Исследование состояния подземных вод на территории поселка Тогузак Костанайской области

2 источники загрязнения водоемов более разнообразны;

3 естественные процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

Следует иметь в виду, что большинство загрязняющих веществ включается в биологический круговорот и в пищевые цепи. В конечном итоге они накапливаются в тканях рыб, животных (например, ртуть, ДДТ и др.). Возможность трансформации веществ в водной среде и избирательного накопления их живыми организмами - всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или иного химического загрязнения.

3. Загрязнение подземных вод

В наибольшей степени подвергнуты загрязнению подземные воды, расположенные близко от поверхности земли. Таковыми являются грунтовые воды и подземные воды первых от поверхности напорных горизонтов, составляющих зону активного водообмена. Последняя характеризуется сравнительно высокими скоростями движения подземных вод по пласту и относительно небольшим (по сравнению с более глубокими водоносными горизонтами) временем движения подземных вод от области питания до области разгрузки.

В гидрохимическом отношении подземные воды, приуроченные к зоне активного водообмена, большей частью пресные (минерализация до 1г/л). Поэтому именно пресные воды наиболее подвержены воздействию загрязняющих веществ, и понятие «загрязнение подземных вод» относится в первую очередь именно к ним [8].

Изменение качества подземных вод может выразиться в увеличении минерализации, содержания типичных для них веществ (хлор, сульфаты, кальций и другие), в появлении в подземных водах несвойственных им веществ искусственного происхождения (пестициды, нефтепродукты), в изменении температуры и рН, в появлении запаха, окраски и так далее.

При характеристике загрязнения подземных вод следует исходить из конкретных количественно определённых показателей. Этими показателями являются фоновые показатели и нормы качества воды, обусловливающие возможность использования подземных вод для тех или иных целей. Нормами качества воды называют установленные значения показателей качества по видам водопользования.

На основе изложенного, загрязнение подземных вод определяется следующим образом: это вызванное антропогенной деятельностью изменения качества воды (физических, химических, биологических свойств) по сравнению с естественным состоянием и нормами качества воды по видам водопользования, которые делают эту воду частично или полностью непригодной для использования по целевому назначению [14].

К показателям качества воды в естественном состоянии относятся показатели качества подземных вод, не подвергшихся заметному изменению вследствие антропогенной деятельности. Обязательным условием отнесения показателей качества подземных вод к естественным является идентичность гидрогеологических условий на участке, где химический состав подземных вод является не нарушенным, и на участке, где подземные воды загрязнены.

В настоящее время во многих случаях имеет место уже изменённый в некоторой степени состав подземных вод, и первоначальное состояние восстановить невозможно. В этом случае под фоновым качественным состоянием подземных вод имеют в виду сложившийся, достаточно стабильный режим подземных вод в удалении от исследуемой области загрязнения, но в аналогичных с нею гидрогеологических условиях.

Загрязнение подземных вод вызывается большим количеством веществ - несколькими десятками и более. Поэтому из загрязняющих веществ выбирают 2-3 наиболее характерных и содержащихся в наибольших количествах.

3.1 Загрязняющие вещества и их классификация

Вещества, ухудшающие качество воды по сравнению с её естественным состоянием и нормами водопользования, называются загрязняющими [3]. Они содержатся в отходах, образующихся в результате антропогенной деятельности (промышленные, коммунальные, сельскохозяйственные). Эти отходы скапливаются на поверхности земли, и оттуда их жидкая фаза проникает в подземные воды. Загрязняющими могут быть многие полезные вещества, например нефть и её продукты, пестициды, минеральные удобрения, химические реагенты и другие конечные продукты промышленного производства.

Основными загрязняющими веществами по генетическому признаку являются:

1. промышленные отходы и выбросы автотранспорта

2. коммунальные отходы

3. загрязняющие вещества сельского хозяйства (животноводческие отходы и агрохимические продукты)

4. нефть и нефтепродукты

5. природные некондиционные воды

6. воды шахтного и рудничного водоотлива

По физическому состоянию загрязняющие вещества подразделяются на: твёрдые, жидкие и газообразные. Все три категории присутствуют в промышленных отходах; газообразные вещества содержатся в выбросах автотранспорта; твёрдые и жидкие - в коммунальных и сельскохозяйственных отходах.

Основное значение в загрязнении подземной гидросферы имеют жидкие вещества, которые путём фильтрации проникают в водоносные горизонты. Твёрдые отходы и вещества воздействуют на подземные воды, растворяясь и частично переходя в жидкую фазу при выпадении атмосферных осадков или под влиянием поверхностного стока. Газообразные вещества распространяясь на большую площадь, воздействуют на подземные воды в региональном масштабе с меньшей степенью интенсивности. Газообразные вещества попадают в подземные воды из оседающей на поверхность земли пыли, с дождевыми осадками и из снежного покрова.

По химическому признаку загрязняющие вещества (в основном жидкие) подразделяются на:

1. содержащие преимущественно неорганические соединения (к этой группе относят сточные воды предприятий химических производств, шахтные и рудничные воды и другие)

2. содержащие преимущественно органические соединения (относятся нефть и нефтепродукты, пестициды, сточные воды предприятий фармацевтической промышленности и другие)

3. содержащие неорганические соединения и органические соединения (коммунальные сточные воды, сточные воды нефтеперерабатывающих заводов и другие)

4. содержащие тяжёлые металлы (сточные воды гальванических цехов, горно-обогатительных фабрик)

5. содержащие радиоактивные вещества (сточные воды предприятий по переработке радиоактивного сырья и атомной энергетики).

Сточные воды по степени их загрязнённости и содержанию токсичных веществ (показатель - кратность их разбавления до ПДК по наиболее токсичному компоненту) делятся на три группы:

1. высокотоксичные (разбавление свыше 10¹⁰ раз)

2. среднетоксичные (разбавление от 10⁵ до 10¹⁰ раз)

3. слаботоксичные (разбавление от 10² до 10⁵ раз)

Признак кратности разбавления может быть использован для характеристики сточных вод по интенсивности их окраски и запаха.

По стойкости загрязняющие вещества могут быть неразлагающимися (хлориды), очень стойкими - время распада до 10 лет, стойкими - от 1 года до 10 лет, нестойкими - от 1 месяца до 1 года, весьма нестойкими - менее 1 месяца.

Загрязняющие подземные воды вещества разделяются также на:

1. консервативные, не вступающие во взаимодействие с породой (хлор, кальций)

2. неконсервативные, взаимодействующие с породой (органические соединения, катионные формы металлов).

3.2 Основные виды загрязнения подземных вод

Рассмотренные выше вещества проникают в водоносные горизонты в виде растворов и вызывают загрязнение подземных вод, которое можно разделить на три вида:

1. химическое

2. бактериальное

3. тепловое

Химическое загрязнение вызывается практически всеми рассмотренными веществами.

Данное загрязнение проявляется в увеличении по сравнению с фоновой минерализации подземных вод, росте концентраций содержащихся в подземных водах макро- и микроэлементов, появлении несвойственных минеральных и органических соединений и увеличении их содержания во времени. Сопутствующими являются интенсивная окраска воды, запах, повышенная температура.

В загрязнённых подземных водах содержатся различные вещества, но наиболее часто встречаются хлориды, нитраты, нефтяные углеводороды, органические соединения, тяжёлые металлы.

Химическое загрязнение является в целом стойким, сохраняется в течение длительного времени, может распространяться на значительное расстояние по водоносному горизонту.

Разнообразие загрязняющих веществ обусловливает различные процессы взаимодействия между ними, с одной стороны, подземными водами и породами - с другой. Эти процессы в конечном итоге влияют на миграцию загрязняющих веществ по водоносному горизонту, на условия их нахождения в подземных водах. Важную роль пи этом играет природная и искусственно созданная в результате техногенного воздействия окислительно-восстановительная обстановка в водоносном пласте.

Бактериальное загрязнение - это увеличение содержания в подземных водах (по сравнению с естественным состоянием) патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов. К санитарно-показательным микроорганизмам относятся бактерии группы кишечная палочка, энтерококк. К патогенным микроорганизмам относятся энтеробактерии (шигеллы, сальмонеллы), бактериофаг Е. Со, энтеровирусы (вирус полиомиелита).

Бактериальное загрязнение является частью общего биологического загрязнения, которое может вызываться водорослями, вирусами и другими представителями микрофлоры и микрофауны.

Основной особенностью загрязнения является ограниченность его распространения внутри водоносного горизонта, что объясняется небольшим временем выживаемости бактерий в подземных водах (300-400 суток).

В целом вследствие ограниченного времени выживаемости и процессов поглощения область бактериального загрязнения носит в водоносном горизонте временный и локальный характер.

Тепловое загрязнение - это загрязнение, проявляющееся в повышении температуры подземных вод по сравнению с фоновой. С изменением температуры подземных вод связано изменение их химического состава, содержания газа (особенно кислорода), изменение их биологических свойств и вкусовых качеств.

Тепловое загрязнение вызывается различными причинами, из которых можно выделить две основные:

1.образование в районе крупных промышленных предприятий (тепловые, атомные электростанции), а также городов тепловых аномалий в окружающей среде

2.сброс на поверхность земли нагретых промышленных и коммунальных сточных вод.

В первом случае положительная температурная аномалия захватывает недра земли, происходит нагревание подземных вод. Во втором случае фильтрующиеся с поверхности нагретые воды проникают в водоносный горизонт и создают область теплового загрязнения.

Изменение температурного режима подземных вод обусловлено не только отдельными промышленными предприятиями, но и населённым пунктом в целом. На территории крупных населённых пунктов формируется «остров тепла» как в атмосфере, так и в недрах.

Повышение температуры может составлять 5-10^ОС и более по сравнению с фоновой температурой. Повышение температуры вызывает изменение газового и химического состава подземных вод, растворение одних веществ и выпадение в осадок других. Характерным последствием является возрастание биомассы в воде, «цветение» воды.

Тепловое загрязнение во многих случаях сочетается с химическим загрязнением, вследствие чего наблюдается повышение токсичности содержащихся веществ.

3.3 Источники загрязнения подземных вод

Загрязняющие вещества поступают в подземные воды из различных антропогенных объектов, а также природных сред. Поэтому по признаку происхождения все источники делят на две группы: антропогенные и природные.

К антропогенным источникам относятся:

1. промышленные и сельскохозяйственные предприятия, вырабатывающие большие количества отходов

2. поверхностные приёмники жидких и твёрдых отходов

3. автозаправочные и автомоечные станции

4. склады горючего, ядохимикатов и химических реагентов

5. автотранспорт

Антропогенные источники загрязнения могут быть разделены на: индустриальные, сельскохозяйственные, коммунальные, транспортные и урбанизированные.

Среди природных источников загрязнения выделяют: естественно некондиционные и антропогенно некондиционные. К первым относятся природные подземные и поверхностные водные объекты (водоносные горизонты, моря, солёные озёра), содержащие естественно некондиционные воды. Вторую группу составляют природные среды (атмосфера, почва, поверхностные и подземные водные объекты), загрязнённые вследствие антропогенной деятельности. Основную роль в загрязнении подземных вод играют антропогенные источники, особенно при формировании областей интенсивного загрязнения. На изменение качества воды значительно влияют природные источники загрязнения.

Все источники загрязнения по конфигурации в пространстве делятся на:

1. локальные (точечные), занимающие небольшую площадь (кладбища, участки хранилищ отходов)

2. линейные (к ним относятся загрязнённые реки, нефтепроводы, автомагистрали)

3. площадные (крупные сельскохозяйственные территории, населённые пункты)

Источники загрязнения выделяют по степени обусловленного ими загрязнения:

4. источники умеренного загрязнения (изменение качества загрязнённых вод до ПДК)

5.источники значительного загрязнения (изменение качества загрязнённых вод от 1 до 10 ПДК)

6. источники высокого загрязнения (изменение качества загрязнённых вод от 10 до 100 ПДК)

7. источники экстремального загрязнения (изменение качества загрязнённых вод свыше 100 ПДК)

Кроме того, источники загрязнения выделяют по типу вызываемого ими загрязнения (источники химического, теплового, бактериального загрязнения), а также по размерам формируемой ими в подземных водах области загрязнения, которая характеризуется площадью F и длиной L. По этому признаку выделяются источники: местные (менее 100 км²), ограниченно региональные (от100 до 1000 км²) и региональные (более 1000 км²).

Загрязнение подземных вод не является процессом изолированным, локальным, на который воздействует только техногенный источник загрязнения. Оно тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом. Проникающие в подземные воды загрязняющие вещества сначала попадают в различные природные среды, загрязняют их, а затем из этих сред и через них - в подземные воды. Загрязнённые в результате антропогенной деятельности природные среды являются вторичными источниками загрязнения, а техногенные источники являются первичными.

В общем, загрязнение подземных вод зависит, с одной стороны, от нагрузки природной среды загрязняющими веществами антропогенного происхождения, а с другой стороны от природных геолого-гидрогеологических условий. Особую роль играют сами загрязняющие вещества, их химические и физические свойства. Поэтому необходимо рассмотреть свойства нефти и нефтепродуктов.

3.4 Нефть и нефтепродукты

Нефть подразделяется на сырую и товарную (первично-обработанную). К нефтепродуктам относятся бензины, керосины, топливо для воздушно-реактивных двигателей, дизельные и котельные топлива (мазуты), масла, смазки и так далее. Наиболее часто загрязнение поверхностных и подземных вод вызывается нефтью, бензинами, керосинами. Другими нефтепродуктами, такими, как смазки, масла, тяжёлые топлива подземные воды загрязняются значительно реже, что объясняется большой вязкостью этих веществ, вследствие чего уменьшаются их утечки, текучесть и распространение во внешней среде.

Нефть и её производные на 90-95% представляют собой смесь различных углеводородных соединений, которые подразделяются на три класса: парафины, циклопарафины и ароматические углеводороды. Из неуглеродных соединений в нефти содержатся сера, азот, металлы в количестве 5-10%.

На условия нахождения нефтепродуктов в подземных водах существенно влияют их свойства, особенно плотность, растворимость, температура кипения. Плотность нефти и большинства нефтепродуктов меньше единицы, то есть меньше, чем плотность воды; исключение составляют мазуты, отдельные смазочные масла.

Нефть в целом плохо растворяется в воде и принято считать, что нефть и вода образуют систему взаимонерастворимых и несмешивающихся жидкостей. Но среди углеводородов имеется группа ароматических соединений (бензол, толуол, ксилол, этилбензол и другие), которые сравнительно хорошо растворяются в воде. Так, растворимость бензола составляет 1500-1700 мг/л, толуола 450-500 мг/л, бензина 14-175 мг/л, керосина 4-13 мг/л, дизельного топлива 3-18 мг/л. Но в целом, растворимость в воде даже плохорастворимых углеводородов значительно больше их допустимого содержания в питьевых водах (0,1 мг/л для нефтепродуктов и 0,001 мг/л для фенолов).

В воду переходят преимущественно ароматические углеводороды (главным образом бензол, толуол, ксилол), образующие с ней истинные растворы (на молекулярном уровне). Другие углеводороды составляют с водой эмульгированные смеси.

Необходимо отметить, что нефть и нефтепродукты содержащиеся в подземных водах под влиянием биогенного разложения, а также химического окисления могут разрушаться. При этом образуются нафтеновые кислоты, фенолы, эфиры, карбонильные соединения, которые являются полярными и обладают весьма высокой растворимостью. Вследствие этого состав водорастворимой части нефтепродуктов и их производных меняется во времени [4].

Температура кипения нефтепродуктов характеризует их способность к улетучиванию. Углеводороды с низкой температурой кипения, содержащиеся в большом количестве в бензинах, могут сравнительно легко испаряться с поверхности загрязнённых ими грунтовых вод, образуя в зоне аэрации газовое облако, что может быть использовано на практике при изучении областей загрязнения подземных вод.

3.5 Нефтяное загрязнение подземных вод

Различие свойств нефтяных углеводородов и воды обусловливает особенности их нахождения в подземных водах.

Вследствие особенностей углеводородов (плотность, слабая растворимость) они располагаются преимущественно в верхней части разреза водоносного горизонта. Часть углеводородов размещается в виде линзы на поверхности водоносного горизонта (для грунтовых вод). Эта линза состоит из однофазной жидкости - углеводородов; её мощность в зависимости от количества проникших в водоносный горизонт нефтепродуктов может колебаться от нескольких сантиметров до 1-2 метров и более.

Другая часть углеводородов, располагающаяся ниже однофазного слоя (линзы)

и за его пределами, образует с водой двухфазную смесь в виде эмульсии. Наиболее растворимые углеводороды (в основном ароматические) образуют с водой раствор. Таким образом, по вертикали и в плане углеводороды образуют как бы три зоны - линза не смешивающейся с водой однофазной жидкости (углеводородов); зона двухфазной системы (эмульсия нефти в воде); зона раствора углеводородов в воде.

С движением двухфазной системы связаны понятия фазовой проницаемости пористой среды. Проницаемость породы для одной фазы (нефти) зависит от содержания в породе другой фазы (воды). Если содержание нефти превышает 80-85%, то порода будет практически непроницаема для воды, и в ней будет происходить движение только нефти. И, наоборот, при содержании нефти меньше 20-15% порода будет проницаема только для воды.

Нефтепродукты, просочившиеся с поверхности земли, продвигаются лишь в относительно тонком слое верхней части водоносного горизонта на отметках уровня грунтовых вод. На движение нефтепродуктов большое влияние оказывает неоднородность проницаемого слоя, а также гидравлический градиент. В основном слой нефтяных веществ на поверхности грунтовых вод перемещается, прежде всего, под действием потока грунтовых вод. При движении нефтяных веществ в водонасыщенной среде часть нефтепродуктов остаётся связанной с породой вследствие влияния сорбции и поверхностных сил, что существенно замедляет течение нефтяных веществ.

На контакте подземных вод с линзой нефтепродуктов, последние могут переходить в подземные воды в эмульгированном (взвешенном) виде; на всей поверхности контакта нефтепродуктов с инфильтрующимися и подземными водами происходит вынос из них растворимых углеводородов.

С точки зрения загрязнения подземных вод распространение растворённых и взвешенных нефтяных веществ, для подземных вод наиболее опасно, чем распространение нефтяных веществ по поверхности в виде однофазной жидкости, так как оно охватывает более обширную территорию.

Характерным признаком нефтяного загрязнения подземных вод является специфический запах нефти и нефтепродуктов, наличие на поверхности воды нефтяной плёнки.

4. Район и методы исследования

4.1 Краткий обзор природы Костанайской области

Костанайская область расположена на севере Казахстана. Ее площадь превышает 196 000 км² (или 19 600 000 га). На севере и северо-западе Костанайская область граничит с Российской Федерацией (Курганская, Челябинская и Оренбургская области), на западе и юго-западе - с Актюбинской, на востоке - с Северо-Казахстанской, Акмолинской, на юго-востоке - с Карагандинской областями Казахстана [24].

Основные природные особенности Костанайской области определяются ее внутриматериковым положением на стыке Урала, Западной Сибири и Центрального Казахстана. Разнообразие геоморфологических, климатических и почвенно-растительных условий на территории области обусловливают разнообразие ландшафтов, относящихся к хорошо выраженным в широтном направлении природным зонам - лесостепной, степной, полупустынной (опустыненные степи и остепненные пустыни) [25].

Протянувшись почти на 800 км от северных границ Казахстана до Приаральской низменности на юге и 250 - 400 км с запада на восток, от предгорий Урала до равнинного Убаган-Ишимского водораздела, Костанайская область отличается большим разнообразием природных условий. Северная часть Костанайской области находится в пределах юго-западной окраины Западно-Сибирской низменности, южная - в пределах Тургайской столовой страны, на западе часть области расположена на наклонном Зауральском плато, на юго-востоке она занимает окраину Казахского мелкосопочника.

В центральной части область пересекает широкая меридиональная депрессия - Тургайская ложбина, которая имеет характер широкой и морфологически ясно выраженной долины. Тургайская ложбина отграничена на западе от Зауральского плато низким Адаевско - Улькаякским плато, на востоке и юго-востоке от Казахского мелкосопочника и отрогов гор Улутау - Восточно-Тургайским плато. В пределах ложбины выделяются пойма и две надпойменной террасы. В результате молодых тектонических явлений Тургайского прогиба произошло изменение уклонов Тургайской ложбины. При этом образовалось два бассейна ложбины, разделенных порогом близ озера Аксуат и имеющих противоположные уклоны: северный - Убаганский и южный - Тургайский. Современные долины рек Убагана и Тургая выработаны в днище Тургайской ложбины, которая изобилует солеными и пресными озерами, болотами и солончаками. Центральная часть ложбины (к северу от озера Аксуат до озера Кушмурун включительно) характеризуется наибольшей засоленностью.

Равнины Тургайского плато наиболее высоких уровней (в северной части плато - 270 - 290 м, в центральной и восточной - 270 - 290 м, в центральной и восточной - 300 - 320 м) слабо расчленены, их плоские поверхности нарушаются редкими останцовыми буграми, лиманными понижениями и западинами. Равнины более низких уровней с волнистым рельефом характеризуются значительным расчленением и широко развитой овражно-балочной сетью. По существу это те же пластовые равнины, претерпевшие значительную денудационную обработку. Среди указанных равнин встречаются структурные плосковерхие останцовые плато типа сглаженных турткулей с крутыми и сильно расчлененными склонами, которые, по-местному, выделяются как горы (Кызбельтау, Каргалытау, Жиландытау, Текетау).

Обращенные к Тургайской ложбине склоны и пологонаклонные скаты пластовых равнин, распространенные по водоразделам Улькаяк - Кабырга, Кабырга - Теке, Тургай - Жиланчик, а также на территории южнее Жиланчика, образуют еще более низкий геоморфологический уровень. Они отличаются значительным расчленением как линейного, так и озерно-котловинного и бугристого типов.

Широкое развитие в пределах плато получили древне - аллювиальные речные и озерные равнины. Это в большинстве случаев пологоволнистые, относительно пониженные поверхности и надпойменные террасы, приуроченные к древним долинам рек Тургая, Жиланчика, Улькаяка, а также к древним ложбинам стока (Сыпсынагашская, Жаман-Аккольская). Для южной части Тургайского плато характерно распространение эоловых равнин с гривноложбинным рельефом. Гривы, обычно вытянутые в направлении с северо-востока на юго-запад, чередуются с вытянутыми понижениями, занятыми солеными озерами, сорами и солончаковыми болотами.

На водоразделах Улькаяк - Тургай, Тургай - Жиланчик широко развиты всхолмленные и бугристые супесчаные равнины, нередко перемежающиеся сучастками развеваемых песков. Отдельно выделяются два массива барханно-бугристых песков (Тосыккум и Аккум).

Самая южная часть Тургайского плато в пределах области представлена пластовыми волнистыми равнинами наиболее низкого уровня. Эти равнины и их пологонаклонные склоны оканчиваются крутыми цинковыми уступами, обращенными к Челкар-Тенгизкой впадине.

Северо-западная часть Костанайской области располагается в пределах Зауральского предгорного плато. В этой части области в большинстве случаев распространены наклонные к востоку равнины с плоским, местами останцово - увалистым рельефом. Абсолютные высоты плато изменяются в среднем от 250 м до 350 м.

Северная часть плато отличается озерно-котловинным типом расчленения. Здесь, за исключением крайнего запада, слабоволнистая равнина расчленена многочисленными западинами, глубоко врезанными озерами и лиманами. Своеобразное строение рельефа Зауральского плато и характер его расчленения, по утверждению некоторых авторов, связаны с новейшей тектоникой.

Южная часть Зауральского плато более расчленена, здесь распространены денудационные цокольные слабоволнистые равнины с отдельными сопками, расчлененными узкими речными долинами притоков Тобола и густой овражно-балочной сетью. Кроме того, встречаются мелкосопочные массивы с выходами коренных пород на поверхность.

К наиболее ясно выраженным речным долинам следует отнести долины рек Тобола, Тургая и Аята. В долинах этих рек выделяются более или менее широкие поймы и две или три надпойменные террасы. Поймы и надпойменные террасы не везде хорошо прослеживаются [26]. В верхнем и среднем течении Тобола Тургая пойма почти не выражена. Подобная картина наблюдается и в долинах глубоко врезанных рек-Убагана, Аята, Улькаяка, Сарыозеня и многих других. Здесь обычно прослеживаются одна или две надпойменные террасы.

4.2 Геологическое строение области

Геологическое строение обусловлено двумя крупными геоструктурами уральского и центрально казахстанского происхождения. На стыке этих областей выделяется тектонический прогиб, вошедший в геологическую терминологию как Тургайский [27]. Преобладающая часть Костанайской области располагается в пределах этого прогиба, в котором древний палеозойский складчатый фундамент перекрыт толщей горизонтально залегающих осадочных пород мезо-кайнозойского возраста, образующих платформенный чехол. Породы складчатого фундамента обнажаются лишь в западной и юго-восточной частях области. Основу фундамента составляют мощные смятые в складки докембрийские породы, представленные метаморфическими комплексами. Верхний верхнего палеозоя, более мощные в западной, уральской, части и менее мощные в восточной, центрально казахстанской. Это в основном девонские и каменноугольные отложения, представленные алевритами, песчаниками, известняками и другими осадочными породами, переслаивающимися с эффузивными породами: туфами, порфирами, диабазами. Вся верхнепалеозойская толща пронизана многочисленными интрузиями кислых и основных пород. Мезо-кайнозойские отложения, перекрывающие фундамент, имеют большую мощность в осевой части прогиба, достигающую 1000 м, а по восточному и западному бортам выклиниваются. Нижние слои платформенного чехла мезо-кайнозойского возраста представлены каолинитовыми глинами, песчаниками и алевролитами триасового и юрского периодов. Среди отложений мелового периода широкое распространение получили пестроцветные каолинитовые и бокситовые глины. Западно-Сибирская низменность в пределах Костанайской области представляет собой окраину древней тектонической впадины, заполненной рыхлыми отложениями неогенового и четвертичного возраста. Аккумулятивно-денудационные пластовые равнины различного уровня представляют собой плоские, относительно приподнятые поверхности, сформировавшиеся в основном в нижнетретичный-верхнетретичный период в результате сложного взаимодействия непрерывных тектонических поднятий и денудации.

Широкое развитие в пределах Тургайского плато получили древне-аллювиальные речные и озерные равнины. Тургайская ложбина, сформировавшаяся в олигоцен-четвертичный период, выделяется как древняя эрозионно-тектоническая депрессия. Для Зауральского плато характерно близкое подстилание, а местами и выходы на дневную поверхность палеозойского фундамента. Последний представляет собой складчатые метаморфизованные кристаллические породы и прорывающие их изнутри, выровненные примерно под один уровень длительной денудационной деятельностью. С поверхности этот фундамент прикрыт крайне мощными элювиалльно - делювиальными четвертичными отложениями. На крайнем юго-востоке области выделяется Казахская мелкосопочная равнина, прилегающая к Улутаускому низкогорью. Она представляет собой древнюю горную страну, в течение длительного периода подвергавшуюся процессам денудации и абразии. Высокие части этой территории представлены водораздельным мелкосопочником, отличающимся чередованием отдельных куполообразных холмов или гряд, сложенных кристаллическими породами палеозоя, с понижениями и глубоко врезанными речными долинами.

Более низкие, абразионно-денудациаонные равнины характеризуются волнистым и увалистым рельефом. Среди них встречаются отдельные сопки и размытые поверхности (древние коры выветривания), сложенные цветными глинами. В целом мелкосопочник характеризуется широким развитием щебнистых делювиальных отложений и значительным расчленением. Значительное распространение в области получили эоловые отложения неоплейстоцена. На севере они приурочены к массивам боровых песков (Аракарагай, Казанбасы, Аманкарагай, Наурзум), а на юге занимают водораздельные равнины и склоны, прилегающие к долинам рек системы Тургая. Аллювиальные и озерно-аллювиальные отложения неоплейстоцена характеризуются преимущественно тяжелым механическим составом и засоленностью. Они занимают преобладающую часть Тургайской ложбины, встречаются в верховьях р. Тобола, по долинам рек Улькаяка, Улы-Жиланчика и притокам Тургая.

Современные четвертичные отложения имеют ограниченное распространение и представлены аллювиальными осадками в пойменных частях рек области, а так же озерными и лиманно-озерными отложениями по крупным депрессиям. Среди четвертичных образований известный интерес представляют довольно распространенные элювиально-делювиальные отложения лессовидного характера. Осадконакопление в четвертичный период происходит в сложных условиях аккумулятивной и денудационной обработки территории, связанной с деятельностью ледниковых вод и новейшей тектоникой. Четвертичные отложения на территории Костанайской области в целом отличаются небольшой мощностью. Исключение составляют аллювиальные осадки Тургайской ложбины, долин рек Тургая, Улы-Жиланчика, Тобола, а также крупных бессточных впадин, образовавшихся в результате деятельности ледниковых вод.

Климат. Костанайская область, расположенная в центре Евроазиатского материка, отличается резко континентальным климатом. Климатические условия изменяются в широких пределах в связи с большой протяжностью территории, а также влиянием Уральских гор на западе и Казахского мелкосопочника на востоке. Западные воздушные массы значительно иссушаются, проходя над Уралом и Зауральским плато, а восточнее Тургайской ложбины начинает сказываться влияние орографической преграды. На западных склонах Казахского мелкосопочника и прилегающих равнинах воздушные массы отдают остатки своей влаги. Поэтому изогиеты на территории области опущены в западной и восточной частях и приподняты в центральной. Для климата области характерно последовательное нарастание температур воздуха и уменьшении осадков с севера на юг. Показатели теплообеспеченности и влагообеспеченности в этом направлении колеблются в следующих пределах: среднегодовая температура воздуха от -1°С до - 6,9°С, средне июльская - от +19,3°С до +25,1°С, средне январская - от - 18°С до минус 8,2°С. Средняя продолжительность безморозного периода - 110 - 160 дней, с устойчивым снежным покровом -160 -105. Годовая сумма осадков от 390 мм на севере до 159 мм. Зима обычно холодная и малоснежная, в холодный период область находится под влиянием сибирского антициклона, при ясной погоде температура падает до-30-40°С мороза, иногда ниже. Наибольшей высотой снежного покрова отличаются февраль и март. В этот период на севере снежный покров достигает в среднем 20 - 30 см, на юге -18-20 см. Сильные и продолжительные ветры и обычно сдувают снег с повышенных частей рельефа в балки и овраги, что приводит к более глубокому промерзанию почв на оголенных участках. Зимой наблюдаются бураны (от 18 до 52 дней в году). Весна короткая, отличается сухостью и быстрым нарастанием температур, что связанно с частым вторжением теплых воздушных масс с юга. Для весеннего периода характерны частые сильные и сухие ветры, быстро иссушающие поверхность почвы. Нередко суховеи сопровождаются пыльными бурями. Лето жаркое и сухое, несмотря на относительно большое количество осадков. Жаркий период с температурами воздуха более +20°С на севере непродолжителен, на юге достигает трех месяцев. Количество крайне сухих дней с относительной влажностью воздуха менее 30% на севере не превышает 15 - 20, а на юге достигает 60 и более. Как и весной, летом довольно часты сильные суховеи, которые усиливают и без того значительную испаряемость влаги и способствуют развеванию почв. По многолетним данным метеостанций области отмечаются периодические засухи. Количество осадков в засушливые годы в 2 -3 раза меньше средних многолетних, а во влажные значительно превышает их. В резко засушливые годы в черноземной зоне области выпадает до 150 мм осадков, а на юге области - 80 мм и, наоборот, в исключительно влажные годы количество осадков на севере достигает 500 - 600 мм, а на юге -250 - 300 мм. Осенний период отличается пасмурной, иногда дождливой погодой. Заморозки наступают довольно быстро, нередко со второй половины сентября, но снег ложится поздно, особенно на юге, - бывают случаи, когда снег выпадает только к концу декабря.

4.3 Поверхностные и грунтовые воды

Гидрографический облик Костанайской области характеризуется слабым и неравномерным развитием речной сети. Речная сеть хорошо развита только в северной и южной частях области. На севере она состоит из степных рек, принадлежащих к системе Тобола, и на юге образована реками бассейна Тургай. В пределах области насчитывается более 300 рек протяжность свыше 10 км. Основная часть из них представлена основными водотоками. Рек длинной больше 100 км -21, свыше 500 км - две. Все реки имеют преобладающее снеговое питание, однако, характер и продолжительность паводков различны. Внутригодовое распределение речного стока крайне неравномерно, более 90% его на крупных и средних реках и почти весь годовой сток малых водотоков формируется в период весеннего снеготаяния. Расход воды в этот период обычно в 300 -400 раз превышает средний многолетний расход. По степени минерализации реки области также различны. Минерализация и химический состав речных вод зависят от засоленности почв, дренируемых реками. В связи с этим наибольшей минерализации отличаются реки, дренирующие засоленную Тургайскую ложбину. Реки, стекающие с Зауральского плато и Казахского мелкосопочника, наиболее опреснены. Большое распространение на территории области получили временные водотоки, особенно на юго-востоке. Основная часть годового стока водотоков осуществляется за счет талых весенних вод и крайне незначительно - в периоды ливневых дождей. Бурные проявления подобных стоков обычно сопровождаются интенсивной водно-эрозионной деятельностью.

В Костанайской области насчитывается более 5000 озер, их суммарная поверхность составляет около 3% территорий. Распределены озера крайне неравномерно, более 90% их сосредоточено в северной части, главным образом на Тобол - Ишимском водоразделе. Озера преимущественно располагаются в мелких впадинах и имеют обширные водосборы. Приходная часть водного баланса озер слагается в основном из снеготалых вод и частично - за счет осадков теплого периода. Приток воды кратковременен и целиком зависит от многоводности года. В связи с этим после одно-, резкого двухгодичного подъема уровня воды в озерах наступает длительный период спада, вплоть до полного пересыхания. Отдельные озера, получающие дополнительное питание за счет подземных вод, имеют более плавный ход уровня. Расход озерных вод происходит целиком за счет испарения, в годы особенно жарким и сухим летом значительная часть мелких озер пересыхает, а в конце многолетних сухих периодов пересыхают и более крупные озера, такие, как Кушмурун, Аксуат и другие. Костанайские озера имеют различную минерализацию, в целом же на юге больше соленных и горько-соленых озер, а на севере - пресных и слабоминерализованных. Особенно много саленных озер встречается в Тургайской и Сыпсынагашской ложбинах.

На территории области выделяются следующие гидрогеологические районы: Зауральский и Улутауский, приуроченные к соответствующим морфоструктурам, и районы, расположенные в области Тургайского прогиба-Тобольский в северной части и Тургайский в южной. В первых двух районах развиты трещинные и пластовотрещинные воды, залегающие в породах складчатого палеозоя. Эти воды располагаются близко к поверхности и преимущественно опреснены, общая минерализация их не превышает 1 -2 г./л. Палеозойские воды Тургайского прогиба, располагающиеся под мощной толщей мезо-кайнозойских осадков, преимущественно высокоминерализованные. Мезо-кайнозойские отложения в области Тургайского прогиба представлены чередованием водопроницаемых и водоупорных слоев, вследствие чего водоносные горизонты расположены поэтапно. Юрские пластово-трещинные воды встречаются локально в депрессиях палеозойского ложа, отличаются высокой минерализацией, до 21 г./л, по химическому составу хлоридно-сульфатно-натриевые и хлоридно-натриевые. Среди меловых вод наиболее широко распространены пластовые, располагающиеся в разнозернистых песках. Это преимущественно минерализованные (5 г/л и более) воды хлоридно-натриевого типа. В отдельных районах области, главным образом на Тобол-Убаганском междуречье, встречаются опресненные меловые воды с минерализацией до 2 -3 г./л. Грунтовые воды нижнетретичного периода получили широкое распространение по всей территории области. Они представлены пластово-трещинными напорными водами, располагающимися в опоках и опоководных песчаниках эоцен-плиоценового возраста. В большинстве случаев воды пресные и слабоминерализованные. На междуречных пространствах Тобол - Убаган, Убаган - Ишим и на юге области, в пределах Тургайского плато, встречаются грунтовые воды неогенового возраста, приуроченные к тонкозернистым пескам. По степени минерализации и химическому составу воды пестрые, что связано с различными условиями залегания. На Тобол-Убаганском междуречье преобладают пресные воды. Они также встречаются в Карасуском и Семиозерном районах. В северной части Амангельдинского, Джангильдинского районов неогеновые воды располагаются близко к поверхности и отличаются высокой минерализацией. Среди первых от поверхности грунтовых вод значительное место занимают третичные воды, различные как по степени минерализации, так и по химическому составу. В целом отмечается усиление минерализации этих вод от запада к востоку и в южном направлении. Олигоценовые воды, располагаются в песках и алевритах на глубине 2 - 5 м и отличаются невысокой минерализацией (до 1 г/л), в центральной и восточной части они более минерализованы (до 3 г/л). К востоку от Убагана распространены плиоценовые грунтовые воды, которые располагаются на глубине от 3 до 10 м и обычно минерализованы (до 5 г/л). В пределах Предтургайской равнины и северной части Тургайского плато олигоценовые, и плиоценовые воды располагаются обычно глубже 10 м и сильно минерализованы.

В пределах области развиты подземные воды, приуроченные к различным отложениям четвертичного периода. Они встречаются в покровных делювиальных супесях на глубине от 5 до 10 м, по степени минерализации пестрые - от пресных до соленых. Воды эоловых песчаных отложений (Семиозерный район, боры Аман-Карагай, Ара-Карагай, Наурузум, левобережье Тобола, правобережье Улу-Жиланчика, песчаный массив Ак-Кум) встречаются на глубине до 3 м, они обычно пресные и слабо минерализованы.

4.4 Почвенный покров Костанайской области

Подчинен широтной зональности в связи с постепенным усилением засушливости с севера на юг. Выделяются следующие почвенные зоны: зона черноземов с подзонами обыкновенных и южных черноземов, зона каштановых почв с подзонами темно-каштановых, каштановых и светло-каштановых почв и подзона бурых пустынных почв.

Зона черноземов расположена в северной части и занимает более 7 млн. га. Она в основном находится в пределах Западно-Сибирской низменности, на западе зона охватывает восточную часть Зауральского плато, а на юге-востоке-плоскую равнину Убаган-Ишимского междуречья. Южная граница черноземной зоны проходит на разных широтах: на западе и востоке она опускается соответственно до 51° 41 и 52° 45 с.ш. Подзона обыкновенных черноземов занимает северную меньшую половину зоны. Типичными для подзоны являются обыкновенные среднегумусные черноземы тяжело- и среднесуглинистого механического состава, которые занимают преобладающую часть территории. В целом для подзоны характерно широкое распространение березовых и березово-осиновых колков с солодями, особенно распространенными в ее северо-восточной и западной частях. Именно эти части подзоны выделяются географами как южная лесостепь и колочная степь. Среди зональных автоморфных почв подзоны обыкновенных черноземов преобладают разновидности среднесуглинистого и тяжелосуглинистого механического состава. На водоразделе Тобол - Убаган и в восточной части встречаются черноземы легкосуглинистого, супесчаного и очень редко - песчаного механического состава (главным образом, в Боровском районе, среди небольших массивов сосновых боров). Среди интразональных почв распространены лугово-черноземные (на пониженных массивах среди березовых колков и по микропонижениям), луговые почвы в понижениях на водоразделах и в долинах рек, а также аллювиально-луговые и аллювиально-болотные почвы, солонцы луговые и солончаки. Подзона южных малогумусных черноземов занимает большую часть черноземной зоны области (55%). Центральная часть подзоны находится на южной окраине Западно-Сибирской низменности, западная в Зауральском степном плато и восточная - на Убаган-Ишимской водораздельной равнине. Почвенный покров подзоны неодинаков в различных ее частях. На западе, в пределах Зауральского степного плато, распространены южные малогумусные черноземы средне- и тяжелосуглинистого механического состава, среди которых нередко встречаются карбонатные и солонцеватые роды. В юго-западной части подзоны и вдоль верховьев Тобола распространены южные неполноразвитые черноземы, формирующиеся по сопкам и повышенным местам. Центральная часть отличается пестротой почвенного покрова, преобладают нормальные и южные солонцеватые черноземы среднесуглинистого и легкосуглинистого механического состава. Южные солонцеватые черноземы образуют самостоятельные массивы и комплексы с различным содержанием солонцов. По хорошо дренированным склонам к рекам Аят, Тобол и Убаган, а также водораздельным участкам (Тобол - Убаган) встречаются крупные массивы южных супесчаных черноземов. Восточная часть подзоны отличается однородным почвенным покровом, представленным в основном южными карбонатными черноземами, развивающимися на желто-бурых покровных карбонатных суглинках. Среди интразональных почв развиты лугово-черноземные несолонцеватые, солонцеватые и карбонатные, встречающиеся в микропонижениях по водоразделам, и различные рода луговых почв, формирующихся как в понижениях на водоразделах, так и в долинах рек и крупных озерных понижениях. Вокруг соленых озер распространены луговые солончаки, местами соровые.

Зона каштановых почв (включает три подзоны - темно-каштановая, каштановая и светло-каштановая) занимает больше половины всей территории области. В основном она находится в пределах Тургайского плато, в северной части захватывает Предтургайскую равнину, переходную к Западно-Сибирской низменности. Южная граница зоны проходит примерно по ширине 49° с.ш. Подзона темно-каштановых почв располагается в центральной части области, она занимает Предтургайскую равнину и север Тургайского плато. В целом подзона темнокаштановых почв отличается неоднородным почвенным покровом. Северная и южная части подзоны по плоским повышенным участкам характеризуются широким распространением темно-каштановых почв легкого механического состава. Для северной части это преимущественно супесчаные темно-каштановые, для южной - супесчаные и песчаные. Почвы более тяжелого механического состава приурочены кслабодренированным пониженным участкам и представляют комплексные участки солонцеватых темно-каштановых почв с солонцами, перемежающими с солонцово-солончаковыми комплексами (Сыпсынагашская ложбина стока, крупные озерные депрессии Тентяксор и Карасор и другие). Центральная часть подзоны и восточная окраина ее в пределах области отличается однородным почвенным покровом, представленным темно-каштановыми карбонатными почвами преимущественно тяжелосуглинистого механического состава, нередко в сочетании с лугово-каштановыми и луговыми карбонатными почвами по степным западинам. На крайнем западе в условиях расчлененного рельефа формируются темно-каштановые щебнистые и неполноразвитые почвы. В пределах Тургайской ложбины и на прилегающих пологих склонах развиты комплексы с большим количеством солонцов, нередко составляющих фон. Наряду с автоморфными широко распространены полугидроморфные и гидроморфные комплексы. В южной части подзоны отдельными массивами выделяются островные боры на песках (Наурузум-Карагай) и песчаные массивы, покрытые осиново-березовыми колками (Сыпсын). Подзона каштановых почв проходит широкой полосой в центральной части Тургайского плато. В формировании каштановых почв в пределах Костанайской области значительное участие принимают почвообразующие породы, представленные желто-бурыми тяжелыми карбонатными суглинками и глинами, занимающими плоские столово - останцовые плато, засоленными суглинками (по древним ложбинам стока) и песчано-супесчаными отложениями водоразделов Улькаяк - Кабырга, Кабырга - Теке. Наибольшее распространение в подзоне получили тяжелосуглинистые каштановые карбонатные почвы, которые в настоящее время распаханы под зерновые культуры. Распространены комплексы каштановых солонцеватых почв с солонцами и каштановые почвы легкого механического состава. По склонам к рекам и на слабодренированных относительно пониженных участках развиваются солонцовые комплексы. В пределах гор Кызбельтау и отчасти Карагальтау встречаются неполноразвитые каштановые почвы на хрящевато-щебенчатых элювиальных и делювиальных отложениях. Относительно пониженныечасти междуречья Сарыузень-Текезаняты преимущественно солонцами солонцово-солончаковыми комплексами. В западной части подзоны, южнее массива карбонатных каштановых почв, распространены легкосуглинистые каштановые и песчаные почвы, занимающие крупные водораздельные участки. Среди интразональных почв присутствуют лугово-каштановые почвы и луговые почвы по долинам рек и близ озер, особенно в пределах Тургайской ложбины. Подзона светло-каштановых почв располагается в южной части Костанайской области, ее северная граница проходит извилистой линией примерно по 500 30, с. ш., с юга же она ограничена песками Тасым и Аккум и рекой Жиланчик. Подзона охватывает водоразделы Улькаяк - Тургай, Тургай - Жиланшик, а на востоке - мелкосопочный район Улутау. Почвенный покров подзоны (в пределах водораздела Улькаяк-Тургай и прилегающей с запада к Улькаяку равнины) отличается распространением светло-каштановых почв легкого механического состава, особенно светло-каштановых супесчаных почв. Встречаются также светло-каштановые легкосуглинистые и песчаные почвы. Отдельными некрупными массивами выделяются закрепленные и полузакрепленные пески. Примерно аналогичный почвенный покров характерен и для правобережной части реки Тургая. В центральной части подзоны преимущественно распространены автоморфные солонцы, местами в комплексе с солонцеватыми светло-каштановыми почвами. По неглубоким бессточным степным западинам формируются луговые и лугово-степные солонцеватые и засоленные почвы. В восточной половине подзоны с увалисто-холмистым рельефом вершины увалов или грив заняты светло-каштановыми часто солонцеватыми почвами различного механического состава, по склонам они переходят в комплексы с сонцами, нижние части склонов заняты солонцово-солончаковыми комплексами. На левобережной части Кара-Тургая широко развиты светло-каштановые карбонатные и солонцеватые почвы тяжелосуглинистого механического состава, местами комплексы этих почв солонцами. Восточная часть подзоны (правобережье Кара-Тургая) целиком расположена в пределах мелкосопочника со светло-каштановыми солонцеватыми почвами суглинистыми и тяжелосуглинистыми, как правило, защебненные разновидности. Широко развиты также неполноразвитые и малоразвитые светло-каштановые почвы, формирующиеся по вершинам и склонам сопок с близким подстиланием плотных кристаллических пород. В межсопочных понижениях и долинах глубоко врезанных рек встречаются лугово-каштановые и луговые почвы, местами лугово-степные и луговые комплексы. По пологоволнистым межсопочным равнинам часто встречаются комплексы светло-каштановых почв с солонцами, а по плоским относительно повышенным участкам северо-восточной части подзоны - светло-каштановые карбонатные почвы, часто защебненные. В пределах подзоны светло-каштановых почв выделяется широкая долина реки Тургай и примыкающая к озерам Сарыкопа пониженная равнина, где преобладают гидроморфные полугидроморфные почвы (луговые почвы различной степени солонцеватости и засоленности, нередко комплексирующие с луговыми солонцами). Местами в долине р. Тургая встречаются лугово-болотные и болотные почвы и луговые солончаки.