Искусственные моря и грунтовые воды

Наша страна все более и более покрывается сетью искусственных морей — водохранилищ. Такие крупные водоемы, как Рыбинское, Братское, Цимлянское, Каховское и др., достигают по площади нескольких тысяч квадратных километров. Появление таких крупных водоемов влияет на природные условия, сложившиеся в течение многих тысячелетий. Изменяется климат, меняется фауна — происходят серьезные перестроения в экологической системе окружающей территории. Не во всех случаях можно предугадать возможные последствия создания подобных морей.

Одним из природных факторов, на который особенно воздействуют водохранилища, являются подземные воды, и в первую очередь грунтовые. Если подземные горизонты залегают глубоко — значительно ниже дна водохранилища — то инфильтрую-щиеся из них в стенки и дно воды движутся главным образом вниз. Достигнув пласта водоупорной породы, они растекаются в стороны, давая жизнь новому горизонту подземной воды. Но здесь есть одно противоречие. Оказывается, что с течением времени может возникнуть кольматация — процесс заполнения пор грунтов мелкими глинисто-пылеватыми частицами. Это явление способно вызвать резкое снижение водопроницаемости пород, а соответственно и водопотерь из искусственного моря.

В Средней Азии в ряде долин наблюдается такое, на первый взгляд, странное явление: в русле, сложенном галечниками, бежит речной поток. В нескольких метрах устроен карьер для добычи галечника. При этом дно карьера значительно ниже дна речки. Несмотря на это карьер сухой, и в нем нет ни капли воды. В чем же дело? Как это может быть? Казалось бы, карьер давно должен был заполниться речной водой, но этого не происходит потому, что воды многих среднеазиатских речек несут в своем потоке значительное количество мелких частиц — получается как бы густой суп или жидкий кисель. Вот эти частицы и заполняют постепенно поры галечника, уменьшая их водопроницаемость до предела.

Рис. 42. Вода, накапливающаяся в водохранилище, вызывает подъем уровня грунтовых вод в окружающей местности

Вернемся к водохранилищам и рассмотрим более часто встречающийся случай. Предположим, что в речной долине и прилегающих склонах имеется горизонт грунтовой воды, наклоненный к реке. Вода из него поступает все время в реку, так как занимаемое им положение выше уровня воды в речном потоке. Это очень распространенный случай.

Читатель, наверное, помнит, как во время летнего купания в теплой речной воде местами оказываешься в холодной струе. На этом-то участке и выходит в дне реки ключ грунтовых вод.

Но вот построили плотину, и уровень в реке поднялся на 25 — 30 или даже 50 — 100 м. Из «моря» вода начинает поступать в берега. Возникает интересная картина: откуда-то из-под земли несется поток воды к берегам новообразованного моря. В то же время в стенки моря под значительным напором (вспомните, что напор до 30 — 100 м) стремится прорваться другой встречный поток (рис. 42). Подземная вода, встретив сильное противодействие, начинает толочься на месте. Однако все новые и новые массы воды, вытекающие из массива, не находя себе дороги, начинают накапливаться в пласте.

Специалисты говорят, что возникает явление подпора. Буквально на глазах уровень подземных вод начинает повышаться. До постройки водохранилища он находился на глубине 20 — 30 м и более. Проходит несколько лет и он может подняться до глубины 1 — 10 м. Таким образом, вокруг искусственного моря на некотором расстоянии от берега (от сотен до многих тысяч метров) возникает повсеместный подъем уровня подземных вод. Нередки и такие случаи, когда грунтовая вода достигает дневной поверхности или оказывается на небольшой глубине. В результате появляются болота или на отдельных участках развивается засоление почв. Эти процессы часто приносят ряд неприятностей: подтопление зданий, затопление карьеров, деформацию сооружений, возникающую в связи с тем, что прочность мокрого грунта меньше прочности сухого. Поэтому гидрогеолог должен заранее предвидеть, как изменится уровень грунтовых вод после постройки водохранилища.

Вот совсем молодое искусственное Киевское море. Оно вступило в эксплуатацию в 1964 году. По данным И. И. Безпалова, уже за первые пять лет произошло подтопление обширной территории правобережья от с. Казаровичи до самой плотины. Повышение уровня грунтовых вод достигло за этот первый период существования водохранилища 6,5 м. Там, где море плещется в высоких берегах, достигающих 30 — 50 м, подтопление не возникло, хотя грунтовые воды заметно поднялись. Ширина зоны подтопления колебалась от 0,5 до 5 км, а на отдельных участках даже составляла 10 км. Пришлось переселять жителей ряда населенных пунктов. Необходимо также добавить, что создание обширного пресного искусственного водоема отражается не только на положении уровня, но и на химическом составе подземных вод. Если они были солоноватые, то может произойти опреснение. Такие проблемы приходится решать при создании искусственных морей. Можно видеть, что подъем грунтовых вод вследствие подпора, с одной стороны, повышая влажность пород и почв, способствует повышению урожайности, а с другой — несет за собой опасность засоления, заболачивания и разрушения зданий и сооружений.