ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ БУЗУЛУКСКОГО БОРА
Бузулукский бор относится к уникальным природным объектам степной зоны и представляет самый крупный лесной массив в пределах не только Заволжья, но и Северной Евразии в целом. Сохранение бора во многом связано с гидрогеологическими условиями, и настоящее сообщение посвящено этому вопросу. Площадь, занятая бором в Оренбуржье (660 км2), в плане имеет вид треугольника, основанием которого на юго-западе является р. Самара, а сам массив, от вершины на северо-востоке, на протяжении 45 км рассекается р. Боровка. Лесной массив занимает приречную котловину в долинах р.р. Самара, Боровка и Колтубанка, окруженную сыртовыми увалами; он сформировался во вторую половину голоцена (QIV), от 4 до 3 тыс. лет до н.э. Морфологически территория представляет мягковолнистую аллювиальную террасированную равнину в центральной части Общего Сырта с общим уклоном на ЮЗ – к р. Самара, являющейся основным водотоком и естественной дреной. Поверхность аллювиальной равнины покрыта барханами и буграми перевеваемых или закрепленных растительностью песков. Среднегодовой расход р. Самара (пост Елшанка) за период 1933-1994 гг. составил 48.0 м3/с, в последующее 10-летие вырос на 1.9 м3/с. До 90% стока проходит в весенний паводок (апрель-май); в меженный период с июня до марта река питается подземными водами, и ее средний расход составляет 13.2 м3/с. Режим Боровки и Колтубанки аналогичен, но лесной массив на их водосборе сглаживает неравномерность стока. Модуль меженного стока р. Боровка 1.10-1.15, р. Колтубанка – 0.45-050 л/с. км2. Вертикальный воздухо- и влагообмен благоприятствует более значительному увлажнению территории бора по сравнению с окружающей степью, что способствует питанию подземных вод. По данным метеостанции «Боровое лесничество» за период с 1903 по 2004 гг. средняя годовая температура воздуха в бору выросла почти на 10 и составила 3.7 0С. Основное влияние на формирование подземных вод оказывают атмосферные осадки. Годовое их количество на площади бора в среднем составляет 530 мм при колебаниях от 324 до 856 мм в отдельные годы. За период 1980-2004 гг. количество осадков, судя по тренду, возросло на 34 мм/год. На территории бора осадков на 55-120 мм/год больше, чем на соседних метеостанциях Бузулук (410 мм) и Бугуруслан (473 мм), что свидетельствует о лучшей увлажненности территории лесного массива. Аналогичное мнение по результатам анализа осадков за 1903-1946 гг. высказал Рутковский В.И. [4].
По ландшафтно-геморфологическим условиям на территории бора выделяются высокая денудационная и аккумулятивная равнины [6]. Высокая равнина олигоцен-миоцена (Р3-N1) образует верхнюю поверхность на отложениях верхней перми и нижнего триаса и морфологически представляет сочетание нешироких водораздельных пространств с крутыми склонами. Аккумулятивная аллювиальная равнина большей частью наследует низкую денудационную равнину раннечетвертичного возраста (Q1) рек Боровки, Тока, Самары по периферии их долин. Граница соответствует контуру акчагыльской трансгрессии Каспия (N2ak). В долинах рек выделяются низкая (Q2IV) и высокая (Q1IV) поймы (голоцен), первая (Q2III) и вторая (Q1III) надпойменные террасы (верхний плейстоцен), поверхность которых занимает Бузулукский бор; на пойменных террасах отмечаются многочисленные протоки, старицы, заболоченности.
Гидрогеологические условия бора определяет аллювиальный горизонт (aQ), развитый в долинах рек Самара, Боровка, Колтубанка. Он представлен песками, а также гравийно-галечными отложениями, а локально в покрове террас - супесями, суглинками и глинами, образующими также линзы в толще песков. На территории эоловых дюн и барханов преобладают средне- и мелкозернистые пески. Мощность водоносного горизонта колеблется от 8-10 м в долинах р. Колтубанка и притоков р. Боровка до 30-42 м на правобережье и в устье последней, а также в долине Самары. Водосодержащими являются аллювиальные отложения, а эоловые, сформировавшиеся за счет перевевания аллювия, как правило, безводны. Подземные воды преимущественно безнапорные, грунтового типа, глубина их залегания возрастает от 0.5-1.5 м на пойменных террасах до 4-12 м по мере удаления от русел р.р. Боровка и Самара в сторону I и II надпойменных террас. Преобладающие глубины УГВ на этих террасах в межень 4-6 м и 8-12 м соответственно. В долине р. Колтубанка на высокой пойме УГВ составляет 0.5-0.9 м, на I террасе - 3.5-5.0 м. На территории распространения эоловых песков в междюнных понижениях глубина грунтовых вод в подстилающем дюны аллювии равна 5-12 м, в целом возрастая на правобережье р. Боровка в СЗ направлении. Общее направление потока на юго-запад, отметки зеркала грунтовых вод на подавляющей части бора составляют 60-100 м; гидроизогипса 60 м проходит вдоль правого берега р. Самара через поселки Лесной и Колтубановский, пересекая реку близ г. Бузулука. Уклон зеркала на территории бора в долине Самара – 0.003-0.004. Дренирующее воздействие р. Боровка отчетливо проявляется выше пос. Партизанский, где на правобережье поток грунтовых вод с уклоном 0.005-0.008 направлен на ЮВ, а на левом берегу с уклоном 0.007-0.015 - на СЗ. Ниже по течению, где Боровка входит в долину р. Самара, уклоны зеркала снижаются до 0.002-0.004, а направление приобретает общий юго-западный вектор.
Режим уровня грунтовых вод неоднороден. Приречные части характеризуются гидрологическим типом с максимально высоким УГВ в период паводка или с некоторым запаздыванием от него, растущим по мере удаления от реки. В долине р. Самара у с. Елшанка-1 среднегодовая глубина залегания УГВ в период 2001-2004 г. составляла 6.10-6.95 м, наивысший уровень 2.20-4.60 м, годовая амплитуда колебаний - 2.1-4.5 м [3]. Вследствие гидравлической связи реки с аллювиальным водоносным горизонтом, подъем УГВ происходит практически одновременно с подъемом горизонта воды в р. Самара, а спад затягивается на 1-2 месяца. В 1976-1995 гг. наблюдался подъем УГВ, в целом, на 0.7-1.1 м, а судя по средне-минимальным значениям уровня - на 0.80 м. В долине р. Боровка на I террасе на расстоянии 0.5 км от реки подъем УГВ в начале мая достигал 1.25-1.30 м при росте горизонта в реке на 1.0-2.5 м и 0.40-0.60 м при подъеме горизонта менее 1.0 м. Климатический тип режима характерен для удаленных от рек частей I и II надпойменных террас, включая площадь распространения эоловых песков. Режим уровня грунтовых вод определяется годовым количеством атмосферных осадков, запасами снега, влаги в зоне аэрации, глубиной грунтовых вод. При близком залегании последних (5 м) подъем запаздывает до 3 месяцев. Колебания УГВ плавные, режим уровня характеризуется подъемом в мае-июне и спадом до следующего снеготаяния. Амплитуда годовых колебаний уровня 0.3-0.8 м. В многоводные годы, особенно при их повторении, подъем достигает 1.4-1.6 м, а повторяющиеся маловодные годы (1920-1921) вызывают спад УГВ до 1.5 м, губительный для леса [4].
Водопроницаемость аллювиальных и эоловых отложений высокая, что способствует поглощению осадков и инфильтрационному питанию грунтовых вод. На территории бора снеговой покров практически полностью поглощается почвой, что подтверждают режимные наблюдения. Коэффициент фильтрации среднезернистых песков 1.5-3.2 м/сут, мелкозернистых 1.0-2.3 м/сут, глинистых разностей 0.3-1.2 м/сут, а барханных песков 1.1-2.2 м/сут, гравийно-галечных пород – 15-45 м/сут.
Минерализация грунтовых вод низкая, величина сухого остатка, как правило, не превышает 0.4-0.6 г/л, в условиях затрудненного водообмена из-за глинистых прослоев и подпора возрастает за счет сульфатов до 0.8-0.9 г/л. Тип воды гидрокарбонатный кальциево-магниевый, при увеличении минерализации – сульфатно-гидрокарбонатный. Режим состава на большей части бора консервативен и не обнаруживает заметных годовых и многолетних изменений. В грунтовых водах содержание железа и марганца до 6 и 4.7 раз превышает нормы СанПиН [5], что связано с перетоком воды из татарского водоносного комплекса (P2t), обогащенного этими компонентами. Наибольшее экологическое воздействие на химический состав вод аллювиального горизонта оказывают нефтяные месторождения на территории бора, хотя и давно законсервированные. В процессе добычи нефти и газа, а также после ликвидации или консервации скважин содержание нефтепродуктов в аллювиальном водоносном горизонте на территории Могутовского, Воронцовского и Гремячинского месторождений достигает 2.12 мг/л (21 ПДК), а фенолов 4.6 мг/л (18 ПДК) при фоновых значениях 0.73 мг/л (7.3 ПДК) и 1.51 мг/л (6.4 ПДК). За пределами месторождений локально также наблюдается повышенное содержание загрязнителей, в т.ч. нефтепродуктов до 3.6 ПДК, а фенолов – 2.6 ПДК.
Ресурсы подземных вод судя по среднемноголетнему меженному стоку Боровки характеризуются модулем подземного стока 1.10 л/с. км2 (34 мм/год). В данном случае учитывается только та часть подземных вод, которая дренируется реками. Общие ресурсы определены согласно данным ФГУП «Оренбурггеоресурс» по результатам режимных наблюдений за УГВ в 6 скважинах, где среднее изменение уровня грунтовых вод в 2002 – 2003 гг. на участках, удаленных от реки Боровка, за год составило 0.32 м. Водоотдача µ по разности влажности песков водонасыщенных и выше УГВ в объемных показателях равна 0.19, а инфильтрационное питание: W = 0.000167 м/сут или 60.8 мм/год (1.93 л/с. км2), плюс 7 мм/год (0.23 л/с. км2) - переток из татарского водоносного горизонта (Р2t). При площади бора 660 км2 ресурсы подземных вод аллювиального водоносного горизонта на его территории составляют 1270 л/с (110 тыс. м3/сут.). Расход подземных вод происходит за счет выклинивания в речную сеть (36.2 мм/год), подземного оттока по аллювию (8.1 мм/год), транспирацию древесной растительностью и испарение (в среднем около 23.5 мм/год). Основную часть влаги (430-450 мм/год) бор расходует за счет почвенной влаги. Близкие значения W (80-85 мм/год) приводит Воронков Н.А., изучавший водный баланс в 1947-1968 гг. [1].
Наибольшие экологические проблемы Бузулукского бора связаны с геологоразведочными работами на его территории с целью поисков нефти и газа, проводившихся в период 1952-1970 гг. За это время было пробурено 164 скважины, причем в 40 из них оказались продуктивными; разведано три месторождения: Могутовское с запасами нефти 21.7 млн.т, Воронцовское с запасами 19.5 млн.т, Гремячинское с запасами 2.1 млн.т [2]. На последнем нефть не добывалась, на Воронцовском добыто 830 тыс. т нефти и 570 млн.м3 газа, на Могутовском – 9 тыс. т. Месторождения занимают на территории бора 95 км2 или 15% его площади, на всех них нефть относится к легким бессернистым типам, интенсивно воздействующим на природную среду. Несмотря на прекращение работ на месторождениях, ликвидацию и консервацию скважин, экологические последствия бурения и добычи не устранены. Негативное воздействие связано с загрязнением окружающей среды нефтью, нефтепродуктами и высокоминерализованными сточными водами, которые могут свободно проникать через песчаную матрицу в сообщающиеся между собою водоносные горизонты. Входящие в состав нефти компоненты испаряются, мигрируют в почву и частично сорбируются ею. Высокоминерализованные пластовые воды с сухим остатком до 270 г/л поднимались с нефтью на поверхность, загрязняя грунтовые воды. На гидрогеоэкологическую обстановку влияет также высокое содержание в верхнепермских отложениях и в подземных водах марганца и железа, количество последнего в воде достигает 26.4 мг/г или 88 ПДК [5]. В результате миграции и подтягивания водозаборными скважинами пластовых вод и их соединений, Fe и Mn поступают в аллювиальный водоносный горизонт, где содержание железа достигает 1.15 мг/л и более. Кроме того, в татарском водоносном комплексе и нижнетриасовом горизонте водовмещающие породы содержат повышенное количество опасных компонентов – хрома, бора и никеля.
В целом экологическая ситуация в Бузулукском бору остается напряженной и требует проведения комплексных исследований всех компонентов геосистем, а также организации и ведениях их геоэкологического мониторинга.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Воронков Н.А. Режим грунтовых вод в песках засушливых областей // Почвоведение. – 1973. - № 5. - С 82-92.
2. Гацков В.Г., Лукин Э.Н. и др. Бузулукский бор - проблемы и перспективы// Охрана окружающей среды Оренбургской области под ред. В.Ф. Куксанова.- Оренбург, 2002. - С. 151-163.
3. Зинченко Л.Е. Информационный бюллетень о состоянии геологической среды на территории Оренбургской области. ОАО «Компания вотемиро».- Оренбург, 1997-2005. Вып. 1-9.
4. Рутковский В.И. Бузулукский бор. Т.IV. Влияние динамики климатических и гидрологических условий на лесные культуры. – М., 1950. – С.144.
5. Санитарные нормы и правила СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем водоснабжения. - М: Минздрав РФ, 2001 - 18 с.
6. Чибилев А.А. Бузулукский бор. – Оренбург, 2001. – 16 с.
Е.Н. Сквалецкий, А. И. Климентьев, Ю.М. Нестеренко