Гидрогеологические условия

Формирование, распространение, динамика и химический состав подземных вод на территории городского округа Челябинск довольно разнообразны, что обусловлено различием тектонических, геоморфологических и литолого-фациальных условий, определяемых составом горных пород, их проницаемостью, гидравлической связью между смежными подразделениями, степенью экзо- и эндогенной трещиноватости, тектонической нарушенностью, положением областей питания и разгрузки.

Территория городского округа приурочена к переходной зоне от горно-складчатой (на западе) к пенепленизированной и погребенной (на востоке) поверхности[19]^.

Согласно современной схеме гидрогеологического районирования Российской Федерации территория городского округа г. Челябинск находится на стыке двух гидрогеологических структур первого порядка: Большеуральского сложного бассейна корово-блоковых (пластово блоковых и пластовых) безнапорных и напорных вод и Западносибирского бассейна пластовых безнапорных и напорных вод (22).

В орографическом смысле она охватывает восточный склон Южного Урала и приуральскую часть Западносибирской низменности.

Подземные воды на рассматриваемой территории содержатся практически во всех комплексах пород: от протерозойских до четвертичных.

Мезозойско-кайнозойские таксоны представлены чередующимися водоносными и относительно водоупорными горизонтами и комплексами, домезозойские – водоносными зонами экзогенной трещиноватости.

В гидрогеологическом отношении в пределах рассматриваемой территории в стратиграфической последовательности (сверху вниз) выделены следующие гидрогеологические таксоны[20]:

- водоносный техногенный горизонт спорадического распространения;

- водоносный верхнечетвертичный современный аллювиальный горизонт;

- относительно водоносный верхнечетвертичный - современный озѐрный, озѐрно-аллювиальный,

- озёрно-болотный горизонт и относительно водоносный нижне-среднечетвертичный озѐрный, озѐрно-аллювиальный горизонт;

- относительно водоупорный верхнемиоценовый-среднеплиоценовый горизонт;

- водоносный рюпельско-среднемиоценовый горизонт;

- подземные воды спорадического распространения элювиальных образований;

- водоносная палеозойская зона гранитоидов;

- водоносная палеозойская зона эффузивов и известняков.

Городской округ Челябинск расположен в переходной геологической зоне между Уральской горной страной и Западносибирской платформой.

Западная часть города (Советский, Центральный, Калининский, Курчатовский и Металлургический районы) расположена на древних докембрийских кристаллических породах, прорванных гранитными интрузиями палеозойского возраста и перекрытых продуктами выветривания.

Подземные воды (в зонах трещиноватости развиты на глубине от 10 до 40–70 м, а в зонах тектонического дробления до 100 и более м) представляют собой безнапорные воды, пресные, умеренно жесткие, гидрокарбонатного класса с общей минерализацией 0,3–0,65 г/л.

Для подземных вод гранитоидных интрузий характерна высокая концентрация радона (23).

Воды имеют практически бальнеологическое значение (Дачное месторождение).

Восточная часть Челябинска (Тракторозаводский и Ленинский районы) расположена на палеозойских эффузивных породах и отчасти на известняках.

Водообильность эффузивных пород невысока, что связано с кальматацией трещин глинистыми частицами.

Исключением являются зоны контактов с гранитоидами, где отмечается высокая водообильность (прежде всего, в известняках).

Питание подземных вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, частично – за счёт подпитывания из покровных отложений.

Область питания совпадает с областью распространения

Разгрузка приурочена к речным долинам и мелким эрозионным врезам рельефа.

Воды здесь гидрокарбонатно-кальциево-магниевые с минерализацией до 1 г/л.

Воды имеют практическое значение, способны обеспечить водоснабжение отдельных промышленных предприятий.

Далее в восточном и южном направлениях (район и Коркино) преимущественное развитие получили приуроченные к песчаникам и опокам пластово-поровые подземные воды мезо-кайнозойских отложений.

По химическому составу воды, преимущественно, гидрокарбонатно-сульфатно-кальциево-натриевые с минерализацией 0,7–0,9 г/л.

Воды могут использоваться в качестве дополнительного источника водоснабжения Челябинского промышленного узла[21][22].

Наиболее распространены на территории городского округа Челябинск подземные воды четвертичных аллювиальных отложений (24,25).

Водоносный комплекс четвертичных аллювиальных отложений развит в долине реки Миасс и её притоков, рассекающих территорию Челябинска.

Водосодержащие отложения представлены песками, гравийниками, галечниками пойм и низких надпойменных террас, а также суглинками и супесями (обычно в верхних частях разреза).

Для аллювиальных отложений характерна резкая фациальная изменчивость, неоднородность гранулометрического состава и, как следствие, непостоянство гидрогеологических параметров.

Воды нерасчленённых четвертичных отложений безнапорные

Глубина залегания уровня подземных вод изменяется от 1 до 6 м.

В весенне-осенний период имеют спорадическое распространение грунтовые воды типа верховодки» на глубине менее 2,0 м.

Мощность водовмещающей толщи колеблется от долей метра до 10 м и более.

Естественные родниковые выходы подземных вод редки.

Дебит их не превышает 0,5 л/с, дебиты скважин выше – до 3 (максимум 10) л/с; водопроводимость достигает 150 м² /сут.

По составу воды, преимущественно, гидрокарбонатно-кальциевые или кальциево-магниевые с минерализацией до 1 г/дм³, локально – хлоридно-натриевые и сульфатно-хлоридно-натриевые с минерализацией 1,7–5,8 г/дм³

Питание водоносного комплекса аллювиальных отложений происходит как за счёт инфильтрации атмосферных осадков, так и (в большей мере) за счет гидравлической связи с поверхностными водами

Пресные воды используются для хозяйственно-питьевых целей, но в связи с низкой водообильностью они бесперспективны для централизованного водоснабжения.

Иногда подземные воды проявляют агрессивность по отношению к бетонам, что связано с засолением, общей кислотностью, агрессивной углекислотой, органическими кислотами и сульфатным загрязнением подземных вод.

Частота проявления и степень агрессивности ее возрастают по мере продвижения на восток территории, в области развития болот и солонцов и солончаков.

Аналогичная тенденция отмечается по коррозионной активности грунтовых вод к алюминиевым оболочкам кабелей. К свинцовым оболочкам грунтовые воды практически не агрессивны на всей рассматриваемой территории. Отклонения от установленной тенденции обусловлены локальным техногенным загрязнением среды (26).

Подземные воды всех типов гидравлически взаимосвязаны между собой. Образуя единый подземный поток, зеркало которого в общих чертах повторяет рельеф дневной поверхности, обусловив основное направление на запад. Разгрузка подземных вод происходит по долинам рек. Подножьям склонов и в зоне сочленения с континентально-морской равни­ной.

На территории г. Челябинск в результате сильного техногенного пресса имеет место неуправляемое изменение режима грунтовых вод первого от поверхности водоносного горизонта, приводящее к подтоплению объектов строительства.

Как показали режимные наблюдения, амплитуда естественных многолетних колебаний уровня может в два-три раза и более превышать амплитуду естественных сезонных колебаний. Режим обусловлен многолетними ритмическими изменениями осадков, испарения, водности рек, озер и антропогенных факторов[23].

В пределах незастроенных районов кривая уровня имеет сравнительно плавный характер с годовой амплитудой колебания до 0,5-1,0 м.

Подъем уровня приурочен к весеннему, спад - к осенним периодам. Основные элементы баланса грунтовых вод - боковой приток и испарение.

На застроенных территориях форма кривой уровня осложняется многочисленными куполами, амплитуда колебаний увеличивается в 2-2,5 раза.

Максимумы уровня приурочены к обильным осадкам, что свидетельствует о наличии плохо отрегулированного поверх­ностного стока и пониженной возможности испарения из-за асфальтированных поверхностей. Огромна роль техногенно-подземно-приточного фактора и др.

Защитные сооружения и инженерные мероприятия от подтопления реализуются неупорядоченно, хаотично, что нередко усугубляет наносимый ущерб.