Состояние водоприемных объектов города Костаная

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Природно-климатические и гидрогеологические особенности территории

1.1 Природно-климатические условия района исследований. Географическое положение

1.1.1 Гидрогеологические особенности территории

1.1.2 Рельеф

1.1.3 Гидрография

1.1.4 Почвы

2. Объекты и методы исследования

2.1 Очистные сооружения

2.2 Экспериментально - расчетная часть

2.3 Водный баланс накопителя - испарителя № 1

2.4 Расчет нормативов качества сточных вод, отводимых в накопитель - испаритель

3. Перечень определяемых компонентов загрязнений

3.1 Обработка, складирование и использование осадков сточных вод

3.2 Водоохранные мероприятия по соблюдению установленного ПДС и контроля за соблюдением установленных нормативов ПДС предприятия

3.3 Подземные воды

Заключение

Список используемой литературы

Приложения

Введение

Защита окружающей среды является важнейшей социально-экономической задачей общества.

Загрязнение водных объектов приводит к снижению качества природных ресурсов.

Забота о сохранении чистоты водных ресурсов, без которых невозможна жизнь, превратилась в результате увеличения плотности населения, развития промышленности во всеобъемлющую и исключительно серьезную проблему. При решении этой проблемы обязательным условием принятия действенных мер является, прежде всего, точное знание вида и концентрации присутствующих загрязнений бытового, транспортного и промышленного происхождения. И здесь, прежде чем приступать к осуществлению надлежащих мероприятий, призванных предотвратить загрязнение водных объектов, необходимо располагать результатами анализов.

Действенной мерой охраны водных объектов от загрязнения является периодическое проведение экологического мониторинга, установление нормативов предельно-допустимых воздействий, в частности - решение вопросов нормирования и регулирования сброса загрязняющих веществ.

Современная концепция экологического нормирования определяет экологический мониторинг как деятельность, направленную на установление системы нормативов состояния и нормативов предельно допустимого воздействия на экосистемы, необходимых для эффективного осуществления природоохранного управления. Подразумевается также, что, в свою очередь, установление нормативов предельно допустимых воздействий на экосистемы способствует регулированию загрязнения окружающей среды при изъятии природных ресурсов, что существенно ограничивает антропогенную трансформацию экосистем.

Целью данной работы явилось изучение состояние водоприемных объектов г. Костаная и установление предельно допустимых норм воздействия, гарантирующих экономическую безопасность населения.

В связи с этим, основными задачами исследований являлись следующие:

1. Проведение экологического мониторинга.

2. Выявление масштабов изменение качества окружающей среды в районе исследования.

3. Установление предельно - допустимых норм воздействия.

4. Сохранение генофонда, обеспечивающих рациональное использование и воспроизводство природных ресурсов в условиях устойчивого развития хозяйственной деятельности.

1. Природно-климатические и гидрогеологические особенности территории

1.1 Природно-климатические условия района исследований. Географическое положение

Водная оболочка земли - гидросфера - покрывает 71% ее поверхности. 96,50 воды сосредоточено в морях и океанах, 1,7% - в ледниках и только 0,45% приходится на пресную воду рек и озер. За последние 80 лет общее водопотребление увеличилось в мире в 10 раз, а в промышленности- в 20 раз.

Основой водных ресурсов Казахстана является речной сток. В Казахстане распределение водных ресурсов очень неравномерное. В Костанайской области водопотребление осуществляется за счет стока рек бассейна р.Тобол, Убаган, Аят, Тургай и др. Субъекты, использующие воду в технологических процессах, называются водопотребителями. Вода тратится на: промышленные нужды, хозяйственно-питьевые нужды, орошение, с/х водоснабжение, и пр. Основным водопотребителем является промышленность и сельское хозяйство. Отрасли, которые используют воду как ресурс, не меняя ее физико-химического состояния, называются водопользователями. К ним относятся: водный транспорт, рыболовство, гидроэнергетика.

Основным резервом повышения эффективности использования водных ресурсов является сокращение ее потребления в основных водопотребляющих отраслях. Прежде всего, это относится к внедрению водосберегающих технологий и уменьшению ее использования на хозяйственные нужды. Важно также ликвидировать многочисленные потери воды на всех этапах ее использования. Большие потери отмечаются и у потребителей, например, при орошении сельско-хозяйственных угодий. Из-за применения устаревших технологий коэффициент полезного действия оросительных систем составляет 0,5, что означает практически 50% потери. 20% от потребляемой воды теряется в коммунальном хозяйстве, а в отдельных городах, как Костанай, этот показатель может достигать 40%. Такое положение происходит из-за состояния водопроводных систем. К этому следует добавить нерациональное потребление воды в быту. В среднем мы потребляем 300 л воды в сутки, а в крупных городах этот показатель поднимается до 600 л. Отсутствие водомеров и низкие тарифы на воду для населения стимулируют расточительное водопотребление. Обостряется проблема качества воды. Вследствие общего загрязнения рек, водоемов, нехватки современных технологий очистки способствуют снижению качества питьевой воды.

Источники и объекты загрязнения водных ресурсов.

Загрязнением окружающей среды называется прямое или косвенное негативное воздействие на нее, вызываемое антропогенной деятельностью. Загрязнение может происходить и за счет естественных источников, например:

1)химического состава водоема в месте стока. Эти воды не требуют чистки.

2)нормативно-очищенные сточные воды, прошедшие очистку, сброс которых не приводит к изменениям качества воды в водоеме. Содержание загрязняющих веществ в них соответствует ПДК.

3)загрязненные сточные воды и стоки сброшенные без очистки или недостаточно очищенные, содержащие загрязняющие вещества выше ПДК.

В Костанайской области р.Тобол является основным источником водоснабжения. В пределах водоохранной зоны ее расположено 69 населенных пунктов, 71 животноводческий комплекс, 47 садово-огороднических обществ, 60 орошаемых участков. Все без исключения поселки имеют источники загрязнения. Основными загрязнителями водоохранной зоны являются с/х объекты. Здесь же насчитывается около 40 земляных плотин. Многие в паводковый период размываются, засоряя русло. Для их восстановления берут грунт с берегов, что вызывает эрозию почв. Централизованной системы канализации не имеет ни один районный центр. Для канализации используются стокоприемники, которые из-за нарушения режима пользования загрязняют местность. Всего на р.Тобол насчитывается более 260 источников загрязнения.

Из наиболее крупных загрязнителей в непосредственной близости от реки находятся накопители сточных вод г. Житикары, очистные coopyжения и водонакопитель г. Лисаковска, Сарбайский накопитель дренажных вод, очистные сооружения г. Костаная . В них отмечаются частые аварийные сбросы и утечки из главного канализационного коллектора, проложенного вблизи реки. Суммарный загрязняющий эффект от утечек сточных и дренажных вод выражается в увеличении минерализации речных вод и росте концентрации в них токсичных компонентов.

Значительно загрязняют реки и водоемы Костанайской области хозяйственно-бытовые отходы и свалки мусора. Расположены они часто вблизи рек, легко доступны для ветра, дождя, снега и талых вод. Они поставляют в реки значительную массу органических соединений азотной группы, некоторые металлы: в т.ч. ртуть, кадмий, нефтепродукты и другие вещества. Наиболее ощутимые поступления их проявляются в паводок, после обильных дождей и ливней.

Определенный "вклад" в загрязнение поверхностных вод вносят агроландшафты. Смывы почв, близко расположенных к водохранилищам поставляют в поверхностные воды обилие гумуса, пожнивных остатков, органических соединений азота, фосфора, пестициды, особенное долгоживущие ДДТ, ртуть и др. Специфическую группу загрязнении поставляют жидкие стоки животноводческих ферм и навозохранилищ, базирующихся в береговой зоне. Периодические утечки канализационных стоков городов Житикары, Костаная, Лисаковска приносят в р.Тобол обширный букет загрязнений, особенно опасных в летнее время.

Ярким примером не экологического подхода, глобального загрязнения водных ресурсов является Аральское море.

Деградация Аральского моря в Казахстане явилась результатом планомерного, техногенного развития сельского хозяйства Узбекистана и Казахстана за последние 30 лет. Кризис был вызван некомпетентным природоразрушающим планированием использования вод рек Сыр-Дарьи и Аму-Дарьи для полива хлопчатника, риса и др. водоемких культур. В условиях засушливого климата и дефицита воды в регионе в море поступало в последние годы 4-8 куб.км воды вместо 33-35 куб.км, необходимых для поддержания его уровня. Сейчас на месте моря находится несколько мелких озер. К опасным последствиям усыхания моря относится огромный вынос песка и соли со дна бывшего моря. Ежегодно ветрами поднимается около 75 млн.т. песка и соли и переносится на сотни километров вокруг. Катастрофически уменьшилось разнообразие видов живой природы. Если в регионе моря обитало 178 видов животных, то теперь их количество сократилось до 38.

Вода в реках, стекающих в Арал, сильно загрязнена остатками ядохимикатов и минеральных удобрений. Вода в Аральском регионе является одной из самых худших в мире по уровню загрязнения.

Ухудшение экологической ситуации сопровождается тяжелыми социальными последствиями. Прежде всего это касается глобального ухудшения здоровья населения. К. этому приводит и загрязненная химией и солью питьевая вода, высокое содержание вредных веществ в продуктах питания. В результате детская смертность составляет 80 детей на 1000 новорожденных. Более 70% взрослых и 80% детей страдают от одной или нескольких болезней. Все это приводит к постоянному снижению средней продолжительности жизни.

На Аральском море практически исчезло рыболовство. Закрылись заводы по переработке рыбы. Исчез морской транспорт. Засоление огромных территорий земель привело к деградации природных угодий. Урожайность культур снизилась на 50%.

Спасение Арала нужно искать в упорядочении расходе воды в сельском хозяйстве. Экономия воды может осуществляться на всех этапах природно-продуктовой цепочки, которая связывает водные ресурсы с конечным продуктом. Наиболее очевидным вариантом экономии водных ресурсов является изменение экспортной политики в отношении хлопка. Эта. экспортная политика является очень водоемкой. Ежегодно вместе с волокном хлопка увозится 15 куб км. воды. Таким образом значительная часть водных и земельных ресурсов функционирует без отдачи.

Критерии выхода из экологического кризиса.

Варианты по выходу из кризисных экологических ситуаций должны оцениваться по четырем критериям:

1)возможные экологические последствия,

2)техническая осуществимость,

3)величина инвестиций и их эффективность,

4)социальные последствия.

Аральский кризис во многом порожден игнорированием экономической ценности водных и земельных ресурсов, что привело к гигантскому перепотреблению воды, к быстрому увеличению площадей орошаемых земель. Для решения проблемы Арала необходимо сокращать поливные земли, выводить из пользования в первую очередь засоленные почвы, а также земельные массивы, расположенные вдалеке от водных источников. Водные ресурсы находятся под охраной государства. Законодательной основой по водному фонду Республики Казахстан является водный кодекс РК, рассмотрим некоторые из них:

ст.3.Водный Фонд

Все воды на территории государства составляют водный Фонд РК. Водный фонд включает: реки, озера, болота, пруды, водохранилища и другие поверхностные водные ресурсы, а также воды каналов и магистральных водоводов, подземные, воды, ледники.

ст.4.Собственность на воду

Вода в РК являются исключительной собственностью государства. Предоставление вод в пользование других государств, а также иностранных юридических лиц и граждан осуществляется на договорной основе

ст.21.Водоохранные зоны и полосы

По берегам рек, озер, морей и водохранилищ, вокруг родников, болот, каналов, водоводов и других водохозяйственных сооружений устанавливаются водоохранные зоны и полосы с особыми условиями пользования. Они предназначены для предупреждения загрязнения, засорения и истощения вод, поддержания их экологической устойчивости и надлежащего санитарного состояния. Водоохранные зоны и полосы устанавливаются местными исполнительными органами по представлению государственного органа управления водными ресурсами. В решении об установлении водоохранных зон и полос определяются особые условия пользования землей и другими природными ресурсами.

ст.35.Осуществление общего водопользования

1.При общем водопользовании обязательным является соблюдение требований государственных органов охраны природы, управления водными ресурсами и органов, осуществляющих государственный санитарный надзор, охрану недр, речных запасов.

2.Местные представительные и исполнительные органы в целях охраны жизни и здоровья людей, обеспечения экологической безопасности определяют места, где запрещается купанье, катанье на лодках, забор воды для питьевых и бытовых нужд, водопой скота, а также устанавливают другие условия общего водопользования на водоемах, расположенных в пределах их административных границ.

ст.42.Основные обязанности водопользователей

Водопользователи обязаны:

-использовать воды в соответствии с целевым назначением и условиями их предоставления, не наносить ущерб природной среде и хозяйственным объектам, экономно расходовать воду, осуществлять комплекс мероприятий по улучшению качества сбросных вод, содержать в порядке и благоустраивать используемые водоемы, не допускать сброса в водоемы сточных вод, содержащих загрязняющие вещества, содержать в исправном состоянии очистные и другие водохозяйственные сооружения и технические устройства, влияющие на состояние вод, улучшать их эксплуатационные качества, оборудовать водозаборы средствами учета и вести в установленном порядке учет использования вод,

ст.47.Платность водопользования.

Общее водопользование в РК осуществляется бесплатно. Специальное водопользование является платным. Плата за пользование водными ресурсами, кроме общего водопользования, взимается независимо от форм собственности и хозяйствования. Плата за пользование водными ресурсами взимается с учетом качества воды, местоположения водоема и условий водопользования.

ст.57. Сельскохозяйственное водопользование

Пользование водами для нужд сельского хозяйства осуществляется в порядке общего и специального водопользования. При специальном водопользовании применяются оросительные, обводнительные, осушительные и иные водохозяйственные сооружения и устройства.

ст.58. Обязанности с/х водопользователей

1.Юридические лица и граждане, пользующиеся водоемами, для нужд сельского хозяйства обязаны:

-соблюдать установленные лимиты, правила, нормы и режим водопользования, принимать меры к ликвидации и сокращению потерь воды в водохозяйственных системах, не допускать загрязнения водоисточников и ухудшения экологической обстановки.

2. Юридическим лицам и гражданам, пользующимся водоемами для нужд сельского хозяйства, запрещается самовольно производить:

-прогон скота и проезд транспортных средств, самоходных машин и механизмов через каналы и иные водохозяйственные сооружения в местах, не предназначенных для этих целей.

ст.97. Задачи охраны вод

1. Bce воды подлежат охране от загрязнения, засорения и истощения, которые могут нарушить экологическую устойчивость природных систем, причинить вред здоровью населения, а также повлечь уменьшение рыбных запасов, ухудшение условий водоснабжения и другие неблагоприятные явление вследствие изменения физических, химических, биологических свойств вод, снижения их способности к естественному воспроизводству и самоочищению, нарушения гидрологического и гидрогеологического режима вод. Охрана вод включает систему организационных, экономических, правовых и других мер, направленных на предотвращение загрязнения и истощения вод.

ст.98. Обязанности по охране вод

Все юридические лица и граждане на территории РК, деятельность которых влияет на состояние вод, обязаны проводить технологические, лесомелиоративные, агротехнические, гидротехнические, санитарные ид другие мероприятия, обеспечивающие охрану вод от загрязнения, засорения, истощения, а также улучшение состояния и режима вод.

ст. 100-102. Охрана вод от загрязнения и засорения

Загрязнением вод признаются такие изменения физического, химического или биологического характера, в результате которых воды становятся непригодными для нормального использования в коммунальных, промышленных, с/х, рыбохозяйственных и других целях. Засорением вод считается внесение в них твердых, производственных, бытовых отходов. в результате которого ухудшается гидрологическое состояние водного объекта и создаются помехи водопользованию.

Владельцы средств водного транспорта, трубопроводов ид других сооружений на водоемах обязаны не допускать загрязнения и засорения, вод вследствие потерь масел, древесины, химических, нефтяных и иных продуктов.

ст.105-107. Охрана вод от истощения

Истощением воды является уменьшение минимально допустимо стока, поверхностных вод или сокращение запасов подземных вод в пределах определенного региона. В целях поддержания благоприятного водного режима водоемов, предупреждения их заиления и зарастания, водной эрозии почв, ухудшения условий обитания водных животных и птиц, уменьшения колебаний стока устанавливаются водоохранные зоны и полосы и проводятся лесомелиоративные, противоэрозионные, гидротехнические и, другие мероприятия. На территории водоохранных зон и полос запрещается распашка земель, купка и санитарная обработка скота, возведение построек и другие виды хозяйственной деятельности, ухудшающие режим водоемов.

Режим эксплуатации сооружений для забора подземных вод должен исключать истощение их запасов. Самоизливающиеся скважины, а также скважины, непригодные к эксплуатации, подлежат оборудованию регулирующими устройствами, консервации или ликвидации. В областях питания и местах залегания подземных вод, которые используются или могут быть использованы для водоснабжения, не допускается устройство накопителей твердых и жидких отходов, свалок, а также строительство других объектов, являющихся источником загрязнения подземных вод. Предприятия, пользующиеся подземными водами, осуществляют мероприятия, по охране.

Костанайская область расположена в северной части республики, в долинах рек Тобол и Тургая. Она граничит на севере и северо-западе с Российской федерацией, на западе - с Актюбинской, на юге - Карагандинской и на востоке - Северо-Казахстанской и Акмолинской областями Казахстана. Костанайская область образована в 1936 году. Областным центром является город Костанай.

В настоящее время территория Костанайской области составляет 196 тыс. кв. км - это самая большая область Северного Казахстана. Область расположена между 48°16' - 55°12' северной широты и 60° - 67°20' восточной долготы; ее территория протянулась с севера на юг на 700 км, с запада на восток - 250-400 км. Территория области характеризуется относительно равнинным рельефом со средней высотой над уровнем моря около 200 м. Ее северную часть занимает юго-восточная окраина Западно-Сибирской равнины, к югу располагается Тургайское плато, на западе -- Зауральское плато, а на юго-западе -- отроги Сарыарки; с севера на юг территорию области пересекает Тургайская ложбина. Равнинный рельеф является благоприятным фактором для расселения людей и размещения хозяйства.

В строении рассматриваемой территории принимают участие породы осадочного, магматического и метаморфического генезиса от архея до современного возраста. Образования допалеозоя и палеозоя, смятые в различные складки и осложненные разломами и другими дизъюнктивными нарушениями, образуют жесткий фундамент и перекрыты мощным чехлом рыхлообломочных мезокайнозойских отложений.

Поверхность района представляет собой плоскую степь с редкими оврагами и балками, расположенными в долинах рек. Относительные превышения элементов природного рельефа достигают 3 м. Максимальные отметки рельефа приурочены к западным частям района. Характерными элементами рельефа являются увалы и гряды с многочисленными более или менее крупными озерными впадинами овальной формы, которые периодически заполняются весенними талыми водами. К концу лета озера сильно мелеют, развивается болотная растительность: мох, осока и камыш. В настоящее время эти озера находятся в стадии заполнения болотными образованьями: илом и слабо разложившимся сильно минерализованным торфом, с примесью карбоната - известняка и доломита.

Климат района резко континентальный, засушливый. Для него характерны продолжительная холодная зима и жаркое лето. Средняя многолетняя температура за период с1957 по 1991год составила +1,9⁰ С. Средняя максимальная температура воздуха наиболее жаркого месяца (июль) - +25⁰ С, средняя минимальная температура наиболее холодного месяца (январь) - -16^о С.

Среднемноголетнее годовое количество атмосферных осадков по данным метеостанций города изменяется от 300 до 320мм. Для дальнейших расчетов принимается величина 319мм за слой выпадающих осадков и 670мм - испарение с водной поверхности. Суммарное испарение с поверхности почвогрунтов составляет 100 -150мм. Величина слоя поверхностного стока составляет 17мм при средней обеспеченности и 32мм при максимальной обеспеченности в годы высоких паводков.

Относительная равнинность рельефа, незащищенность территории от проникновения в ее пределы воздушных масс, высокий размах колебания температур благоприятствует развитию ветровой деятельности. В течение года отмечается только 50 -70 безветренных дней. Наибольшей скорости ветер достигает зимой - более 20м/сек, при среднегодовой скорости 5м/сек. Преобладающим направлением ветра в течение всего года, за исключением лета, является юго - западное и южное. Летом же преобладает северное и северо - западное направление.

Среднемесячные значения относительной влажности воздуха в районе колеблются в пределах 54 -81%.

Средней датой образования устойчивого снежного покрова является 14 ноября. Сходит снег обычно в середине апреля. Число дней со снежным покровом составляет около 150. Средняя величина максимального запаса воды в снежном покрове перед началом весеннего снеготаяния-- 70мм. Средняя глубина промерзания грунта составляет 200см, максимальная - 250см.

Равнинно - холмистый характер рельефа района способствует аккумуляции атмосферных осадков и образованию многочисленных озер и болот. Большинство озер имеют неглубокие котловины, врезающиеся в покровные суглинки и глины не более чем на 2м. Воду содержат пресную или слабосолоноватую. Берега преимущественно пологие, низкие (0,3 -1м), часто сливаются со склонами озерной котловины. Склоны озерных котловин пологие и слаборасчлененные высотой до 4 - 6 м, сложенные суглинистыми и супесчаными грунтами и покрытые степной растительностью, иногда распаханные. Дно озер сложено неогеновыми глинами пестроцветными, сильно ожелезненными, с включениями гипса и ангидрита. Наличие мощного слоя водонепроницаемых глин в ложе озер препятствует фильтрации воды озер в нижележащий водоносный горизонт. Подземные воды рассматриваемой территории распространены в соответствии с литолого-структурными особенностями и стратиграфическими подразделениями пород. В общей сложности выделяется пять крупных водоносных горизонтов и комплексов: водоносный горизонт четвертичных аллювиальных отложений, водоносный горизонт олигоценовых песков, водоносный горизонт отложений эоцена, меловой и палеозойский водоносные комплексы.

Водоносный горизонт аллювиальных четвертичных отложений приурочен к долинам рек (Аят, Тобол) и имеет большое практическое значение для водоснабжения хозяйственных центров и промышленных предприятий. Водовмещающими являются разнозернистые гравелистые пески с линзами галечников и прослоями песчаных глин. Мощность водоносного горизонта достигает 20м, при 7-8 метровой средней величине. В подошве залегают опоковидные глины. Уровень грунтовых вод устанавливается на глубине 2-5,5м. ниже земной поверхности. Удельные расходы скважин достигают 7л/с. Коэффициент фильтрации гравелистых песков варьирует от 10 до 100м/сутки, водоотдача составляет 0,2-0,24. Воды пресные, гидрокарбонатные натриевые, с минерализацией от 0,5 до 1,5г/л.

Водоносный горизонт олигоценовых песков широко развит и отсутствует только в долинах рек и на ограниченных участках Тобол-Тогузакского междуречья. От ниже залегающего эоценового водоносного горизонта отделен мощным (до 30 м) водоупорным слоем чеганских глин. Средняя мощность водоносного горизонта 5-10м, максимальная - около 30м. Коэффициент фильтрации средне - мелкозернистых песков изменяется от сотых долей до 20м/сутки; Воды преимущественно безнапорные, хотя в зонах значительного погружения приобретают местный напор от3 до 7м. Глубина залегания уровня варьирует от 1 до 30м. Водообильность горизонта довольно низкая. Наибольшие расходы скважин достигают 4л/с вблизи осушаемых карьеров.

На западе территории пресные гидрокарбонатные натриево-кальциевые воды. Слабосолоноватые воды (с минерализацией 1-3 г/л) развиты в центральной части междуречья. В более погруженных зонах, где в кровле горизонта залегают мощные глинистые слои, минерализация подземных вод возрастает до 5 г/л при хлоридно-сульфатном натриевом составе. Питание грунтовых вод инфильтрационное, разгрузка происходит в овражно-балочную сеть и глубокие озерные котловины.

Водоносный горизонт эоценовых отложений имеет широкое распространение, отсутствуя только в долинах рек Тобола и Аята. Водовмещающими являются опоки, глауконито-кварцевые мелко- и среднезернистые пески и песчаники, мощность которых изменяется от 5-15 м в долинах рек до 50м в междуречьях. Соответственно изменяется и характер залегания пластово-трещинных и поровых вод; в междуречьях они приобретают небольшой напор.

Удельные дебиты скважин изменяются от 0,5 до 2,3 л/с м. Хотя фильтрационные свойства эоценовых отложений низкие (Кф 0,3 - 0,6 м/сутки), коэффициент фильтрации песков достигает 15,5м/сутки. Слабосолоноватые воды (от 1-3 г/л) распространены на левобережье Аята и Тобола. По химическому составу они сульфатно-хлоридные или хлоридно-сульфатные натриевые. Питание инфильтрационное.

Меловой водоносный комплекс включает подземные воды континентальных и морских отложений трех ярусов: альбсеноманского, маастрихтского и туронского. Водовмещающими являются слюдисто- и глауконито-кварцевые пески, песчаники, опоки, алевролиты и песчаные глины. Подстилается комплекс либо глинисто-щебенистыми отложениями коры выветривания, либо породами палеозойского фундамента. Глубина залегания кровли достигает 100м, общая мощность - 60м. Пъезометрические уровни устанавливаются на глубине 13-44 м. Водообильность комплекса различна, в зависимости от литологии. Дебиты скважин изменяются от 0,3 до 10 л/с. при понижениях уровня на 5-10 м. Изменение фильтрационных свойств в направлении от рек к водоразделу характеризуется уменьшением значений коэффициента фильтрации от 20 до 0,1м/сутки.

Минерализация и химический состав подземных вод изменяется в широких пределах. Пресные гидрокарбонатные натриевые воды вскрыты в долинах рек, на большей части территории воды солоноватые (3 - 5 г/л ), а состав их изменяется на сульфатно -хлоридный и хлоридный натриевый.

Палеозойский водоносный комплекс содержит подземные воды трещинного типа нескольких стратиграфических подразделений, представленных осадочно-эффузивными породами от кембрия до карбона. Открытая трещиноватость в метаморфических породах развита на глубине 20 - 40 м, в эффузивно-осадочных -до 40 -50 м, в известняках - до 100м.

Наибольшей обводненностью отличаются закарстованные известняки: дебиты скважин достигают 27,2 л/с. Меньшей водообильностью характеризуются эффузивно-осадочные отложения: дебиты скважин редко превышают 1,5 л/с, составляя в среднем 0,5 -1 л/с, при понижении уровня воды на 15 - 30 м. Напор комплекса достигает 200 м над кровлей, пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 2,2 до 62 м. для трещенно-карстовых вод в суммарном водоотливе. Минерализация подземных вод комплекса подчиняется общей гидрохимической зональности, площадной и вертикальной, возрастая в направлении от речных долин к водоразделам с 3 до 10 г/л; с глубиной от 5 - 6 г/л в кровле до 26 - 66 г/л в погруженных трещинноватых зонах. Преобладающий химический состав - хлоридный натриевый.

Костанайская область расположена в умеренном климатическом поясе, однако вдали от морей и океанов - в глубине континента, поэтому для ее территории характерен резко континентальный климат. Зима продолжительная и суровая, лето жаркое и сухое, особенно в южной половине области. Годовое количество осадков 200-350 мм.

По территории области протекают реки Тобол и их притоки, многочисленные озера разнообразят степной ландшафт.

В связи с большой протяженностью территории с севера на юг область отличается большим разнообразием природных условий, от северной границы к южной происходит последовательная смена Западно-Сибирских лесостепных ландшафтов, ландшафтами умеренно-засушливых степей, сменяющихся на юге области сухими степями и полупустынями.

Основная часть территории области расположена в степной зоне с плодородными черноземами и каштановыми почвами. Здесь преобладают красноковыльно-разнотравная и разнотравно-тырсово-красноковыльная растительность с березово-осиновыми колками в ее северной части. В целом область располагает благоприятными агроклиматическими условиями для развития сельскохозяйственного производства.

1.1.1 Гидрогеологические особенности территории

В строении рассматриваемой территории принимают участие породы осадочного, магматического и метаморфического генезиса от архея до современного возраста. Образования допалеозоя и палеозоя, смятые в различные складки и осложненные разломами и другими дизъюнктивными нарушениями, образуют жесткий фундамент и перекрыты мощным чехлом рыхлообломочных мезокайнозойских отложений.

Поверхность района представляет собой плоскую степь с редкими оврагами и балками, расположенными в долинах рек. Относительные превышения элементов природного рельефа достигают 3 м. Максимальные отметки рельефа приурочены к западным частям района. Характерными элементами рельефа являются увалы и гряды с многочисленными более или менее крупными озерными впадинами овальной формы, которые периодически заполняются весенними талыми водами. К концу лета озера сильно мелеют, развивается болотная растительность: мох, осока и камыш. В настоящее время эти озера находятся в стадии заполнения болотными образованьями: илом и слабо разложившимся сильно минерализованным торфом, с примесью карбоната - известняка и доломита.

Относительная равнинность рельефа, незащищенность территории от проникновения в ее пределы воздушных масс, высокий размах колебания температур благоприятствует развитию ветровой деятельности. В течение года отмечается только 50 -70 безветренных дней. Наибольшей скорости ветер достигает зимой - более 20м/сек, при среднегодовой скорости 5м/сек. Преобладающим направлением ветра в течение всего года, за исключением лета, является юго-западное и южное. Летом же преобладает северное и северо-западное направление.

Среднемесячные значения относительной влажности воздуха в районе колеблются в пределах 54 -81%.

Средней датой образования устойчивого снежного покрова является 14 ноября. Сходит снег обычно в середине апреля. Число дней со снежным покровом составляет около 150. Средняя величина максимального запаса воды в снежном покрове перед началом весеннего снеготаяния-- 70мм. Средняя глубина промерзания грунта составляет 200см, максимальная - 250см.

Гидрогеологические условия Северного Казахстана определяются многочисленными чрезвычайно разнообразными факторами, основными из которых являются климат, рельеф, гидрография, характер зоны аэрации, геолого-структурное строение, тектоника и физико-механические свойства вмещающих пород. Особенности аридного климата, небольшое количество атмосферных осадков и неравномерное их распределение по площади, а также высокая температура поверхности почвы создают резкий дефицит влаги в общем балансе, что существенно влияет на формирование подземных вод, их количество и качество.

Северную часть исследуемого района занимает окраина Западно-Сибирской низменности, южную - Тургайская столовая страна. Северная половина района представляет собой однообразную плоскую лесостепную и степную равнину, слабо наклоненную к северо-востоку с преобладающими абсолютными отметками 170-220 м. Аккумулятивная равнина, имеющая аллювиальный и озерно-аллювиальный генезис, сформировалась в условиях медленного погружения складчатого фундамента. Образование ее началось в среднем олигоцене и закончилось и позднечетвертичное время, В то же время закладывались озерные впадины и современная эрозионная сеть, формировались террасы Ишима, Тобола и их притоков. Следующие фазы поднятий окружающих горных сооружений в позднечетвертичную эпоху сопровождались образованием более низких надпойменных террас и пойм рек. По генезису поверхности здесь выделяются озерно-аллювиальные, аллювиальные и озерные аккумулятивные равнины, различающиеся по характеру рельефа и геолого-гидрогеологическим условиям [2].

Озерно-аллювиальные равнины имеют плосковолнистую и полого-увалистую поверхность с общим наклоном на север и северо-восток. Они сложены осадками неогенового и палеогенового возраста и прикрыты маломощным чехлом четвертичных покровных суглинков, иногда супесей. Здесь встречается много пресных и соленых озер различной величины и отмечается широкое развитие лощинообразных понижений субмеридионального или северо-восточного направления, являющихся следами древних долин.

Особое место занимают равнины крупных ложбин стока, сформированных в плиоцене, а также ранне- и среднечетвертичное время в условиях аллювиально-озерного режима. В Тобол-Убаганской ложбине стока развита мощная (20-41) м) толща четвертичных озерно-аллювиальных осадков, что влияет на гидрогеологические условия этих равнин.

Аллювиальная аккумулятивная равнина Тобола включает две долины - Уй с притоком Тогузак и Аят. Долины рек узкие (до 2, редко 5 км), глубоко врезанные. После впадения Аята долина Тобола расширяется до 5- 10 км, В районе Кустаная хорошо развита пойма и две надпойменные трансы. Долина Тобола имеет широкие и пологие склоны, сильно расчлененные логами и балками.

Аллювиальная равнина долины нижнего течения Тобола имеет ширину от 2 до 20 км. Здесь выделяются пойма и три надпойменных террасы. Террасовые поверхности развиты в основном на левом берегу реки, правый берег почти на всем протяжении крутой. Третья надпойменная терраса прослеживается в левобережной части долины в виде сплошной полосы с равнинной аккумулятивной поверхностью. Ширина ее местами достигает 8 км, а высота над урезом реки не превышает 35 м. Границы террасы хорошо выделяются в рельефе. Вторая надпойменная терраса шириной 2-3, местами до 10 км, имеет ровную поверхность, наклоненную вниз по течению и в сторону реки. Высота над урезом воды составляет 17-20 м. Первая надпойменная терраса прослеживается попеременно по обоим склонам долин. Ширина ее изменяется от нескольких сот метров до 5 км, относительная высот, от 10 до 12 м. Пойменная терраса имеет два уровня - высокий (4-6 м) и низкий (1,5 2 м). Преобладают поверхности высокого уровня. Ширина поймы неравномерна и достигает иногда 5 км.

Озерные аккумулятивные равнины приурочены в основном к днищам крупных замкнутых озерных котловин и имеют локальное распространение. Поверхности озерных равнин ровные, плоские, слабо наклонены к центру котловины и обычно изрезаны балками. Равнины имени ширину от 5 до 10 км.

Костанайская столовая страна, или Костанайское плато, занимает южную часть рассматриваемой территории. Как район тектонической депрессии она начала существовать с начала мезозойского периода. С позднего мела до конца раннего олигоцена в этой депрессии происходила аккумуляция морских отложений, позднее здесь устанавливается континентальный режим. Поднятие территории продолжалось на протяжении всего неоген-четвертичного времени и имело решающее значение для образования ее современного рельефа.

Аллювиальные отложения Тобола имеют песчанистый состав. Отложения второй надпойменной террасы представлены разнозернистыми, местами гравелистыми, песками мощностью до 15 м. Аллювиальные образования первых надпойменных террас Тобола и его притоков в верхней части разреза состоят из суглинков и запесоченных глин, сменяющихся ниже песчано - гравелийным материалом. Суммарная мощность осадков достигает 12м.

Климат района резко континентальный, засушливый. Для него характерны продолжительная холодная зима и жаркое лето. Средняя многолетняя температура за период с1957 по 1991год составила +1,9⁰ С. Средняя максимальная температура воздуха наиболее жаркого месяца (июль) - +25⁰ С, средняя минимальная температура наиболее холодного месяца (январь) - -16^о С.

Среднемноголетнее годовое количество атмосферных осадков по данным метеостанций города изменяется от 300 до 320мм. Для дальнейших расчетов принимается величина 319мм за слой выпадающих осадков и 670мм - испарение с водной поверхности. Суммарное испарение с поверхности почвогрунтов составляет 100 -150мм. Величина слоя поверхностного стока составляет 17мм при средней обеспеченности и 32мм при максимальной обеспеченности в годы высоких паводков.

Равнинно - холмистый характер рельефа района способствует аккумуляции атмосферных осадков и образованию многочисленных озер и болот. Большинство озер имеют неглубокие котловины, врезающиеся в покровные суглинки и глины не более чем на 2м. Воду содержат пресную или слабосолоноватую. Берега преимущественно пологие, низкие (0,3 -1м), часто сливаются со склонами озерной котловины. Склоны озерных котловин пологие и слаборасчлененные высотой до 4 - 6 м, сложенные суглинистыми и супесчаными грунтами и покрытые степной растительностью, иногда распаханные. Дно озер сложено неогеновыми глинами пестроцветными, сильно ожелезненными, с включениями гипса и ангидрита. Наличие мощного слоя водонепроницаемых глин в ложе озер препятствует фильтрации воды озер в нижележащий водоносный горизонт.

Подземные воды рассматриваемой территории распространены в соответствии с литолого-структурными особенностями и стратиграфическими подразделениями пород. В общей сложности выделяется пять крупных водоносных горизонтов и комплексов: водоносный горизонт четвертичных аллювиальных отложений, водоносный горизонт олигоценовых песков, водоносный горизонт отложений эоцена, меловой и палеозойский водоносные комплексы.

Водоносный горизонт аллювиальных четвертичных отложений приурочен к долинам рек (Аят, Тобол) и имеет большое практическое значение для водоснабжения хозяйственных центров и промышленных предприятий. Водовмещающими являются разнозернистые гравелистые пески с линзами галечников и прослоями песчаных глин. Мощность водоносного горизонта достигает 20м, при 7-8 метровой средней величине. В подошве залегают опоковидные глины. Уровень грунтовых вод устанавливается на глубине 2-5,5м. ниже земной поверхности. Удельные расходы скважин достигают 7л/с. Коэффициент фильтрации гравелистых песков варьирует от 10 до 100м/сутки, водоотдача составляет 0,2-0,24. Воды пресные, гидрокарбонатные натриевые, с минерализацией от 0,5 до 1,5г/л.

Водоносный горизонт олигоценовых песков широко развит и отсутствует только в долинах рек и на ограниченных участках Тобол-Тогузакского междуречья. От ниже залегающего эоценового водоносного горизонта отделен мощным (до 30 м) водоупорным слоем чеганских глин. Средняя мощность водоносного горизонта 5-10м, максимальная - около 30м. Коэффициент фильтрации средне - мелкозернистых песков изменяется от сотых долей до 20м/сутки; Воды преимущественно безнапорные, хотя в зонах значительного погружения приобретают местный напор от3 до 7м. Глубина залегания уровня варьирует от 1 до 30м. Водообильность горизонта довольно низкая. Наибольшие расходы скважин достигают 4л/с вблизи осушаемых карьеров. На западе территории пресные гидрокарбонатные натриево-кальциевые воды. Слабосолоноватые воды (с минерализацией 1-3 г/л) развиты в центральной части междуречья. В более погруженных зонах, где в кровле горизонта залегают мощные глинистые слои, минерализация подземных вод возрастает до 5 г/л при хлоридно-сульфатном натриевом составе.

Питание грунтовых вод инфильтрационное, разгрузка происходит в овражно-балочную сеть и глубокие озерные котловины.

Водоносный горизонт эоценовых отложений имеет широкое распространение, отсутствуя только в долинах рек Тобола и Аята. Водовмещающими являются опоки, глауконито-кварцевые мелко- среднезернистые пески и песчаники, мощность которых изменяется от 5-15 м в долинах рек до 50м в междуречьях. Соответственно изменяется и характер залегания пластово-трещинных и поровых вод; в междуречьях они приобретают небольшой напор.

Удельные дебиты скважин изменяются от 0,5 до 2,3 л/с м. Хотя фильтрационные свойства эоценовых отложений низкие (Кф 0,3 - 0,6 м/сутки), коэффициент фильтрации песков достигает 15,5м/сутки. Слабосолоноватые воды (от 1-3 г/л) распространены на левобережье Аята и Тобола. По химическому составу они сульфатно-хлоридные или хлоридно-сульфатные натриевые. Питание инфильтрационное.

Меловой водоносный комплекс включает подземные воды континентальных и морских отложений трех ярусов: альбсеноманского, Маастрихтского и туронского. Водовмещающими являются слюдисто - и глауконито-кварцевые пески, песчаники, опоки, алевролиты и песчаные глины. Подстилается комплекс либо глинисто-щебенистыми отложениями коры выветривания, либо породами палеозойского фундамента. Глубина залегания кровли достигает 100м, общая мощность - 60м. Пъезометрические уровни устанавливаются на глубине 13-44 м. Водообильность комплекса различна, в зависимости от литологии. Дебиты скважин изменяются от 0,3 до 10 л/с. при понижениях уровня на 5-10 м. Изменение фильтрационных свойств в направлении от рек к водоразделу характеризуется уменьшением значений коэффициента фильтрации от 20 до 0,1м/сутки.

Речная сеть региона сформирована Иртышским бассейном (Тобол, Ишим и их притоки) (Атлас Кустанайской области, [21]; Агроклиматические ресурсы Костанайской области, [22]). Река Тобол представлена лишь своим верхним течением, а река Ишим обрамляет Тургайскую впадину с востока. Долина Тобола имеет небольшую ширину (10 - 15 км) и глубину вреза - до 20 - 30 м.

Свое начало река Тобол берет на Зауральском плато и на западной окраине Тургайского плато. В верховьях р. Тобол представлена типично горной рекой, с характерной узкой долиной. Ширина его русла значительно увеличивается после впадения р. Аят и достигает 50 - 100 м. В основной своей массе (за исключением р.Убаган) притоки р. Тобол левобережные (Шортанды, Желкуар, Аят и Уй с притоком Тогузак). Их гидрологический режим не отличается от верховьев Тобола.

Период установления устойчивого ледостава наступает в ноябре и продолжается от 145 до 163 дней.

Реки области имеют преимущественно снеговое питание. За период с весеннего половодья (апрель - май) по рекам проходит от 87 до 100% годового стока. В период летней межени многие реки пересыхают, сохраняя водное зеркало лишь в глубоких плесах (Атлас Кустанайской области, [21]).

Кроме системы рек в изучаемом регионе находится около 5 тысяч озер, большинство которых в летний период подвергается пересыханию (Глумов, [23]; Воронов и Скрябина, [24]).

Минерализация и химический состав подземных вод изменяется в широких пределах. Пресные гидрокарбонатные натриевые воды вскрыты в долинах рек, на большей части территории воды солоноватые (3 - 5 г/л), а состав их изменяется на сульфатно - хлоридный и хлоридный натриевый.

Палеозойский водоносный комплекс содержит подземные воды трещинного типа нескольких стратиграфических подразделений, представленных осадочно-эффузивными породами от кембрия до карбона. Открытая трещиноватость в метаморфических породах развита на глубине 20 - 40 м, в эффузивно-осадочных - до 40 -50 м, в известняках - до 100м.

Наибольшей обводненностью отличаются закарстованные известняки: дебиты скважин достигают 27,2 л/с. Меньшей водообильностью характеризуются эффузивно-осадочные отложения: дебиты скважин редко превышают 1,5 л/с, составляя в среднем 0,5 -1 л/с, при понижении уровня воды на 15 - 30 м. Напор комплекса достигает 200 м над кровлей, пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 2,2 до 62 м. для трещенно-карстовых вод в суммарном водоотливе.

Минерализация подземных вод комплекса подчиняется общей гидрохимической зональности, площадной и вертикальной, возрастая в направлении от речных долин к водоразделам с 3 до 10 г/л; с глубиной от 5 - 6 г/л в кровле до 26 - 66 г/л в погруженных трещинноватых зонах. Преобладающий химический состав - хлоридный натриевый.

1.1.2 Рельеф

Согласно литературным данным [1-11] cовременный рельеф территории Костанайской области тесно связан с его геологическим строением. Формирование рельефа продолжается под воздействием различных внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) процессов. Эндогенные процессы - это плавные поднятия и опускания земной коры. Так, например, по наблюдениям ученых Западно-Сибирская равнина поднимается на 2-4 мм в год. Экзогенные процессы - внешние силы, формирующие рельеф, - разнообразны и различны по воздействию.

Главным экзогенным процессом современного рельефообразования является деятельность вод - снеговых (талых), дождевых и речных. Рельефообразующая роль вод в основном зависит от уклонов местности и водопроницаемости отложений. На песках талая и дождевая вода практически сразу впитывается и не стекает даже по уклону. На ровной повехности равнин и плато с водонепроницаемыми отложениями талые и дождевые воды, застаиваясь, медленно напитывают почву, которая в сухое, жаркое время года высыхает и растрескивается. Такие места называют солонцами. На равнинах Костанайской области пятна солонцов распространены повсеместно. Там, где почвогрунты водопроницаемы в слабой степени, талые воды застаиваются в незначительных понижениях. Постепенно просачиваясь вглубь, они уплотняют грунт и создают степные е блюдца и западины в десятки и сотни метров диаметром и глубиной от нескольких дециметров до 1,5-2 метров. В них образуются осоковые болотца, а по периферии - осиново-березовые колки, способствующие при метелях обильному накоплению снега. Обычно грунтовые воды в таких местах бывают пресными. Колки и западины в Костанайской области занимают значительные площади, особенно в ее северных районах.

Другой рельефообразующей силой является ветер, который переносит мелкие частицы грунта (песок, пыль). Чем сильнее ветер, тем выше его переносящая способность. Неправильно проводимая распашка земель является причиной развеивания ветром почвы, образования пыльных бурь. Обширная территория Костанайской области не отличается большим разнообразием рельефа. В целом рельеф области равнинный. Север области находятся в пределах юго-западной окраины Западно-Сибирской равнины, центральная часть занята равнинами Тургайского плато с с высотами 200-330 метров, которые постепенно понижаются к югу до 150-170 метров. Северо-западная окраина области расположена на холмисто-мелкосопочных возвышенных равнинах Зауральского плато, а юго-восток - на отрогах Казахского мелкосопочника. Крайний юг области находится в пределах Южно-Тургайской равнины, которая соединена с Западно-Сибирской равниной, простирающейся с севера на юг, Тургайской ложбиной.

Северо-восточную часть Костанайской области, относящуюся к Западно-Сибирской равнине, называют еще Костанайской равниной.

Преобладающие ее высоты над уровнем моря составляют 170-230 метров Западно-Сибирская равнина в пределах области имеет общий наклон с юго-востока, юга на север. Этот наклон можно заметить по медленному течению реки Тобол и его притоков. Рельеф равнины однообразен: там нет ни высоких холмов, ни возвышенностей. Только местами встречаются невысокие увалы (5-13 м), вытянутые в северо-восточном направлении. Между ними имеются неглубокие впадины, занятые цепочкой мелких озер. Сложена равнина горизонтально залегающими морскими отложениями - пески, глины, суглинки. В долинах рек морские осадочные породы перекрыты речными отложениями. Этим и объясняется плоская поверхность равнины.

Обширное пространство центральной части Костанайской области занимает Плато Тобола, или Торгайская столовая страна, которая на востоке граничит с Казахским мелкосопочником, на западе с Зауральским плато. Плато Тобола представляет собой обширную приподнятую равнину, отделенную с севера пологим уступом. Наибольшие высоты плато наблюдаются в его северной части (до 320-360 м) в южном направлении прослеживается ступенчатое падение высот, достигающих на самом юге 150-160 м. Плато Тобола отличается своеобразием рельефа, обширные ровные пониженные участки чередуются с крутосклонными невысокими (до 300 м) столообразными возвышенностями. Вдоль по центру, с севера на юг, плато разделена ложбиной Тобола.

Плато Тобола сложено горизонтально залегающими отложениями (глины, пески, мергели). Множество рек и ручейков бассейнов рек Тобола и Тургая орошают Плато Тобола. Текучие воды постепенно размывали плато, образуя столовые возвышенности с плоскими вершинами и круто обрывающимися склонами. К таким возвышенностям относятся горы: Каргалытау (308 м), Текетау (211 м), Кызбельтау (232 м), Сарыадыр (260 м) и др.

Русла древних рек, врезаясь в горизонтально залегающие отложения, образовали в пределах плато Тобола отдельные плато и ложбины. Например, огромная Сыпсынагашская ложбина, бывшее русло реки, разделяет Адаевско-Терсекское и Улькаякское, плато. Долины современных рек, разделяющие возвышенные участки, иногда достигают нескольких десятков километров в ширину.

Зеленая полоса, соединяющая на физической карте Западно-Сибирскую равнину с Туранской низменностью, пересекающее плато Тобола с севера на юг, носит название ложбины Тобола, или ворота Тобола, или пролив Тобола. Проливом ее называют потому, что сотни тысяч лет назад древний Арало-Каспийский морской бассейн соединялся с древним морским бассейном, бывшим тогда на месте Западно-Сибирской равнины.