Изменения подземного стока таежной зоны Западной Сибири в голоцене

Актуальность работы. Формирование подземного стока и количественная характеристика этого процесса представляют собой исключительный научный и прикладной интерес. С научной точки зрения, изучение подземного стока способствует дальнейшему уточнению процессов и определению продолжительности циклов круговорота воды в природе, темпов водообмена в верхних частях земной коры, выяснению условий питания и разгрузки водоносных горизонтов. А с практической точки зрения, изучение подземного стока может обеспечить успешное решение ряда народнохозяйственных задач, связанных с комплексным использованием и охраной водных ресурсов, целенаправленным управлением поверхностным и подземным стоком, прогнозированием минимальных расходов рек для гидроэнергетического проектирования, судоходства, лесосплава, ирригации, водоснабжения и других отраслей народного хозяйства. Оценка подземного стока производится в зависимости от ряда природных факторов и условий, из которых наибольшее значение имеют климатические особенности, геологическое строение, литологический состав горных пород, характер рельефа и растительности, а также эрозионная деятельность речной сети. Для построения долгосрочных гидрогеологических прогнозов важно не только знать современные изменения климата, режима подземных и поверхностных вод, но и учитывать изменения, происходившие в прошлом. Понимание палеогидрологических и палеогидрогеологических условий является ключом к решению целого ряда гидрогеологических, геоэкологических, геохимических задач и необходимым условием разработки методов долгосрочного прогноза изменений окружающей среды, в том числе играет важную роль в построении теории формирования геохимических аномалий (природных и антропогенных) и поисков гидрогенных месторождений полезных ископаемых. А это, в свою очередь, определяет актуальность палеогидрологических и палеогидрогеологических реконструкций. Однако методика подобных исследований недостаточно разработана и опирается в основном на методику воднобалансовых расчётов и инженерно-гидрометеорологических изысканий для строительства в современный период либо представляет собой второстепенное приложение к методике климатических реконструкций, которые, в свою очередь, базируются на целом ряде достаточно грубых предположений. В настоящее время используются различные
5
методы палеоклиматических реконструкций для периода голоцена, представленные в работах (Чернавская и др. 1995, Bostonalieva, 2015, Antipina et al. 2014, Prenke-Kraus, 2008, Gaewski 2015, Rui-bo Zhang, 2015, Moller et al., 2015, Соломина, 2010, Назаров и др. 2012). В Западной Сибири ранее проводились палеоботанические реконструкции (Antipina, et. al. 2014, Алексеев, 2014 и др.), палинологические (Борисова, 2005, Prenke- Kraus et. al.2015, Хазина, 2009 и др.), дендрохронологические (Малышева, 2013, Бочкарев, 2006, Rui-bo Zhang et. al., 2015 и др.), палеогляциологические (Окишев, 1984, Moller, 2015 и др.), и др. Также следует отметить, что при планировании и осуществлении хозяйственной деятельности в Западной Сибири (например, проектировании, строительстве и эксплуатации объектов нефтегазового комплекса) важно учитывать очень высокую и прогрессирующую заболоченность региона, которая обусловлена сочетанием избыточного увлажнения и слабой дренированности водосборов. В свою очередь заболоченность связана с общим и подземным
водообменом.
Всё вышесказанное определяет актуальность проводимых в данной
диссертационной работе исследований.
Цель и задачи исследования. Цель исследования – оценка подземного стока
таёжной зоны Западной Сибири и обоснование методики его реконструкции в голоцене. Для достижения этой цели были сформулированы следующие задачи
исследования:
1. Определить основные факторы формирования подземного стока в таёжной зоне
Западной Сибири;
2. Выполнить оценку подземного стока на основе выявленных многолетних
изменений уровней подземных вод и расходов рек в таёжной зоне Западной
Сибири по данным наблюдений до 2015 гг.;
3. Разработать и обосновать новую методику реконструкции подземного стока на
основе математической модели суммарного и подземного стока в голоцене в
таёжной зоне Западной Сибири;
4. Построить долгосрочный прогноз изменений подземного стока в таёжной зоне
Западной Сибири.
Объект и методы исследования. Основным объектом исследования являются
подземные воды отложений четверичного и палеогенового возраста в таёжной зоне

6
Западной Сибири (частично – на прилегающих территориях). При реконструкции подземного стока в качестве объектов исследования рассматривались водосборы средних рек таежной зоны Западной. В процессе исследования использовались следующие методы: методы математического моделирования гидрогеологических
процессов, статистический, географо-гидрологический.
Исходные материалы. Использованы данные собственных исследований,
выполненных совместно с сотрудниками Томского политехнического университета в 2015–2017 гг., материалы государственного мониторинга поверхностных вод и гидроклиматической информации (среднемноголетние данные гидрологических и климатических характеристик по 38 средним рекам Западной Сибири и 64 метеостанциям) с конца XIX века до 2015 г.(Федеральная служба по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды), материалы государственного мониторинга геологической среды по Томской области (данные наблюдений за уровнями подземных вод по 15 режимным скважинам, из которых 5 скважин четвертичных отложений, 6 – палеогеновых, 2 скважины отложений неогенового возраста и 2 – меловых) за период с 1960-х гг. до 2015 г. (Томская геологоразведочная экспедиция, АО «Томскгеомониторинг»).
Научная новизна. Впервые предложена методика реконструкции подземного стока в голоцене, выполнена реконструкция и вероятностный прогноз долгосрочных изменений подземного стока в таёжной зоне Западной Сибири, выявлены условия, определяющие направление и масштаб изменений режима подземных вод региона.
Научные положения, выносимые на защиту
1. Модуль подземного стока на территории таёжной зоны Западной Сибири в настоящее время изменяется от 1 до 3,2 л/(с·км2). На протяжении последних 40 лет в таёжной зоне Западной Сибири продолжается рост среднегодовых уровней подземных вод в ненарушенных хозяйственной деятельностью условиях, который в среднем по таёжной зоне Западной Сибири за период с конца 1960-х по 2015 гг. составляет 0,34 м.
2. Разработана и обоснована методика реконструкции подземного стока, основанная на зависимости модуля подземного стока от суммы атмосферных осадков за теплый период (величина инфильтрационного питания) и коэффициента стока (степень обводнённости горных пород). На основе данной методики показано, что в последние

7
десятилетия в таёжной зоне Западной Сибири наблюдаются максимальные или близкие
к максимальным для голоцена значения подземного стока (24 мм/год).
3. Основным условием увеличения подземного стока в таёжной зоне Западной Сибири является рост атмосферного увлажнения при различных сценариях изменения температуры воздуха. К концу XXI века при сценарии увеличения температуры воздуха
и атмосферного увлажнения увеличение подземного стока будет незначительным. Достоверность результатов работы. Достоверность результатов исследования подтверждается: 1) использованием статистических данных о расходах и уровнях речных вод, полученных Росгидрометом, данных об уровнях подземных вод, полученных АО «Томскгеомониторинг» и других организаций в системе государственного мониторинга геологической среды; 2) корректным применением методов статистического и экспертного анализа данных наблюдений с учётом нормативных требований, принятых в Российской Федерации и Всемирной метеорологической организации (ВМО); 3) апробацией результатов исследования в публикациях в рецензируемых научных журналах («Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов», «Вестник Северного Арктического Федерального университета, серия: Естественные науки», «IOP Conference Series: Earth and Environmental Science» и докладов на научных
всероссийских и международных конференциях).
Практическая значимость работы. Результаты исследования являются научной
основой для: 1) долгосрочного прогноза ресурсов подземных вод в таёжной зоне Западной Сибири; 2)выявления условий формирования геохимических аномалий, связанных с изменением режима подземных вод; 3)нормирования антропогенных воздействий на водные объекты и разработки долгосрочных программ комплексного использования и охраны водных ресурсов в Сибири; 4) проведения учебных занятий по гидрогеологии и геоэкологии в университетах Российской Федерации. Материалы диссертационной работы использовались при выполнении работ по гранту РФФИ No17- 05-00042 «Исследование гидрологических условий формирования геохимических аномалий в поверхностных водных объектах суши» и мегагранту Правительства Российской федерации (грант 14 Z50.31.0012).
Апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в 9 работах, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в Перечень рецензируемых научных изданий и

8
рекомендованных Высшей аттестационной комиссией при Министерстве образования и науки Российской Федерации для опубликования основных научных результатов
диссертаций и одна статья в российском научном журнале, индексируемом Scopus:
1. Савичев, О.Г. Методика реконструкции зонального водного стока в Западной Сибири в голоцене / О.Г. Савичев, М.В. Решетько, Ю.А. Моисеева // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2016. – Т.
327. No 5. – С.87–96.
2. Моисеева, Ю.А. Способ расчета и возможные изменения подземного стока в
Западной Сибири в голоцене / Ю.А. Моисеева, О.Г. Савичев // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2017.– Т. 328. No 2. – С. 6–14
3. Савичев, О.Г.Устойчивость поверхностных вод тундры и лесотундры Западной Сибири к антропогенному влиянию / О.Г. Савичев, Моисеева Ю.А. // Вестник САФУ. Сер.: Естеств. науки. – 2016. – No 4. – С. 36–46. doi: 10.17238/issn2227- 6572.2016.4.36
4. Решетько, М.В. Климатические особенности и статистические оценки изменения элементов климата в районах вечной мерзлоты на территории севера Западной Сибири / М.В. Решетько, Ю.А. Моисеева // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. – 2016. – Т. 327. – No 4. – C. 108–118
5. Savichev, O.G. The nonlinear effects based on peat chronology data in paleoclimatic reconstructions / O.G. Savichev, M.V. Reshetko, Yu.A. Moiseeva // IOP Conf. Series: Earth and Environmental Science. – 2016. – Vol. 43. – P. 1-5. 012034 doi:10.1088/1755- 1315/43/1/012034
А также 4 работы опубликованы в трудах Международных конференций и
симпозиумов (Моисеева, 2016 а, 2016 б, 2017, Савичев, 2018).