Геоинформационная модель Восточного Приаралья создавалась с помощью ГИС MapInfo 4.0 . Цель - отображение гидрогеологических условий региона для их изучения и анализа, подготовка исходных данных для математической модели, отображение и анализ результатов моделирования. При создании ГИС для обеспечения целостности информации был использован принцип общности базовых карт. В качестве базовых были выбраны гидрогеологические карты масштабов 1: 5 000 000, 1: 500 000, 1: 50 000, что соответствует глобальному, региональному и локальному уровням. На основе базовых составлялись и все остальные карты. Базовая картографическая основа глобального и регионального уровней введена для всей территории Восточного Приаралья. Ввод гидрогеологических карт масштаба 1: 50 000 (соответствующих локальному уровню) планируется осуществлять в дальнейшем, в процессе эксплуатации системы и только для отдельных участков, представляющих наибольший практический интерес. При вводе картографических материалов указывалось, в каком интервале масштабов нужно показывать то или иное изображение. Тем самым достигался эффект появления на карте дополнительных элементов при увеличении масштаба ее рассмотрения (рисунок 2).
|
Рисунок 2. Генерализация геоизображений Восточного Приаралья
В ГИС вводились картографические материалы, отображающие гидрогеологические условия региона, результаты их схематизации, а также результаты моделирования. Для отображения всего многообразия данных, встречающихся на картах, использовались элементарные графические объекты: точка, линия, контур, область. С каждым графическим объектом связывалась содержательная (атрибутивная) информация из базы гидрогеологических данных. При работе с ГИС при указании курсором на какой-либо графический объект в отдельном окне визуализируются связанные с ним символьные данные (рисунок 3).
 |
Рисунок 3. Просмотр сведений по скважинам
ГИС создавалась на основе ранее выполненных исследований, описанных в разделе Гидрогеологическая изученность территории. Гидрогеологические условия и результаты их моделирования приводятся соответственно в разделах Отображение и характеристика гидрогеологических условий и Отображение и описание результатов математического моделирования. В качестве иллюстраций использованы карты, сформированные средствами ГИС.
Территория Восточного Приаралья занимает площадь более 450 тыс. кв.км. Первые сведения о подземных водах бассейна Аральского моря связаны с именами Д.И.Мушкетова, А.С.Ферсмана, О.К.Ланге, И.Г.Кассина, А.А.Козырева, И.К.Зайцева и др. Планомерное изучение территории, в основном южной и восточной части, началось в пятидесятые годы. Геологическое картирование послужило основой для проведения гидрогеологических съемок, а в начале 60-х годов - поисково-разведочных работ. К концу 70-х годов почти вся территория юго-восточной части бассейна Арала была покрыта комплексными геолого-гидрогеологическими съемками масштаба 1:500 000, 1:200 000, а значительная часть - 1:50 000. Для ряда массивов орошения Кзыл-Ординской, Чимкентской областей Казахстана, Каракалпакии выполнялись детальные разведочные работы с оценкой эксплуатационных запасов подземных вод. К этому периоду относятся первые региональные гидрогеологические исследования, посвященные вопросам формирования, режиму, гидродинамике, гидрохимии и гидротермии подземных вод как отдельных районов, так и всего региона Приаралья. Эти работы связаны с именами У.М.Ахмедсафина, Ж.С.Сыдыкова, Н.Н.Ходжибаева, В.И.Дмитровского, Л.А.Островского, И.С.Пашковского, В.О.Волейшо, А.С.Гребенникова, С.Ш.Мирзаева, Т.Б.Гребенщиковой, Н.М.Бондаренко, А.С.Виднякова, С.М.Шапиро, В.И.Рубанова, П.В.Волкова, В.В.Красникова, И.С.Русанова и др. Каждый из этих исследователей внес определенный вклад в познание гидрогеологии района. У.М.Ахмедсафиным было дано описание артезианских бассейнов Кызыл-Кумов и Северного Приаралья (1961, 1968), а совместно с Ж.С.Сыдыковым и И.Б.Дальяном (1961) - условий формирования подземных вод Восточного Приаралья. Ими отмечалось, что областью формирования подземных вод региона являются: восточные склоны Мугоджар и Чушкакульской антиклинали, горы Каратау, Таласский Алатау, Чаткальский, Каржантауский и Кураминский хребты. Предполагалось, что основная региональная разгрузка подземных вод происходит на побережье и через дно Аральского моря.
Крупные работы регионального характера по территории Средней Азии были выполнены узбекскими учеными. Составлена карта естественных потоков грунтовых вод по территории Узбекистана с комплексом аналитических карт. В 80-х годах А.С.Вишняковым, Х.Р.Дусходжаевым была осуществлена типизация гидрогеологических районов Средней Азии в качестве основы для проведения гидрогеологических прогнозов (1988). Проводились многочисленные работы по оценке естественных и эксплуатационных запасов подземных вод как регионального плана, так и в пределах отдельных участков с последующим утверждением эксплуатационных запасов. Сводные обобщения по Южно-Приаральскому артезианскому бассейну были выполнены Л.А.Островским (1962,1969,1973), И.С.Пашковским (1969), С.Ш.Мирзаевым (1964). В них помимо отражения общих закономерностей формирования подземных вод меловых отложений, гидродинамических условий, параметров пластов, приводятся результаты балансовых расчетов. И.В.Пинхасовым (1984) охарактеризованы основные этапы формирования рельефа. В работе Т.Б.Гребенщиковой (1976), выполненной в пределах Сырдарьинского артезианского бассейна установлены закономерности распространения термальных вод, определена водообильность основных водоносных комплексов и распределение напоров, как по площади, так и в разрезе, установлены гидрохимическая и геотермическая зональности. Геолого-геофизические исследования обобщены И.М.Мелькановицким (1975). Он указал на наличие площадной взаимосвязи между водоносными комплексами, определил ее интенсивность. Однако эти расчеты не были подтверждены балансовыми исследованиями. Начиная с 70-х годов для изучения подземных вод Приаралья стали широко использовать методы математического моделирования.
Многоплановые работы в этом направлении были выполнены казахстанскими и узбекскими исследователями в последние 10 - 15 лет. К ним относятся работы В.П.Золотарева (1990) по моделированию подземного и солевого стока в котловину Аральского моря, Н.В.Калмыковой по созданию гидродинамической модели Сырдарьинского артезианского бассейна (1989), С.М.Шапиро, Т.Н.Винниковой и др. по региональным исследованиям процессов формирования подземных вод Сырдарьинского артезианского бассейна на основе математического моделирования (1988,1989,1991,1992,1995), В.В.Веселова, В.М.Мирласа, В.Ю.Паничкина и др. по созданию региональной математической модели гидрогеологических условий Казахстанской части Приаралья для целей рационального использования, управления эксплуатацией и охраны подземных вод (1991,1992,1995).
Для оценки эксплуатационных запасов Кзылжарминского месторождения подземных вод, расположенного на территории г. Кзыл-Орды, п.Тасбугет и их окрестностей создавалась модель-врезка в региональную модель юго-восточного Приаралья (Веселов В.В., Мирлас В.М., Трушель Л.Ю. 1995). Схема расположения математических моделей гидрогеологических объектов Восточного Приаралья приведена на рисунке 4:
 |
Рисунок 4. Схема расположения математических моделей гидрогеологических объектов Приаралья
1. Граница модели Сырдарьинского и южной части Тургайского артезианского бассейнов (авторы: В.В.Веселов, В.М.Мирлас, В.Ю.Паничкин и др.) 2. Граница модели Сырдарьинского артезианского бассейна (авторы: С.М.Шапиро, Т.Н.Винникова, Н.В.Калмыкова) 3. Граница модели котловины Аральского моря (авторы: С.М.Шапиро, Т.Н.Винникова, В.П.Золотарев и др.) 4. Граница модели Кзылжарминского месторождения подземных вод (авторы: В.В.Веселов, В.М.Мирлас, Трушель Л.Ю.)
Хасановым А.С., Тахировым Н., Исановым А.Г. (1982) была выполнена прогнозная региональная оценка эксплуатационных запасов подземных вод верхнемеловых отложений Южно-Приаральского артезианского бассейна с применением методов математического моделирования и в связи с оценкой взаимосвязи подземных вод с Аральским морем.
Характеристика гидрогеологических условий Восточного Приаралья дается нами на основе результатов этих исследований.
Описание гидрогеологических условий Восточного Приаралья дается на основе исследований, выполненных авторами, перечисленными в разделе "Гидрогеологическая изученность территории". Здесь также кратко рассматриваются физико-географические и геолого-структурные особенности региона.
Своеобразие и характерные особенности дневной поверхности территории Приаралья обусловлены тем, что она расположена в центре Туранской плиты. Основная площадь занята равнинами различного генезиса с абсолютными отметками поверхности 60-320м и общим уклоном в сторону Аральского моря (рисунок 5). Снижение его уровня привело к формированию вдоль берегов и вокруг островов песчано-глинистой равнины, плоская поверхность которой, с абсолютными отметками 40-60м, осложнена сорово-дефляционными понижениями и положительными формами эолового микрорельефа.
 |
Рисунок 5. Гипсометрическая карта Восточного Приаралья
Климат Приаралья - резко континентальный со значительными колебаниями годовых и суточных температур. Среднегодовые и месячные температуры воздуха в целом возрастают с севера на юг и со стороны гор к равнинам, а сумма атмосферных осадков в обратном направлении. Потенциальная возможность испарения влаги (испаряемость) составляет 900-1000 мм (в пределах Аральского моря 1000-1080мм) в год, что в среднем в 3-12 раз превышает количество выпадающих атмосферных осадков, среднегодовой объем которых изменяется от 80-90 мм на юго-западе, до 160-370 мм севере и до 400 мм в предгорной зоне. Атмосферные осадки имеют минерализацию от 20-50 мг/л на севере и в предгорных районах до 100-140 мм на юге и западе. Летом после пыльных бурь она может достигать 300-500мг/л. По составу воды гидрокарбонатные (в основном зимой) и гидрокарбонатно-сульфатные, а на западе - сульфатные (летом), кальциево-натриевые. Моделируемая территория находится в пределах бассейна Аральского моря - крупнейшего бессточного водоема, питающегося в основном за счет притока поверхностных вод рек Сырдарьи и Амударьи. Начиная с 60-х годов в связи с зарегулированием стока этих рек, поступление воды в Арал резко сократилось.
В геолого-тектоническом отношении весь бассейн Аральского моря занимает центральную и юго-восточную часть Туранской плиты и расположен в области сочленения двух типов структур - субмеридианальной Уральской и субширотной Тяньшаньской. Палеозойский фундамент, выходящий на поверхность земли по границам бассейна в районах горных сооружений, залегает на глубинах до 1.5 км под акваторией моря. Водоносные комплексы пород платформенного чехла в разных частях бассейна залегают с резким несогласием на различных складчатых образованиях и на разных глубинах. Они имеют неодинаковую степень закрытости и условия водообмена. В пределах бассейна Аральского моря выделяются три структурно-тектонического района: Северо-Приаральский, включающий юго-западную часть Тургайского прогиба, Северо-Устюртский и Восточно-Аральский. Северо-Приаральский структурный блок осложнен Челкарским прогибом и Северо-Приаральской системой структур. Общая мощность основных водоносных комплексов меловых песчано-глинистых и карбонатных отложений от 50-150 м на севере, до 80-1200м и более на юго-западе. Северо-Устюртский структурный блок на рассматриваемой территории занимает лишь крайнюю северо-восточную часть. Здесь мощность основных водоносных комплексов меловых отложений составляет 2.0-2.6 км, а вышележащих палеоген-неогеновых - 0.6-1.2 км. Восточно-Аральская система прогибов занимает восточную и юго-восточную части бассейна и вытянута на 500-550 км, от Нижне-Амударьинско-Султаноиздагской зоны поднятий на юге, до Арало-Нижнесырдарьинских структур на севере. Ширина ее 200-350км. В Восточно-Аральской впадине максимальная мощность юрских и меловых отложений достигает 200м, палеогеновых - 350м .
Район Приаралья в гидрогеологическом отношении представляет собой разнопорядковую систему артезианских бассейнов. В разрезе эта гидродинамическая система включает несколько водоносных комплексов, разделенных слабопроницаемыми глинистыми отложениями(рисунок 6).
 |
Схематический гидрогеологический разрез по линии II-II
 |
Схематический гидрогеологический разрез по линии VI-VI
 |
Рисунок 6. Схематическая гидрогеологическая карта Восточного Приаралья
Границы распространения отложений: 1 - эоценовых, 2 - эоцен-олигоценовых, 3 - верхнеальб-сеноманских, 4 - нижнесреднеальбских, 5 - неоком-аптских, 6 - юрских, 7 - скважина и ее номер, 8 - линия гидрогеологического разреза и ее номер, 9 - район исследований.
Водоносный комплекс верхненеоген-четвертичных отложений распространен практически повсеместно за исключением Нижнесырдарьинского поднятия, где на поверхность выходят меловые отложения. Генетически - это аллювиальные, озерные, озерно-аллювиальные, пролювиальные, аллювиально-пролювиальные, эоловые, морские отложения. Наибольшее распространение получили аллювиальные и аллювиально-пролювиальные: пески, гравийно-галечники, валуны, суглинки, супеси, реже глины, конгломераты, песчаники. Значительные площади в Приаралье заняты эоловыми песками: Большие и Малые Барсуки, Приаральские Каракумы, Кызылкумы. Морские отложения представлены преимущественно илами, глинами. Общая мощность верхненеоген-четвертичных отложений изменяется от 20 до 800м при общей тенденции уменьшения ее с юго-востока на северо-запад. Мощность водовмещающих отложений колеблется в пределах от нескольких метров до 250м. Фильтрационные свойства характеризуются величинами водопроводимости от 50 м2/сут в Приаралье до 4000-8000 м2/сут в пределах Арысского и Приташкентского артезианских бассейнов второго порядка.(рисунок 7)
 |
Рисунок 7. Схематическая карта водопроводимости водоносного комплекса верхненеоген-четвертичных (N-Q) отложений Восточного Приаралья
Водопроводимость, м2/сут: : 1 - менее 50, 2 - от 50 до 100, 3 - от 100 до 300, 4 - от 300 до 500, 5 - от 500 до 800, 6 - от 800 до 1000, 7 - от 1000 до 1500, 8 - более 1500. Выходы отложений на поверхность: 9 - палеозойских; 10 - донеогеновых мезокайнозойских. 11 - распространение спорадически обводненных верхненеоген-четвертичных обложений; 12 - граница района исследований.
В целом подземные воды верхненеоген-четвертичных отложений безнапорные(рисунок 8).
 |
Рисунок 8. Схематическая карта гидроизогипс верхненеоген-четвертичного (N-Q) водоносного комплекса Восточного Приаралья (по состоянию на 1960-65 гг)
1 - гидроизогипсы, м. Выходы отложений на поверхность: 2 - палеозойских; 3 - донеогеновых мезокайнозойских. 4 - распространение спорадически обводненных верхненеоген-четвертичных обложений; 5 - граница района исследований
Небольшие местные напоры обусловлены наличием глинистых прослоев. Глубины залегания подземных вод самые разнообразные и зависят от рельефа местности и удаленности от зоны влияния поверхностных водотоков.(рисунок 9)
 |
Рисунок 9. Схематическая карта глубин залегания подземных вод верхненеоген-четвертичного (N-Q) водоносного комплекса Восточного Приаралья (по состоянию на 1960-65 гг)
Глубина залегания подземных вод, м: 1 - менее 3, 2 - от 3 до 5, 3 - от 5 до 10, 4 - от 10 до 20, 5 - от 20 до 30, 6 - от 30 до 50, 7 - более 50. Выходы отложений на поверхность: 8 - палеозойских; 9 - донеогеновых мезокайнозойских. 10 - распространение спорадически обводненных верхненеоген-четвертичных обложений; 11 - граница района исследований.
Водоносный комплекс повсеместно залегает на породах регионального водоупора, представленного глинами палеогенового возраста. Глубины залегания подошвы комплекса достигают наибольших величин во впадинах в восточных и юго-восточных частях бассейна, наименьших (200-100) в Южном Приаралье. По периферии Нижнесырдарьинского поднятия и в предгорьях Каратау отмечаются многочисленные выходы глин на дневную поверхность (рисунок 10 ).
 |
Рисунок 10. Схематическая карта глубин залегания кровли первого от поверхности регионального водоупора (P) Восточного Приаралья.
1 - изолинии глубин залегания кровли водооупорных отложений, м; 2 - отсутствие водоупорных отложений; 3 - выходы водоупорных отложений на дневную поверхность; 4 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 5 - граница района исследований.
Карта мощности первого от поверхности регионального водоупора приведена на рисунке 11).
 |
Рисунок 11. Схематическая карта мощности первого от поверхности регионального водоупора (P) Восточного Приаралья.
Мощность водооупорных отложений, м: 1 - менее 50, 2 - от 50 до 100, 3 - от 100 до 150, 4 - от 150 до 200, 5 - от 200 до 300, 6 - от 300 до 400, 7 - от 400 до 500, 8 - от 500 до 600, 9 - от 600 до 700, 10 - от 700 до 800, 11 - более 800. 12 - отсутствие водоупорных отложений; 13 - выходы водоупорных отложений на дневную поверхность; 14 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 15 - граница района исследований.
Водоносный комплекс эоценовых отложений саксаульской свиты выявлен и изучен в Северном Приаралье. Водовмещающие породы представлены мелко и среднезернистыми кварцево-глауконитовыми песками и песчаниками суммарной мощностью 30-160 м. Подземные воды в основном напорные, минерализация изменяется в пределах 0.2-2.8 г/л.
Водоносный комплекс верхнетурон-сенонских отложений распространен в Приаралье повсеместно, за исключением небольших участков в пределах Нижнесырдарьинского поднятия (рисунок 12).
 |
Рисунок 12. Схематическая карта гидроизопьез водоносного комплекса верхнетурон-сенонских отложений (K2t2 - sn) Восточного Приаралья (по состоянию на 1960-65 гг).
1 - гидроизопьезы, м; 2 - граница Аральского моря на 1961 г.; 3 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 4 - отсутствие водоносного комплекса; 5 - граница района исследований.
Разрез верхнетурон-сенонских отложений представлен песчано-глинистой толщей морского и континентального происхождения. Водоносными отложениями являются мелко- и разнозернистые пески и песчаники. В центральных частях прогибов они погружаются на глубину до 80-300м. Наибольшая общая мощность отложений в Северном и Восточном Приаралье достигает 300м. Мощность водовмещающих пород увеличивается к центру впадины до 200м. В пределах поднятий она сокращается до 40м. Подземные воды практически на всей области распространения обладают напором, за исключением локальных участков выхода пород на дневную поверхность. Пьезометрические уровни на большей части Восточного Приаралья устанавливаются от 2 до 10-15 м выше поверхности земли, поэтому подземные воды комплекса на этих участках самоизливаются (рисунок 13).
 |
Рисунок 13. Схематическая карта избыточного напора подземных вод верхнетурон-сенонского водоносного комплекса (K2t2 - sn) Восточного Приаралья.
Избыточный напор подземных вод, м: 1 - менее -100, 2 - от -100 до -60, 3 - от -60 до -20, 4 - от -20 до 0, 5 - от 0 до 10, 6 - от 10 до 20, 7 - от 20 до 40, 8 - от 40 до 60, 9 - от 60 до 80, 10 - от 80 до 100, 11 - более 100. Выходы отложений на поверхность: 12 - палеозойских; 13 - верхнетурон-сенонских. 14 - отсутствие водоносного комплекса верхнетурон-сенонских отложений; 15 - граница района исследований.
Водопроводимость водовмещающих пород изменяется от 50 м2/сут в районе Нижнесырдарьинского поднятия до 800 м2/сут - в Восточном Приаралье (рисунок 14).
 |
Рисунок 14. Схематическая карта водопроводимости водоносного комплекса верхнетурон-сенонских отложений (K2t2 - sn) Восточного Приаралья.
Водопроводимость, м2/сут: менее 100, 2 - от 100 до 300, 3 - от 300 до 500, 4 - от 500 до 800, 5 - от 800 до 1000, 6 - более 1000. 7 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 8 - отсутствие водоносного комплекса; 9 - граница района исследований.
В области выхода водовмещающих отложений на поверхность или неглубокого их залегания на юго-западном склоне Каратау, подземные воды пресные (0.3-0.4 г/л), гидрокарбонатного кальциевого состава. По мере продвижения на запад минерализация подземных вод увеличивается до 1.5-3 г/л, а вблизи Аральского моря до 3-5 г/л. В Северном Приаралье минерализация подземных вод верхнетурон-сенонского комплекса достигает 5-10 г/л, а химический состав вод становится хлоридно-сульфатный.
Водоносный комплекс верхнетурон-сенонских отложений почти на всей описываемой территории залегает на глинистых отложениях нижнего турона. Глубина залегания кровли глин в прогибах юго- восточной части достигает 1400-2700м, а в Приаральской части она не превышает 500-550м (рисунок 15).
 |
Рисунок 15. Схематическая карта глубин залегания кровли второго от поверхности регионального водоупора (K2t1) Восточного Приаралья.
1 - изолинии глубин залегания кровли водооупорных отложений, м; 2 - отсутствие водоупорных отложений; 3 - выходы водоупорных отложений на дневную поверхность; 4 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 5 - граница района исследований.
Мощность глин небольшая и изменяется от 20м в северо-западной части региона до 100м в юго-восточной (рисунок 16).
 |
Рисунок 16. Схематическая карта мощности второго от поверхности регионального водоупора (K2t1) Восточного Приаралья.
Мощность водоупорных отложений, м: 1 - менее 10, 2 - от 10 до 20, 3 - от 20 до 30, 4 - от 30 до 40, 5 - от 40 до 50, 6 - от 50 до 60, 7 - от 60 до 70, 8 - от 70 до 90, 9 - более 90. 10 - отсутствие водоупорных отложений; 11 - выходы водоупорных отложений на дневную поверхность; 12 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 13 - граница района исследований.
Водоносный комплекс верхнеальб-сеноманских отложений распространен в Приаралье практически повсеместно. Воды напорные . Комплекс залегает в основном на глубинах от 50 - 100 м в районе Нижнесырдарьинского поднятия до 500 м в Восточном и Северном Приаралье. Отложения комплекса представлены переслаивающимися морскими, лагунными и континентальными отложениями, состоящими из глин, алевролитов, песков, песчаников. Общая мощность комплекса изменяется от первых десятков метров до 300, увеличиваясь в прогибах. Мощность водовмещающих пород колеблется от 40 до 120м. Подземные воды вскрываются на глубинах от 3 до 800м, воды напорные. Максимальные напоры наблюдаются в Восточном Приаралье. Снижение пьезометрической поверхности происходит по мере приближения к Аралу - региональной области разгрузки (рисунок 17).
 |
Рисунок 17. Схематическая карта гидроизопьез водоносного комплекса верхнеальб-сеноманских отложений (K1-al3-K2s) Восточного Приаралья (по состоянию на 1960-65 гг).
1 - гидроизопьезы, м; 2 - отсутствие водоносного комплекса; 3 - выходы водоносного комплекса на дневную поверхность; 4 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 5 - граница района исследований.
Водопроводимость по площади изменяется от 100 до 500 м2/сут (рисунок 18).
 |
Рисунок 18. Схематическая карта водопроводимости водоносного комплекса верхнеальб-сеноманских отложений (K1-al3-K2s) Восточного Приаралья.
Водопроводимость, м2/сут: 1 - менее 50, 2 - от 50 до 100, 3 - от 100 до 300, 4 - от 300 до 500, 5 - от 500 до 800, 6 - от 800 до 1000, 7 - от 1000 до 1200. 8 - отсутствие водоносного комплекса; 9 - выходы водоносного комплекса на дневную поверхность; 10 - выходы палеозойских пород на дневную поверхность; 11 - граница района исследований.
Минерализация подземных вод колеблется в пределах от 1 г/л в восточной части территории до 10 г/л в Северном Приаралье. В целом она несколько ниже, чем по верхнетурон-сенонскому комплексу. Температура воды здесь изменяется от 15?С в пределах Нижнесырдарьинского свода, до 30-35?С в наиболее погруженных частях территории. Воды могут быть использованы как для хозпитьевых целей после предварительного охлаждения, так и в качестве теплоэнергетического сырья.
Нижняя водоупорная толща, отделяющая верхнеальб-сеноманский комплекс от неоком-апских, изучена слабо. Этот водоупор весьма условен и отличается от выше и нижележащих отложений лишь повышенной глинистостью.
Водоносный комплекс нижне-среднеальбских отложений изучен слабо. Он залегает на глубинах до 1300-1400м. Суммарная мощность водоносного комплекса, представленного разнозернистыми песками и песчаниками достигает 100-150м. Воды обычно высоконапорные. Водообильность отложений невысокая, дебиты скважин на самоизливе 3-5 л/с. Минерализация изменяется от 2-3 г/л до 20-100 г/л в районе Арала.
Водоносный комплекс юрских отложений на описываемой территории развит локально и в гидрогеологическом отношении изучен крайне недостаточно. Он характеризуется большой глубиной залегания, подземные воды минерализованные, их температура достигает 40?С. Водообильность отложений низкая.
Подземные воды Приаралья начали интенсивно использовать с 60-х годов, в первую очередь для хоз-питьевого водоснабжения населенных пунктов региона. Это привело к существенной сработке их напоров. В то же время было введено в эксплуатацию большое количество орошаемых массивов за счет поверхностных вод, которые в зависимости от их местоположения оказывали не равнозначное влияние на формирование подземных вод. Орошаемые массивы, расположенные в предгорной зоне хр.Каратау, наряду с поверхностным стоком, являются источником формирования ресурсов подземных вод. Потери оросительных вод в верхних частях конусов выноса юго-западных склонов хр.Каратау, по данным полевых экспериментальных исследований различных водохозяйственных организаций, составляют порядка 5.9 м3/с. Из них 5.7 м3/с теряется в неоген-четвертичных отложениях, а 0.2 м3/с - в местах выхода на поверхность меловых отложений.
На территории орошаемых массивов, расположенных в долине р.Сырдарьи, отмечается непрерывный подъем уровней грунтовых вод в многолетнем разрезе. При неглубоком залегании уровня подземных вод (менее 10м) и последующем быстром его подъеме до критической глубины начинается интенсивное испарение, которое замедляет темпы дальнейшего подъема, а затем наступает момент относительной его стабилизации. При относительно глубоком (более 10м) залегании уровня грунтовых вод (Чиилинский, Арыс-Туркестанский массивы) орошение привело к заполнению свободной емкости и увеличению мощности горизонта подземных вод на 3-5 метров не только в районе самих орошаемых массивов, но и на удалении 30-40 км от них. Вследствие этого произошло увеличение ресурсов подземных вод на значительной территории. В тоже время в районах орошаемых массивов в первом от поверхности водоносном горизонте отмечено появление нитратов, нитритов, аммония, аммиака, фенолов, наблюдаются повышенные величины окисляемости. Загрязнение грунтовых вод регистрируется также по ряду водозаборов. В Кызылординской области это Теренозекское, Кызылкумское, Кызылординское, Байхожинское, Толагайское, Шиилинское, Жиделинское месторождения. Загрязняющими компонентами являются: железо (2.0-12.0 ПДК), марганец (2.0 ПДК), хлориды (2.0-6.0 ПДК), сульфаты (1.0-2.0 ПДК), повышенная минерализация (1.0-3.0 ПДК). Влияние техногенных процессов на качество напорных вод верхнемеловых горизонтов отразилось в меньшей степени.
Существенным фактором техногенного воздействия на гидрогеологические условия Приаралья является водоотбор подземных вод. Их роль, как основного источника хоз-питьевого водоснабжения городов, райцентров, сельских населенных пунктов особенно возросла в последние годы в связи с тем, что поверхностные воды р.Сырдарьи практически на всем протяжении стали непригодными для снабжения населения питьевой водой. Для оценки водоотбора подземных вод по действующим водозаборам были использованы данные бассейновых инспекций, проводивших соответствующий учет. Наибольшее практическое значение имеют воды неоген-четвертичного и верхнетурон-сенонского водоносных комплексов.
Неоген-четвертичный водоносный комплекс используется только на прирусловых участках и в районах предгорий хр.Каратау, где подземные воды пресные или слабосолоноватые. Основными потребителями подземных вод этого комплекса является г. Кзылорда, г.Туркестан, г.Арысь. Кроме того, подземные воды используются для водоснабжения более 20 сельских поселков. В пределах Кзылординской области имеется 14 мелких водозаборов с производительностью от 0.3 до 35 л/сек. Наиболее крупным из них является водозабор г.Кзылорды, эксплуатирующийся с 1977г.
Водоносный комплекс верхнетурон-сенонских отложений имеет важное значение как источник хозпитьевого водоснабжения населенных пунктов региона. Основные потребители воды тяготеют к долине р.Сырдарьи и предгорьям Каратау. Подземные воды эксплуатируются, как правило, небольшими водозаборами, состоящими из 2-3 скважин или одиночными скважинами производительностью порядка 10 л/сек . Таких водозаборов насчитывается около сотни. Наиболее крупные из них: Байхожинский (водоотбор около 50 л/сек), водозабор Управления Кзылординского водопровода и канализации (160-180 л/сек). На южном крыле Нижнесырдарьинского свода работает Левобережный водозабор производительностью порядка 0.9 м3/с. Эксплуатация подземных вод верхнетурон-сенонских отложений началась в регионе 1964г. К концу 1989г. суммарный водоотбор достиг 2.8 м3/с. В пределах распространения комплекса действует несколько сот бесхозных самоизливающихся скважин. По данным обследования (1981-1983г.) в Кзылординской области изливало порядка 900 скважин с суммарным дебитом 1.4 м3/с и 260 скважин в Чимкентской области - 1.0 м3/с. Эти величины несколько меньше по сравнению с расходом (около 3.4 м3/с), который был зафиксирован в регионе по данным обследования 1971г.
На территории Республики Узбекистан, входящей в исследуемый регион, изменение самоизлива скважин выглядит следующим образом: 1964г. - произведено упорядочение эксплуатационных скважин и перевод их на крановый режим, в соответствии с существующей потребностью в воде. В результате этих мероприятий водоотбор уменьшился и составил по состоянию на 1989 год около 1.0 м3/с при практически полном прекращении водоотбора на участках оазисного орошения. Приведенные выше данные заимствованы из материалов Южно-Приаральской гидрогеологической партии (Фетисов В.Г., 1988г.).
Водоотбор из верхнеальб-сеноманского водоносного комплекса незначителен по сравнению с другими комплексами и не превышает 50 л/сек.
Интенсификация техногенных факторов привела к снижению уровней подземных вод и изменению их баланса по всем водоносным комплексам. Количественно эти изменения оценивались в процессе проведения математического моделирования гидрогеологических условий Приаралья (см. раздел "Отображение и описание результатов математического моделирования").
Описание целей моделирования, принципов схематизации гидрогеологических условий, постановка задач идентификации модели и прогнозных задач подробно рассматривается в разделе "Математическая модель гидрогеологических условий Восточного Приаралья".
Здесь приводятся результаты решения обратных и прогнозных задач моделирования.
Обратные задачи решались с целью калибровки модели, а также изучения гидрогеологических условий региона на ненарушенный период и на период 1989г. В процессе решения обратной стационарной задачи подбирались фильтрационные параметры основных водоносных комплексов и разделяющих их слабопроницаемых слоев, питание подземных вод и их разгрузка. Качество решения обратной стационарной задачи оценивалось по совпадению гидроизогипс, построенных по фактическим данным с модельными (рисунок 19).
 |
Рисунок 19. Совмещенные карты гидроизогипс водоносных комплексов:
а - палеоген-неоген-четвертичного, b - верхнетурон-сенонского, c - верхнеальб-сеноманского, d - нижне-средне-альб-юрского Гидроизогипсы, м: 1 - полученные по фактическим данным, 2 - полученные по результатам моделирования. 3 - области отсутствия водоносного комплекса. Береговая линия Аральского моря по состоянию на: 4 - 1961г., 5 - 1989г.
Результаты решения обратной стационарной задачи, полученные на модели, позволили количественно оценить инфильтрационное питание и разгрузку подземных вод. Так, модули питания неоген-четвертичного водоносного комплекса изменяются в пределах от 10 до 100 м3/сут*км2 . Максимальные значения инфильтрационного питания приурочены к предгорьям Каратау, минимальные - к песчаным массивам.
Интенсивность испарения изменяется от 20-50 м3/сут*км2 в приречной зоне нижнего течения р.Сырдарьи и в Восточных Кызылкумах, до 50-100 м3/сут*км2 в районе Арыскумской и Чушкакольской депрессий. Здесь подземные воды залегают близко к поверхности, либо выклиниваются.
Инфильтрационное питание подземных вод верхнетурон-сенонских отложений осуществляется на площадях выходов этих отложений на дневную поверхность. Модули питания на этих участках составляют 10-100 м3/сут*км2. Испарение с поверхности подземных вод отмечается на южном крыле Нижнесырдарьинского поднятия на незначительной площади выходов меловых отложений на дневную поверхность в районе Арыскумского бассейна. Интенсивность испарения здесь 20-50 м3/сут*км2. Формирование ресурсов подземных вод верхнетурон-сенонских отложений осуществляется в основном за счет перетекания через слабопроницаемые толщи относительных водоупоров. Площади, где происходит перетекание из неоген-четвертичного комплекса в верхнетурон-сенонский, незначительны. Это предгорья Каратау, южная часть Восточных Кызылкумов, Северные Кызылкумы, отдельные участки в северо-западной части исследуемой территории. Модули перетекания изменяются от 10 до 20 м3/сут*км2. Остальная территория региона представляет собой область разгрузки подземных вод мелового комплекса. Интенсивность ее по площади различна. Определяется она литологией слабопроницаемых отложений, их мощностью и градиентом напора. Увеличение модулей перетекания из мелового комплекса в неоген-четвертичный характерно для возвышенных территорий, где они достигают 4-10 м3/сут*км2. На остальной территории модули перетекания не превышают 2 м3/сут*км2.
Балансовые расчеты, выполненные на модели, показывают, что основной статьей формирования подземных вод неоген-четвертичного водоносного комплекса в естественных условиях является перетекание из нижележащего верхнетурон-сенонского комплекса (11.1 м3/с ) и инфильтрационное питание ( 6.6 м3/с ). По внешним границам поступает 1.7 м3/с и порядка 1.5 м3/с формируется за счет потерь вод из р.Сырдарьи. Разгружаются подземные воды неоген-четвертичного водоносного комплекса преимущественно испарением ( 16.2 м3/с ), перетеканием в меловые водоносные горизонты ( 1.3 м3/с ) и дренируется р.Сырдарьей (1.1 м3/с ). Площадная разгрузка через дно Аральского моря составляет 0.8 м3/с .
Анализируя общий баланс подземных вод верхнетурон-сенонского водоносного комплекса можно сделать вывод, что основным фактором формирования их ресурсов в естественных условиях являлось перетекание из нижележащего верхнеальб-сеноманского водоносного комплекса ( 7.32 м3/с ), а также притоки со стороны внешних границ ( 6.21 м3/с). На локальных участках в их формировании принимала участие инфильтрация, суммарная величина которой составляла 4.8 м3/с. Перетекание сверху было незначительным и составляло небольшую величину - 1.33 м3/с. В то же время, отток подземных вод происходил в основном за счет перетекания в верхний водоносный комплекс ( 11.1 м3/с ). Разгрузка в Аральское море составляла 2.3 м3/с.
В результате анализа структуры баланса подземных вод, рассчитанного на модели на ненарушенный период, можно утверждать, что:
Юго-западные склоны хр.Каратау являются областью питания только в предгорной части региона. Формирующиеся здесь подземные воды меловых отложений практически не попадают в центральные части бассейна, поскольку начинают разгружаться в неоген-четвертичный комплекс непосредственно в предгорьях.
В центральной части региона в процессах формирования подземных вод основную роль играет рассредоточенное по площади перетекание через слабопроницаемые отложения, а также концентрированная разгрузка по зонам тектонических нарушений.
В регионе нет единой четко выраженной области питания и разгрузки. На протяжении всего пути движения подземных вод эти процессы чередуются. Роль Аральского моря как основного базиса разгрузки подземных вод невелика. Подземный сток в Арал составляет лишь десятую часть от суммы естественных ресурсов подземных вод.
В процессе решения обратной нестационарной (эпигнозной) задачи на модели подбирались значения коэффициентов упругой и гравитационной водоотдачи. При этом воспроизводилась работа водозаборных и самоизливающихся скважин за период с 1961 по 1989 год, снижение уровня воды в Аральском море с 53 до 39м, отступление его береговой линии. Схематизация гидрогеологических условий при решении обратной нестационарной задачи рассматривается в разделе Математическая модель гидрогеологических условий Восточного Приаралья.
Интенсификация техногенных факторов, описание которых приведено в разделе "Изменение гидрогеологических условий в результате техногенного воздействия", привела к снижению уровня подземных вод и изменению их баланса по всем водоносным комплексам. На конец 1989г. по палеоген-четвертичному комплексу водоотбор составил 1.4 м3/с. Существенно увеличилась разгрузка подземных вод в Аральское море (с 0.85 м3/с до 2.9 м3/с) за счет более высокой скорости снижения уровня моря по сравнению со сработкой напоров в палеогеновых водоносных горизонтах.
Водоотбор из верхнетурон-сенонского водоносного комплекса достиг к 1989году 2.8 м3/с. Суммарный расход бесхозных самоизливающихся скважин - 1.7 м3/с. Разгрузка подземных вод комплекса в Аральское море увеличилась на 0.5 м3/с по сравнению с ненарушенным режимом и составила порядка 1.8 м3/с. Сократился отток в смежные горизонты. Увеличилась сумма приходных статей (с 22.3 до 25.1 м3/с) в связи с возрастанием перетекания из нижележащих и вышележащих водоносных комплексов.
Прогноз изменения гидрогеологических условий в пределах моделируемой территории производился сроком на 50 лет. Выполнялось два варианта расчетов: первый - при условии сохранения производительности водозаборных скважин на уровне 1989г., второй - с учетом водозабора в рамках утвержденных запасов (по сумме категорий), а также работы водозаборных сооружений по состоянию на 1989г. на неутвержденных запасах.
В соответствии с первым вариантом прогноза на конец 2039 года произойдет снижение уровня подземных вод во всех комплексах. В неоген-четвертичном - в среднем на 3-5м; в верхнетурон-сенонском и альб-сеноманском на 5-15м. Понижение напоров в отдельных водозаборах достигнет 40м, хотя и не превысит допустимой величины. Таким образом, водоотбор на уровне 1989г. является обеспеченным. Снижение напоров произойдет преимущественно в центральной части территории. При этом, на незначительной площади, охватывающей среднее течение р.Сырдарьи, будет отмечаться изменение направления перетекания и неоген-четвертичный водоносный комплекс здесь начнет питать меловые водоносные горизонты. Разница в соотношении напоров между этими комплексами достигнет 3-5 м. Модуль перетекания составит порядка 2 м3/сут*км2. На остальной площади, где направленность перетекания между верхнетурон-сенонским и неоген-четвертичным комплексом сохранится, интенсивность ее снизится. Соотношение напоров между верхнетурон-сенонским и альб-сеноманским комплексами практически не изменится.
В результате изменения направленности перетекания между неоген-четвертичным и меловым комплексами следует ожидать ухудшения качества подземных вод верхнемеловых отложений, так как верхний водоносный комплекс содержит соленые подземные воды (до 30-50 г/л и более). Анализ режима работы самоизливающихся скважин позволяет сделать вывод, что за период с 1960 по 1989гг. произошло сокращение площади и соответственно перемещение изолинии нулевого избыточного напора в центральной части территории на 10-50км, а в южном Приаралье на 50-60 км на отдельных участках по сравнению с ненарушенным режимом. При сохранении водоотбора на современном уровне к 2039 году в центральной части территории произойдет дальнейшее сокращение площади и перемещение этой линии на такую же величину, здесь следует ожидать прекращения работы самоизливающих скважин. Однако, в южном Приаралье, из-за того, что практически все водозаборы, эксплуатирующие меловой комплекс к 1989г. были остановлены, начнется восстановление самоизлива. Суммарная величина расходов скважин на самоизливе в целом по всему комплексу к 2040г. сократится на 0.5 м3/с и составит 1.2 м3/с. Величина ущерба поверхностному стоку будет составлять незначительную величину. Разгрузка подземных вод первого от поверхности водоносного комплекса снизится до 2.3 м3/с в связи со сработкой напоров подземных вод в палеогеновых отложениях. По меловому комплексу она наоборот возрастет с 1.8 до 2 м3/с.
При решении прогнозной задачи по второму варианту имитировалось существенное увеличение водоотбора до 32.9 м3/с, в том числе по неоген-четвертичному до 9.5 м3/с, а по меловому - до 22.7 м3/с. К концу прогнозного периода суммарный расход скважин на самоизливе сократится до 0.5 м3/с, произойдет снижение напоров по всем водоносным комплексам. По верхнему водоносному комплексу региональное понижение уровня составит порядка 3м, а в Прикаратаусской части территории - до 5-10 и более метров. Эти понижения будут меньше допустимых, за исключением района г.Кзылорды. Здесь они будут сопоставимы с допустимыми. В водоносных комплексах меловых отложений снижение напоров произойдет практически повсеместно. На отдельных водозаборах оно достигнет 60-80м., оставаясь в пределах допустимой величины (рисунок 20).
 |
Рисунок 20. Карта прогнозных понижений уровня подземных вод верхнетурон-сенонского водоносного комплекса (по состоянию на 2040г.)
Эксплуатационные запасы месторождений подземных вод по сумме категорий и производительность водозаборов, действующих на неутвержденных запасах (л/с): 1 - от 1 до 10, 2 - от 10 до 30, 3 - от 30 до 50, 4 - от 50 до 100, 5 - более 100. 6 - изолинии прогнозных понижений; 7 - области отсутствия водоносного комплекса; 8 - граница области моделирования. Береговая линия Аральского моря по состоянию на: 9 - 1961г., 10 - 1989г.
Изменение соотношения напоров приведет к смене направленности перетекания. В Восточном Приаралье это вероятно повлечет за собой изменение качества подземных вод мелового водоносного комплекса. Следует ожидать существенного изменения структуры баланса подземных вод. Значительно сократятся площади разгрузки подземных вод из мелового водоносного комплекса в неоген-четвертичный. В то же время увеличится разгрузка из нижележащих меловых водоносных комплексов в верхнетурон-сенонский. По палеоген-неоген-четвертиченому водоносному комплексу сократится величина испарения, значительно возрастет перетекание из него в меловой, уменьшится отток по внешним границам. Суммарная разгрузка подземных вод в Аральское море снизится до 2.7 м3/с. В этой связи, вероятно сократится привнос солей в акваторию моря за счет подземных вод.
Результаты моделирования подтвердили техническую возможность извлечения подземных вод в объемах утвержденных запасов по сумме категорий. Вместе с тем не до конца ясным остался вопрос оценки влияния массированного отбора подземных вод на их качество, а также на состояние окружающей среды. Решение этих задач возможно только на более детальных моделях, которые представляется целесообразным создавать для отдельных участков исследуемой территории.
 |
|
 |
|||||||||
Предыдущая глава |
Следующая глава |