Основные результаты поисков подземных вод для удовлетворения питьевых потребностей поселка Тура

Подробности

Автор: Кадамцева Т.Н., Козак С.З., Сидоркин В.В., Федулова А.М., Язвин А.Л.

Поселок Тура, для водоснабжения которого необходимо было выявить и оценить ресурсы и эксплуатационные запасы подземных вод, расположен на севере Красноярского края РФ, у впадения р.Кочечумо в р. Н.Тунгуска, и является административным центром Эвенкийского автономного округа. Численность населения – около 6 тыс. человек.

Климат рассматриваемого района резкоконтинентальный, с холодной продолжительной зимой и коротким довольно жарким летом. Средняя продолжительность безморозного периода всего 75-90 дней. Среднемноголетняя годовая температура минус 9⁰С. Среднегодовая сумма осадков – 339 мм, из них 80% выпадает в теплый период.

Суровые климатические условия определяют широкое развитие в районе п. Тура многолетней мерзлоты, мощность которой составляет 20-80 м. Мерзлотой поражены как покровные четвертичные отложения (ледниковые, водно-ледниковые, аллювий надпойменных террас), так и породы коренной основы (нижнетриасовые образования траппового комплекса, представленные туфами и базальтами).

Особенности климата, геологического строения и наличие многолетней мерзлоты определяют специфику гидрогеологических условий района, приуроченного к Тунгусскому артезианскому бассейну Восточно-Сибирской артезианской области. Здесь развиты три типа подземных вод:

• надмерзлотные, циркулирующие в непромороженных (или сезонно-талых) четвертичных нелитифицированных осадках;
• подмерзлотные (трещинно-жильные и трещинно-пластовые), локализованные в образованиях нижнего триаса;
• таликовые воды.

Необходимо отметить следующее: результаты поисково-разведочных работ, проведенных во второй половине 1980–х годов Красноярской гидрогеологической экспедицией ПГО «Красноярскгеология» с целью обеспечения потребностей водоснабжения п.Тура, показали, что подмерзлотные и таликовые воды, локализованные в туфо-базальтовых образованиях, по составу хлоридные натриевые. Их минерализация составляет 30-40 г/л. Это обстоятельство исключает возможность их использования для питья. Вместе с тем, из непромороженного аллювия р.Кочечумо были получены пресные воды (минерализация – около 0,4 г/л), пригодные для использования в качестве питьевых.

С учетом изложенного, при планировании поисково-оценочных работ в качестве наиболее перспективных потенциальных источников водоснабжения были признаны следующие:

- таликовые воды, циркулирующие в непромороженных аллювиальных отложениях, распространенных, предположительно, в пойменных частях долин рек Н.Тунгуска и Кочечумо;

- подземные воды сквозных таликов (генетически связанных с разрывной тектоникой), развитых по коренным породам, предположительно, в долинах мелких притоков рек Кочечумо и Н.Тунгуска (выше основных базисов дренирования, что минимизирует вероятность разгрузки соленых подмерзлотных вод в такие талики).

В настоящее время потребности хозяйственно-питьевого водоснабжения п.Тура удовлетворяются посредством забора воды из р. Кочечумо (зимой – в устье реки, при ее впадении в р. Н.Тунгуска, летом – выше п.Тура, близ устья безымянного ручья). Однако, на пике зимней межени, когда основная роль в формировании речного стока переходит к подземным водам, разгружающимся через сквозные талики со значительных глубин, минерализация воды в р.Кочечумо приближается к 0,7г/л, а в устье, где размещен водозабор, в это время превышает 1 г/л (в р.Н.Тунгска более 1,5г/л). Весной, при прохождении паводка, обусловленного снеготаянием, речные воды разбавляются талыми, их минерализация снижается, но, вместе с тем, в речной воде изобилуют взвешенные частицы, повышается цветность, ухудшаются бактериологические показатели. Приведенные обстоятельства обусловливают непригодность речной воды для питьевого использования на протяжении большей части года. Зимой население вынуждено растапливать речной лед, чтобы добыть питьевую воду. Таким образом, приходится констатировать, что в настоящее время население п. Тура не располагает экологически надежным источником питьевого водоснабжения.

Приведенные характеристики гидрогеологических условий и современного состояния водоснабжения свидетельствуют об остроте проблемы изыскания источников подземных вод для удовлетворения питьевых потребностей населения п Тура.

С учетом изложенных обстоятельств, в 2003 году ТЦ «Эвенкиягеомониторинг», совместно с ЗАО «ГИДЭК», начаты изыскания таких источников. Прежде всего, была разработана программа исследований (соответствующих поисково-оценочной стадии), основными элементами которой являлись следующие: дешифрирование АФС с целью выявления зон разрывной тектоники, участков развития таликов; зимнее (наземное и аэровизуальное) и летнее (наземное) гидрогеологическое обследование площади; наземная (ВЭЗ) и речная (ВЭЗ, термометрия, резистивиметрия) геофизика; бурение, каротаж, фильтрационное и гидрогеохимическое опробование скважин; наблюдения за режимом изменения уровней, температуры и минерализации подземных вод, минерализации речных вод.

По результатам дешифрирования АФС и летнего гидрогеологического обследования предварительно были выделены таликовые зоны в поймах основных рек, а также развитые по интенсивно трещиноватым коренным породам сквозные талики в приустьевых частях ручьев Гремучий (правый приток р.Н.Тунгуска) и Кулингдакан (левый приток р.Кочечумо).

С целью заверки результатов визуальных наблюдений и определения пространственного положения границ таликовых зон, в 2003-м году, осенью и в начале зимы, были проведены наземные геофизические исследования, в ходе которых определены геоэлектрические параметры распространенных на площади 5-ти основных типов горных пород:

- туфо-лавовые образования мерзлые – 2500-3000 Омм;

- туфо-лавовые образования талые – 110-280 Омм;

- аллювий мерзлый – 400-1000 Омм;

- аллювий талый, насыщенный пресной водой – 100-200 Омм;

- аллювий талый, насыщенный солеными водами – 20-50 Омм.

Результаты проведенных осенью 2003 г. геофизических исследований подтвердили наличие таликов под руслами основных рек. При этом было установлено, что под руслом р.Н.Тунгуска в непромороженный аллювий разгружаются соленые воды (что в последствии подтверждено геофизикой и результатами опробования поисковых скважин на детальном участке №4), а в талом при- и подрусловом аллювии р.Кочечумо воды пресные. Кроме того, оказалось, что поперечные размеры таликов крайне ограничены. Положение их границ на лево- и правобережье практически совпадает с положением береговых линий (при близких к средним за год уровнях речных вод).

С учетом выявленных обстоятельств, последующие исследования концентрировались, в основном, в долине р.Кочечумо, где, как было установлено, в аллювиальных отложениях, формирующих верхнюю часть разреза, при- подруслового талика, локализованы ресурсы пресных вод. Здесь были организованы дополнительные геофизические работы (ВЭЗ), проведенные в начале зимы 2003-2004 гг., при низком положении уровней речных вод. Работы были проведены со льда в пределах 3-х выделенных детальных участков (см.рис.1). При этом на каждом участке было подтверждено наличие при- подруслового талика и достаточно четко определено положение его левобережной границы, что определило возможность перехода к заверочным буровым и опытным работам.

Вполне естественно, наиболее детально изучен расположенный в непосредственной близости от объекта водоснабжения 1-ый детальный участок, выделенный непосредственно у северо-западной окраины п Тура. Полученные здесь результаты проиллюстрированы рис. 2, из которого видно, что наиболее мощный талый аллювий распространен на левобережье р.Кочечумо. При этом верхняя часть разреза крупнообломочных аллювиальных отложений, как видно на разрезах (рис.2), отделена от нижней водоупорным пропластком суглинков. Наличие этого пропластка, по всей вероятности, препятствует попаданию слабонапорных соленых подмерзлотных вод в верхнюю часть разреза аллювия и обусловливает локализацию пресных вод в верхней части подруслового талика.

Для подтверждения последнего вывода были организованы наблюдения за динамикой изменения уровней, температуры и минерализации подземных вод по скв. Т-3, а также за изменениями минерализации воды в р. Кочечумо. Осенью 2004 г. в скважине были установлены два резистивиметра на глубинах 3,5м (выше пропластка глин) и 7,5м (у забоя); датчик температуры и датчик давления.

Уровни подземных вод менялись в соответствии с изменениями уровней речных вод, температура оставалась достаточно стабильной (около +0,5°С) в течение всего периода наблюдений. Наибольший интерес, естественно, представляла динамика изменений минерализации, проиллюстрированная рис. 3, из которого видно, что минерализация подземных вод в период с октября 2004 г. по апрель 2005 г. (т.е. на протяжении всей зимней межени 2004-2005 гг.) оставалась стабильной как на глубине 3 м (0,6-0,8 г/л), так и на глубине 7 м (около 2 г/л). В течение того же периода, как видно из рис. 3, минерализация воды в р. Кочечумо (в проруби возле скв. Т-10, см.рис.2) увеличилась от 0,2 до 0,6 г/л, в р. Н.Тунгуска – от 0,35-0,40 до 1,0-1,2 г/л.

Полученные результаты достаточно наглядно подтвердили вывод о том, что в пойме р. Кочечумо, в непромороженном аллювии, локализованы ресурсы пресных подземных вод, минерализация которых в верхней части разреза не превысила 0,6-0,8 г/л; в нижней части – 2 г/л на протяжении всей зимней межени 2004-2005 гг.

Весной 2004 г. были обследованы предварительно выделенные в приустьевых частях долин ручьев Гремучий и Кулингдакан сквозные талики, развитые по трещиноватому коренному разрезу. Аэровизуальными наблюдениями зафиксировано наличие стока на обследованных участках, что наглядно проиллюстрировано рис. 4, на котором отчетливо видно проседание снежного покрова, подмытого снизу водой, стекающей из сквозного талика на руч. Кулингдакан в р. Кочечумо (снимок сделан «на пике» воднокритического периода, в конце апреля 2004 г.). Летом 2004 г. наличие здесь сквозного талика подтверждено данными ВЭЗ.

Анализ полученных данных показал следующее:

- наиболее приемлемо вовлечение в эксплуатацию ресурсов пресных подземных вод, локализованных в при- подрусловом талике долины р. Кочечумо, в пределах 1-го детального участка, расположенного возле объекта водоснабжения;

- эффективное вовлечение аллювиальных вод в эксплуатацию может быть обеспечено посредством сооружения горизонтальной дрены, заложенной в непромороженный аллювий на левобережье р.Кочечумо.

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод на 1-ом детальном участке была выполнена методом математического моделирования. Целью прогнозного моделирования являлось обоснование параметров водозаборного сооружения, таких как длина дрены, глубина ее заложения и размещение относительно уреза реки и границы талика.

Основными факторами, определяющими схему водозабора и величину ЭЗПВ, являются:

- величина допустимого понижения уровня подземных вод аллювиального горизонта;

- качество отбираемой воды, зависящее от доли балансовой составляющей базальтового ВГ в отбираемой при эксплуатации дрены воде.

Моделирование проводилось в профильной двухмерной постановке, согласно которой напор является функцией двух координат, X и Z: Н = f (x, z). Ось Х направлена перпендикулярно руслу р.Кочечумо.

Профильная дискретизация геофильтрационной модели участка показана на рис. 5. Поверхности слоев заданы горизонтальными, их мощность в пределах верхней части разреза (выше абс. отметки 115 м) составляет 0.5 м. Размер стороны блока по оси Y составляет 5 м, по оси X изменяется от 5 м до 1 м.

Значения коэффициентов фильтрации приняты по результатам одиночных откачек и составляют для коренных отложений (верхней трещиноватой зоны) - 1 м/сут, для аллювиальных 20 м/сут (рассматривался также вариант К=10 м/сут).

Расчеты были проведены в наиболее жесткой постановке, отвечающей условиям пика зимней межени – апреля месяца. На геофильтрационной модели р.Кочечумо и проектируемая дрена отражены путем задания граничного условия первого рода с абс. отметками уровня 122 м и 120.5 м соответственно (принятое допустимое понижение - 1.5 м).

В качестве приоритетного показателя состава подземных вод, для которого проведены прогнозные расчеты на основе результатов фильтрационного моделирования, принято содержание хлоридов, как наиболее близкое к ПДК. Определение прогнозного содержания хлоридов в отбираемой воде заключалось в оценке соотношения долей вод коренных и аллювиальных отложений в общем балансе водоотбора.

На основании результатов численного моделирования были сделаны следующие выводы:

1) Оптимальным является размещение дрены вблизи уреза реки на отметках выше кровли слабопроницаемого прослоя суглинка (в интервале а.о. 119-120 м). При более глубоком положении определяющую роль играют фильтрационные свойства слабопроницаемого прослоя, который затрудняет фильтрацию речных вод к дрене, что способствует увеличению доли вод базальтового горизонта и, следовательно, росту содержаний Cl.

2) При Кф аллювиальных отложений 20 м/сут потребуется сооружение дрены длиной 100-200 м – в зависимости от фильтрационных свойств слабопроницаемого прослоя. При этом прогнозное содержание хлоридов не превышает допустимого, составляя около 300 мг/л. При Кф = 10 м/сут длина дрены увеличивается приблизительно в два раза, а прогнозное содержание хлоридов возрастает до ~ 315-325 мг/л, но остается ниже ПДК (350 мг/л).

Следовательно, необходимая длина дрены может составить от 100 до 400 метров, при этом качество отбираемых вод будет соответствовать требованиям нормативных документов. Параметры водозаборного сооружения, очевидно, могут быть уточнены по результатам эксплуатации опытного фрагмента дрены (протяженностью не более 100 м).

Таким образом, источник питьевого водоснабжения для п.Тура выявлен и оценен, т.е. целевая задача поисково-оценочных работ решена.