научный журнал «Актуальные исследования» #45 (124), ноябрь '22

Уточнение параметров подземного притока на отдельных участках Верхней Волги, расположенных выше г. Ржева, с помощью гидрометрических, термометрических, гидрохимических и дистанционных методов

В данной работе был выполнен расчет параметров подземного стока на отдельных участках Верхней Волги, от Верхневолжского бейшлота до речных створов, расположенных выше г.Ржева. В процессе вычислений характеристик подземного притока было использовано уравнение руслового водного баланса. Для уточнения мест расположения участков повышенного подземного стока в реку Волга применялись гидрометрические, термометрические, гидрохимические и дистанционные методы.

Аннотация статьи
водпосты
реки
озера
водохранилища
подземный приток
речной сток
приращение стока
Ключевые слова

Введение В представленной статье даются характеристики подземного притока на отдельных участках Верхней Волги, расположенных выше г.Ржева, а также приводится краткая характеристика природных условий исследуемого района, которые влияют на формирование подземного стока на описываемой территории. Как известно, водный сток реки Волги на всем ее протяжении зарегулирован многочисленными водохранилищами, в том числе в пределах Тверской области. Поэтому в наших расчетах, при определении подземного притока на отдельных участках этой крупной реки, использовалось приращение меженного стока между отдельными стационарными и экспедиционным водпостами (∆Qi м3/сек) на определенную дату. При этом учитывался коэффициент водности этого периода, определяемый на соседних незарегулированных реках-аналогах (Кводн) по отношению к ранее установленной норме подземного притока.

В процессе проведения исследований были использованы технические отчеты по инженерно-гидрологическим изысканиям на Верхней Волге, выполненных в большом объеме институтом «Гидропроект», г.Москва, в 1976-1988 годах при проектировании Ржевского гидроузла, который так и не был построен. К сожалению, в течение последних десятилетий результаты этих водных изысканий на Верхней Волге не до конца были проанализированы специалистами-гидрологами и гидрогеологами.

В этой работе была сделана попытка в какой-то мере компенсировать это упущение. Наряду с гидрологическими данными института «Гидропроект» и ФА «Росгидромет», для уточнения участков повышенного подземного притока на реке Волга в наших исследованиях в небольшом объёме были использованы гидрохимические материалы, а также космические фотоснимки разного диапазона.

Рис. 1. Обзорный план исследуемого участка р. Волги: исток – г.Ржев. 1 - города, населенные пункты; 2 - реки; 3 - озера; 4 - стационарные водпосты Росгидромета; 5 - экспедиционные гидропосты Верхневолжской экспедиции, действующие 7-20 августа 2005 года; 6 - стационарные и временные водпосты института «Гидропроект», действующие в 1976-1988годы; 7 - гидрогеологические, геологические разрезы и геологические разрезы четвертичных отложений, с указанием его номера (красный, серый и зеленый цвета). Фото-вставка: а) река Волга у устья р. Тудовки

Природные условия исследуемого района. Описываемая территория характеризуется достаточной геоморфологической, геологической, гидрогеологической и гидрологической изученностью [1, 2, 4, 11]. Геоморфологические условия Верхней Волги довольно полно описаны в работе московских геоморфологов, МГУ, 1938 год [2]. Кроме этого, в данном районе организациями Мингео РСФСР неоднократно проводилась геологическая и гидрогеологическая сьемка, с последующим составлением государственных геологических карт для этой территории. Большое влияние на улучшение природной изученности этого района сыграло проведение в большом объеме гидрологических и геологических инженерных изысканий при проектировании Ржевского гидроузла в период 1976-1988 годов [14].

Рельеф местности исследуемого района

Изучаемый район расположен на западе и юго-западе центральной части Тверской области и приурочен к значительной части Валдайской возвышенности, которая является главным водоразделом между речными системами Волги и Балтийского моря (рис. 1, 2).

В пределах этой возвышенности в исследуемом районе выделяются отдельные гряды и участки с повышенными отметками земной поверхности, Набс.~300м. (Осташковская, Вышневолоцкая гряды, Ильины Горы и т.д.). На водоразделах крупных волжских притоков также наблюдаются возвышенные участки рельефа местности. К примеру, в верховьях реки Тудовки абсолютная максимальная высота земли достигает 342м.абс. Продольные профили водной поверхности р.Волги в меженный период тесно связаны с рельефом данной местности (рис.2а). Средние уклоны падения Волги на участке: Верхневолжский бейшлот - устье р.Тудовки, составляют 22-28 см/км., в районе г. Ржева – 32 см/км. Ширина русла Волги вблизи пос. Селижарово равна около 40 м., у г. Ржева возрастает до 80-100 м. Ширина долины варьирует на всем протяжении исследуемого участка Волги. Ниже Верхневолжского бейшлота она довольно узкая. От пос. Селижарово до д.Лощаково – выше устья р. Б.Коша, ее ширина составляет 250-500м. Вступая в Кошинское понижение, долина р.Волги расширяется до 1,0-1,5км. Ниже этого места, в районе с.Ельцы и д.Колокольцево, она сужается до 500 -700м., и вблизи г.Ржева – у с.Кокошкино ее ширина составляет 450-550 м [2].

Большие Верхневолжские озера лежат в крупных понижениях, днища которых имеют отметку ниже 200 м. абс. Окружающие их возвышенности расположены на отметке 240-260 м. абс. Озера Стерж, Вселуг и Пено, расположены в пределах протяженной меридианальной депрессии. Через Осташковский и Селижаровский плесы озера Селигер проходит другая крупная депрессия [2].

Рассматриваемая территория, охватывающая левобережную и правобережную части Верхней Волги, отличатся разнообразием рельефа. Вблизи устья р.Тудовки и ниже по реке Волга, данный район представляют собой моренную равнину с покровом безвалунного суглинка [2]. Выше по Волге от места впадения р.Тудовки, в пределах бассейна р.Итомля, отмечается среднехолмистый моренный рельеф. Вблизи этого района, но уже на правобережье реки Волги – в районе д.Колокольцево и д.Мигуново, данная местность представляет собой моренную равнину, прикрытую маломощным слоем песка [2]. Верхняя часть бассейна Верхней Волги, вблизи ее истока, входит в большую озерную область, где располагается множество других водоемов, относящиеся уже к бассейну Балтийского моря. Для всей этой территории свойствен холмисто-грядовый рельеф местности, с отдельными впадинами, занятыми ныне большими и малыми озерами.

Геологические и гидрогеологические условия

Данный район характеризуется удовлетворительной геологической изученностью (рис. 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9). Согласно предыдущим исследованиям на описываемой территории в верхней части геологического разреза почти повсеместно присутствуют четвертичные отложения московского и днепровского древних оледенений разной мощности. Ниже залегают известняки и доломиты девонских и нижне-среднекаменноугольных возрастов. Отложения четвертичного периода представлены переслаиванием глинистых и песчаных толщ. Но при этом преобладают слабоводопроницаемые породы – глины, суглинки, которые препятствуют активной инфильтрации атмосферных осадков (рис. 6, 8).

Мощность четвертичных отложений неоднородна по территории изучаемого района, и в среднем здесь составляет 40-80 м. Вблизи Верхневолжских озер ее величина уменьшается до 0-20 м., на водоразделах речных бассейнов может достигать более 80 м (р.Б.Коша, р.М.Коша, р.Итомля). На отдельных участках изучаемой территории, в том числе в долине и в русловой части реки Волга, наблюдаются выходы карбонатных пород на дневную поверхность (рис.3а, 3б, 9). Как известно, Валдайская возвышенность располагается на западной окраине Московской синеклизы. Для этой тектонической структуры характерен наклон обводненных отложений карбона в восточном направлении к ее оси, которая проходит через города Кимры-Калязин-Ярославль [4].

При этом для всей Московской синеклизы характерно залегание вблизи дневной поверхности более молодых карбонатных горных пород в ее срединной части и более древних – на крыльях этой геологической структуры, где расположена Валдайская возвышенность. По этой причине река Волга в нашем районе незначительно смещаясь в восточном направлении, имея большую глубину эрозионного вреза русла и долины, постепенно прорезает более молодые по геологическому возрасту карбонатные породы, от известняков верхнего девона и нижнего карбона – вблизи истока и пос.Селижарово, до известняков нижнего и среднего карбона –в районе г.г. Ржева и Зубцова. Причем в толще каменноугольных отложений наблюдаются значительные глинистые слои, которые могут относиться к региональным или местным водоупорам (рис. 6, 7).

Следует также отметить, что по берегам Волги прослеживаются антиклинальные поднятия и синклинальные прогибы, которые связаны с нарушением залегания коренных пород в результате активной неотектонической деятельности в этом районе.

По мнению московских геоморфологов Синюгиной Е.А., Карандеевой М.В. (МГУ, 1938 год), резкие повороты реки Волги вблизи с.Ельцы, в районе выше устья р. Тудовки, и в других местах, тесно связаны с этими синклинале- и антиклиналеобразными изгибами пластов, наблюдаемых на данной территории [2]. Глубинные неотектонические процессы, происходящие в пределах долины реки Волги или вблизи нее, способствуют тому, что слабоводопроницаемые глинистые водоупорные слои разной мощности, залегающие в четверичной и карбонатной толщах могут быть смещены или разрушены. Все это приводит к улучшению вертикального водообмена между водоносными горизонтами и увеличению подземного притока в реки [4]. Как известно, в геологическом разрезе этой территории специалистами – гидрогеологами выделено несколько водоносных горизонтов и комплексов [4, 5, 8]. При этом за последние 50-60 лет было составлено несколько гидрогеологических карт для этой территории, на которых незначительно менялись названия этих выделенных геологических горизонтов и комплексов, но их границы и тип водовмещающих пород оставались почти неизменными (рис. 4, 5).

В четвертичных породах эти водонасыщенные слои или пласты приурочены к водно-ледниковым отложениям, воды которых нередко имеют ограниченное распространение и являются малопродуктивными, и при этом играют второстепенную роль в разгрузке подземных вод в волжский водоток. Но наиболее важными в подземном питании Верхней Волги на исследуемой территории являются подземные воды девонских и каменноугольных отложений. Представленная схема гидроизопьез окско-протвинского комплекса свидетельствуют о наличии значительной разгрузки подземных вод в реку Волга из глубоких водоносных горизонтов (рис.4 а).

Данная карта также указывает на то, что этот процесс активно происходит и в устьях небольших волжских притоков. И тут можно предположить, что на этих малых реках с низкими параметрами подземного стока (табл.1), основная разгрузка подземных вод на их приустьевых участках происходит в долинах, а не в русловое «днище» этих водотоков. Следует также отметить, что режим подземных вод на большой части изучаемой территории находится в естественном состоянии. Исключением являются районы городов Ржева и Осташкова, где наблюдаются депрессионные воронки уровней подземных вод из-за интенсивного водоотбора подземных вод (рис. 5).

В частности, по этой причине в г. Ржеве в 70-80 годы прошлого века произошло резкое падение уровней воды в артезианских скважинах, что привело к нарушению водного режима подземных вод и изменению подземного стока волжского водотока в пределах этого города и вблизи него [8].

Эти отрицательные гидрогеологические явления, возникшие в изучаемом районе за последние 40-50 лет, не позволили использовать в нашей работе данные минимального меженного стока по водпосту г.Ржев, расположенного на реке Волга, в черте этого города. Относительно большой депрессии уровней подземных вод в г. Осташкове необходимо заметить, что ее появление изменило в какой-то степени водный режим оз. Селигер и р.Селижаровка, вытекающей из этого крупного водоема. Но в наших расчетах подземного стока полностью исключались меженные расходы этой озерной реки из общего речного стока Волги. Другим неблагоприятным фактором в изучении подземных вод данного региона является то, что в последние два-три десятилетия здесь заметно уменьшился объем полевых и камеральных геологических и гидрогеологических работ. Исключением являются изданные геологические карты ВСЕГЕИ по Тверской области в период 2012-2022 годы, которые были использованы в нашей работе. Но основой этих новых картографических материалов являлись старые геологические карты 1960-1980 годов выпуска [5].

Рис. 2. Физическая карта Тверской области (фрагмент). Район Верхней Волги. ГУГК, 1964г. Рисунок-вставка: а) продольный профиль водной поверхности реки Волга. Участок: Верхневолжский бейшлот - г.Ржев

Рис. 3. Гидрогеологическая карта докайнозойчких отложений (фрагмент). ВСЕГЕИ, 2011-2022гг. [5] Фотографии-вставки: а) Хотошинский карьер. Селижаровский район. Обнажения нижнего карбона; б) Мончаловский карьер. Левый берег р.Волги, выше г.Ржева, в 9 км ниже устья р.Сишки. Выходы известняков

Рис. 4. Гидрогеологическая карта дочетвертичных отложений центральных областей России (фрагмент). Район Верхней Волги. Гидрогеология СССР, т.1, Москва, издательство «Недра», 1966г. Авторы Чаповская Л.П., Щадрин З.М., Антоновский Ю.П. ГУЦР, г. Москва, 1963 г. [4]. Красный текст – изменения в названии водоносных горизонтов и комплексов согласно «Информационного бюллетеня о состоянии недр территории Центрального федерального округа в 2015году», вып.21. ФГБУ «Гидроспецгеология», 2016 г.[8], и «Карты подземных вод Тверской области», 1985г. КИПР, авторы Смирнова Н.И., Леоненко Л.В., МГРЭ ПГО «Центрогеология» [5]. Карта-вставка: а) схема гидроизопьез окско-протвинского водоносного комплекса (фрагмент). Фонды ПГО «Центрогеология». 1 - граница водоносного горизонта; 2 - города, населенные пункты; 3 - реки, озера; 4 - гидроизопьезы [5]

Рис. 5. Фрагмент схематической карты депрессионных областей и воронок уровней подземных вод на территории Тверской области (по состоянию на 01.01.2016 года). Район Верхней Волги. ФГБУ «Гидроспецгеология», 2016 г. [8]

Рис. 6. Профиль П 1. Гидрогеологический разрез по линии Д-Е (фрагмент). Приложение к гидрогеологической карте, лист 0-36-XXХIV, Мингео РСФСР, 1982г. [5]. 1 - покровные суглинки; 2 - моренные суглинки с включением гравия и валунов; 3 - флювиогляциальные пески; 4 - известняки; 5 - глинистые известняки; 6 - переслаивание глин, песков и песчаников; 7 - глины в составе региональных или местных водоупоров; 8 - пески плотные, с прослоями глин и песчаников; 9 - доломиты; 10 - опорные скважины и пьезометрические уровни (красный пунктир)

Рис. 7. Профиль П 2. Геологический разрез по линии А-Б (фрагмент). Приложение к геологической карте, лист 0-36-XXXIV, ВСЕГЕИ, 2011-2022гг. [5]. 1 - четвертичные отложения; 2 - протвинский горизонт, известняки; 3 - стешевский горизонт, мергели, глины, известняки; 4 - тарусский горизонт, известняки; 5 - веневский горизонт, известняки; 6 - михайловский горизонт, известняки, глины; 7 - алексинский горизонт, известняки, глины, пески; 8 - тульский горизонт, глины, пески; 9 - сталиногорский горизонт, глины, пески; 10 - турнейский ярус, глины, глинистые доломиты; 11 - верхнедевонские отложения, известняки, доломиты

Рис. 8. Профиль П 3. Геологический разрез четвертичных отложений по линии Д-Е (фрагмент). Приложение к карте четвертичных отложений, лист 0-36-XXXIV, ВСЕГЕИ, 2011-2022гг. [5]. 1 - покровные отложения. Суглинки, супеси, тонкозернистые пески; 2 - аллювиальные отложения; 3 - аллювиальные отложения 1 и 2 надпойменных террас. Пески р/з, с гравием и галькой, с прослоями глин; 4 - водноледниковые отложения московского ледника. Пески р/з, с гравием и галькой, с прослоями глин и суглинков; 5 - морена московского оледенения. Суглинки с гравием, галькой и валунами; 6 - водноледниковые, аллювиальные и озерно-болотные отложения. Пески р/з с гравием и галькой, с прослоями глины и алевролитов; 7 - морена днепровского оледенения. Суглинки с гравием, галькой и валунами; 8 - дочетвертичные отложения

Рис. 9. Литологические колонки подрусловых отложений на участке р. Волги от пос.Селижарово до г.Ржева [16], для отдельных речных створов: а) пос.Селижарово; б) Бенские пороги; в) с.Ельцы; г) створ ниже устья р.Тудовки; д) створ в 15,8 км выше г.Ржева; е) г.Ржев, у старого моста

Гидрологическая изученность реки Волги на участке: исток – г.Ржев

На Верхней Волге, от истока до г. Ржева, стационарные наблюдения за речным стоком проводились начиная с конца 19 века, и особенно продолжительными – около ста лет, они были на водпостах у с.Ельцы и г. Ржева (рис.1).

Водомерный пост у Верхне-Волжского бейшлота, на котором ведется учет стока через его водосбросные сооружения, является ведомственным и в настоящее время принадлежит Тверскому участку гидросооружений ФГУ «Канал им. Москвы» (УКИМ). К большому сожалению, за последние 20-30 лет отдельные водпосты – у с. Ельцы и в г.Ржеве, были закрыты. Кроме этого неблагоприятного фактора, в последние годы у исследователей-гидрологов возникают трудности при получении ведомственной информации по расходам воды на в/п Верхневолжский бейшлот, которые ранее до 1980 года, публиковались в гидрологических ежегодниках и являлись открытыми данными. Наряду со стационарными наблюдениями Росгидромета и УКИМ, в этом же районе Верхней Волги, институтом «Гидропроект», г.Москва, в 1976-1988 годах, был выполнен большой обьем инженерно-гидрологических изысканий при проектировании Ржевского гидроузла (ГИП Немилов В.И.). В процессе их проведения было произведено большое количество измерений меженного стока на реке Волга и ее притоках, n > 200 замеров [14].

Часть этих гидрологических данных на официальном уровне была предоставлена нам в 1989 году ведущим гидрологом отдела инженерно-гидрологических изысканий института «Гидропроект», Филатовым А.М., проводившим гидрометрические работы в данном районе. Как известно, измерение расходов воды на больших и средних реках является трудоемким и очень затратным процессом и в основном выполняется при проектировании крупных промышленных, гидротехнических и транспортных объектов. По этой причине на исследуемом участке Верхней Волге в прошлые годы не так часто проводились полевые гидрометрические работы в период низкой межени. На малых реках, при небольших их глубинах и незначительной ширине руслового водного потока, проведение меженной гидрометрической съемки значительно упрощается. Из всех последующих крупных гидрологических изысканий, выполненных в этом районе в период 1990-2010 годов, необходимо отметить комплексные водные исследования Верхневолжской экспедиции в 2005 году, в которых приняли участие Институт географии РАН, ТГУ, ТГТУ, университет Инсбурга, Австрия [10].

Как известно, и ранее существовали разрозненные данные по минимальному стоку малых волжских притоков на исследуемом участке Волги за разные годы. Использование материалов Верхневолжской экспедиции, проводившей измерения расходов воды в устьях небольших волжских рек в течение короткого летнего периода в августе 2005 года, позволяет более точно учитывать боковую приточную сеть в расчетах подземного притока на отдельных участках Волги. Необходимо также отметить, что начиная с 50-70 годов прошлого века, специализированные организации Росгидромета и Государственный гидрологический институт постоянно проводят обобщение данных по речному стоку Верхневолжского бассейна по стационарным водпостам УГМС и других ведомств. Эти материалы регулярно публикуются в гидрологических ежегодниках и справочниках Росгидромета [6, 11].

Проведение расчетов подземного притока на отдельных опорных участках Верхней Волги

В период наших исследований было проанализировано большое количество данных по минимальному стоку Верхней Волги. Но в конечном итоге нами были использованы материалы наблюдений за речным стоком на стационарных водпостах Росгидромета и УКИМ, и данные экспедиционных измерений меженного стока по реке Волга, выполненные институтом «Гидропроект» в 1976 году (рис. 10, 11, 12, 13).

При проведении гидрологических расчетов использовалось уравнение руслового водного баланса для отдельных волжских участков, с учетом времени добегания речных вод от начального до конечного гидростворов. На первом этапе наших работ было выбрано несколько расчетных участков на Верхней Волге: 1) Верхневолжский бейшлот – пос.Селижарово; 2) Верхневолжский бейшлот – в/п Ельцы (исключая реку Селижаровка); 3) пос.Селижарово (ниже устья р.Селижаровки) – в/п Ельцы; 4) в/п Ельцы – в/п Свеклино; 5) пос.Селижарово (ниже устья р.Селижаровки) – в/п Свеклино. Ввиду небольшой протяженности первого выделенного волжского участка: 1) Верхневолжский бейшлот – пос.Селижарово, L=14 км; для повышения точности наших расчетов, параметры подземного притока для этого отрезка Волги определялись как разность этих характеристик по двум участкам: 2) Верхневолжский бейшлот – в/п Ельцы; и 3) пос.Селижарово – в/п Ельцы (прим.1, табл.2). Как ранее упоминалось, речной меженный сток Волги в районе г. Ржева нарушен интенсивным водоотбором подземных вод [8], и поэтому последним замыкающим гидроствором на Верхней Волге в наших расчетах являлся ведомственный водпост института «Гидропроект» у д.Свеклино, который располагался в 36 км выше в/п г.Ржев, в створе проектируемого Ржевского гидроузла. В процессе наших вычислений, на всех выделенных расчетных участках Верхней Волги полностью исключались водные попуски из Верхневолжского водохранилища и озерный сток из оз. Селигер. Для этого использовались данные измерений меженного стока на Верхневолжском бейшлоте и на р. Селижаровка, которая вытекает из оз.Селигер. Ранее на этой озерной реке функционировали стационарный водпост у с.Яровинка, и временный гидропост института «Гидропроект», который располагался на р.Селижаровка, выше ее устья, у д. Берники (рис. 10, 11, 12, 13).

Выбор 1976 года в наших расчетах был обусловлен несколькими причинами.

Во-первых, в конце февраля и в начале марта этого года – перед наступлением весеннего поводка, на большей части исследуемой территории установилась устойчивая, низкая зимняя межень со слабыми морозами и отсутствием оттепелей (Тсрмес...воздуха= –12град), при которой водный сток на ближних незарегулированных реках был ниже нормы подземного притока на 14-18%. В этот период на самой Волге, в пределах изучаемого района, на стационарных и экспедиционных водпостах наблюдались стабильные и невысокие расходы воды, Qi < 20 м3/ сек. – у дальнего замыкающего створа, на в/п Свеклино (рис. 10, 11). Следует отметить, что перед наступлением низкой зимней межени 1976 года, в осенние месяцы 1975 года – сентябрь, октябрь, ноябрь, выпало незначительное количество атмосферных осадков, в сумме менее 50 мм, что привело к низкой водности рек исследуемого района в период наступившей зимы. Как правило, их большое количество в осенний сезон, приводит к увеличению запасов почвенных и грунтовых вод на речном водосборе в «предзимье», что обуславливает в такие годы повышенный водный сток на этих реках в течение всей зимней межени.

Во-вторых, положительным фактором явилось то, что в течение выбранного нами зимнего периода 1976 года, наблюдались незначительные сбросы с Верхневолжского бейшлота: Qсбр. =0.42 м3/сек, и малые водные попуски из оз.Селигер: Qоз...< 7 м3/сек (рис.10,11).

В-третьих, использование гидрологических данных этого года в наших расчетах тесно связано с выбором рек-аналогов с естественным режимом водного стока. И здесь в качестве ближайшего пункта-аналога был выбран в/п Золотилово на р.Вазуза, который был закрыт позднее – в 1979 году, перед заполнением Вазузского водохранилища. При этом в отличии от других соседних рек, р. Вазуза, до создания на ней водохранилища, имела соизмеримую с Верхней Волгой площадь водосбора, Fвдсб. ~ 7000км2. Кроме этого водного обьекта – р.Вазузы, нами учитывался речной сток на более дальних водпостах рек-аналогов: в/п Новинки на р.Тьма, и в/п г. Зап. Двина на р.Зап. Двина. Но эти данные меженного стока могли незначительно искажаться влиянием небольших озер и прудов, расположенных в верхней или средней частях водосборов этих водотоков. В наших расчетах подземного притока на Верхней Волге в качестве альтернативы, выбранному зимнему периоду 1976 года, использовались и другие данные по меженному стоку реки Волги, измеренного в начале апреля – перед наступлением половодья (рис.12а), и в сентябре этого года (рис. 12б, 13).

В это время также наблюдались низкие сбросы с Верхневолжского бейшлота: Qсбр.. < 2 м3/сек. Необходимо отметить, что среднемноголетние характеристики подземного стока рек-аналогов, относительно которых определялась водность периода измерения меженного стока на р. Волга, были рассчитаны Гидрологическим институтом в 1974 году, с использованием методов генетического расчленения гидрографа [12]. При этом их величины были близки к среднемноголетним параметрам минимального 30-дн. зимнего стока, которые приводятся в гидрологических справочниках Росгидромета, изданных в более поздние годы – 1980, 1986 гг. и т.д. Как известно, Верхняя Волга относится к зарегулированным крупным рекам Центрального региона России. В исследуемом районе ее естественный речной сток искажается водными попусками из Верхневолжского водохранилища и оз.Селигер. Согласно многолетним гидрологическим наблюдениям, суммарный сток с этих двух водных объектов может колебаться в период меженного периода разных лет в следующем интервале: ∑Qсбр.+оз. = 7-50 м3/сек и более.

Как известно, за последние 20-30 лет изменился режим работы Верхневолжского гидроузла, который должен обеспечивать в летне-осенний период поступление гарантированных расходов воды в канал им. Москвы. По последним техническим правилам эксплуатации Верхневолжского водохранилища, утвержденных ФА «Росводресурсы» в октябре 2016 года, сбросные расходы воды в навигационный период составляют на Верхневолжском бейшлоте: Q сбр. ≥ 25 м3/сек; санитарный расход воды в зимний период равняется: Qсан.= 0,5 м3/сек [13].

В то же время, по нашим данным на волжском участке: Верхневолжский бейшлот – с.Свеклино, исключая р.Селижаровку, в меженный период, в зависимости от его водности, формируется собственный расход воды от 10 до 30 м3/сек и более. Исходя из этого, для наших расчетов положительными факторами, будут являться следующие гидрологические условия на этом участке Волги, если они наблюдаются одновременно: 1) малые сбросы с Верхневолжского водохранилища – Qсбр.< 5 м3/сек; 2) озерные попуски из оз. Селигер – Q оз.< 10 м3/сек; 3) невысокий «собственный» меженный сток, сформированный на расчетном участке Волги – Q меж.< 20 м3/сек. Причем, если их суммарная величина – (Qсбр. м3/сек + Qоз..м3/сек + Qмеж.м3/сек) > 30-40 м3/сек, то в этом случае невозможно с достаточной точностью определить прирост меженного стока на отдельном волжском участке гидрометрическими методами, т.к. погрешность определения приращения расходов воды здесь на отдельном отрезке Волги составляет: ðотн.=7 %, согласно утвержденным государственным гидрологическим нормативам.

При этом в отдельном замыкающем речном створе относительная погрешность измерения расходов воды равна: ðотн.=3,5%. Данная статистическая характеристика может быть значимой величиной в абсолютных единицах: ∆Q > 1-2м3/сек, в частности, в тех случаях, когда на реке Волга наблюдаются расходы воды свыше 30-40 м3/сек.

В последующие годы 1977-1988гг., при проведении гидрологических изысканий в этом районе институтом «Гидропроект», такие благоприятные гидрологические условия, которые были зимой 1976 года, на реке Волга отсутствовали. В частности, в летне-осеннюю межень 1986 года этой проектно-изыскательской организацией было проведено множество измерений расходов воды на Верхней Волге, ниже в/п Ельцы – вблизи устья р.Итомля и Тудовки, у д. Першино и с.Свеклино (рис.14). Но к сожалению, в это время наблюдались большие попуски озерных вод с Верхневолжского бейшлота и оз.Селигер: Qсбр.+Qоз.~40м3/сек, и значительные расходы воды на реке Волга: Qi > 50-60 м3/сек, что не позволило использовать эти гидрологические данные в нашей работе. Но вместе с тем, и в этом случае наблюдалось увеличение измеренного меженного стока по длине реки Волга (рис.14).

При определении параметров подземного стока на волжском водотоке одной из важных задач является исключение стока грунтовых вод боковой приточной сети из общего подземного стока реки Волги (рис.15). Для этого были использованы данные измерений меженного стока в устьях малых волжских водотоков Верхневолжской экспедиции, выполненные 7-20 августа 2005 года (табл.1).

В этот период на большинстве рек исследуемого района коэффициент водности относительно нормы подземного притока составлял: Кводн.~ 2,5. Если учесть, что параметры измеренного меженного стока на этих водотоках были небольшими: Qi меж.< 4 м3/сек (исключая р.Селижаровка), то абсолютная погрешность определения нормы подземного стока на этих малых реках была небольшой и является допустимой в наших расчетах (табл.1).

Основные результаты выполненных расчетов подземного притока на отдельных участках Верхней Волги

При анализе расчетных данных по подземному притоку Верхней Волги было выявлено, что его повышенные значения наблюдаются на всем протяжении исследуемого участка этой крупной реки. В среднем его линейные модули с вычетом стока боковых волжских притоков и всех попусков с Верхневолжского бейшлота и оз. Селигер, а также исключая самый верхний короткий участок – ниже Верхневолжского бейшлота, составляют здесь: qлин = 60 -70 л/сек на 1 км (табл.2).

Наибольшие характеристики подземного стока отмечаются на малом волжском участке: В-Волжский бейшлот – пос. Селижарово (L=14км), где линейные модули разгрузки подземных вод могут достигать величин: qлин > 150 л/сек на 1 км (прим.1 табл.2). Причем в этом же районе, начиная от нижнего бьефа плотины Верхневолжского гидроузла и вплоть до д. Бол.Волга, в левобережной части волжского бассейна располагается большой заболоченный массив шириной – L=4км, где первоначально аккумулируются выклинивающиеся обильные грунтовые воды, сформированные вблизи ложа Верхневолжского водохранилища (рис.18 б). Далее этот грунтовый водный поток, близко залегающий от дневной поверхности, двигается дальше и активно разгружается в реку Волга. Этому процессу способствуют дренажные канавы, окружающие этот болотный массив или расположенные внутри него. Можно утверждать, что в этом районе происходит активная разгрузка грунтовых вод путем испарения [18].

В процессе наших вычислений, первоначально на волжском участке: пос.Селижарово – в/п Ельцы, были получены невысокие линейные параметры подземного стока – менее 30 л/сек на 1 км. Но если судить по литологии подрусловых отложений р.Волги в районе в/п Ельцы, которые представлены здесь большой песчаной толщей – около 10 м (рис.9), то причиной таких невысоких значений подземного стока на данном волжском участке является увеличение подруслового стока в замыкающем речном створе – у с.Ельцы. Для уточнения подземного притока на этом отрезке Волги, где резко меняется мощность и характер грунтов, слагающих речное русло, были использованы гидрохимические методы. При этом приращение меженного минимального стока на расчетном отрезке реки Волга коррелировалось с приращением ионного стока по отдельным макрокомпонентам или их суммы, т.е. по иону – НСО3i и общей минерализации – Мобщ. (табл.3).

Изменения зимнего и подземного стока Верхней Волги за последние десятилетия в связи с потеплением климата

При проведении расчетов подземного притока на Верхней Волге по очень старым гидрологическим данным института «Гидропроект» 1976 года, возникает проблема их увязки с современным периодом, в котором наблюдается увеличение параметров зимнего стока, и вместе с этим подземного притока на реках нашего региона, в связи с глобальным потеплением климата. И тут необходимо напомнить, что в последние годы известные вузы и научные организации страны: Государственный гидрологический институт, МГУ, ИВПАН, Московский институт природообустройства им. А.Н. Костякова и т.д., неоднократно проводили региональную оценку изменений зимнего и годового стока Верхней Волги и ее крупных притоков (р.Молога, р.Ока и т.д.), в результате воздействия вышеуказанного планетарного климатического фактора.

Результаты этих исследований можно использовать в качестве аналогии для описываемой территории (рис.16). В частности, по данным Гидрологического института, в период 1978-2007 годов, на реках бассейна Верхней Волги произошло значительное увеличение параметров среднемноголетнего зимнего стока в пределах 50-100%., а в абсолютных единицах — до 40 мм [3]. На соседней малой реке Тьма, на в/п Новинки (площадь водосбора, F=1800 км2), также изменились среднемноголетние характеристики 30-дневного зимнего стока.

В период с 1937 года по 1980 год они составляли Qср.зимн.= 3,21м3/сек, а к 1999 году – Qср.зимн.=3,81м3/сек, т.е. увеличились на 19% [11]. Как известно, среднемноголетний минимальный 30-дневный зимний сток ранее являлся мерой оценки подземного притока в реки в течение длительного периода (1970-2000годы), и его параметры были близкими к данным подземного стока, полученных методом расчленения гидрографа [12, 16].

В настоящее время возникла дискуссия, можно ли эти расчетные параметры зимнего стока рек [11], которые значительно возросли из-за глобального потепления климата, применять в качестве оценки подземного притока в реки. По причине того, что такие сомнения еще существуют в научных кругах, в нашей работе были использованы расчетные данные подземного и зимнего стока рек Тверской области, опубликованные в официальных гидрологических справочниках и отчетах Росгидромета и Государственного гидрологического института в 70-80 годы прошлого века [12].

Рис. 10. Гидрологическая картосхема №1. Измеренные расходы воды на участке Верхней Волги: Верхневолжский бейшлот – в/п Ельцы – в/п Свеклино, 26 февраля 1976года. Данные Росгидромета и института «Гидропроект»,1977г. [6, 14]

Рис. 11. Гидрологическая картосхема №2. Измеренные расходы воды на участке Верхней Волги: Верхневолжский бейшлот – в/п Ельцы, 11 марта 1976 года. Данные Росгидромета и института «Гидропроект», 1977г. [6, 14]

Рис. 12. Гидрологическая картосхема №3. Измеренные расходы воды на участке Верхней Волги: пос. Селижарово – в/п Ельцы на разные даты: а) 3 апреля 1976 года; б) 29 сентября 1976 года. Данные Росгидромета и института «Гидропроект», 1977г. [6, 14]

Рис. 13. Гидрологическая картосхема №4. Измеренные расходы воды на участке Верхней Волги: пос. Селижарово – в/п Свеклино, 21 сентября 1976 года. Данные института «Гидропроект», 1977г. [14]

Рис. 14. Гидрологическая картосхема №5. Измеренные расходы воды (Qм3/сек) на участке Верхней Волги: в/п Ельцы – в/п Свеклино, на разные даты: а) 22 октября; б) 11 ноября 1986 года. Данные Росгидромета и института «Гидропроект», 1987г. [6, 14]

Рис. 15. Гидрологическая картосхема №6. Норма подземного стока в устьях отдельных волжских притоков, на участке реки Волги: исток - в/п Ржев. Приведенные параметры рассчитаны по данным Верхневолжской экспедиции 2005 года и института «Гидропроект» [10, 14]

Таблица 1

Измеренные расходы воды в устьях малых рек на участке Верхней Волги: исток реки – г.Ржев, в период 7-20 августа 2005 года; и норма подземного стока в этих речных створах, рассчитанная по данным Верхневолжской экспедиции и института «Гидропроект»

Гидрологическая характеристика

Волжские притоки

р.Руна

р.Кудь

р.Песочня

р.Селижаровка

р. Б.Коша

р.М.Коша

р.Солодомля

Р.Озеренка

р.Итомля

Р.Орча

р.Тудовка

Р.Тилица

р.Сишка

Р.Кокша

руч.Добрый

Р.Ракитня

Р. Халынка

Р.Б..Лоча

Р.Бойня

Площадь водосбора, Fкм2

345

503

860

2950

763

431

134

321

79,8

1140

77,7

448

186

31,8

63,5

65,5

149

451

Расстояние от истока р.Волги до устья волжского притока, Lкм

27

47

118

119

141

145

155

168

185

203

207

217

232

234

246

256

264,5

269,5

276

Измеренный расход воды в устье реки, Qм3/сек.

0,97

1,62

3,78

20,5

2,22

1,7

0,46

0,04

0,40

0,19

3,81

0,18

0,88

0,01

0,12

0,02

0,06

0,16

0,38

Норма подземного притока, Qср м3/сек, (рис.15).

0,4

0,7

2,3

0,9

0,5

0.18

0,02

0,16

0,08

1,5

0,07

0.5

0.005

0,05

0.01

0,03

0.06

0,15

Модуль подземного стока (норма), q л/сек км2

1,2

1,4

2,7

1,2

1,2

1,3

0,5

1,0

1,3

0,9

1,1

0,4

0,4

0,4

Примечание. 2,3 – норма подземного притока (расходы воды, Qм3/сек, или модуль стока, g л/сек км2), рассчитанная по данным института «Гидропроект», 1976-1988гг.

Таблица 2

Расчет нормы подземного притока на отдельных участках реки Волги по гидрологическим данным Росгидромета и института «Гидропроект», 1976год

Гидрологическая характеристика

Расчетные участки на Верхней Волге

Верхневолжский бейшлот – в/п Ельцы

пос.Селижарово – в/п Ельцы

в/п Ельцы – в/п Свеклино

пос.Селижарово – в/п Ельцы – в/п Свеклино

Дата измерения речного стока

26.02.76г.

11,03.76г.

03.04.76г

29.09.76г

26,02.76г.

21.09.76г.

Приращение речного стока на расчетном участке, ∆Qi м3 /сек

5,38

5,88

5,00

2,5

4,9

11,9

Сбросы с В-Волжского бейшлота, Q м3/сек.

0,42

0,42

0,42

(1.4)

0,42

1,4

Расходы воды в устье р.Селижаровки, Q м3/сек

6,5

5.0

(9,6)

19,3

6,5

(19,3)

Коэффициент водности периода, Кводн, определенный по рекам-аналогам

0,75

0,82

2,0

1,0

0,75

1,3

Норма подземного притока на расчетном участке, Q подз. м3/сек

7,2

7,2

2,5

2,5

6,5

9,2

Сумма расходов основных боковых притоков (норма), ∑Qприт. м3/сек на расчетном участке (рис.15).

3,9

1,6

1,9

3,5

Норма подземного притока без крупных боковых притоков, Q подз-2. м3/сек

3,3 (4,8*)

0,9 (2,5*)

4,6

5,7 (7,3*)

Длина расчетного участка, L км,

56

42

66

108

Линейный модуль подземного притока на расчетном участке реки (норма), g л/сек на 1 км.

59 (86**)

21 (60**)

70

53 (68**)

Примечание: 1) расчет нормы подземного притока на волжском участке: Верхневолжский бейшлот – пос.Селижарово, L=14 км: а) включая боковые притоки: Qн1подз=7,2 м3/сек – 2,5 м3/сек=4,7 м3/сек; б) без боковых притоков: Qн2 подз=4,7 м3/сек – 2,3 м3/сек= 2,4 м3/сек; в) модуль подземного притока, норма: 2,4 м3/сек :14 км=171 л/сек на 1 км; 2) 7,3* и 68** – норма подземного притока – Qм3/сек, и линейный модуль подземного стока (норма) – q л/сек на 1км, откорректированные с учетом подруслового стока, определяемого приближенно гидрохимическими методами (табл.3)

Таблица 3

Пример корректировки подземного притока Верхней Волги на участке: пос.Селижарово – в/п Ельцы, по гидрохимическим данным

Створы на реке Волга

Расстояние от истока, Lкм

Площадь водосбора, Fкм2

Измеренный расход воды, Qизм. м3/сек, дата

Приращение речного стока, ∆Qизм. м3/сек

Речные воды

Подземные воды

Расчет фактического приращения речного стока, ∆Qфакт. м3/сек = ∆Р г/сек : Мпд. мг/л;.

Содержание ионов, Мрв мг/л

Ионный сток, Р г/сек

Приращение ионного стока, ∆Р г/сек

Номер скважины

Местоположение скважины

Содержание ионов, Мпз мг/сек.

По иону НСОI3

По сумме ионов

Средняя величина

НСОI3

Сумма ионов

НСОI3

Сумма ионов

НСОI3

Сумма ионов

НСОI3

Сумма ионов

в скважине

Среднее

в скважине.

Среднее

Входящий створ, пос.Селижарово

119

7400

16,0 16.08.1963г

2,2

74

118

1184

1890

1110

1440

25

пос.Селижарово

270

285

380

385

3,9

3,7

3,8 ±7%

Выходящий створ, в/п Ельцы

162

1930

18,2 16.08.1963г

126

183

2293

3330

35

В 45 км ниже в/п. Ельцы

300

390

Примечание. 1) ионный сток определялся по формуле: Р г/сек=Мрв мг/л · Qизм. м3 /сек, где Мрв мг/л – содержание отдельных ионов или общая минерализация речной воды, на дату измерения расхода воды; Qизм. м3 /сек –измеренный расход воды во входящем и выходящем створах. 2) вычисление фактического приращения речного стока : ∆Qфакт. м3/сек =∆Р г/сек : Мпд. мг/л; где ∆Р г/сек – приращение ионного стока; Мпд. мг/л – среднее содержание отдельных ионов или общая минерализация подземных вод; 3) вычисление подруслового стока на участке р.Волги: п.Селижарово – в/п Ельцы, Qпдр.= ∆Qфакт.м3/сек – ∆Qизм. м3/сек= 3,8 м3/сек – 2,2 м3/сек=1,6 м3/сек (приближенные данные)

Рис. 16. Изменение зимнего стока на реках Верхневолжья. Абсолютные (мм,а) и относительные (%,б) изменения зимнего стока в бассейне Верхней Волги за период 1978-2007гг., по отношению к периоду 1946-1977гг., и оценка однородности по критерию Стьюдента. Данные ГГИ, 2012г. Авторы Георгиевский В.Ю., Шалыгин А.Л [3]. в) изменение нормы зимнего минимального 30-дн. стока на соседнем крупном волжском притоке – реке Молога, в/п г. Устюжна, F=19100 км2, за период 1930-2005 годы. Данные ГГИ, 2015 г. Автор Георгиевский В.Ю. [11]

Использование термометрических и гидрохимических методов при выявлении участков повышенного подземного притока на реке Волга

Как известно, термометрические и гидрохимические методы часто применяются для выявления участков повышенного подземного стока на реках, озерах и водохранилищах. В нашем районе, во время проведения полевых термометрических исследований на реке Волга, институтом ВНИГИК, в августе 1988 года [16], были выявлены два довольно протяженных участка температурных аномалий придонных слоев речных вод: 1) ниже в/п Ельцы – у д.Зуево, и 2) ниже устья р.Тудовки – у д.Першино (рис. 20а, 21а). В этот же период, на этих же участках Волги визуально просматривались узкие береговые зоны с признаками интенсивной разгрузки подземных вод: обильное «высачивание» подземных вод, частый выход родников, родниковые ручьи.

Можно утверждать, что на этих прибрежных полосах, кроме интенсивного выклинивания глубоких подземных вод, происходила значительная разгрузка грунтовых вод путем испарения. Местоположение второго участка, расположенного ниже места впадения р.Тудовки – у д.Першино, дважды подтверждалось полевыми измерениями температуры придонных слоев и гидрохимическим опробованием речных вод, проводимых летом 1988 и 1993 годов (рис. 17, 17б).

При этом повторно в августе 1993 года, отбор проб воды и измерение температуры речных вод производились более детально (рис.17), но уже в точках более близких к левому берегу Волги, из-за отсутствия плавательных средств. Можно также утверждать, что на исследуемом участке Волги, от Верхневолжского бейшлота до с.Свеклино и ниже, возможны и другие не зафиксированные нами участки температурных аномалий придонных слоев речных вод, которые могут быть смещены к левому и правому берегам Волги, поскольку измерения температуры речных вод в июле и августе 1988 года проводились в основном на середине волжского водотока. Используемые нами гидрохимические методы наиболее эффективны, когда существует значительная разница общей минерализации и содержания отдельных макрокомпонентов (Са**,Mg**,Na*,Cl| и т.д.) в речных и подземных водах. В процессе таких исследований пунктами отбора проб воды из подземных водных источников могут являться артезианские скважины, родники, родниковые ручьи, и т.д. При больших водных попусках из Верхневолжского водохранилища и оз. Селигер, в результате значительного разбавления волжских вод слабоминерализованными озерными водам, М= 100-120мг/л [7], увеличивается разница в минерализации измененных озерным стоком речных водных масс и подземных вод, М= 400-700 мг/л [4]. Кондуктометрические методы также могут быть полезными в наших исследованиях, т.к. измеряемые параметры электропроводности речных вод напрямую зависят от их общей минерализации.

 Рис. 17. Изменение температуры поверхностных и придонных слоев речных вод, а также содержания суммы ионов (Ca** +Mg**, Na*+ClI), по длине р.Волги, на участке: устье р.Тудовки – г.Ржев, 25 августа 1993 года [15]. 1 – содержание ионов (Ca** +Mg**) в речной воде, мг/л; 2 - содержание ионов (Na*+ClI) в речной воде, мг/л; 3 - температура поверхностных слоев речных вод; 4 - температура придонных слоев речных вод; 5 - точки измерения температуры речных вод и мест отбора проб воды на химический анализ, (в августе 1993 года эти места располагались не на середине реки, а ближе к левому берегу Волги, из-за отсутствия плавательных средств). Фото-вставка: а) река Волга вблизи д.Першино. Вид с самолета. График-вставка: б) изменение температуры поверхностных (синий цвет) и придонных (красный цвет) слоев речных вод на участке Волги: устье р.Тудовки – г.Ржев. Дата температурных измерений речных вод: 7-8 августа 1988года [16]

Использование тепловых и многозональных космических снимков для уточнения участков повышенного подземного притока в р. Волга на участке: исток – г.Ржев

Как известно, дистанционные методы наряду с термометрическими и гидрохимическими полевыми работами в некоторых случаях позволяют выявить участки повышенного подземного притока на реках, озерах и водохранилищах. Из материалов космической видеоинформации в нашей работе были использованы тепловые и многозональные космические снимки (рис. 18, 19, 20, 21, 22, 23), которые размещены на открытых специализированных сайтах [9].

При просмотре летнего ИК-снимка «Ландсат-5» от 10 июля 1989 года, охватывающего район Верхневолжских озер и оз.Селигер отчетливо просматриваются водные акватории этих водоемов, выраженные темным фотоном (рис.18), что свидетельствует о значительной разгрузке подземных вод в этих озерах, которая до настоящего времени недостаточно изучена. При этом на этой же фотографии совершенно не отображается крупный участок повышенного подземного притока, расположенный ниже Верхневолжского бейшлота и выявленный нами гидрометрическими методами (прим. а, табл.2).

По-видимому, это связано с тем, что здесь выклинивающиеся грунтовые воды, из-за близкого их залегания от дневной поверхности в заболоченной местности (рис.18б), значительно прогреваются солнечной энергией в летний период, и при этом совершенно не отличаются по температурным признакам от прилегающей территории. Можно утверждать, что на этом большом болотном массиве происходит интенсивная разгрузка грунтовых вод путем испарения, которая не выявляется при ИК – космосъемке. Но вместе с тем, на данном фотоснимке ИСЗ «Ландсат-5» от 10 июля 1989 года (рис.18), на реке Волга выделяются слабо контрастные температурные аномалии, расположенные в районе д. Кузнятино и д. Повадино, а также более крупный участок Т-аномалий в районе устья р.Солодомля – у д. Повадино и Бенских порогов. Причем эти зоны пониженных температур придонных слоев речных вод были выявлены нами в период проведения полевых термометрических исследований в августе 1988 года (рис.18а).

На зимнем ИК-космоснимке этого района от 30 декабря 2020 года, когда резко изменился температурный режим Верхневолжских озер, по сравнению с летним сезоном (табл.4), уже не заметны верхние мелководные плесы озера Волго, Весецкий плес озера Селигер, озеро Сабро и т.д. (рис.19). Предположительно, это связано не только с их малыми глубинами и частой промерзаемостью этих плесов в зимний период, но и с меньшими объёмами подземного притока в эти водоемы в зимнее время года. При анализе тепловой космической съемки этой территории, выполненной ИСЗ «Ландсат-8» в июне-июле 2021 года, выясняется, что ранее выявленные в полевых условиях участки температурных аномалий в русловой и прибрежной частях Волги, в районах д. Зуево и д. Першино, совершенно не проявляются на космических ИК-фотографиях (рис. 20, 21).

Их отсутствие здесь могло быть вызвано незначительным разрешением тепловой космической съемки (менее 100м) и небольшой шириной участков Т-аномалий, или большими попусками из выше расположенных водоемов — Верхневолжского водохранилища и оз.Селигер.

Но вместе с тем при анализе других тепловых фотоснимков довольно отчетливо выделяется протяженный и широкий участок температурных аномалий на р.Волга – в районе д.Повадино и Бенских порогов, который и ранее был отмечен на фотографии ИСЗ «Ландсат-5», 6 канал (рис. 18, 20). Фиксация этой аномальной зоны аппаратурой ИСЗ «Ландсат-5,8», по-видимому, связана с большой шириной участка выклинивания глубоких подземных вод (В>100м), расположенного в прибрежной полосе Волги, на левом и правом ее берегах.

Кроме тепловых снимков полезную информацию в наших исследованиях несут многозональные космические снимки. В частности, на зимнем фотоснимке ИСЗ «Сентинел 2L2A» от 8 декабря 2020 года, мы наблюдаем большой переувлажненный массив вблизи реки Волги на ее левом берегу, начиная от устья р.Тудовки до д.Першино (рис.22). Данный участок с близким стоянием уровней грунтовых вод коррелируется с гидрогеологическим разрезом Верхней Волги, ниже устья р.Тудовки (рис.6). Можно утверждать, что здесь присутствует значительный подрусловой сток, который не фиксируется гидрометрическими методами.

Из других космофотоматериалов в нашей работе использовался многозональный зимний снимок «Ландсат-8», сделанный в январе 2021 года (рис.23). На нем отчетливо выделяется линейная структура (линеамент), пересекающая р.Волга ниже д.Першино, проходящая по руслам мелких водотоков – р.Тилица и руч. Млинга. Кроме этого, на данной фотографии отчетливо видно, ранее не отмеченное на топографических картах, старое русло р.Волги, в виде ее правого рукава, расположенное выше д.Першино (рис.23). При необходимости, в изучаемом районе можно выявить и другие линеаменты – предполагаемые зоны геолого-структурных нарушений в осадочных горных породах, используя топографические карты и многозональные космические снимки [18].

Рис. 18. Тепловой космический снимок ИСЗ «Ландсат-5», 6 канал, ll=10,4-12,5мкм. Дата съемки: 10 июля 1989года. Участок Верхней Волги: Верхневолжские озера-пос.Селижарово -д.Повадино [9]. График-вставка: а) изменение температуры поверхностных (синий цвет) и придонных (красный цвет) слоев речных вод на участке р.Волги: Верхневолжский бейшлот – д.Повадино. Дата температурных измерений речных вод: 20-21 июля 1988года [16]. Карта-вставка: б) обзорный план. Река Волга ниже Верхневолжского бейшлота

Рис. 19. Зимний тепловой космический снимок ИСЗ «Ландсат-8», 10 канал, ll=10,3-11,3мкм, красный цвет. Район Верхневолжских озер и озера Селигер. Дата съемки: 30 декабря 2020 года [9]. Карта-вставка: а) обзорный план Верхневолжских озер и оз.Селигер

Рис. 20. Тепловой космический снимок ИСЗ «Ландсат-8», 10 канал, ll=10,3-11,3мкм. Дата съемки: 27 июля 2021года. Участок Верхней Волги: д.Повадино-с.Ельцы-д.Балаши-с.Кривцово-д.Петрищево [9]. Синим цветом выделены температурные аномалии. График-вставка: а) изменение температуры поверхностных (синий цвет) и придонных слоев (красный цвет) речных вод на участке р.Волги: д.Повадино – с.Ельцы-д.Зуево - с.Кривцово - устье р.Орча. Дата температурных измерений речных вод: 5-6 августа 1988года [16]

Рис. 21. Тепловой космический снимок ИСЗ «Ландсат-8», 10 канал, ll=10,3-11,3мкм, красный цвет. Дата съемки: 19 июня 2021 года. Участок Верхней Волги: д.Орехово-д.Першино-д.Свеклино-устье р.Сишки [9]. График-вставка: а) изменение температуры поверхностных (синий цвет) и придонных слоев (красный цвет) речных вод на участке р.Волги: устье р.Тудовки - д.Першино-д.Свеклино - устье р.Сишки. Дата температурных измерений речных вод: 7-8 августа 1988года [16]

Рис. 22. Переувлажненные участки в пойме и долине реки Волга, вблизи устья р. Тудовки. Картографическая основа: многозональный зимний космический снимок ИСЗ «Sentinel-2L2A», комбинация каналов В02,В11,В12. Дата съемки: 8 декабря 2020года [9]

Рис. 23. Выделение линейной структуры (зеленый цвет) в долине реки Волга, ниже д.Першино. Картографическая основа: многозональный космический снимок ИСЗ «Ландсат-8». Дата съемки: 21 января 2021 года [9]. Схема-вставка: а) обзорный план р.Волги, участок: устье р.Тудовки – д.Свеклино

Температурные характеристики Верхневолжского водохранилища

Таблица 4

Пункт наблюдений – oз.Пено, д.Изведово, 1957-1972гг. Данные из монографии «Гидрометеорологический режим Верхневолжских водохранилищ», Гидрометеоиздат, 1975год [7]

Гидрологическая характеристика

Температура воды (град.) по отдельным месяцам

Даты перехода Т воды осенью через:

V

VI

VII

VIII

IX

X

XI, декады

1

2

3

10град.

4 град.

0,2 град.

Средняя

11,8

17,5

19,5

17,5

12,4

5,8

2,8

1,0

0,4

27.IX

29.X

18.XI

Наибольшая

15,2

20,4

21,5

19,3

15,4

8,4

8,3

3,6

2,4

11.IX.61г.

9.X.59г.

1.XI.70г.

Наименьшая

8,4

15,5

17,0

15,6

9,7

3,1

3,1

0,0

0,0

11.X.62г.

16.XI.67г.

9,XII.69г.

Краткие выводы

В процессе наших исследований гидрометрическими методами были выявлены высокие показатели подземного притока на Верхней Волги, начиная от Верхневолжского бейшлота до с. Свеклино. Средние линейные его параметры здесь составляют около 60-70 л/сек на 1 км. Особенно повышенными характеристиками подземного стока характеризуется участок Волги ниже Верхневолжского бейшлота до пос.Селижарово (Qлин. >150 л/сек на 1км), который был выявлен по гидрометрическим данным.

Но тут необходимо отметить, что здесь происходит разгрузка преимущественно грунтовых вод, сформированных вблизи ложа Верхневолжского водохранилища. В нашей работе для выявления участков повышенного подземного стока использовались не только традиционные гидрологические способы их расчета, но и термометрические, гидрохимические и дистанционные методы.

Согласно данным полевых термометрических и гидрохимических исследований проведенных летом 1988 и 1993 годов, такие зоны возможной высокой разгрузки подземных вод на Верхней Волге располагаются: 1) ниже в/п Ельцы – у д. Зуево, и 2) ниже устья р.Тудовки – у д.Першино. При просмотре фотографий тепловой космической съемки 1989 и 2021 годов ИСЗ «Ландсат-5,8», был выделен значительный участок Т-аномалий на реке Волга в районе устья р.Солодомля и Бенских порогов (выше д.Свитово). В будущем, в тех районах реки Волги, где ранее в полевых и в камеральных условиях были выявлены температурные аномалии речных вод, необходимо провести более детальные научные изыскания с использованием гидрометрических, термометрических, гидрохимических, кондуктометрических, дистанционных методов. Особенно полезными в аналогичных исследованиях могут быть измерения электропроводности поверхностных и придонных слоев речных и озерных вод, проводимые по отдельным продольным и поперечным профилям исследуемых водных объектов.

Текст статьи
  1. Атлас Калининской области. ГУГК, М. 1964. С.40.
  2. Геоморфология Калининской области. Ученые записки МГУ, вып.23, 1938. С.174.
  3. Георгиевский В.Ю., Шалыгин А.Л. Гидрологический режим и водные ресурсы. Росгидромет. 2012. С.53-86.
  4. Гидрогеология СССР. т 1. Московская и смежные области. Недра. М. 1966. С.423.
  5. Гидрогеологические и геологические карты, ГИС-Атлас «Недра России», Тверская область, ВСЕГЕИ, 2011-2022гг., лист 0-36-ХХХIV (гидрогеология), 1982 г, Мингео РСФСР, листы 0-36-ХХХIV (геология, четвертичные отложения). ВСЕГЕИ, 2011-2022; карта «Подземные воды Тверской области», КИПР, 1985 год, МГРЭ ПГО «Центрогеология».
  6. Гидрологические ежегодники за 1963-1990год, т.4, вып.0-3. Верхневолжский район. Гидрометеоиздат. 1964-1991гг, в среднем 400 с.
  7. Гидрометеорологический режим Верхневолжских водохранилищ. Гидрометеоиздат.1975. С.291.
  8. Информационный бюллетень о состоянии недр территории Центрального федерального округа в 2015 году, том 3, книга 16, вып.21. ФГБУ «Гидроспецгеология», 2016. С.176-182.
  9. Космические снимки. Сервисы: https // gis-lab.infocom; https //apps.sentinel-hub.
  10. Кузовлев В.В., Шляттерер М. Труды пресноводного обследования. Том1: отчет об экспедиции по Верхней волге в 2005 году. ИГАН, ТГТУ, ТГУ, университет Инсбург (Австрия). Тверь. 2006.С.23-50.
  11. Научно-прикладной справочник «Основные гидрологические характеристики бассейна Верхней Волги». ГГИ, Ливны, 2015. С.129.
  12. Оценка водных ресурсов Московского артезианского бассейна (по данным изученности на 1.12.1972г.). ГГИ,1974. С.156.
  13. Приказ от 31 октября 2016 года. №216. ФА «Росводресурсы». Правила использования водных ресурсов Верхневолжского водохранилища на реке Волга. 27 приложений.
  14. Ржевский гидроузел. Технические отчеты: «Изучение гидрологического режима Верхней Волги в районе Ржевского гидроузла в 1976-88 годах. Институт «Гидропроект». М.1977-1988. С.600.
  15. Яковлев П.И. Гидрологический очерк по Верхней Волге, участок: устье Тудовки – г.Ржев. Приложение к проекту геолого-разведочных работ на подземные воды для водоснабжения г. Ржева. Верхне-Волжское геолого-разведочное предприятие, пос.Эммаус,1994. С.30.
  16. Яковлев П.И., Просеков А.М. (научный руководитель). Отчет по теме 057-87 «Выявить очаги интенсивной разгрузки подземных вод дистанционными методами (на примере Калининской области)» Тверь, ВНИГИК, 1990. С.145.
Список литературы