Формирование и оценка ресурсов подземных вод межгорного артезианского бассейна Хэйхэ (северо-западный Китай)

Глава 3. Гидрогеологические условия межгорного артезианского бассейна Хэйхэ.

В гидрогеологическом отношении впадина Хэйхэ является крупным межгорным артезианским бассейном того же названия. Общая площадь межгорного бассейна составляет 8400 км².

Верхний гидрогеологический этаж межгорного бассейна представлен рыхлыми отложениями четвертичного возраста. Второй гидрогеологический этаж бассейна (складчатый фундамент) сложен интенсивно метаморфизованными осадочными, метаморфическими и вулканогенными породами в возрастном диапазоне от нижнего палеозоя до неогена.

Общие закономерности распределения фильтрационных свойств отложений четвертичного водоносного комплекса определяются изменением состава пород. По имеющимся ограниченным данным значения коэффициента фильтрации закономерно изменяются от 15-20 м/сут в предгорной области системы Циляньшань, до 5-7 в центральной части впадины и относительно увеличиваются к предгорной области системы Луншоушань-Хэлишань до 7-10 м/сут (рис. 2).

Рис. 2. График изменения коэффициента фильтрации рыхлых четвертичных отложений впадины Хэйхэ по линии AB (см. рис. 6): 59 - номер скважины.

С отложениями четвертичного возраста впадины Хэйхэ связан единый комплекс грунтовых вод (грунтовых и слабонапорных вод в центральной части впадины). Глубина залегания уровня грунтовых вод изменяется от 100-200 м в предгорной области системы Циляньшань, до 50 м и менее в предгорной зоне системы Луншоушань-Хэлишань и до 5 м и менее в центральной части впадины и на крайнем севере территории Чжэнися. В связи с этим в предгорной южной и юго-западной области впадины водоносной является только нижняя часть комплекса четвертичных отложений, мощность которой составляет 250-400 м.

С учетом реальной мощности водоносной части разреза и распределения значений проницаемости проводимость отложений четвертичного водоносного комплекса бассейна изменяется от менее 1000 до 6000 м²/сут и более. По результатам оценки максимальная (в среднем 3000-4000 м²/сут) проводимость водоносного комплекса характерна для южной области бассейна Хэйхэ - в отложениях конусов выноса горных рек системы Циляньшань, особенно в долинах рек Хэйхэ и Лиюаньхэ, где проводимость составляет более 6000 м²/сут. С удалением от предгорной зоны к центральной части бассейна на север, проводимость водоносного комплекса постепенно уменьшается в среднем до 2000 м²/сут. В северной части бассейна в зоне горного обрамления системы Луншоушань-Хэлишань проводимость отложений уменьшается до 1000 м²/сут, а в самой крайней северной части территории, где р. Хэйхэ выходит за пределы бассейна и мощность четвертичных отложений является минимальной (20-50 м), проводимость комплекса составляет менее 500 м²/сут.

В различных типах метаморфических и осадочных интенсивно литифицированых и дислоцированных пород склонов горного обрамления и второго гидрогеологического этажа бассейна распространены различные по условиям залегания типы трещинных и, относительно меньше, трещинно-карстовых подземных вод. В пределах собственно межгорного бассейна трещинные подземные воды палеозойских и мезозойских пород (второй гидрогеологический этаж) практически не изучены.

Межгорный бассейн Хэйхэ ограничен горными обрамлениями Циляньшань и Луншоушань-Хэлишань во всех сторонах, кроме северо-запада. На основании представлений о существовании между горной областью и бассейном определенного <барьера>, связанного с наличием многочисленных зон тектонических нарушений, предполагалось, что величина подземного притока из горной области несущественной (Ding, 1990). По результатам количественной оценки подземного стока в бассейнах малых рек на основе использования балансового метода, показано, что в пределах точности балансовых расчетов подземный приток из складчатой области практически отсутствует.

В пределах территории межгорного бассейна Хэйхэ питание грунтовых вод комплекса рыхлых четвертичных отложений формируется за счет инфильтрации атмосферных осадков (включая конденсацию), поглощения речного стока, фильтрации воды из системы оросительных каналов и непосредственно на площадях орошения.

Южная предгорная область системы Циляньшань (конусы выноса) является основной областью питания подземных вод бассейна Хэйхэ. Важнейшей составляющей питания здесь является поглощение стока малых рек. Все малые горные реки (кроме основных рек Хэйхэ и Лиюаньхэ) при выходе на предгорные конусы выноса полностью теряют свой сток, просачиваясь в высокопроницаемые рыхлые отложения их верхних частей. В связи с глубоким (100-200 м и более) залеганием уровня подземных вод реки на площади конусов выноса являются <подвешенными> по отношению к потоку подземных вод и поглощение происходит путем свободной фильтрации. По результатам выполненных оценок суммарные потери из малых рек, а также рек Хэйхэ и Лиюаньхэ составляют соответственно 33%, 17% и 8% от общей величины питания подземных вод.

Величина инфильтрационного питания (включая конденсацию) по данным лизиметрических оценок составляет 13% от общего объема питания подземных вод бассейна Хэйхэ (Institute of Hydrogeology and Engineering geology, 1990). В предгорной области в связи со сложностью эксплуатации подземных вод при глубинах залегания до 50-200 м и более, для орошения широко используются поверхностные воды. По результатам выполненных оценок потери из ирригационных сооружений и на полях орошения составляют до 29 % от общего объема питания подземных вод бассейна.

Основными областями разгрузки подземных вод является центральная равнинная часть бассейна, включая периферийные зоны конусов выноса. Разгрузка подземных вод осуществляется фильтрацией в русло р. Хэйхэ (и частично в ее основной приток р. Лиюаньхэ), формированием родниковой разгрузки на пониженных участках центральной части бассейна, эвапотранспирацией и эксплуатацией подземных вод.

Родники в основном распространены в периферийных (конечных) частях конусов выноса в связи с понижением рельефа и существенным изменением (ухудшением) фильтрационных свойств водовмещающих пород, главным образом, в четырех родниковых зонах. Суммарная родниковая разгрузка составляет 36% от общей величины разгрузки подземных вод.

В крайней северной равнинной части бассейна, где р. Хэйхэ выходит с площади бассейна ее русло полностью прорезает рыхлые отложения четвертичного комплекса и непосредственно на поверхности залегают коренные скальные породы, представленные плагиоклазовыми гранитами каменноугольного возраста. В пределах этой зоны, являющейся естественной границей межгорного бассейна поток подземных вод четвертичного комплекса полностью дренируется речной долиной. Линейные модули русловой разгрузки изменяются в пределах 20-500 л/(с^.км) (рис. 3). Максимальные значения линейного модуля, характерные для района Гаоя-Пинчуань, определяются наличием структурного поднятия пород складчатого фундамента, в связи с чем на этом участке мощность отложений четвертичного комплекса уменьшается с 250 до 100 м.

Рис. 3. Изменение линейного модуля разгрузки подземных вод в русло р. Хэйхэ на участке от пункта Гаоя до северной границы бассейна.

Суммарный расход разгрузки в транзитные реки Хэйхэ и Лиюаньхэ, формирующейся в районе Гаоя-Чжэнися с глубинами залегания уровня грунтовых вод до 1-5 м, составляет 40% от общей величины разгрузки подземных вод.

Эвапотранспирационная разгрузка грунтовых вод в области дренирования бассейна происходит в зонах, где глубина залегания уровня подземных вод менее 3-5 м - в основном в центральной и северной области бассейна. По результатам оценки суммарная эвапотранспирация составляет 18% от общей величины разгрузки.

Суммарный расход эксплуатации подземных вод четвертичных отложений незначителен по сравнению с остальными видами разгрузки подземных вод и составляет по имеющимся данным около 6% от общей величины питания.

Химический состав и минерализация подземных вод четвертичного водоносного комплекса бассейна определяются главным образом структурой водного баланса, связанного с положением основных областей и видов их питания и разгрузки.

В целом по территории величина минерализации подземных вод комплекса изменяется от менее 1,0 до 4,0-5,0 г/л с соответствующим изменением химического состава от НСО₃-Са(Mg) до SO₄-HCO₃-Ca(Mg, Na) и Cl-SO₄-Na(Ca, Mg). При мощном поглощении речных пресных вод с минерализацией 0,2-0,6 г/л в южной предгорной области бассейна минерализация подземных вод составляет менее 1,0 г/л, в основном 0,3-0,80 г/л, при НСО₃-Са(Mg) составе. В центральной и северной области бассейна, при глубине залегания грунтовых вод менее 5 м, происходит процесс континентального засоления, связанный с интенсивной разгрузкой грунтовых вод испарением. Минерализация грунтовых вод в пределах этой зоны изменяется от 0,8 до 2,5 г/л. Только в районе Яньчи, на участках с распространением солончаков и засоленных почв, минерализация грунтовых вод изменяется 2,5 - 4,0-5,0 г/л, а химический состав грунтовых вод представляет собой преимущественно Cl-Na и SO₄-Cl-Na.

В центральной части бассейна на участках интенсивной разгрузки подземных вод испарением относительно минерализованные воды (2,5-4,0 г/л) распространены только в верхней части разреза. На глубинах 20-150 м величина минерализации подземных вод составляет 0,3-0,4 г/л.