальные уровни по срокам наступления чаще всего

опережают дату перехода среднесуточной температуры воздуха через ноль градусов. Данное наблюдение является достаточно универсальным и его можно рассматривать как характерную особенность режима грунтовых вод Москвы. Предвесенние минимальные уровни грунтовых вод, как правило, формируются на 2-4 недели раньше, чем на окружающих территориях с естественными условиями. Анализ массового материала по большому числу наблюдательных скважин показывает, что, в общем, даты наступления весеннего максимума по мере углубления залегания подземных вод сдвигаются на более поздние сроки, хотя факторы антропогенного происхождения делают эту зависимость менее четкой, чем в естественных условиях.

Чтобы выявить многолетнюю изменчивость среднемесячных уровней по отношению к своему среднемноголетнему значению и по отношению к уровням других месяцев, строятся графики изменения многолетних амплитуд среднемесячных значений уровней по двенадцати месяцам. Подобные графики были построены по всем рядам наблюдений. Анализ графиков показывает, что наибольшая многолетняя амплитуда формируется в среднемесячных значениях апреля. Часто появляется и второй пик, приуроченный к летней межени, то есть августу - сентябрю. Отмечено, что длина ряда не влияет существенным образом на формы данных кривых.

Глава III. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ УРБАНИЗАЦИИ НА РЕЖИМ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД.

Районирование территории Москвы по естественным условиям формирования режима уровня грунтовых вод базируется на классификационной схеме, предложенной А.А. Коноплянцевым, B.C. Ковалевским и С.М. Семеновым. В его основе лежит бассейновый подход. Выделяются следующие виды режима: междуречный, склоновый, террасовый и приречный. Подвиды режима выделяются по строению типового геологического разреза в пределах единого горизонта грунтовых вод. Границы участков с различными видами и разновидностями режима, так же как и сами подземные воды, подвижны в пространстве и во времени. Так, вследствие нескольких засушливых лет может резко снизится уровень грунтовых вод как на водоразделах, так и на террасах. В результате этого размеры участков с мощностью зоны аэрации менее 4 м могут резко сократиться. В годы с высокими паводками приречный режим имеет большее распространение по сравнению с годами, характеризующимися низкими паводками. Поэтому размеры площадей, характеризующихся определенным видом и разновидностью режима грунтовых вод, могут то расширяться, то сокращаться. Однако, приуроченность их к определенным элементам рельефа сохраняется.

Процедура по оценке техногенных изменений режима грунтовых вод урбанизированных территорий является ключевой, так как позволяет диагностировать степень и характер нарушения естественного режима и качественные его показатели, которые формируются под естественным воздействием и практически не затронуты антропогенезом. Природный фон выступает в качестве эталона, отклонение от которого указывает на нарушение

режима. Так как режим грунтовых вод Москвы формируется под воздействием как естественных, так и антропогенных факторов, то закономерен вопрос о том, какие же черты естественного режима подземных вод в пределах города сохранились, а какие утеряны необратимо. Проблема актуальна еще и потому, что часто размах сезонных и многолетних естественных изменений по своей величине соизмерим с колебаниями, обусловленными антропогенными факторами, а нередко даже превосходит их. Для выявления нарушений в режиме уровня подземных вод рекомендуется комплекс наиболее универсальных методов, среди которых: сопоставительный анализ серий водности и наличия экстремальных уровней в многолетнем и сезонном режимах уровней, анализ статистической структуры и соотношение детерминированной и случайной составляющих ряда, коэффициент нарушенности режима подземных вод, соотношение сезонных и многолетних амплитуд, метод двойных интегральных кривых, коэффициент автокорреляции (как показатель внутрирядной связанности) и вклад природной периодичности в общую дисперсию процесса. В общем случае основные критерии нарушенности режима подземных вод можно свести в таблицу (таблица 1).

С использованием комплекса критериев, приведенных в таблице 1 осуществлена оценка состояния грунтовых вод территории Москвы как в современных условиях, так и за ретроспективный период. Построен комплект схематических карт нарушенности режима подземных вод территории г. Москвы с использованием приведенных критериев.

Для целей выявления нарушений в хронологической составляющей режима рекомендуется метод сопоставления обобщенного по территории Москвы графика колебаний уровня грунтовых вод с эталонной кривой, характеризующей естественный (ненарушенный урбанизацией) режим грунтовых вод.

Обобщенная кривая режима подземных.....вод „ строилась по данным

наблюдений за многолетний период по всем имеющимся наблюдательным скважинам. Для достижения региональной сравнимости и большей объективности выводов уровни грунтовых вод должны быть представлены их обеспеченностями или коэффициентами относительного положения. Эталонная кривая строилась по результатам наблюдений за естественным режимом грунтовых вод по скважинам, наиболее близко расположенным к урбанизированной зоне Москвы, но в естественных условиях формирования. Сопоставительный анализ серий лет повышенной и пониженной водности, приведенный на обобщенных кривых показал их временное подобие за период совместных наблюдений. Синхронно совпадающие экстремумы и соответствия в ветвях подъема и спада зафиксированы в 90 % случаев. Такой же вывод следует из сопоставления разностно-интегральных и сглаженных кривых для города и фона. Временные интервалы, когда уровни подземных вод находились выше и ниже нормы, практически совпадают, так как кривые обладают признаками подобия.

Как и для многолетнего режима, сезонный режим грунтовых вод испытывает влияние факторов хозяйственной деятельности. Следовательно, техногенные изменения в сезонном режиме подземных вод могут быть выявлены только при

Критерии степени антропогенной нарушенности режима подземных вод.

Таблица 1

Типы режима подземных иод Ооотношени е сезонных и многолетних амплитуд и дисперсий Лес/ Коэффициент нарушенности режима подземных вод Коэффициент детерминациии о* +сг,„„г Г' п'Р "Р" »»1 - а » Степень отклонения двойной интегральное! кривой в координатах ..)■(',) * (техног.) ) (фон) Коэффициент автокорреляции, г, ряда наблюдений (между уровнями соседних лет) Модель прогноза режима подземных вод Отношение сезонных амплитуд к их фоновым значениям Соотношение детерминирован ной и случайной составляющих режима подземных вод

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Естспнси-ный (сда-боиарушен-иый) < 1 около 1 около 0° 0,1 - 0,4 0,4 - 0,6 0,6 - 0,8 факторная < 1 я 1 > 1

Нарушенный (техпогеииы и) Повсеместно < 1 > 1 >1 0-45° 0,5 - 0,8 факторная и тенденций <1 > !

Сильно нарушенный (искусственный) < 1 »1 »1 >45° 0,8 - 0,9 тенденций «1 > 1

объективном сопоставлении обобщенной для территории г. Москвы кривой сезонного режима уровня с соответствующей эталонной кривой, построенной по данным наблюдений в заведомо естественных условиях. Город не разрушает характер сезонных колебаний, в котором сохраняются основные генетические положения уровня: предвесенние и осенне-летяие минимумы, весенний максимум, летний и зимний спады. Сезонные режимы выглядят весьма синхронно, однако их амплитудные характеристики в городе претерпевают существенные изменения. Находит подтверждение основной тезис о том, что урбанизация сокращает амплитуды сезонных колебаний и деформирует (сдвигает) сроки наступления экстремальных уровней. Для маловодного года (1964 г.) амплитуда уменьшилась на 13 %, а в многоводном году (1978) - на 22 % (Рис.2).

Рис. 2.Сопоставление техногенных (Москва) /1/ и фоновых (Московская область) /2/ сезонных колебаний уровней грунтовых вод в % % обеспеченности за маловодный 1964, средний по водности 1970 и многоводный 1978 годы.

Многочисленными исследованиями установлено, что в естественных условиях формирования, многолетние колебания параметров режима подземных вод можно рассматривать, как единую, взаимосвязанную систему параметров, формирующуюся под влиянием известных природных факторов. Наличие тренда и его значительный вклад в общую дисперсию колебаний уже является ощутимым показателем техногенных изменений. Фоновые условия показывают, что вкладам циклов в общую дисперсию колебаний принадлежит также довольно высокий процент. Четко прослеживается одна отличительная закономерность - в не глубоко залегающих подземных водах в естественных условиях тренды, как правило, отсутствуют, а на урбанизированных территориях они, чаще всего, проявляются.

В связи с тем, что многолетние колебания представляют из себя совокупность трендовых, циклических и случайных колебаний, правомерно поставить вопрос о их взаимном соотношении. В большинстве случаев соотношение детерминированной (тренды + циклы) и случайной составляющих в городских условиях отлично от показателей в естественных условиях. Так для большинства рядов по территории г.Москвы значение детерминированной составляющей в общей дисперсии ряда не падает ниже 70%, а случайной составляющей не поднимается, соответственно, выше 30%. Для рядов с выраженным трендом детерминированная часть находится в интервале от 90 % до 98 %. В то же время в естественных условиях она колеблется вокруг линии тяготения, равной 50 %. Таким образом, большая часть территории Москвы принадлежит к зоне строго детерминированного режима грунтовых вод, которая является прямым следствием участия техногенных факторов.

Как правило, нарушения в режиме подземных вод проявляются через изменение статистической - структуры временных рядов наблюдений. Установлено, что в многолетнем режиме подземных вод присутствуют три характерные его составляющие: трендовые изменения, циклические изменения и случайные изменения. Причем, их количественные вклады в естественных условиях нередко бывают равнозначными. Однако, встречаются условия, особенно в зоне избыточного увлажнения, когда трендовая составляющая отсутствует или весьма слабо выражена. Особенностью нарушенного режима подземных вод является присутствующий и четко выраженный тренд в гидрогеодинамических изменениях, вклад которого в общий размах колебаний является превалирующим.

Таким образом целесообразным становится использование серии коэффициентов, которые на основе количественной оценки техногенной составляющей в долевой или процентной форме давали бы степень нарушения режима подземных вод.

Основным, наиболее общим среди них является коэффициент нарушенное™ режима подземных вод. который как раз и призван показать количественное соотношение между трендами, циклами и случайными составляюшими и на основании этого сопоставления сделать вывод о степени нарушенное™ режима подземных вод. В отличие от широко известного коэффициента детерминации.

коэффициент нарушенности режима подземных вод вычисляется по выражению, где в знаменатель введена дисперсия циклической составляющей:

где

- сг1р дисперсия трендовых изменений ряда;

- дисперсия гармонических составляющих;

- а\л дисперсия случайных составляющих.

Смысл данного коэффициента в том, чтобы показать, как соотносятся природные (в знаменателе) и техногенные (в числителе) амплитудные составляющие режима подземных вод. Проведено районирование территории г.Москвы по величине данного коэффициента.

Отношение сезонной и многолетней амплитуд являются четким показателем условий формирования режима грунтовых вод. Там, где сезонные колебания превышают многолетние можно с большой долей достоверности говорить об естественных (фоновых) условиях формирования режима подземных вод. Несмотря на то, что сезонные ритмы при техногенном влиянии не исчезают и четко прослеживаются, их амплитудные составляющие уменьшаются. Чем более сглаженными выглядят сезонные колебания по отношению к естественным условиям, тем более нарушенным является внутригодовой режим. В то же время многолетние амплитуды при техногенезе растут. Приведено распределение по территории Москвы величины соотношения сезонных и многолетних колебаний уровней грунтовых вод.

Специальным, приемом по установлению начала техногенных изменений в режиме уровней является графоаналитический способ заключающийся в сопоставительном сравнении гидродинамических параметров режима всего анализируемого ряда с подобным же временным рядом пункта-аналога, заведомо находящемся в естественных условиях. Сравнение осуществляется посредством построения графических связей между интегральными (последовательно суммированными) значениями уровней или их модульными коэффициентами. Если в сопоставляемом с эталоном ряде имеются отклонения от естественного хода, то интегральные кривые позволят это различие выявить и, кроме того, определить начало нарушения однородности ряда, что и будет выделять период техногенных изменений.

Под автокорреляцией в рядах среднегодовых значений уровней подземных вод понимается взаимосвязь между предыдущими и последующими значениями ряда - то есть та степень, в которой формирование последующих значений уровней подземных вод определяется предысторией процесса. Численно автокорреляция выражается через значение коэффициента автокорреляции, который показывает идентичность в ходе формирования уровней в многолетнем ряду по отношению к тому же ряду, сдвинутому относительно исходного на заданное число членов ряда. Таким образом, коэффициент автокорреляции, показывая внутрирядную связность, позволяет судить об упорядоченности процесса, которая чаете является признаком техногенных изменений. В целом по

территории Москвы значения коэффициентов достигают больших значений (в среднем 0.8 при сдвиге 1 год), что говорит о вероятных техногенных нарушениях в подземных водах исследованных районов. При анализе рядов следует иметь в виду природное распределение коэффициентов автокорреляции, которые растут как от приречных районов к высоким водоразделам, так и с увеличением глубины залегания уровня грунтовых вод. Таким образом, высокие коэффициенты корреляции вблизи рек или при небольшой глубине залегания грунтовых вод с высокой степенью вероятности показывают нарушенные режимы. По результатам вычисленного значения данного коэффициента была построена схематическая карта распределения значений автокорреляции по территории Москвы, которая выявила аномалии в режимах.

В качестве наглядного графического представления поля соотношения данных критериев можно предложить следующее (рис. 3): — по оси абсцисс откладывается значение отношения сезонных и многолетних амплитуд, по оси ординат — доля дисперсии тренда в общей дисперсии ряда.

О 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5 5 . 5.5

отношение сезонных амплитуд к многолетним

Рис. 3. Диагностика степени техногенного нарушения режима грунтовых вод по соотношению показателей нарушенности (Асеа/Амн, Я2)

Там где оба признака указывают на явную нарушенность режима выделяют область сильно нарушенного режима. Там, где выполняется только одно из условий или оба условия дают пограничный результат выделяют нарушенный режим. В остальных случаях выделяют слабонарушенный и ненарушенный режим подземных вод.

Глава IV. ПРОГНОЗ РЕЖИМА УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ТЕРРИТОРИИ Г.МОСКВЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РЕШЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.

Основой для оценки применимости данных режимных наблюдений разной продолжительности, в том числе разовых, для прогноза режима уровня грунтовых вод территории г.Москвы является информативность рядов гидрогеологических

наблюдений применительно к их продолжительности. Считается, что чем продолжительней ряд наблюдений, тем большей информативностью он обладает. Именно поэтому опорная наблюдательная сеть в Москве нацелена на весьма длительное существование. Однако, такая точка зрения делает неопределенным вопрос о пригодности для практического использования большинства имеющихся к настоящему времени рядов наблюдений, которые нельзя отнести к разряду многолетних. Следовательно, нужны исследования по оценке степени влияния длины рядов наблюдений на достоверность определения статистических параметров, структуру временных рядов и на погрешности прогнозов. На основании этих исследований становится возможным решать вопрос о допустимо минимальной длине рядов наблюдений. Специально для этой цели разработаны и апробированы методические приемы, позволяющие осуществить оценку информативности временных рядов в зависимости от их длины. В основе методики лежит идея ретроспективного анализа наиболее продолжительных рядов наблюдений за естественным режимом подземных вод России и других стран и сравнение результатов с анализом техногенных рядов в г.Москве.

Под информативностью временных рядов понимается полнота (достоверность) отображения ими закономерностей изучаемого процесса. О достоверности закономерностей (а, следовательно, и информативности) судят по количественным характеристикам рада: среднему значению, дисперсии, амплитудам, коэффициентам вариации и асимметрии, срокам формирования экстремумов и продолжительности их стояния, цикличности, по способности адекватно отражать представляемый наблюдениями процесс и, соответственно, вносить наименьшую погрешность в результаты прогнозирования. Чем ближе значения статистических параметров короткого ряда приближаются к значениям параметров длинного ряда (в пределах самого процесса), тем информативнее ряд. Отсюда и оценка информативности рядов заключается в сравнительном сопоставлении параметров ряда по мере увеличения его длины. Задача решалась в ретроспективной постановке, когда длинный временной ряд моделировался серией постепенно удлиняющихся рядов наблюдений, последний из которых по времени совпадал с исходным.

Среднемноголетнее значение уровней, напоров, дебитов подземных вод, являясь важнейшим параметром ряда, может рассматриваться и как своеобразный эталон гидрогеологических условий района. Продолжительность периода наблюдений является достаточной для достоверного определения нормы, если дальнейшее увеличение ряда наблюдений не меняет или мало меняет среднемноголетнее значение (норму) уровней подземных вод. В городах специфика определения среднемноголетнего значения уровней проявляется во влиянии на этот параметр нарушенности режима. Если нарушенность режима подземных вод проявляется через формирование многолетнего тренда, то для достоверного определения нормы необходимы наблюдения до тех пор, пока техногенное воздействие проявляется в режиме. Особенно это важно в случаях, когда вклад тренда в дисперсию ряда больше вклада циклов и случайной составляющей. Большое влияние на информативность гидрогеологических рядов в городах оказывают режимообразуюшие условия, так как они с одной стороны

во многом определяют скорость изменения режимных, характеристик, а с другой определяют границы диапазона в которых эти характеристики могут колебаться.

При определении среднего значения многолетнего ряда среднегодовых уровней грунтовых вод по скважинам на территории Москвы, в отличие от естественного режима, где после 25-35 летнего периода наблюдений значения среднемноголетних уровней изменяются мало, в городе наблюдается отсутствие стабилизации среднего значения и после сорока лет наблюдений. Имеющиеся на сегодняшний день наблюдения по урбанизированным режимам Москвы, некоторые из которых насчитывают более пятидесяти лет, не дают возможности с высокой степенью достоверности определить норму, что свидетельствует о необходимости более продолжительных наблюдений. Для техногенных режимов подземных вод в большинстве случаев вообще невозможно указать на предельную продолжительность ряда, из чего следует требование бессрочных наблюдений.

Параметры, характеризующие размах многолетних колебаний уровня подземных вод являются основными показателями информативности рядов наблюдений. Например, многолетняя амплитуда колебаний служит единственным источником информации о максимальных и минимальных положениях уровня (напора) водоносных горизонтов. Короткий ряд наблюдений несет лишь какую-то часть информации о возможных для данного района многолетних колебаниях. В связи с этим правомерно поставить вопрос о том, какая часть возможной многолетней амплитуды содержится в рядах различной продолжительности и какие причины определяют величину этой части.

_При анализе зависимости увеличения информативности многолетней амплитуды техногенного режима среднегодовых уровней грунтовых вод по мере увеличения продолжительности наблюдений для урбанизированных территорий г. Москвы было получено, что ряды наблюдений длиной более сорока лет не могут обеспечить полную информацию о размерах многолетних амплитуд. Более того, они часто содержат меньше 75 % величины многолетней амплитуды всего имеющегося ряда (а эта величина может быть меньше той амплитуды, которая сформируется при дальнейшем удлинении ряда). Такое поведение многолетней амплитуды можно объяснить одной стороны наличием техногенных факторов формирования режима подземных вод, которые часто имеют постоянную во времени интенсивность, и, как следствие, приводят к формированию четко выраженного тренда. С другой стороны, многолетние амплитуды растут благодаря "случайным" изменениям природных условий, которые приводят к резким скачкам в режимах. Непредсказуемость таких изменений в условиях формирования режима, а также трудность прогнозирования, набор и степень интенсивности воздействия факторов техногенеза на режим подземных вод приводят к выводу, что достоверное определение многолетних амплитуд для урбанизированных режимов может быть получено только при длине ряда наблюдений, соответствующей длине всей совокупности, т.е. наблюдения не могут быть прекращены ни на каком этапе.

Зависимость структуры рядов гидрогеологических наблюдений от их длины чаще всего проявляется при анализе таких составляющих временного ряда, как

тренд, циклическая и случайная составляющие. Очевидно, что успешность прогнозирования зависит от того, какую долю в общих колебаниях обуславливает та или иная составляющая. Отсюда и актуальность вопроса о представительности и изменении вкладов самих составляющих в общую дисперсию исходного ряда. Влияние продолжительности наблюдений на соотношение детерминированной и случайной составляющих в рядах наблюдений за техногенным режимом подземных вод носит характер, принципиально отличный от существующего в естественных условиях. Исчезает «природный» уровень тяготения (50% вклада). В режимах грунтовых вод Москвы вклад детерминированной составляющей по мере роста числа членов может незначительно падать, или не падать вообще, изменяясь по сложным законам.

В естественных условиях циклы, выявленные по коротким рядам достаточно устойчиво проявляются и тогда, когда ряды наблюдений значительно удлиняются. Техногенез преобразует природные хронологические последовательности серий многоводных и маловодных лет и приводит к феномену возрастания продолжительности циклов с увеличением длины рядов наблюдений (Рис. 4).

число лет наблюдений

Рис. 4. Закономерности изменений цикличности в многолетнем режиме среднегодовых уровней подземных вод в зависимости от продолжительности

рядов наблюдений.

1-скв. 41550, Великобритания (естественные режимы) 2-скв.200,3-скв.287,Москва (техногенные режимы).

Тренды в режиме подземных вод являются показателями детерминированных многолетних изменений. Их присутствие в колебаниях часто свидетельствует о воздействии на подземные воды сильного, преимущественно однонаправленно действующего фактора, в качестве которого очень часто выступает хозяйственная деятельность человека. Анализ показывает, что феномен выделения трендов практически не зависит от длины рядов наблюдений. Если тренд присутствует в процессе, то он будет зафиксирован и

выделен вне зависимости от длины рядов наблюдений. Если режиму подземных вод данного района свойственны трелдовые изменения, то они как правило выявляются и при анализе коротких рядов наблюдений. Анализ более длинных рядов приводит к уточнению параметров тренда. Однако, в нарушенных условиях города тренд может менять не только угол наклона, но даже и направление.

Внутрирядная корреляция в многолетнем режиме уровней подземных вод является объективным показателем присутствия или отсутствия в рядах закономерной составляющей и, следовательно, возможности экстраполяционного прогнозирования. Теснота внутрирядной связанности оценивается корреляционной функцией или коэффициентами автокорреляции между членами ряда, разделенными временным интервалом в 1, 2, 3 и т.д. лет. Высокий коэффициент автокорреляции свидетельствует о преобладании в режиме подземных вод детерминированной составляющей. Основной вывод, вытекающий из анализа закономерностей, заключается в феномене увеличения или стабилизации коэффициентов автокорреляции по мере удлинения рядов наблюдений. А это значит что прогнозируемость урбанизированных режимов подземных вод на детерминированной основе со временем возрастает. Для естественных режимов подземных вод такая закономерность не отмечается.

Точность и достоверность определения параметров режима подземных вод в зависимости от длины рядов наблюдений является важнейшей составной частью процедуры по оценке информативности рядов наблюдений. О последней судят по величине погрешности. Чем меньше погрешность, тем достовернее оценка информативности. Для естественных режимов подземных вод четко прослеживается зависимость - чем продолжительнее наблюдения, тем точнее оценки, а для урбанизированных территорий погрешности определения среднемноголетних уровней изменяются по более сложному закону и часто не уменьшаются с увеличением длины ряда.

Далее исследовалась возможность использования аппарата генетико-статистического анализа рядов гидрогеологических данных для долгосрочного прогноза режима уровня грунтовых вод в Москве. Генетико-статистический анализ временных рядов гидрогеологических данных одна из наиболее применяемых и разработанных процедур при прогнозах с большой заблаговременностью. Процедура основывается на модели гидрогеологического процесса, которая представлена как сумма трендовой, циклической и случайной составляющих. Результатом высокой оправдываемости прогноза будет совпадение его точечных значений на период прогноза с естественными уровнями. Проявляться высокая точность прогноза будет в небольшом количественном значении случайной составляющей. Однако, в большинстве случаев практически важно оценить точность модели до наступления прогнозируемых событий. Эта процедура осуществляется путем оценки укладываемости модельного ряда в интервал допустимых значений. Интервал вычисляется путем прибавления к анализируемому ряда среднегодовых значении уровня грунтовых вод и вычитанием из него допустимого значения ошибки, равного 0,64а исходного ряда. Если отношение случае?! попадания модельных значений в интервал допустимых значений к общей длине ретроспективного ряда

больше 0.8, то считается, что модель может быть использована для прогноза.

Генетико-статистический анализ режима подземных вод в Москве был проведен для различных условий залегания уровня грунтовых вод (приречный, террасовый, водораздельный режимы; глубокое, неглубокое залегание зеркала грунтовых вод; сильное и слабое проявление техногенеза, разный литологический состав). Как показали исследования в подавляющем большинстве случаев моделирование городских техногенных режимов в Москве путем экстраполяции выделенных циклических составляющих (без выделения тренда) не обеспечивает высокой достоверности описания моделью процесса формирования уровней грунтовых вод. При моделировании режимов уровней фунтовых вод Москвы с выделением линейного тренда, точность прогнозов в подавляющем большинстве случаев резко возрастет. Особенно ярко это проявляется при прогнозировании глубоко залегающих уровней (например, Теплостанская возвышенность), где доля случайных колебаний, как правило, минимальна.

В заключение приведен пример оценки экстремальных максимальных и минимальных уровней фунтовых вод на основе разовых замеров уровня с использованием полученных закономерностей. Методика базируется на использовании прогнозно-информационных номофамм, которые позволяют определять расчетный уровень фунтовых вод по данным прошлых лет в виде разовых измерений в период изысканий, что имеет место в случае с НовоЛюберецким отводящим каналом. Наблюдение могут проводиться и на любую дату внутри месяца. Прогнозный расчет осуществлялся раздельно по каждой изыскательской скважине. Его результаты были использованы при проектировании данного сооружения.

ВЫВОДЫ.

1. Показано, что город, как мощный источник техногенеза, оказывает влияние на природные факторы и условия формирования режима уровня фунтовых вод.

2. Природные условия в городах под воздействием техногенеза могут переходить в разряд режимообразующих факторов. Сами режимообразующие факторы в городах в некоторых случаях можно рассматривать как условия по сравнению с постоянно и закономерно изменяющимися природными режимообразующими факторами.

3. В результате анализа хронологических последовательностей многоводных и маловодных серий лет в рядах наблюдений целым рядом методов показано, что процессы, управляющие ходом хронологических изменений уровней фунтовых вод в естественных условиях, в городах не претерпевают существенных изменений. Имеет место высокая степень синхронности в чередовании этих серий, как на природной, так и антропогенной типовых кривых. Сезонные режимы подземных вод также существенно не меняются, сохраняя все черты природных внутригодовых ритмов, характерные для фоновых районов.

4. Иная ситуация наблюдается при анализе влияния города на амплитуды колебаний уровня грунтовых вод. При проведении амплитудного анапиза было

выявлено, что Москва активно "изменяет" амплитудные характеристики режима грунтовых вод. Доказано, что техногенные преобразования приводят к тому, что повсеместно наблюдается уменьшение сезонных амплитуд колебаний и, наоборот, увеличение многолетних по сравнению с фоновыми характеристиками. Характер изменения внутригодовых амплитуд режима грунтовых вод Москвы с глубиной не претерпевает существенных изменений по сравнению с фоном. Для условий сложившихся городов, внутригодовые амплитуды колебаний уровня грунтовых вод для всех выделенных по глубине зон меньше амплитуд, формирующихся в естественных условиях. Для нарушенного режима грунтовых вод исчезает воздействие глубины залегания уровня грунтовых вод на величину амплитуд внутригодовых колебаний. С увеличением глубины сезонные амплитуды становятся более стабильны и многолетний размах сезонных амплитуд уменьшается.

Закономерности многолетних амплитуд колебаний уровня грунтовых вод в Москве, в отличие от сезонных, нарушаются более существенно. Зафиксировано изменение распределения многолетних амплитуд среднегодовых значений с глубиной. Многолетняя амплитуда с глубиной возрастает. На большей части площади города многолетняя амплитуда за период наблюдений изменяется от 1 до 4 м.

В общем случае уровни подземных вод апреля является наименее стационарным с точки зрения многолетних амплитуд среднемесячных значений в Москве по отношению к другим месяцам, что определяется природными факторами. Однако, воздействие города рассогласовывает многолетнюю стационарность среднемесячных уровней всех 12 месяцев. Предвесенние минимальные уровни грунтовых вод в Москве, как правило, формируются на 2-4 недели раньше, чем на окружающих территориях с естественным условиями. Даты наступления весеннего максимума по мере углубления залегания подземных вод сдвигаются на более поздние сроки, хотя факторы антропогенного происхождения делают эту зависимость менее четкой, чем в естественных условиях.

Для территории Москвы осуществлен тренд анализ данных многолетних наблюдений и предпринята попытка их картирования. Присутствуют как восходящие, так и нисходяще тренды, символизирующие многолетние подъемы и спады. Территории, где идут многолетние подъемы и спады уровня подземных вод не перемешаны хаотично, а достаточно четко локализованы. Территорий, где идет многолетний спад уровня гораздо меньше. Процесс поднятия уровня грунтовых вод идет с большей интенсивностью, чем процесс его снижения. Угол наклона линейного тренда растет с глубиной. То есть интенсивность процесса подъема или спада уровней во времени с глубиной возрастает. С увеличением глубины залегания грунтовых вод роль детерминированной составляющей становится основополагающей по сравнению с циклической и случайной составляющими. Установлена закономерность распределения по площади величины доли дисперсии тренда в общей дисперсии ряда. Существует ярко выраженная направленность в росте показателя с северо-востока на юго-запад.

9. Факторы урбанизации вносят изменение в механизмы формирования природной цикличности. Для грунтовых вод г.Москвы впервые выявлена семилетняя цикличность, что не наблюдается в естественных условиях. В то же время сохраняется общность периодичности в режиме грунтовых вод города и основных режимообразующих факторах (осадках и температуре) районов, находящихся в фоновых условиях.

Ю.Нарушение в режиме подземных вод достаточно однозначно сказывается на представительности детерминированной и случайной составляющих. Вследствие того, что техногенез носит, как правило, упорядоченный характер, доля случайной составляющей колебаний в городских режимах на 20-45 % ниже, чем ее доля в естественных условиях и преимущественно колеблется в пределах от 2% до 30%. Вышеприведенный анализ показывает, что урбанизация существенно упорядочивает многолетние режимы подземных вод, что проявляется в резком увеличении детерминированности ряда, а, следовательно, и его прогнозируемости.

11 .Оценка информативности рядов гидрогеологических наблюдений имеет большое методическое и практическое значение в связи с необходимостью повсеместного и постоянного использования результатов непродолжительного изучения режима подземных вод по массовой сети наблюдательных скважин. Достоверность определения среднемноголетнего значения (нормы) существенным образом зависит от характера изучаемых гидрогеологических условий. Имеющиеся на сегодняшний день наблюдения по урбанизированным режимам Москвы, некоторые из которых насчитывают более пятидесяти лет, не дают возможности с высокой степенью достоверности определить норму, что свидетельствует о необходимости более продолжительных наблюдений. Причем, как показали расчеты, функция может как монотонно возрастать или убывать (при сглаживании по 2,3 и 5 точкам), так и иметь несколько точек перегиба, свидетельствующих о неоднократной смене за предысторию общей тенденции на возрастание или убывание. Для техногенных режимов подземных вод в большинстве случаев вообще невозможно указать на предельную продолжительность ряда, из чего следует требование бессрочных наблюдений.

12.При анализе зависимости увеличения информативности многолетней амплитуды техногенного режима среднегодовых уровней грунтовых вод по мере увеличения продолжительности наблюдений для урбанизированных территорий г. Москвы были получены результаты резко отличные от полученных для естественного режима. Так, ряды наблюдений длиной более сорока лет не могут обеспечить полную информацию о размерах многолетних амплитуд. Более того, они часто содержат меньше 75 % величины многолетней амплитуды всего имеющегося ряда (а эта величина может быть меньше той амплитуды, которая сформируется при дальнейшем удлинении ряда). Достоверное определение многолетних амплитуд для урбанизированных режимов может быть получено только при длине ряда наблюдений, соответствующей длине всей совокупности, т.е. наблюдения не могут быть прекращены ни на каком этапе.

3.При анализе техногенных рядов и среднеквадратическое отклонение и дисперсия ряда продолжают интенсивно возрастать с наращиванием длины ряда наблюдений.

4.Влияние продолжительности наблюдений на соотношение детерминированной и случайной составляющих в рядах наблюдений за техногенным режимом подземных вод носит принципиально иной характер. Исчезает уровень тяготения (50% вклада), характерный для естественных режимов. Вклад детерминированной составляющей по мере роста числа членов ряда или незначительно падает, или не падает вовсе, ведя себя непрогнозируемым образом.

5.Установлено, что для естественного режима подземных вод по мере удлинения ряда доля циклических и трендовых изменений уменьшается, а доля случайных колебаний возрастает. Для техногенных режимов указанная закономерность исчезает и динамика изменений вкладов трендов и циклов может приобретать различный характер.

6.Цикличность и длина рядов наблюдений, как показали исследования, в естественных условиях не находятся во взаимосвязи. Удлинение рядов не сказывается на показаниях цикличности. Те циклы которые выделяются по коротким рядам наблюдений, с большой степенью вероятности выделяются и при анализе длинных рядов. Техногенез преобразует природные хронологические последовательности серий многоводных и маловодных лет и приводит к феномену возрастания продолжительности циклов с увеличением длины рядов наблюдений.

17.В отличие от естественных условий, где выделенный по непродолжительным наблюдениям тренд, как правило, сохраняется при удлинении ряда, в условиях города наличие и направление линейного тренда в зависимости от интервала наблюдений может меняться. Таким образом, в городе необходимо оценивать трендовую составляющую ряда как для условий существовавших до проявлений нарушенное™, так и для различных периодов эволюции техногенного влияния на режим подземных вод.

18.Отмечен феномен увеличения или стабилизации коэффициентов автокорреляции по мере удлинения рядов наблюдений. Это значит что прогнозируемость урбанизированных режимов подземных вод на детерминированной основе со временем возрастает. Для естественных режимов подземных вод такая закономерность не отмечается.

19.Для естественных режимов подземных четко прослеживается зависимость -чем продолжительнее наблюдения тем точнее оценки точности и достоверности определения параметров гидрогеологических рядов. Для урбанизированных территорий погрешности определения среднемноголетних уровней изменяются по более сложному закону и часто не уменьшаются с увеличением длины ряда.

20.При проявлении стабильных по воздействию техногенных факторов в режиме уровня грунтовых вод достоверность прогнозов растет, а при переходе условий формирования грунтовых вод в разряд факторов, достоверность прогнозов резко снижается. При моделировании урбанизированных режимов

территории г.Москвы без учета тренда (экстраполяция одних циклов) точность прогноза уровней грунтовых вод в подавляющем большинстве случаев невелика. Однако, она существенно возрастает при использовании в прогнозе линейного тренда. Особенно ярко это проявляется при прогнозировании глубоко залегающих уровней (например, Теплостанская возвышенность), где доля случайных колебаний, как правило, минимальна.

21.Рассмотрены и обоснованы количественные методы выделения техногенной составляющей в режиме подземных вод и осуществлена апробация этих методов на материалах режимных наблюдений в Москве. Проведено картирование естественных и техногенных закономерностей режима грунтовых вод территории Москвы.

22.Выявленные закономерности позволяют проводить пространственно-временные экстраполяции, позволяющие оценивать максимальные и минимальные возможные уровни грунтовых вод на территориях, которые охарактеризованы разовыми замерами уровня. В качестве примера приведен расчет экстремальных возможных уровней грунтовых вод при строительстве Ново-Люберецкого отводящего канала.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Концепция оптимизации фонового мониторинга подземных вод. Тез.докл.межд.конф. "Новые идеи в науках о Земле". М. 1997 (С.М. Семенов, B.C. Ковалевский)

2. The model of water exchange between cascade of radioactive water reservoirs of Techa River (South Ural) and ground waters, as the tool of verification of balance constructions. — Papers presented to the 23rd General Assembly of European Geophysical Society, 1998, p. 432.

3. Influence of climatic modifications on groundwater and environment. — Papers presented to the 23rd General Assembly of European Geophysical Society, 1998, p. 432.

4. Концепция и методы оценки фонового состояния подземных вод. — Журнал «Мелиорация и водное хозяйство», 1998, №3, (С.М. Семенов, B.C. Ковалевский, Ю.В. Ковалевский ), с.46 - 48

5. Закономерности и прогноз изменения элементов водного баланса радиоактивных техногенных водоемов в связи с проблемой сохранения экологической безопасности окружающей территории (на примере ПО «Маяк») — В сб.: Математические методы и компьютерные технологии при решении задач защиты окружающей среды в чрезвычайных ситуациях. Тез.докл. IV Международного симпозиума «Применение математических методов и компьютерных технологий при решении задач геохимии и охраны окружающей среды». Киев, 1998, (С.М. Семенов), с.23-25

6. Закономерности формирования многолетнего режима водного баланса техногенных водоемов Теченского каскада ПО «Маяк» — Журнал «Геоэкология», 1998, №б, (В.И. Осипов, С.М. Семенов), с. 53-63

7. Preliminary estimation of the impact of global climate change on ground water over the Russian territory. — Papers presented to the Is' symp. of Study group on

environmental change and extreme hydrological events, Lisbon, 1998 (S.M. Semenov, V.S. Kovalevsky)

. Regularities in formation of long-term water balance in the cascade of technological ponds on Techa River (the Mayak Industrial Association). — Environmental Geoscience, Vol. 2, Nom. 1, January - March 1999, p. 36 - 44, (V.I. Osipov, S.M. Semenov)

. Закономерности гидродинамического режима подземных вод городских территорий (на примере города Москвы) — В сб.: «Инженерная география. Экология урбанизированных территорий». Тез.докл. Международной конференции. Ярославль: Изд-во ЯШУ, 1999, (С.М.Семенов), с.271-278

0.The Anthropogenic Oil Contamination of Ground Waters and Soils and Its Ecological Consequences. — Papers presented to the 61st conference and technical exhibition of EAGE (European Association of Geoscientists and Engineers), 1999, (S.M. Kazennov), p. 63

1.Изменение гидрогеологических условий и их влияние на окружающую среду. — В кн.: «Безопасность России», том 8. Москва «Знание», 1999 (С.М.Семенов, B.C. Ковалевский)

2.Закономерности формирования режима уровня грунтовых вод урбанизированных территорий. — В сб.: «Геоэкологические проблемы урбанизированных территорий». Материалы международной конференции. Томск, 1999 (С.М.Семенов)

3.Влияние стока с полотна автодороги и прилегающих участков на гидрогеоэкологическое состояние территории. — В сб.: "Водоотведение и очистка поверхностного стока: методы, нормирование". Тезисы докладов на Втором семинаре, 1999 (А.И. Арбузов, И.В. Галицкая)

4.Структура и прогноз изменения элементов водного баланса техногенных водоемов Теченского каскада ПО «Маяк». — Журнал «Геоэкология», 2000, №1, (В.И. Осипов, С.М. Семенов), с. 13 - 19

5.Влияние факторов урбанизации на режим уровня грунтовых вод территории Москвы. — В сб.: «Сергеевские чтения», Тезисы докладов 2ой конференции, Москва, 2000 (С.М.Семенов)

б.Оценка состояния и картографирование режима подземных вод. — В сб.: «Экологическая геология и рациональное недропользование». Тезисы докладов международной конференции, С.-Петербург, 2000, (С.М.Семенов)

7.0ценка состояния подземных вод урбанизированных территорий по данным мониторинговых наблюдений (на примере г.Москвы). — В сб.: «Экологическая геология и рациональное недропользование». Тезисы докладов международной конференции, С.-Петербург, 2000, (С.М.Семенов)

8.Совершенствование методики изучения и прогноза изменения водного баланса техногенных радиоактивных водоемов (на примере Теченского каскада водоемов ПО Маяк). — В сб.: «Вода: экология и технология. — Экватек». Материалы международной конференции, Москва, 2000 (С.М.Семенов)

9.Regu!arity of groundwater hydrodinamic regime of urban territories. — Papers preserved to the 31sl International Geological Congress, 2000, (S.M. Semenov) (в печати)

20.Оценка информативности гидрогеологических рядов наблюдений в системе мониторинга подземных вод. — Журнал «Геоэкология», 2000, №6 (С.М. Семенов) (в печати)

21.Ground water regime of urban territories on the base of monitoring data. — Papers presented to the 2nd symp. of Study group on environmental change and extreme hydrological events. Seul, 2000 (S.M. Semenov) (в печати) 22.Оценка информативности гидрогеологических рядов наблюдений — фундаментальная проблема мониторинга подземных вод. — В сб.: «Фундаментальные проблемы воды и водных ресурсов на рубеже 3-го тысячелетия». Тезисы докладов на научной конференции, Томск, 2000, (С.М. Семенов) (в печати)

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Батрак, Глеб Игоревич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. НАБЛЮДЕНИЯ ЗА РЕЖИМОМ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В МОСКВЕ. ФАКТОРЫ И УСЛОВИЯ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ.

1.1. Оценка состояния наблюдательной гидрогеологической сети и изученность режима подземных вод г. Москвы.

1.1.1. Оценка состояния наблюдательной гидрогеологической сети.

1.1.2. Изученность режима подземных вод Москвы.

1.2. Влияние города на факторы и условия формирования режима подземных вод.

1.2.1. Основные факторы и условия формирования режима подземных вод городских территорий.

1.2.2. Режим температуры воздуха.

1.2.3. Режим атмосферных осадков.

1.2.4. Ветровые процессы.

1.2.5. Солнечная радиация.

1.2.6. Глубина сезонного промерзания.

1.2.7. Ландшафтно-геоморфологическая структура.

1.2.8. Гидрографическая сеть и поверхностный сток.

1.2.9. Гидрогеологические условия.

1.2.10. Современные тенденции развития в городе основных геологических процессов, связанных с режимом подземных вод.

ГЛАВА 2. ЗАКОНОМЕРНОСТИ СЕЗОННОГО И МНОГОЛЕТНЕГО РЕЖИМА УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД ГОРОДА.

2.1. Закономерности многолетнего режима уровней грунтовых вод.

2.1.1. Многолетняя амплитуда.

2.1.2. Достоверность аппроксимации многолетнего ряда уровней трендом.

2.1.3. Угол наклона линейного тренда, как показатель интенсивности процесса повышения или понижения многолетнего уровня грунтовых вод.

2.1.4. Глубина залегания уровня грунтовых вод.

2.1.5. Исследование синхронности режима грунтовых вод путем построения разностно-интегральных кривых.

2.1.6. Формирование многолетней цикличности и ее деформации в условиях города.

2.2. Закономерности сезонного режима уровней грунтовых вод.

2.2.1. Влияние города на условия формирования сезонных колебаний уровня грунтовых вод.

2.2.2. Внутригодовые амплитуды.

2.2.3. Сроки наступления характерных сезонных экстремальных уровней грунтовых вод.

2.2.4. Сроки и факторы формирования максимальных годовых амплитуд.

2.2.5. Многолетние амплитуды среднемесячных уровней грунтовых вод.

ГЛАВА 3. ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ ФАКТОРОВ УРБАНИЗАЦИИ НА РЕЖИМ ГРУНТОВЫХ ВОД.:.

3.1. Возможность оценки техногенных изменений в многолетнем и сезонном режиме грунтовых вод и ее погрешность.

3.2. Районирование территории Москвы по условиям формирования режима грунтовых вод.

3.3. Методы выявления техногенных нарушений режима грунтовых вод.

3.3.1. Сопоставительный анализ серий водности и наличия экстремальных уровней в многолетнем и сезонном режимах.

3.3.2. Анализ статистической структуры и соотношение детерминированной и случайной составляющих ряда.

3.3.3. Коэффициент нарушенностирежима подземных вод.

3.3.4. Соотношение сезонных и многолетних амплитуд.

3.3.5. Метод двойных интегральных кривых.

3.3.6. Коэффициент автокорреляции.

3.3.7. Вклад природной цикличности в общую дисперсию процесса.

ГЛАВА 4. ПРОГНОЗ РЕЖИМА ГРУНТОВЫХ ВОД ТЕРРИТОРИИ Г.МОСКВЫ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К РЕШЕНИЮ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАДАЧ.

4.1. Оценка информативности рядов гидрогеологических наблюдений применительно к их прогнозированию.

4.1.1. Среднемноголетнее значение (норма).

4.1.2. Многолетняя амплитуда.

4.1.3. Среднеквадратическое отклонение и дисперсия ряда.

4.1.4. Детерминированная компонента ряда.

4.1.5. Цикличность.

4.1.6. Тренды.

4.1.7. Внутрирядная корреляция.

4.1.8. Точность и достоверность.

4.2. Использование аппарата генетико-статистического анализа рядов гидрогеологических данных для долгосрочного прогноза режима уровня грунтовых вод в Москве.

4.3. Прогноз расчетных многолетних экстремальных уровней грунтовых вод на примере отводящего канала от Ново-Люберецкой станции аэрации до реки Москвы.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по геологии, на тему "Закономерности формирования режима уровня грунтовых вод городских территорий"

В сложнейшей проблеме «город и окружающая среда», «город и геология», к сожалению, существуют научно-информационные пробелы, среди которых ведущее место принадлежит содержательному функциональному блоку «город, режим подземных вод и экологические мониторинга». В стороне от внимания остались основополагающие и актуальные вопросы по раскрытию, обоснованию и изучению влияния факторов урбанизации на механизмы и закономерности техногенного преобразования (или не преобразования) природного режима уровня подземных вод.

Подземные воды активно взаимодействуют с природно-техногенными системами на урбанизированных территориях, участвуют во многих инженерно-геологических процессах, часто являясь их катализаторами. Будучи существенно более мобильной и менее инертной составляющей литосферы, чем минеральная фаза, подземные воды чутко реагируют на изменение факторов и условий формирования их гидродинамического, гидрохимического и температурного режимов. При этом масштабы проявленных воздействий подземных вод в областях взаимодействия литосферы и техносферы подчас столь велики, что влиянию негативных процессов бывают подвержены целые города. Все это вызывает необходимость анализа урбанизированных режимов подземных вод и создания сетей мониторинговых наблюдений в крупных городах России. Эти исследования актуальны в связи с настоятельной необходимостью изучения закономерностей формирования сезонного и многолетнего режима подземных вод для целей его краткосрочного и долгосрочного прогнозирования, а также пространственных экстраполяций. Полученные таким образом результаты должны использоваться на всех стадиях проектно-изыскательских работ, а также в процессе эксплуатации объектов народного хозяйства и, даже, управления целыми территориями. В результате применения специальных методик по использованию закономерностей режима подземных вод урбанизированных территорий могут быть существенно оптимизированы затраты на изыскательские и строительные работы, а также на нормальную эксплуатацию различного рода сооружений.

Московская гидрогеологическая режимная станция была создана одной из первых в 1933 г. когда и была заложена первая наблюдательная сеть. 5

Основная наблюдательная сеть создавалась в 50 - 60-х годах. Численность сети на грунтовые воды к настоящему времени достигает примерно 280 скважин. Задачи изучения режима подземных вод в городе со временем все возрастают, усложняются и становятся так многообразны, как ни в каком другом из районов интенсивной хозяйственной деятельности. На урбанизированных территориях это связано с сочетанием многочисленных разнонаправленных искусственных факторов, воздействующих на подземные воды. Однако, полного комплексного исследования закономерностей формирования режима уровней подземных вод урбанизированных территорий для целей их пространственных и временных экстраполяций на территории Москвы проведено не было. Во многих публикациях утверждается, что подземная гидросфера (в первую очередь грунтовые воды) в городах сильно изменяется, но предметных доказательств этому практически не приводилось.

Прогнозы техногенного режима подземных вод затруднены из-за отмеченной сложной структуры многочисленных режимообразующих факторов, разнонаправлено воздействующих на подземные воды. Лишь в сравнительно простых условиях, как природных, так и техногенных, когда немногочисленные, преобладающие по воздействию, факторы могут быть приняты конкретно сосредоточенными и постоянными или закономерно изменяющимися, достаточно достоверные прогнозы возможны на детерминированной основе, путем математического моделирования. Во многих же случаях, факторы, воздействующие на подземные воды, существенно переменны во времени и пространстве; они не поддаются априорным количественным оценкам, активно взаимодействуют между собой (с разными знаками), часто носят случайный характер. В результате, наиболее реальным способом пространственно-временных экстраполяций закономерностей урбанизированного режима подземных вод представляется генетический и статистический анализ временных рядов. Использовался методический подход, в соответствии с которым режим подземных вод рассматривался как взаимообусловленный комплекс количественных и качественных пространственно-временных изменений подземных вод, выступающий как проявление процесса их формирования.

Методика реализовывалась через:

- сравнительно-гидрогеологический анализ результатов изучения режима подземных вод по более чем двумстам пятидесяти наблюдательным точкам, что позволило выявить и охарактеризовать масштабы и механизмы влияния факторов урбанизации на режим подземных вод г. Москвы, установить основные закономерности режима подземных вод и получить модельную основу для разработки методик пространственно временных экстраполяций режима подземных вод;

- математическое моделирование и пространственно-временной анализ наблюдений как за факторами, так и за режимом подземных вод для выявления внутрирядной структуры последнего в связи с оценкой режимообразующей роли природных и техногенных факторов, возможности краткосрочного и долгосрочного прогнозирования.

Объектом данных исследований является верхняя часть литосферы в пределах территории г. Москвы, включающая в себя первый от поверхности безнапорный водоносный горизонт грунтовых вод и зону аэрации, характеризующиеся различными условиями формирования режима грунтовых вод, и, подвергающийся воздействию природных и техногенных факторов, влияющих на режим подземных вод.

Предметом изучения являются закономерности формирования режима уровня грунтовых вод городских территорий на примере г. Москвы.

Целью диссертационных исследований является выявление и использование природно-техногенных закономерностей урбанизированного режима уровня грунтовых вод Москвы для пространственных экстраполяций и составления краткосрочных и долгосрочных гидрогеологических прогнозов для нужд проектирования, изысканий, строительства и эксплуатации объектов городского хозяйства.

Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

- обоснование роли и масштабов воздействия природно-техногенных факторов и условий на формирование урбанизированных режимов грунтовых вод;

- выявление и анализ закономерностей техногенного преобразования режима уровня грунтовых вод территорий Москвы; 7

- выбор и апробация методов выявления и оценки техногенных изменений режима уровня подземных вод;

- разработка приемов и методов по повышению информативности существующей наблюдательной сети и определению экстремальных многолетних уровней по данным краткосрочных и разрозненных измерений в периоды изысканий.

В процессе работы над диссертацией получены следующие научные результаты, которые определяют новизну исследований:

- определены и охарактеризованы природные и техногенные факторы и условия формирования урбанизированного режима уровня грунтовых вод территории Москвы и представлены закономерности влияния на них градопромышленного комплекса;

- выявлены и охарактеризованы генетические закономерности режима уровня грунтовых вод, позволившие установить зависимости изменения сезонных и многолетних амплитуд с глубиной залегания грунтовых вод и выделить вклад города в трансформацию природных связей и закономерностей;

- выявлены закономерности техногенных преобразований многолетнего режима уровня грунтовых вод с использованием метода эталонных кривых с нормированными ординатами;

- выявлены закономерности смещения сроков формирования экстремальных уровней;

- прослежены закономерности многолетней динамики внутригодовых показателей режима уровня грунтовых вод;

- выявлены генетико-статистические закономерности многолетнего режима уровня грунтовых вод и дан анализ трендов и циклических колебаний уровня грунтовых вод;

- рассмотрены и обоснованы количественные методы выделения техногенной составляющей в режиме уровня подземных вод и осуществлена апробация этих методов на материалах режимных наблюдений в Москве;

- рассмотрены научно-методические подходы к составлению прогнозов режима уровня грунтовых вод Москвы; 8

- составлены схематические карты важнейших параметров режима уровня грунтовых вод по данным мониторинговой сети в г.Москве, что позволило оценить их пространственное распределение.

Полученные результаты доложены на российских и международных конференциях и семинарах, опубликованы в периодических изданиях. Практическое использование результаты работы получили при разработке разделов «Оценка воздействия на окружающую среду» (ОВОС) и «Охрана окружающей среды» (ООС) в проектах строительства различных подземных линейных сооружений на территории г.Москвы.

На защиту выносятся:

- Пространственно-временные закономерности формирования и техногенного преобразования хронологических и амплитудных показателей режима уровня грунтовых вод территории г. Москвы на основе сопоставления с фоновыми эталонами и природными режимами.

- Генетико-статистические закономерности многолетнего режима уровня грунтовых вод, как природно-техногенная обусловленность трендовых, циклических и случайных составляющих и их пространственная экстраполяция.

- Количественные критерии, оценки и разграничения фоновых и техногенных режимов уровней грунтовых вод, как основа эколого-гидрогеологического районирования.

- Обоснование выявленных закономерностей для приведения краткосрочных рядов наблюдений к многолетнему периоду и использования данных разрозненных наблюдений для прогноза экстремальных уровней грунтовых вод.

- Закономерности изменения и оценка информативности рядов наблюдений в зависимости от их продолжительности и рекомендации по их применению для решения различных гидрогеологических задач.

Автор считает своим приятным долгом поблагодарить за всестороннюю поддержку, ценные рекомендации и постоянное благожелательное отношение заслуженного деятеля науки РФ, д.г-м.н. В.П. Зверева, д.г-м.н., профессора, B.C. Ковалевского, д.т.н., профессора Е.С. Дзекцера, к.г-м.н. А.И. Арбузова, к.г-м.н.

10

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Батрак, Глеб Игоревич

Выводы.

Показано, что город, как мощный источник техногенеза, оказывает влияние на природные факторы и условия формирования режима уровня грунтовых вод.

Природные условия в городах под воздействием техногенеза могут переходить в разряд режимообразующих факторов. Сами режимообразующие факторы в городах в некоторых случаях можно рассматривать как условия по сравнению с постоянно и закономерно изменяющимися природными режимообразующими факторами. В результате анализа хронологических последовательностей многоводных и маловодных серий лет в рядах наблюдений целым рядом методов показано, что процессы, управляющие ходом хронологических изменений уровней грунтовых вод в естественных условиях, в городах не претерпевают существенных изменений. Имеет место высокая степень синхронности в чередовании этих серий, как на природной, так и антропогенной типовых кривых. Сезонные режимы подземных вод также существенно не меняются, сохраняя все черты природных внутригодовых ритмов, характерные для фоновых районов.

Иная ситуация наблюдается при анализе влияния города на амплитуды колебаний уровня грунтовых вод. При проведении амплитудного анализа было выявлено, что Москва активно "изменяет" амплитудные характеристики режима грунтовых вод. Доказано, что техногенные преобразования приводят к тому, что повсеместно наблюдается уменьшение сезонных амплитуд колебаний и, наоборот, увеличение многолетних по сравнению с фоновыми характеристиками. В городе преобладающими являются сезонные амплитуды, укладывающиеся в диапазон 0 - 0,5 м., в то время как в фоновых районах преобладают амплитуды от 0,5 до 1 м и от 1 до 1,5 м. Характер изменения внутригодовых амплитуд режима грунтовых вод Москвы с глубиной не претерпевает существенных изменений по сравнению с фоном. Для условий сложившихся городов, внутригодовые амплитуды колебаний уровня грунтовых вод для всех выделенных по глубине зон меньше амплитуд, формирующихся в естественных условиях. Для нарушенного режима грунтовых вод исчезает воздействие глубины залегания уровня грунтовых вод на величину амплитуд внутригодовых колебаний. С увеличением глубины сезонные амплитуды становятся более стабильны и многолетний размах сезонных амплитуд уменьшается. Закономерности многолетних амплитуд колебаний уровня грунтовых вод в Москве, в отличие от сезонных, нарушаются более существенно. Зафиксировано изменение распределения многолетних амплитуд среднегодовых значений с глубиной. Многолетняя амплитуда с глубиной возрастает. На большей части площади города многолетняя амплитуда за период наблюдений изменяется от 1 до 4 м.

В общем случае уровни подземных вод апреля является наименее стационарным с точки зрения многолетних амплитуд среднемесячных значений в Москве по отношению к другим месяцам, что определяется природными факторами. Однако, воздействие города рассогласовывает многолетнюю стационарность среднемесячных уровней всех 12 месяцев. Предвесенние минимальные уровни грунтовых вод в Москве, как правило, формируются на 2-4 недели раньше, чем на окружающих территориях с естественным условиями. Даты наступления весеннего максимума по мере углубления залегания подземных вод сдвигаются на более поздние сроки, хотя факторы антропогенного происхождения делают эту зависимость менее четкой, чем в естественных условиях.

Для территории Москвы осуществлен тренд анализ данных многолетних наблюдений и предпринята попытка их картирования. Присутствуют как восходящие, так и нисходяще тренды, символизирующие многолетние подъемы и спады. Территории, где идут многолетние подъемы и спады уровня подземных вод не перемешаны хаотично, а достаточно четко локализованы. Территорий, где идет многолетний спад уровня гораздо меньше. Процесс поднятия уровня грунтовых вод идет с большей интенсивностью, чем процесс его снижения. Угол наклона линейного тренда растет с глубиной. То есть интенсивность процесса подъема или спада уровней во времени с глубиной возрастает. С увеличением глубины залегания грунтовых вод роль детерминированной составляющей становится основополагающей по сравнению с циклической и случайной составляющими. Установлена закономерность распределения по площади величины доли дисперсии тренда в общей дисперсии ряда. Существует ярко

180 выраженная направленность в росте показателя с северо-востока на юго-запад.

9. Факторы урбанизации вносят изменение в механизмы формирования природной цикличности. Для грунтовых вод г.Москвы впервые выявлена семилетняя цикличность, что не наблюдается в естественных условиях. В то же время сохраняется общность периодичности в режиме грунтовых вод города и основных режимообразующих факторах (осадках и температуре) районов, находящихся в фоновых условиях.

10. Нарушение в режиме подземных вод достаточно однозначно сказывается на представительности детерминированной и случайной составляющих. Вследствие того, что техногенез носит, как правило, упорядоченный характер, доля случайной составляющей колебаний в городских режимах на 20-45 % ниже, чем ее доля в естественных условиях и преимущественно колеблется в пределах от 2% до 30%. Вышеприведенный анализ показывает, что урбанизация существенно упорядочивает многолетние режимы подземных вод, что проявляется в резком увеличении детерминированности ряда, а, следовательно, и его прогнозируемости.

11. Оценка информативности рядов гидрогеологических наблюдений имеет большое методическое и практическое значение в связи с необходимостью повсеместного и постоянного использования результатов непродолжительного изучения режима подземных вод по массовой сети наблюдательных скважин. Достоверность определения среднемноголетнего значения (нормы) существенным образом зависит от характера изучаемых гидрогеологических условий. Имеющиеся на сегодняшний день наблюдения по урбанизированным режимам Москвы, некоторые из которых насчитывают более пятидесяти лет, не дают возможности с высокой степенью достоверности определить норму, что свидетельствует о необходимости более продолжительных наблюдений. Причем, как показали расчеты, функция может как монотонно возрастать или убывать (при сглаживании по 2,3 и 5 точкам), так и иметь несколько точек перегиба, свидетельствующих о неоднократной смене за предысторию общей тенденции на возрастание или убывание. Для техногенных режимов подземных вод в большинстве случаев вообще невозможно указать на

181 предельную продолжительность ряда, из чего следует требование бессрочных наблюдений.

12. При анализе зависимости увеличения информативности многолетней амплитуды техногенного режима среднегодовых уровней грунтовых вод по мере увеличения продолжительности наблюдений для урбанизированных территорий г. Москвы были получены результаты резко отличные от полученных для естественного режима. Так, ряды наблюдений длиной более сорока лет не могут обеспечить полную информацию о размерах многолетних амплитуд. Более того, они часто содержат меньше 75 % величины многолетней амплитуды всего имеющегося ряда (а эта величина может быть меньше той амплитуды, которая сформируется при дальнейшем удлинении ряда). Достоверное определение многолетних амплитуд для урбанизированных режимов может быть получено только при длине ряда наблюдений, соответствующей длине всей совокупности, т.е. наблюдения не могут быть прекращены ни на каком этапе.

13. Среднеквадратическое отклонение и дисперсия ряда также как и многолетняя амплитуда являются показателями размаха колебаний. При анализе техногенных рядов и среднеквадратическое отклонение и дисперсия ряда продолжают интенсивно возрастать с наращиванием длины ряда наблюдений.

14. Влияние продолжительности наблюдений на соотношение детерминированной и случайной составляющих в рядах наблюдений за техногенным режимом подземных вод носит принципиально иной характер. Исчезает уровень тяготения (50% вклада), характерный для естественных режимов. Вклад детерминированной составляющей по мере роста числа членов ряда или незначительно падает, или не падает вовсе, ведя себя непрогнозируемым образом.

15. Установлено, что для естественного режима подземных вод по мере удлинения ряда доля циклических и трендовых изменений уменьшается, а доля случайных колебаний возрастает. Для техногенных режимов указанная закономерность исчезает и динамика изменений вкладов трендов и циклов может приобретать различный характер.

16. Цикличность и длина рядов наблюдений, как показали исследования, в естественных условиях не находятся во взаимосвязи. Удлинение рядов не

182 сказывается на показаниях цикличности. Те циклы которые выделяются по коротким рядам наблюдений, с большой степенью вероятности выделяются и при анализе длинных рядов. Техногенез преобразует природные хронологические последовательности серий многоводных и маловодных лет и приводит к феномену возрастания продолжительности циклов с увеличением длины рядов наблюдений.

17. В отличие от естественных условий, где выделенный по непродолжительным наблюдениям тренд, как правило, сохраняется при удлинении ряда, в условиях города наличие и направление линейного тренда в зависимости от интервала наблюдений может меняться. Таким образом, в городе необходимо оценивать трендовую составляющую ряда как для условий существовавших до проявлений нарушенности, так и для различных периодов эволюции техногенного влияния на режим подземных вод.

18. Отмечен феномен увеличения или стабилизации коэффициентов автокорреляции по мере удлинения рядов наблюдений. Это значит что прогнозируемость урбанизированных режимов подземных вод на детерминированной основе со временем возрастает. Для естественных режимов подземных вод такая закономерность не отмечается.

19. Для естественных режимов подземных четко прослеживается зависимость -чем продолжительнее наблюдения тем точнее оценки точности и достоверности определения параметров гидрогеологических рядов. Для урбанизированных территорий погрешности определения среднемноголетних уровней изменяются по более сложному закону и часто не уменьшаются с увеличением длины ряда.

20. При проявлении стабильных по воздействию техногенных факторов в режиме уровня грунтовых вод достоверность прогнозов растет, а при переходе условий формирования грунтовых вод в разряд факторов, достоверность прогнозов резко снижается. При моделировании урбанизированных режимов территории г.Москвы без учета тренда (экстраполяция одних циклов) точность прогноза уровней грунтовых вод в подавляющем большинстве случаев невелика. Однако, она существенно возрастает при использовании в прогнозе линейного тренда. Особенно ярко это проявляется при прогнозировании глубоко залегающих уровней

184

Библиография Диссертация по геологии, кандидата геолого-минералогических наук, Батрак, Глеб Игоревич, Москва

1. Антропогенные изменения водных ресурсов. М. Гидрометеоиздат, 1976, с. 125—133.

2. Астраков В.И. Гидрографический очерк Москвы -реки и ее притоков //Изв. Моск. Городской думы. М.,1879. 98 с.

3. Абрамов С.К., Дзекцер Е.С, Дегтярев Б.М., Муфтахов А.Ж. Прогноз и предотвращение подтопления грунтовыми водами территорий при строительстве. М., Стройиздат, 1978.

4. Бахирева JI.B., Жигалин А.Д., Карагодина М.В. Рациональное использование и охрана окружающей среды городов. М.: Наука, 1989 - 91 с.

5. Боголепов И. А. Климат Москвы. И., 1928, в. 152-154.

6. Бочевер Ф. М., Просенков В. И., Язвин JI. С. Подземные воды Москвы и Подмосковья. «Городское хозяйство Москвы», 1966, № 10, с. 26—28 с ил.

7. Боревский Б.В., Зеегофер Ю.О., Зекцер И.С. и др. Ресурсы и качество подземных вод Московского региона в связи с проблемой использования подземных вод для питьевого водоснабжения г. Москвы и Московской области / Там же. С. 111-121.

8. Борзов A.A. Краткая программа для описания рек и речных долин Московской губернии . М.: Изд-во О-ва изучения Моск. Губернии, 1926. 96 с.

9. Бочевер Ф.М., Орадовская А.Е.,Лапшин H.H., Гольдберг В.М. О возможности теплового загрязнения подземных вод в районах промышленных предприятий и городов. //Научн.-техн. Совещ. По геотермич. Методам исслед. В гидрогеол. М., 1975. 38 с.

10. Беккер A.A., Бойкова P.A., Бреслав Е.И. и др. Оценка состояния и причин загрязнения водного бассейна г. Москвы. //Научные и техн. Аспекты охраны окруж. Среды. Приложение № 9. 1990. С. 60-82.

11. Быков В.Д. Москва-река. М.: Изд-во МГУ, 1951. 107 с.

12. Виленский В.Д., Даценко Ю.С. Состояние Москворецкого и Волжского водоснабжения г. Москвы. //Там же. С. 122-130.

13. Вендров СЛ., Иванов А.Н. О водообеспечении Москвы и Московской обл. //Вопр. Географии. М.: Мысль, С. 91-94.

14. Водохранилища Москворецкой водной системы. / Под ред. Быкова В.Д. и др. М.: Изд-во МГУ, 1985. 266 с.

15. Временные рекомендации по предотвращению загрязнения поверхностным стоком городской территории (дождевыми, поливомоечными, талыми водами).—М.: 1985

16. Гавшина З.П., Дзекцер Е.С. Условия подтопления грунтовыми водами застраиваемых территорий. М., Стройиздат, 1982, 115 с.

17. Гаврюхина A.A. Формирование подземных вод под влиянием искусственной разгрузки (на примере Москвы). М.: Наука, 1964. 132 с.

18. Гербург-Гейбович A.A. Мезомасштабное районирование по температуре и ветру Москвы и пригородов // Тр. Гидромет. Н-И. Центра СССР. 1981. № 233.

19. Государственный доклад о состоянии окружающей природной среды Москвы в 1997 г. М. РЭФИА, 1996, 209185

20. Гидрологические исследования и водное хозяйство в бассейне р. Москвы (включая канал им. Москвы и Вазузскую гидротехническую систему).М.:МФГО СССР, 1983.154 с.

21. Гидрогеологические условия Нечерноземной зоны РСФСР/Под ред. Г.В.Куликова. М.:Недра,1983.338с.

22. Горелова Л.П. Оценка состояния качества поверхностных вод и почвы Московского региона. //Защита окруж. Среды от экол. Вред. Воздействия автомоб. Трансп. М, 1989. С. 123-130.

23. Де Уист Р. Гидрогеология с основами гидрологии суши. К.: Мир, 1969. -330с.

24. Дзекцер Е.С. Гидромеханические аспекты проблемы подтопления застроенных территорий подземными водами. В кн.: Инженерная деятельность человека и геологическая среда. М., МГУ, 1976.

25. Дзекцер Е.С., Коноплянцев A.A., Семенов С.М. Изучение многолетней изменчивости подземного стока в целях его прогноза. Журнал гидрологических наук., № 4(2), Варшава, 1977, с. 141 - 149.

26. Дзекцер Е.С. О постановке режимных гидрогеологических наблюдений территории городов в связи с развитием процесса подтопления. // Режимные инженерно-геологические и гидрогеологические наблюдения в городах. М., 1983, 93 -96.

27. Дроздов O.A., Швер Ц. А. Исследование осадков больших городов. -Информационное письмо ГУПС, 1975, X 20, с. 84-94.

28. Драчев С.М. Изменения химического состава воды р. Москвы в связи с загрязнением и процессами самоочищения. //Тр. Ин-та биологии внутр. Вод СССР. 1968. Вып. 18. С. 152-198.

29. Ефимович П.А., Титов С.Я. Максимальный сток половодий на реках Московской обл. //Исследования рек СССР. JI.,1933. Вып. 6. С. 21-30.

30. Ефремов Д.И., Клюквин А.Н., Печорин А.Т. Исследование антропогенных изменений подземного стока в бассейне р. Москвы // Тез. докл. Совещ.: Гидрол. Исслед. И вод. Хоз-во в бассейне р. Москвы. М.: МФГО СССР, 1983.С. 61-63.

31. Ефремов Д.И., Клюквин А.Н., Пашковский И.С., Рошаль A.A. Прогнозирование изменений геологической среды в Московском регионе методами математического моделирования. В кн.: Информационные проблемы изучения биосферы. М., Наука, 1991, с. 13-22.

32. Ефремова Т. Н. Прогноз естественного режима уровня грунтовых вод. «Разведка и охрана недр», 1960, № 8, с. 38—45 с ил.

33. Зеегофер Ю.О., Клюквин А.Н., Пашковский И.С., Рошаль A.A. Постоянно действующие модели гидролитосферы территорий городских агломераций. М.: Наука, 1991. 198с.

34. Зеегофер Ю.О., Батуринская И.В., Лушникова Н.П. Ретроспективный анализ состояний геологической среды. / Инженерная геология. № 2, 1987.

35. Зеегофер Ю.О., Лихачева Э.А. К вопросу обоснования прогностических моделей геологической среды. Бассейновый подход (на примере территории Московского столичного региона). М., МФГО, 1984.186

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

37. Зекцер И.С., Плотников Н.И., Язвин JI.C. О перспективах использования подземных вод. Водные ресурсы, 1979, №2, с. 75 - 82.

38. Зекцер И.С. Сколько воды под Землей. М. Знание, 1987, 67 стр.

39. Зекцер И.С. Естественные ресурсы пресных подземных вод. Прибалтика. М.: Недра, 1968. 105 с.

40. Зекцер И.С., Джамалов Р.Г. Подземные воды в водном балансе крупных регионов. М., Наука, 1989.

41. Каменев В.И. Материалы по изысканию новых источников водоснабжения г. Москвы. Работы 1927-29 гг. М.:Мосрекламсправиздат, 1929.Т.2.353 с.

42. Калакуцкий В.П. Обводнение г. Москвы и реконструкция ее водного транспорта. // Планировка и строительство городов. 1935. № 8. С. 31-37.

43. Климат Москвы: Особенности климата большого города. JL, 1969. С. 150, 270.

44. Ковалевский В. С., Коноплянцев А. А., Семенов С. М. Влияние изменений гидрогеологических условий на окружающую среду / Инженерная Геология/ №6,1988.

45. Ковалевский В. С. Влияние изменений гидрогеологических условий на окружающую среду. М., Наука, 1994, 139 с.

46. Ковалевский B.C. Исследования режима подземных вод в связи с их эксплуатацией. М., Недра, 1986, 198 с.

47. Конышев В.А. Математическое моделирование распространения газовых выбросов в атмосфере Москвы с использованием профилей ветра и температуры, получаемых на ВМК // Тр. Центр, высот, гидрометеорол. обсерватории. 1982. № 17. С. 80—89.

48. К л и м а т Москвы /Под редакцией A.A. Дмитриева к Н.П. Бессонова. Д.: Гидроивтеоиздат, 1969. - 322 с.

49. Котлов Ф. В. Инженерно-геологическое обоснование подземного строительства в городах. — В кн.: Инженерно-геологические и гидрологические проблемы градостроительства. М., Гидрометеоиздат, 1974, с. ЗЗ^П.

50. Котлов Ф. В. Изменение подземных вод территории Москвы под влиянием деятельности человека. В сб.: Вопросы формирования, режима и баланса подземных вод. М., АН СССР, 1961.

51. Котлов Ф. В. Изменение природных условий территории Москвы под влиянием деятельности человека и их инженерно-геологическое значение. М. Изд-во АН СССР, 1962, с. 255 с ил.

52. Котлов Ф. В. Рациональное использование и охрана геологической среды при городском и промышленном строительстве. В кн.: Инженерно-геологические аспекты рационального использования и охраны геологической среды. М., Наука, 1981.

53. Коноплянцев A.A., Ковалевский B.C., Семенов С.М. Естественный режим подземных вод и его закономерности. М., Госгеолтехиздат, 1963.

54. Коноплянцев A.A., Семенов С.М. Прогноз и картирование режима грунтовых вод. М., Недра, 1974.

55. Коноплянцев A.A., Семенов С.М. Изучение, прогноз и картирование режима подземных вод. М., Недра, 1979, 192 с.187

56. Коноплянцев A.A., Лушникова Н.П. Некоторые особенности формирования режима грунтовых вод на территории города. В сб.: Инженерно-строительные изыскания, № 1(53), М., 1979

57. Кофф Г.Л. и др. Методические основы оценки техногенных изменений геологической среды городов. М.: Наука, 1990. 196 с.

58. Львович М. И., Черногаева Г. М. Преобразование водного балансе г.Москвы. — Изв. АН СССР, сер. географическая, 1976, № 3, с. 52—60;

59. Лихачева Э.А., Смирнова Е.Б. Экологические проблемы Москвы за 150 лет. М.: ИГ РАН., 1994. 247 с.

60. Михайлов И.В. Влияние города на атмосферные осадки // Изв. АН СССР. Сер. геогр. 1980. №6. С. 88-94.

61. Махнач Л.А., Черногаева Г. М. Оценка объема поверхностного стока в Москве. Труды МосПгаЗ, 1992

62. Матвеев Н.П. Речные системы равнинных областей, устойчивость речных систем // Природа и природные процессы на территории Подмосковья. М.: Изд-во МОПИ им. Н.К.Крупской, 1977. С. 25-32.

63. Медведев О.П., Ильинская Н.М. Задачи контроля антропогенных изменений геологической среды на территории Москвы. В сб.: Проблемы биосферы, М„ 1985

64. Москва. Геология и город. Под редакцией В.И. Осипова, М.Н. Медведева, М„ 1997,399 с.

65. Метеорологические ежемесячники. Вып. 8, ч. II. — Обнинск . ЦВГМО, 1971—1981. —25с.

66. Матросов A.C., Рябышев М.Г. Генеральное направление водоснабжения. //Гор. Хоз-во Москвы. 1985.№9. С Л 8-21.

67. Немальцев А.С.,СавенкоВ.С.,ЭделыитейнК.К. Гидрологические проблемы водоснабжения города Москвы // Вестн.МГУ.Сер. 5, География. 1984. № 4. С.3-9.

68. Небольсин С.И., Надеев П.П. Элементарный поверхностный сток. М.-Л.: Гидрометеоиздат, 1937. 64 с.

69. Нестерук Ф.Я. Гидротехническое прошлое великого города. М.:Изд-во АН СССР, 1947.208 с.

70. Нестерук Ф.Я. Водное строительство г. Москвы.М.: Изд-во Мин-ва речного флота РСФСР , 1950. 335 с.

71. Нейдин И. Состав воды реки Яузы в различных местах ее течения. 1892. 173 с.

72. Олинцева-Небрат Г.Г. Влияние Москвы на осадки теплого сезона. Труды МосПгаЗ, 1993

73. Олинцава-Небрат Г. Г. О выявлении "ползучей" неоднородности рядов осадков о помощью уравнения линейной регрессии -. Труды МосПгаЗ, 1988, ввд. I, с. 132-138.

74. Олинцева-Небрат Г. Г. Влияние большого города на осадки (на примере Москвы). Труды МосПгаЗ, 1988, вып. I, с. 47-57.

75. Оценка ресурсов и качества поверхностных вод: на примере Московского региона / Под ред. Скорнякова В.А.,Эделынтейна К.К. М.: Изд-во МГУ, 1989. 1967 с.

76. Погосян Х.П. Особенности климата крупных городов и оздоровление городской среды//Климат-город-человек. М., 1975. С. 10—15.

77. Плотников Н. А. Ресурсы подземных пресных и минеральных вод и рассолов в г. Москве. М., Изд. Московского общества испытателей природы, 1947, с. 152—160.

78. Просенков В. И. Гидрогеотермическая характеристика и процессы формирования подземных вод интенсивно эксплуатируемых водоносных горизонтов Москвы и Подмосковья. «Советская геология», 1972, № 9, с. 149— 153, с ил.

79. Просенков В. И. Изучение температуры и минерализации подземных вод на территории Москвы. «Разведка и охрана недр». 1974, № 2, с. 36— 41, с ил.

80. Просенков В.И. Влияние градопромышленного комплекса Москвы на процессы формирования подземных вод. //Гидрологические аспекты урбанизации. М.: МФГО СССР, 1978. С. 42-51.

81. Петунников А. Состав и свойства Московских вод. М., 1879. 31 с.

82. Петунников А.Н. К вопросу о снабжении г. Москвы подпочвенной водою Яузского бассейна. М.1880. 19 с.

83. Петунников А. Состав и свойства Московских вод . // Изв. Моск. Городской думы. Приложение к вып. 10. 1882. 58 с.

84. Проблемы экологии Москвы, сеть наземных измерений. Под ред. Е.И. Пупырева. М., Гидрометеоиздат, 1992, 192 с.

85. Под охраной водоемы. //Гор. Хоз-во Москвы. 1988. № 2.С.15.

86. Ремизов Г. А. Естественные и антропогенные тенденции температуры воздуха в Москве за 1943—1977 гг. //Тр. Центр, высот, гидрометеорол. обсерватории. 1982. № 16. С. 12—15; Климат Москвы: Особенности климата большого города. Л., 1969. С. 250, 270.

87. Рябышев М.Г. От Истры до Ржева. //Гор. Хоз-во г. Москвы. 1984. № 7. С. 2021.

88. Рябышев М.Г. Новое водохранилище в системе водоснабжения г. Москвы. //Инф. Бюл. по водн. Хоз-ву СЭВ. 1983. № 2/32. С.39-45.

89. Рябышев М. Использование и охрана водных ресурсов Москвы. //Инф. Бюл. по вод. Хоз-ву СЭВ. 1985.№ 1/33. С.19-27.

90. Соколов В.Д. Гидрогеологический очерк Московской губернии. М.: Моск. губерн. земство, 1913. 158 с.

91. Соколова Н.Ю., Эделыптейн К.К. Географические и биологические аспекты оценки надежности водообеспечения г. Москвы. // Эрозия почв и русловые процессы. М.: Изд-во МГУ , 1974. Вып. 4. С. 94-101.189

92. Строительство канала Москва-Волга. //Стр-во Москвы. 1935. № 9-10. С. 251.

93. Старикова Н.Д. Накопление и распределение осадков в некоторых водохранилищах канала им. Москвы. //Докл. АН СССР. 1956. Т.З. № 6. С.1326-1329.

94. Субботин А.И., Дыгало B.C. Многолетние характеристики гидрометеорологического режима в Подмосковье. / Материалы наблюдений Подмосковной воднобалансовой станции/. Ч.1.Д1. ИП-ГЦВГМО. М., 1982. 158 с.; 162 с.

95. Семенов С.М., Искандаров Н.Г. Структура многолетних колебаний уровня подземных вод. Разведка и охрана недр. №4, 1985, с. 58-64.

96. Семенов С.М., Овчаренко Т.Г. Закономерности формирования режима уровня грунтовых вод (на примере г. Москвы). В сб.: Режимные гидрогеологические наблюдения в городах. М., Наука, 1983, с. 135 -136.

97. Семенов С.М. Закономерности формирования многолетних колебаний уровня подземных вод, как основа его сверхдолгосрочного прогнозирования. В сб.: Формирование подземных вод, как основа долгосрочных прогнозов., М., Наука, 1982, с. 317 - 319.

98. Семенов С.М., Овчаренко Т.Г. Модели для анализа закономерностей режима и баланса подземных вод урбанизированных территорий. // Материалы симпозиума по определению баланса подземных вод. Варна. 1982, с. 17-19.

99. Семенов С.М. К вопросу о вероятной изменчивости уровня грунтовых вод. В сб.: Вопросы изучения и прогноза режима подземных вод, вып. 129, 1979, с. 33-40.

100. Труды комиссии по изысканию новых источников водоснабжения г. Москвы / Под ред. Н.И.Гущина и А.П.Прудникова. М.: Изд-во Мое. Коммун. Хоз-ва, 1927. Вып. 1. 101 е.; Вып. 2. 112 е.; Вып. 3. 209 е.; Вып. 5. 79 с.

101. Черногаева Г. М. Влияние урбанизации на качество поверхностном стока с территории города. — В кн.: Географические аспекты исследования водных ресурсов СССР. М., Моск. филиал Географического о-ва 1982, с. 35—42.

102. Черногаева Г. М. Водный баланс города и его влияние на окружающую среду. — В кн.: Гидрологические аспекты урбанизации. М., Моск. филиал Географического о-ва, с. 15—19.

103. Черногаева Г. М. Влияние города на водный баланс территории. В кн. :

104. Черногаева Г. М. Гидрологическая роль урбанизации на примере г. Москвы. — Вопросы географии. Ландшафт и воды, 1976, вып. 102, с. 85—-93.

105. Черногаева Г. М., Львович М. И. Изменение водного баланса территории под влиянием урбанизации. — В кн.: Проблемы гидрологии. М., Изв. АН СССР, 1978, с. 43—52.

106. Чернышев Е. П., Автокеев В. А., Михайлов И. В. Гидрология городов и охрана водных ресурсов. — В кн.: Географические исследования для целей социалистического природопользования. Л. Всесоюзное географическое о-во, 1980, с. 15—29.

107. Чернышев Е. П., Автокеев В. А. Изучение изменения водного баланса под влиянием городов. — В кн.: Гидрологические аспекты урбанизации. М, Моск. филиал Географического о-ва, 1978, с. 27—35.190

108. Федоров Jl.Т. Некоторые итоги изучения стока на малых водосборах Горетовской стоковой станции. //Вопр. Географии. М.:Географгиз, 1963. Вып. 60. С. 107-126.

109. Чепурко Н.Л., Крутиков В.Л. Некоторые особенности весеннего стока на Теплостанской возвышенности. //Эрозия почв и русловые процессы. М.: Изд-во МГУ , 1974. Вып. 4.

110. Черногаева Г.М. Гидрологическая роль урбанизации (на примере г. Москвы) //Вопр. Географ. М.: Мысль, 1976. Сб. 102. С. 48-60.

111. Черногаева Г.М. Влияние урбанизации на качество поверхностного стока с территории города. //Географич. Аспекты исслед. И использ. вод. Ресурсов в СССР. М.: МФГО СССР, 1982. С. 149-162.

112. Швер Ц. А. Атмосферные осадки на территории СССР. Д.: Гидрометеоиздат, 1976. - 302 с.

113. Яковкин A.A. К вопросу о загрязнении Москвы-реки. Доклад обществу для содействия улучшению и развитию мануфактурной промышленности // Изв. Об-ва для содействия улучшению и развитию мануфакт. Пром-ти, М. 1892. Т.2. Статья 1.21 с.