Поиск

Геологическое строение и гидрогеологические условия заболоченных пойм
17.08.2015

При мелиорации пойм необходимо знать их геологическое строение и гидрогеологические условия для определения причин заболачивания и типов водного питания, выбора метода и схемы мелиорации поймы, строительства гидротехнических сооружений и дорожной сети, установления способа производства работ и выбора механизмов.
Без данных о геологическом строении и гидрогеологических условиях пойм нельзя составить проект их мелиорации, освоения и эксплуатации мелиоративных систем. При этом следует выявить строение не только современных аллювиальных отложений, но и подстилающих их древних отложений.
Однако заболоченные поймы еще слабо изучены в геологическом и гидрогеологическом отношениях (нет ни одной обобщающей работы по этим вопросам). Даже специальные геологические и гидрогеологические исследования заболоченных пойм в целях гидромелиорации и освоения их в большинстве случаев ограничиваются заложением шурфов и неглубоких (5—10 м) скважин. При составлении гидрогеологических обзоров пойм на них механически переносят данные геологического строения с водосборов по скважинам для водоснабжения. Режим грунтовых вод пойм до мелиорации не изучают, если не считать эпизодических замеров уровней в скважинах и шурфах при изысканиях. Поэтому проекты по мелиорации и освоению пойм разрабатывают часто на необоснованных геологических и гидрогеологических данных.
Геологическое строение заболоченных пойм в общих чертах может быть охарактеризовано следующим образом. Коренными породами современных речных долин и их пойм являются юрские, пермские или другие отложения (в зависимости от местонахождения и времени образования долин и строения их водосборов). На поверхности коренных пород залегают четвертичные отложения, состоящие из древнеаллювиальных и покрывающих их современных аллювиальных отложений.
Древнеаллювиальные образования обычно представлены крупнозернистыми песками, содержащими гравий и гальку, и суглинистыми отложениями потоков. Современные аллювиальные образования состоят из песка, суглинка, иловатого осадка, болотной руды, ключевой извести, сапропеля, торфа. Распределение этих отложений по поверхности поймы крайне разнообразно и связано с затоплением паводковыми водами, поступлением грунтовых и делювиальных вод со склонов.
О причинах формирования пойменного аллювия высказываются разные точки зрения.
По В.В. Докучаеву, закономерным для всех пойм является следующее геологическое строение: расположение в верхних слоях песчаных и лессовидных, а в нижних — черно-синеватых глинистых элементов и залегание в этих образованиях отдельных изолированных котловин с торфяными массивами; старицы соединяются с руслом, или переходят в озеро, или полностью покрываются отложениями ила, торфа и песка. Положение В.В. Докучаева о закономерном чередовании пород, слагающих аллювиальные отложения долин, не разделял С.Н. Никитин.
Ho В.В. Докучаев, С.Н. Никитин и другие рассматривают только современные аллювиальные образования и не касаются строения подстилающих их более древних отложений.
В.Р. Вильямс рассматривает нижний песчаный горизонт пойм как результат переработки талыми ледниковыми водами основной морены, а супесчано-суглинистый горизонт как отложения послеледникового периода.
И.И. Николаев различает пять разновидностей аллювиальных отложений: русловые, пойменные, озерно-болотные, аллювиально-делювиальные, перевеянные песчаные.
В настоящее время точка зрения В.В. Докучаева о закономерности в распределении аллювия наиболее признана.
Существуют два мнения об образовании двух горизонтов аллювиальных отложений пойм: одни ученые считают, что они образовались в разные периоды и являются следствием изменения режима реки во времени (процессы образования речной долины и накопления аллювия — самостоятельные процессы, то есть сначала река врезает свою долину, а после этого на дне ее отлагается аллювий); другие рассматривают образование долин и формирование аллювия как неотделимые друг от друга процессы; верхний и нижний горизонты аллювия образуются одновременно, являясь следствием перемещения русла по дну долины, сезонных колебаний уровней и расходов реки.
Современные реки и их заболоченные поймы занимают древние долины и озера, заполненные древнеаллювиальными отложениями. Древние долины образовались в разные геологические эпохи и поэтому отличаются разнообразием состава. Сложность строения древних аллювиальных отложений — одна из причин их малой изученности.
Геологическое строение и гидрогеологические условия заболоченных пойм, образовавшихся на месте древнеозерных расширений, более сложны (вследствие того, что в формировании их помимо вод половодья участвуют грунтовые, грунтово-напорные, делювиальные воды), чем пойм пониженно-равнинных, где превалирующую роль играют паводковые воды (и только на склонах и притеррасье — грунтовые и делювиальные).
На заболоченных поймах формируется один или несколько водоносных горизонтов грунтовых вод. Грунтовые воды приурочены к современным и древним аллювиальным образованиям и коренным породам и разделяются слоями водонепроницаемых глин и суглинков.
Водоносные горизонты могут соединяться между собой через линзы — окна в местах размыва прикрывающих их водонепроницаемых слоев. Водоносный горизонт древних аллювиальных отложений питается в местах выхода аллювия на поверхность путем вертикальной фильтрации из современных аллювиальных отложений и из более древних. Он может иметь напорность.
При проведении гидромелиоративных мероприятий на поймах большую помощь могут оказать геофизические методы исследований, в частности электроразведка. Они позволяют разделить исследуемую территорию на характерные участки по типам почв и грунтов и назначить места размещения и глубину шурфов, буровых скважин, сообразуясь с природными условиями объекта, а не только с размерами осушаемой площади и стадией проектирования. С помощью электроразведки можно определить мощность слоев геологической толщи и мощность водоносного пласта, уровень грунтовых вод, направление и скорости течения грунтового потока, степень минерализации грунтовой воды, коэффициент фильтрации.

Геологическое строение и гидрогеологические условия заболоченных пойм

Геофизические методы пока не могут заменить собой полностью геологические, поэтому при изысканиях их следует Проводить совместно. Грунты отличаются друг от друга электрическим сопротивлением, что позволяет выделить границы участков с одинаковыми сопротивлениями (грунтами). Песчаные грунты имеют сопротивление больше 100 ом, суглинки или торф — 20—30 ом, легкие суглинки с прослоями песка — 30—50 ом. По картам изоом легко наметить места шурфов, скважин для наиболее детальных исследований. С помощью электроразведки можно составить гидроэлектрические профили, которые интерпретируются с гидрогеологическими. На рисунке 1 изображены гидроэлектрический и геологический профили поймы р. Яхромы, составленные для участков поймы, расположенных на близком расстоянии друг от друга.
Проведенные опыты позволили установить корреляционную связь коэффициентов фильтрации грунтов с их удельными сопротивлениями и сделать вывод, что зоны с одинаковыми интервалами удельных сопротивлений имеют одинаковый порядок коэффициентов фильтрации. Это очень важное положение позволит, по-видимому, в связи с трудностью определения коэффициентов фильтрации современными методами, перейти при расчетах от коэффициентов фильтрации к коэффициентам электрических сопротивлений, определяемых более быстро и точно.
При помощи электроразведки институт «Росгипроводхоз» проводил изыскания на поймах pp. Пра, Лyx, Черная Калитва и др.
Исследования X.А. Ярвела по определению влажности почвы с помощью гамма-лучей осушенных дренажем глинистых почв в Эстонии показали применимость гамма-лучевого метода для измерения влажности на мелиорируемых землях, особенно для стационарных наблюдений. Этот метод в несколько раз оперативнее весового, но для изучения динамики запасов влаги по почвенным горизонтам следует определить начальную влажность термовесовым способом, знать плотность и объемный вес грунта.
Перспективным является нейтронный метод определения влажности почвы. Нейтронные влагомеры можно будет применять для определения водопотребления сельскохозяйственных культур, содержания влаги в почве, испарения, водоотдачи грунтов, инфильтрации атмосферных осадков, предполивной влажности почвы, распределения влаги в почве после полива и т. д.
За разработку и внедрение нейтронных методов и прибороз для гидротехники и мелиорации президиум ВАСХНИЛ присудил группе авторов под руководством В.А. Емельянова премию ВАСХНИЛ за 1972 г.