Оценка подземного и минимального зимнего стока реки Вазузы и ее притоков по данным режимных гидрологических наблюдений Росгидромета, до создания Вазузского водохранилища в 1977 году, с использованием современной геоэкологической информации

В этой работе проведен анализ параметров подземного и минимального зимнего стока на реках бассейна реки Вазузы. Данные гидрологические характеристики определялись по материалам наблюдений за водным стоком на водпостах Росгидромета, действующих до создания Вазузского водохранилища в 1977 году. Также была дана характеристика геоморфологических, геологических и гидрогеологических условий, которые влияют на формирование и интенсивность подземного притока в реки на данной территории. При проведении этих исследований были использованы фотоматериалы космической съемки разного спектрального диапазона.

Аннотация статьи
расход воды
модуль стока
подземный
меженный сток
река
водохранилище
космоснимок
геологические
гидрогеологические условия
Ключевые слова

Введение. Вазузское водохранилище, которое было образовано в 1977 году путем строительства плотины на р. Вазуза, в 5 км выше г.Зубцова, является наиболее крупным водоемом в Вазузской гидротехнической системе. В данный комплекс водных объектов также входят Яузское и Рузское водохранилища и два канала: р.Гжать – р.Яуза и р.Яуза-р.Руза. При этом Вазузское водохранилище, которое расположено на территории Тверской и Смоленской областей, относится к искусственным водоемам руслового типа, образованное путем частичного затопления реки Вазуза, и ее притоков – р.Осуги, р.Гжати, р.Касни. Известно, что на этих водотоках до момента создания этого крупного водохранилища в 1977года, действовали водпосты Росгидромета, которые проводили регулярные измерения речного стока. При решении наших задач были использованы материалы этих наблюдений. Ранее Государственным гидрологическим институтом (ГГИ) неоднократно проводились расчеты нормы подземного и минимального меженного стока для р. Вазузы и ее притоков. Но в отличие от этих данных, в нашей работе эти гидрологические характеристики даются не только по замыкающим гидростворам отдельных водотоков, но и по частным речным водосборам бассейна Вазузы, что является важным уточняющим фактором при детализации параметров подземного стока на изучаемой территории. В статье приводится характеристика геоморфологических, геологических и гидрогеологических условий данного района. В научных исследованиях подземного стока Вазузы были использованы космические фотоснимки.

Рис. 1. Обзорный план бассейна реки Вазузы до создания Вазузского водохранилища в 1977году (а); и современный космический снимок Вазузского водохранилища, многозональная съемка от 30 июня 2021 года, ИСЗ «Сентинел-2L2A (б); фото реки Вазузы у г.Сычевка, в районе подвесного моста (в). Примечание. Подпор от Зубцовской плотины Вазуского вдхр. распространяется до следующих створов: на р. Вазуза – до устья р.Лосмина, в 5км ниже г.Сычевка; на р.Гжать – до устья р. Яуза и выше по течению; на р. Касня – до створов ниже устья р.Сежа; на р.Осуга – до створов ниже ж/д моста, у д.Мясищево (рис.1 б)

Подземный и минимальный меженный сток рек в бассейне Вазузы до создания Вазузского водохранилища в 1977году.

Известно, что после заполнения Вазузского водохранилища, которое в настоящее время имеет площадь водосбора – 6890 км2, и состоит из ряда протяженных, но узких плесов – Вазузского, Гжатского, Каснинского, Осугского заливов, общей площадью – Sобщ=97км2 (рис.1), стало невозможным применять гидрометрический метод оценки подземного притока на отдельных участках рек этого бассейна. Поэтому в этой работе для решения наших задач были использованы старые материалы наблюдений за меженным минимальным стоком на водпостах Росгидромета, действующих до 1977 года, когда Вазуза являлась незарегулированной рекой. В этот период, с 1975 года действовал в/п с.Дугино, который существует и в настоящее время, а также проводились гидрологические наблюдения на ныне закрытых гидропостах УГМС: р. Вазуза – в/п д.Золотилово и в/п г.Сычевка; р.Гжать – в/п д.Шакуты; р.Касня – в/п с. Субботники, р. Осуга – в.п. д. Коротнево (рис.1). Первоначально отдельные расчетные характеристики подземного и минимального стока рек по этим пунктам водных наблюдений (табл.1), были заимствованы из ранее опубликованных отчетов, справочников и ежегодников Росгидромета и Государственного гидрологического института, С.-Петербург [8, 9, 10]. Затем эти гидрологические данные были использованы в наших расчетах подземного стока для отдельных частных водосборов реки Вазузы (табл. 2, 3). Как известно, минимальный зимний 30-дн. сток, вплоть до 80-х годов прошлого века, являлся мерой оценки подземного притока, наряду с данными подземного стока рек, полученных методом расчленения гидрографа [9, 10]. В нашей работе были представлены два варианта этих характеристик подземного стока рек бассейна Вазузы, которые были близкими по своим значениям до 1980 года (табл.1). В процессе наших исследований были детально проанализированы данные меженного стока на р.Вазузе в отдельных пунктах гидрологических наблюдений: в/п с.Дугино и в/п г.Сычевка (среднее течение), и в/п д.Золотилово (нижнее течение), а также на ее крупных притоках – р.Гжать и р.Касня, за 1970,1975,1976 гг., т.е. за годы перед заполнением Вазузского водохранилища (рис. 2, 3). Было установлено, что реки этого бассейна в периоды низкого стока этих лет характеризуются расходами воды, обеспеченностью Р=50,75,95 % [4]. При анализе совмещенных гидрографов за 1970 год, построенных для р. Вазузы – в/п д.Золотилово, и основным ее притокам: р.Гжать – в/п д.Шакуты и р.Касня – в/п с.Субботники; а также составленных для р.Вазузы: в/п д.Золотилово и в/п с.Дугино, за 1975 год, выясняется, что в верхнем створе Вазузы у с. Дугино, а также на малых – реках Гжати и Касни, кривая изменения расходов воды в меженный период имеет более сглаженный характер, чем в нижнем течении р.Вазузы у д. Золотилово (рис. 2а, 2б). По-видимому, это связано с более стабильными условиями подземного питания в меженный период на этих малых реках, а также в верхней и средней частях Вазузы, чем в низовьях вазуского водотока, которые могут быть благоприятными – р.Вазуза у с.Дугино и у г.Сычевки, и не совсем таковыми – р.Гжать, р.Касня, р.Сежа. Детально геоморфологические, геологические, гидрогеологические условия описываемого района, влияющие на интенсивность подземного притока в реки, описаны в следующей главе. В процессе проведения наших исследований были отмечены высокие значения минимального зимнего стока на р.Вазуза – в/п с.Дугино, которые представлены в последней монографии ГГИ,2015г. [8], где площадной модуль стока равнялся: gs=3 л/с км2 (табл. 1). Но эти данные не были использованы нами по следующим причинам. Во-первых, расчетный период наблюдений на этом водпосту был удлинен на 30 лет – с 1980 по 2010 годы, в течении которых, из-за глобального потепления климата произошло значительное увеличение средних параметров минимального зимнего стока – почти в 1.5-2 раза, если судить по ближайшим волжским притокам – р.р. Молога и Тьма (рис.4). Во-вторых, в настоящее время проходит научная дискуссия, может ли минимальный зимний сток в современный период, служить мерой оценки подземного стока рек? [1]. В конечном итоге для характеристики подземного стока р.Вазузы в створе в/п с. Дугино, были использованы ежедневные расходы воды в низкую летне-осеннюю межень 1975, 1976 годов, Р=50,75% обеспеченности, опубликованные в гидрологических ежегодниках УГМС [4]. По нашим расчетам средние площадные и линейные параметры подземного стока на р.Вазуза – в/п с.Дугино, до 1977 года, составляют: gs =1,7-1,8 л/с км2, gлин.~ 20 л/сек на 1 км. (рис. 3).

Наряду с анализом минимального зимнего и подземного стока рек в пунктах гидрологических наблюдений, в нашей работе были проведены его расчеты по частным водосборам Вазузы, приуроченных к следующим ее участкам: 1) исток – в/п д.Золотилово (L=138 км), исключая реку Гжать – устье, р. Касня – в/п с.Субботники, и р.Лосмина – устье; 2) в/п г.Сычевка – в/п д.Золотилово (L=50км), без учета меженного стока этих трех больших притоков (табл.2,3). Кроме этого, на р.Вазузе был выделен участок №3: в/п с.Дугино – в/п д.Золотилово (L=73км), где также исключались р.Гжать – устье, р.Касня – в/п с.Субботники и р.Лосмина – устье (рис.3). Но в этом случае, при проведении расчетов подземного стока на этом отрезке Вазузы были использованы ежедневные расходы воды за летне-осеннюю межень 1975, 1976 годов, опубликованные в Гидрологических ежегодниках за эти же годы [4]. В отдельные меженные периоды этих лет минимальный водный сток этой реки соответствовал Р=50,75,95 % обеспеченности расчетного подземного стока. Основными характеристиками подземного и минимального зимнего стока в нашей работе являлись площадные и линейные модули подземного стока, gs л/с км2 и gлин. л/сек на 1 км, Р=50 % обеспеченности. В процессе наших исследований были выявлены следующие закономерности распределения его параметров на данной территории:

  1. Если р. Вазузу рассматривать полностью со всеми ее притоками, то данная река характеризуется невысокими величинами подземного и минимального зимнего сток, в частности площадной модуль стока здесь равен: gs < 1 л|c км2, (табл.1,2). Но в том случае, когда полностью исключаются маловодные речные притоки – р.Гжать, р.Касня, р.Лосмина, и при этом частный водосбор Вазузы уменьшается до узкого длинного контура, включающего ее долину, средней шириной 8-10 км, то эти гидрологические показатели по площади этого малого бассейна возрастают до повышенных значений: gs ~2 л/сек км2 (табл. 2,3; рис.3). В то же время линейные модули разгрузки подземных вод на всем протяжении р.Вазузы являются не очень высокими и составляют: gлин.~20 л/сек на 1 км (табл. 1, 2, 3; рис. 3).
  2. Малые реки бассейна Вазузы, в частности реки Осуга, Гжать, Касня, Сежа, Яуза и т.д., характеризуются низкими значениями минимального зимнего и подземного стока, где площадной модуль подземного стока равен: gs=0.3-0.7л/с км2 (табл.1). Основными причинами их низкого стока в меженный период являются неблагоприятные гидрогеологические условия: большая мощность четвертичного чехла при малой глубине эрозионного вреза русла и долины этих малых водотоков (не более 30м) и преобладание в этой верхней грунтовой толще слабоводопроницаемых глинистых моренных отложений, которые не способствуют инфильтрации атмосферных осадков и вертикальному водообмену из нижних водоносных горизонтов. Также на уменьшение водного стока больших рек – притоков Вазузы, в частности р.Гжати, которая было судоходной в 17-18 веках в весенний период, повлияла активная хозяйственная деятельность на территории бассейнов этих рек в последние два столетия: вырубка лесов, распашка земель, строительство дорог, разработка песчаных и глиняных карьеров, устройство мелких прудов и «копаней». Об этом указывал в своей работе известный российский геолог и почвовед, уроженец этих мест, Докучаев В.В., еще в 1873 году [5]. Имеющиеся гидрохимические материалы по данному району свидетельствуют о существующей разгрузке подземных вод в р. Осуга и р.Вазуз, в их нижнем течении [3, 4]. Согласно этим данным, гидрохимические показатели русловых вод в меженный период до 1977 года на реках Осуга и Вазуза на водпостах у д.Коротнево и д.Золотилово. были близкими (Мобщ.~0,5 г/л). Общая минерализация подземных вод в этом районе составляет: Мобщ=0,6-0,7 г/л. Изданные карты гидроизопьез верхних подземных водоносных горизонтов, где их гидравлические напоры превышают урезы воды в низовьях этих рек, также подтверждают эту версию [2]. Для большего ее обоснования необходимо провести здесь измерения температуры и электропроводности речных вод, зависящей от химизма этих природных вод.

Таблица 1

Среднемноголетний минимальный зимний 30-суточный и подземный сток на реке Вазуза и ее притоках, по данным Государственного гидрологического института, 1974, 1980, 2015 гг.

Река, водпост

№ водпоста на рис.1

L до устья, км

Площадь водосбора км2

Период наблюдений, годы

Среднемноголетний минимальный зимний 30-дн. сток и подземный сток (знаменатель). Расход воды, Qм3/с и площадной модуль стока, gs л/с км2

Приведенный к многолетним значениям

Обеспеченность, Р%

50%

75%

95%

Q м3

gs л/с км2

Q м3

gs л/с км2

Q м3

gs л/с км2

Q м3

gs л/с км2

р.Вазуза,
в/п д.Пашутино

С1

5

6840

1967-1970гг.

6,41

0,94*

5,9*

0,86*

р.Вазуза,
в/п д.Золотилово

С 2

24

5510

1948-1976гг

5,39 / 5.01

0,98 / 0,91

4,96 /4,6

0,90 / 0,8

3,99 / 3,8

0,72 / 0,7

3,16 /3,2

0,57 / 0,6

р.Вазуза –
в/п г.Сычевка

С3

74

878

1967-1970гг.

1,86*

2,12*

1,8*

2,05*

(1,6*)

(1,8*)

(1,3*)

(1,5*)

р.Вазуза,

в/п с.Дугино

С 4

97

734

1975-2010гг.

2,27

3,1

2,2

3,0

1,78

2,4

1,28

1,7

р.Касня,
в/п с.Субботники

С 5

уп 8,4

1420

1957-1976гг

1,14

0,80

0,94

0,66

0,66

0,46

0,42

0,30

р.Сежа,
в/п д.Нов.Село

С 6

уп 21

375

1952-1981гг.

0,24

0,64

0,18

0,48

0,13

0,35

р.Гжать,
в/п с.Шакуты.

С 7

уп 39

1900

1957-1971гг.

1,31

0,69

0,90

0,47

0,64

0,34

0,57

0,30

р.Осуга,
в/п д.Коротнево

С 9

уп 13

1230

1957-1976гг.

0,51 / 0,55

0,41 / 0,45

0,3/0,47

0,25 / 0.4

0,26 /0,3

0,21/ 0,26

0,25 / 0,2

0,2 / 0,16

Примечание. 1) данные по минимальному зимнему 30-дн.стоку и подземному стоку были взяты из справочников и отчетов ГГИ,1974,1980,2015гг. [8, 9, 10]; 2) период наблюдений, использованный при расчете подземного стока по р.Вазуза – в/п д.Золотилово, и р.Осуга – в/п д.Коротнево, был взят по 1972 год, согласно отчета ГГИ, 1974 г. [9]; 3) 6,41* м3/cек – данные по р.Вазуза, в/п д.Пашутино и в/п г.Сычевка, представлены за период наблюдений 1967-1970 годы, согласно отчета ГГИ, 1980 г. [10], когда минимальные 30-дн. расходы воды зимней межени были близкими к ее норме, также как на соседнем крупном волжском притоке – р.Молога, в/п Ильицино ( F=411км2), и в/п Спасс-Забережье (F=10200км2); 4) 3 графа: L у до устья, км: уп 39 – расстояние от водпоста на реке-притоке до устья этого водотока; 5) общая площадь водосбора крупных притоков Вазузы: р.Гжать – F=2370 км2; р.Касня – F=1480км2; р.Лосмина – F=421 км2; 6) на участке Вазузы: исток-в/п г.Сычевка, линейный модуль минимального зимнего стока (р=50%) равен: 20 л/с на 1км, или 1,8 м3/сек на 88 км; 7) расчеты минимального зимнего 30-дн. стока не были проведены по ныне действующим и ранее закрытым водпостам: а) р.Гжать – в/п г.Гагарин (F=406км2, Lу =88км); б) р.Гжать-в/п г.Гжатск (F=418км2, Lу =80км); в) р.Гжать- в/п д.Кормино (F=484км2, Lу =76км); г) р.Касня – в/п с.Тесово (F=491км2, Lу =42км); д) р.Осуга – в/п д.Красное (F=310км2, Lу =71км)

Таблица 2

Среднемноголетний минимальный зимний 30-суточный сток реки Вазуза, на участке: исток – в/п Золотилово, исключая ее притоки: р.Касня – в/п с.Субботники, р.Гжать – устье, и р.Лосмина – устье

Река, водпост, гидроствор

№ водпоста на рис.1

Lу до устья, км

Площадь водосбора, F км2

Период наблюдений, годы

Среднемноголетний минимальный зимний 30-дн. сток.
Расчетные расходы воды, Qм3

Приведенный к многолетним
значениям

Обеспеченность, Р %

50%

75%

95%

р.Вазуза, в/п д.Золотилово

С 2

24

5510

1948-1976гг.

5,39

4,96

3,99

3,16

р.Лосмина – устье

С10

69

421

у(0,3)

у(0,25)

у(0,2)

у(0,1)

р.Касня, в/п с.Субботники

С 5

уп 8,4

1420

1957-1976гг.

1,14

0,94

0,66

0,42

р.Гжать, в/п с.Шакуты
и устье (у—знаменатель)

С 7

уп 39

1900 /
у 2370

1957-1971гг.

1,31 / у(1,6)

0,90 / у(1,1)

0,64 / у(0,8)

0,57 / у(0,7)

Участок р.Вазузы: исток –
в/п д.Золотилово, исключая р.Гжать, р.Касня, р.Лосмина.

С 2–С10–С5–
С 7 (у)

Длина участка, L-138км

∆F= 1300

∆Q=(2,4);
gы=(1,8) л/с км2;
gли=(17) л/с на 1км

∆Q =(2,7); gы=(2,1) л/с км2;
gлин.=(20) л/с на 1км

∆Q =(2,3); gs=(1,8) л/сек км2;
gли=(17) л/с на 1км

∆Q =(1,9); gs=(1,5) л/сек км2;
gли=(14) л/с на 1км

Примечание. 1) в расчетах использованы данные ГГИ, 2015год [8]; 2) Lу,км =уп 8,4 – расстояние от водпоста до устья реки-притока, км; 3) gs л/с км2 и gлин л/с на 1км – площадной и линейный модули минимального зимнего стока; 4) у(0,3) – параметры минимального зимнего стока по р.Лосмина – устье, F=421 км2, определялись по аналогии с соседними притоками Вазузы: р.Гжать, р.Касня, р.Сежа, т.к. сведения по меженному стоку этой реки отсутствуют;
5) у(1,6) – минимальные зимние расходы воды на р.Гжать – устье, F=2370 км2, определялись по площадному модулю стоку на р.Гжать – в/п д.Шакуты, F=1900км2

Таблица 3

Среднемноголетний минимальный зимний 30-суточный сток реки Вазуза, на участке: в/п г.Сычевка – в/п д.Золотилово, исключая ее притоки: р.Касня – в/п д.Субботники, р.Гжать – устье, и р. Лосмина – устье

Река, водпост, гидроствор

№ водпоста на рис.1

Lу до устья, км

Площадь водосбора, F км2

Период наблюдений, годы

Среднемноголетний минимальный зимний 30-дн. сток.
Расчетные расходы воды, Qм3

Приведенный к многолетним значениям.

Обеспеченность, Р %

50%

75%

95%

р.Вазуза, в/п д.Золотилово

С 2

24

5510

1948-1976гг

5,39

4,96

3,99

3,16

р.Вазуза-в/п г.Сычевка

С3

74

878

1967-1970гг.

1,86

1,8

(1,6)

(1,3)

р.Лосмина – устье

С10

69

421

у(0.3)

у(0,25)

у(0,2)

у(0,1)

р.Касня, в/п с.Субботники

С 5

уп 8,4

1420

1957-1976гг

1,14

0,94

0,66

0,.42

р.Гжать, в/п с.Шакуты
и устье (у-знаменатель)

С 7

уп 39

1900 / у 2370

1957-1971гг.

1,31/у(1,6)

0,90/у(1,1)

0,64/у(0,8)

О,57/у(0,7)

Участок р.Вазузы:
в/п г.Сычевка – в/п д.Золотилово, исключая р. Гжать, р.Касня, р.Лосмина

С 2– С3–С10–С 5–С7(у)

Длина участка, L-50 км

∆F= 421

∆Q =(0,5);
gs=(1,2) л/с км2;
gлин.=(10) л/с на 1км

∆Q =(0,9);
gs=(2,1) л/с км2;
gлин.=(18) л/с на 1км

∆Q =(0,7 );
gs= (1,7) л/сек км2;
gлин.=(14) л/с на 1км

∆Q =(0,6);
gs= (1,4) л/сек км2;
gлин.=(12) л/с на 1км

Примечание. 1) расчеты проведены по данным ГГИ,1980,2015гг.[8,10]; 2) gs л/с км2 и gлин л/сек на 1км – площадной и линейный модули минимального зимнего стока; 3) водные расчеты по р.Лосмина проведены по аналогии с реками Гжать, Касня, Сежа (табл.1); 4) минимальные зимние расходы воды на р.Гжать – устье ,F =2370км2, определены по площадному модулю стоку на р.Гжать – в/п д.Шакуты, F=1900 км2

Рис. 2. Гидрографы по р.Вазуза и ее притокам: а-совмещенные гидрографы по р. Вазуза – в/п д.Золотилово и по ее притокам: р.Гжать – в/п д.Шакуты и р. Касня – в/п д.Субботники, за зимнюю и летне-осеннюю межень 1970 года ; б – совмещенные гидрографы по р. Вазуза, в/п Дугино, и в/п д.Золотилово, за меженный период: июль-декабрь 1975 года ; в, г – годовые гидрографы р.Вазузы, в/п д. Золотилово, F=5510 км2, за 1975 и 1976 годы, с указанием норм подземного и зимнего минимального 30-дн.стока [8, 9, 10]. Условные обозначения: 1 – сток весеннего половодья; 2 – подземный сток; 3 – зимние оттепели; 4 – дождевой сток

Рис. 3. Гидрологические картосхемы №1 и №2, №3, №4. Измеренные расходы воды на р. Вазуза и ее притоках в летне-осеннюю межень разных лет на следующих участках, с указанием дат проведения гидрометрических работ: участок №1 ) исток – в/п д.Золотилово, L=138км: а) 15-16 июля 1970г., Р=50% ; б) 7-8 августа 1970г., Р=75%; участок №2) в/п с.Дугино – в/п д.Золотилово: в) 15-16 июля 1975г., Р=50%; г) 1-2 октября 1976г., Р=50%

Рис. 4. Изменение нормы минимального зимнего 30-дн.стока за последние 30-40 лет на двух соседних крупных волжских притоках: р.Молога и р.Тьма: а) график изменений нормы минимального зимнего стока по р. Молога – в/п г.Устюжна, .за период 1934-2008годы. Автор Георгиевский В.Ю., ГГИ, 2015г. [8]; б) гидрограф р. Тьмы – в/п с. Новинки, за 1979 год, где отмечены подземный сток и последние изменения минимального зимнего стока. Условные обозначения: 1 – сток весеннего половодья; 2 – подземный сток; 3 – зимние оттепели; 4 – дождевой сток

Геоморфологические, геологические и гидрогеологические условия исследуемого района.

Описываемый район характеризуется удовлетворительной геоморфологической, геологической и гидрогеологической изученностью (рис. 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11). На данной территории расположена Гжатско-Вазузская аллювиально-зандровая низина и Кармановско-Темкинская моренная равнина – в верхней и средней частях бассейна Вазузы, а также Волжско-Вазузская моренно-зандровая равнина – в нижнем течении Вазузы и Осуги. При этом на фоне этого равнинного рельефа в этом районе существует система холмов и гряд, и возвышенностей, которые заполняют широкие междуречья в верховьях Гжати, Касни и Вазузы. Осадочный чехол в верхней и средней части бассейна р. Вазузы сложен каменноугольными терригенными и карбонатными отложениями нижнего карбона (рис. 6, 7). В низовьях Вазузы и вблизи р.Волги, а также на восточной окраине вазузского речного бассейна (верховье р.Яузы и район восточнее г.Гагарина), в верхней части разреза появляются известняки и глины среднего карбона (рис. 5, 6, 11). Покров рыхлых четвертичных отложений, подстилающий карбонатные породы, представлен ледниковыми и водно-ледниковыми отложениями в основном московского оледенения (рис. 8, 9). В четвертичной толще преобладают глины и суглинки, реже встречаются песчаные слои малой мощности (рис. 8, 9, 10). В пределах зандровых равнин в верхней части разреза присутствуют флювиогляциальные пески, мощностью до 2-3 м, залегающие на глинистых породах и местами прикрытые суглинками. Мощность четвертичных отложений на данной территории весьма изменчива, но на водоразделах Вазузы и рек-притоков бывает довольно значительной – более 50 м., в нижней части ее бассейна сокращается от 40 до 5м (рис. 10). Как известно, до затопления р. Вазузы, ее русло и пойма в среднем и нижнем течении были порожистыми, устланы обломочными породами [6]. В районе г.Сычевки, в узкой долине Вазузы, в цоколе надпойменных террас отмечено залегание каменноугольных известняков, вскрываемые руслом реки и которые хорошо заметны на береговых обнажениях [6]. В других местах, по берегам рек – р.Вазуза у с.Линец, р.Гжать у д.Листратово и т.д., также наблюдаются выходы известняков на дневную поверхность (рис.10 б). Детальное описание геологических обнажений, в т.ч. выходов известняков карбона, по берегам рек Вазузы, Гжати, Сежи, выполнил еще в далеком 1874 году известный российский почвовед и геолог Докучаев В.В. [6]. В низовьях р.Вазузы и р.Осуга в пределах их русла отмечены значительные отложения песка, щебня и гравия, перекрывающие известняки карбона. На р.Осуга, в ее нижнем течении, у д.Мясищево, вблизи прибрежной зоны, выявлены большие залежи песчано-гравийного сырья, где открыто несколько карьеров по их разработке. Как известно, территория бассейна р.Вазузы по гидродинамическим условиям и формированию подземных вод входит в Московский артезианский бассейн (МАБ). Согласно первого проведенного гидрогеологического районирования территории МАБ, выполненного в 1966 году Кравчинским Ф.И (ГУЦР, г.Москва), верхняя и средняя части бассейна Вазузы относится к III району, а остальная ее часть – к IV району [3]. При этом III гидрогеологический район располагается на южном склоне Московского артезианского бассейна и здесь развиты водоносные горизонты нижнего карбона. В основании этих отложений залегают глины малевского горизонта, являющиеся региональным водоупором. В пределах IV гидрогеологического района, который охватывает нижнюю часть бассейна Вазузы, верховье р.Яузы и территорию восточнее г.Гагарина, распространены водоносные горизонты среднего и верхнего карбона, залегающие под четвертичной толщей (рис. 6, 11). Известняки этих двух слоев карбона отделены верейскими глинами. Водоносные горизонты и комплексы изучаемого района в разные годы имели небольшие отличия в своих названиях. Но в настоящее время используется гидрогеологическая классификация ФГУП «Гидроспецгеология» (рис. 11, примечание). По данным этой организации, в районе г.Зубцова в последние годы возникла небольшая депрессионная воронка подземных вод из-за значительного их водотбора.

Использование космических снимков в наших исследованиях.

В нашей работе нашли применение отдельные фотоматериалы различных космических съемок [7]. При их анализе было выявлено, что на обзорных летних многозональных, тепловых и радарных снимках по темному фототону отчетливо выделяются границы Вазузского водохранилища, которые определяются подпором от плотины Зубцовского гидроузла (рис. 1, 12, 13, 14 б,16). На тепловых космоснимках в зимний период, когда изменяется термический режим водоемов, и при этом температура их вод выше температуры окружающей земной поверхности, водная акватории Вазузского и соседнего Яузского водохранилищ выражена светлым фототоном (рис. 12 б). Как известно, в нашей природной зоне большинство крупных водоемов и рек на ИК-фотоснимках, в летний период, выделяются по преобладающему темному фототону, из-за значительного их подземного питания в этот период времени и скопления здесь больших водных масс, которые не так интенсивно прогреваются солнечной энергией в теплое время года по сравнению с другими элементами ландшафта. Но вместе с тем на Вазузском водохранилище, в летний сезон, на фоне одинаковых температур поверхностного слоя воды на большей части водной акватории, которое происходит из-за значительного перемешивания озерных вод, при наличии здесь малых течений, V=1-2 см/сек, в отдельных застойных зонах могут существовать локальные температурные аномалии, связанные с повышенным подземным притоком. На ИК-фотоснимках эти зоны отображаются еще более темным цветом, который может не фиксироваться нашим зрением. Для того чтобы выделить эти аномальные участки на ИК-космоснимках, необходимо провести их компьютерную обработку, которая заключается в разделении плотности фотона на несколько интервалов, соответствующих определенной температуре, и придания всему этому разной окраске. Но в целом, использование космических снимков в нашей работе принесло положительные результаты. В частности, на обзорном космическом фотоснимке нижней части бассейна Вазузы, в пределах водных акваторий рек Осуги и Вазузы, были отмечены речные участки с песчаными грядами и побочнями в виде небольших контуров белого или белесого цвета (рис. 14а). Данные русловые «новообразования» часто приводят к увеличению подруслового стока, который не определяется гидрометрическими методами. На другом летнем ИК-фотоснимке отмечено выклинивание грунтового водного потока, который первоначально двигается под «телом» и в обход плотины Зубцовского гидроузла, в сторону Волги (рис. 15). Такие зоны выхода подземных вод наблюдаются на самой реке Вазузе – ниже плотины, и на ее притоке – р. Шешма, а также на небольшой низменности (депрессии) – на левом берегу р.Волги, ниже г.Зубцова, выше д.Пищалино (рис. 15а, 15в). Об этом же свидетельствует фотография реки Вазузы ниже Зубцовской плотины, где заметны выходы родников и высачивание грунтовых вод на фоне трещиноватых известняков в прибрежной речной зоне (рис. 15б). Следует также отметить, что на представленных многозональных, тепловых и радарных космоснимках, в пределах водных акваторий Вазузского и Яузского водохранилищ и вблизи них, заметны небольшие линейные структуры, пересекающие эти водоемы (рис.16). Возможно, что эти малые линеаменты как-то связаны с неотектонической активностью в этом районе, которая часто приводит к возникновению очагов повышенного подземного притока в реки и водоемы. В будущем на этих участках Вазузского водохранилища для подтверждения этой версии необходимо провести полевые термометрические, кондуктометрические и гидрохимические исследования.

Выводы.

В представленной работе параметры подземного стока по частным водосборам бассейна Вазузы определялись двумя способами: с учетом ранее опубликованных расчетных статистических параметров зимнего минимального 30-дн. стока (ГГИ,1980г.,2015г.), а также с использованием ежедневных измеренных расходов воды в летне-осеннюю межень 1970,1975, 1976 годов (Р=50,75 % обеспеченности), на водпостах бассейна Вазузы. Причем площадные и линейные показатели подземного стока на отдельных участках Вазузы, по этим двум вариантам, были близкими по своим значениям. В конечном итоге было выявлено, что р. Вазуза на всем своем протяжении, исключая ее крупные маловодные притоки – Гжать, р.Касня, р.Лосмина, до создания Вазузского водохранилища характеризовалась средними линейными показателями подземного притока, gлин~20 л/сек на 1 км. Площадные параметры подземного стока по территории отдельных частных водосборов значительно варьировали в разных частях бассейна Вазузы, от низких до высоких значений. Используя метод руслового водного баланса, было установлено, что река Вазуза в тот период имела высокие показатели подземного стока по площади своего водосбора только в узкой придолинной полосе, шириной 8-10 км, начиная от истока до устья, где его площадные модули стока составляли: gs~2 л/с км2, но при условии исключения маловодных рек-притоков: р.Гжать, р.Касня и р.Лосмина. Можно утверждать. что в этой неширокой зоне, которая включает русло, пойму и долину р.Вазузы, происходит основная разгрузка подземных вод в бассейне Вазузы. На остальной его территории, как и в настоящее время, наблюдались преимущественно низкие площадные параметры подземного стока, gs ≤ 0,7 л/сек км2, в том числе на вышеуказанных малых реках-притоках. Следует отметить, что в низовьях рек. Вазузы и Осуги – в районе водпостов с.Золотилово и д.Коротнево, возможно занижение измеренного меженного стока из-за увеличения здесь подруслового стока, вызванного здесь появлением больших песчаных толщ в донных отложениях этих рек. В будущем для более точного определения местоположения аномальных зон высокого подземного притока и участков повышенного подруслового стока, на реке Вазуза и Вазузском водохранилище, в летний период, необходимо провести измерения температуры и электропроводности воды придонных и поверхностных слоев озерных и речных вод по отдельным продольным и поперечным профилям.

Вспомогательные графические приложения.

I. Геологические карты и разрезы, используемые в этой работе.

Рис. 5. Фрагмент геологической карты, охватывающий нижнюю часть бассейна реки Вазузы (а), лист 0-36-XXXV, ВСЕГЕИ,2011-2022гг. [2], и геологический разрез к этой карте по линии В-Г, профиль П1 (б). Условные обозначения: 1 – четвертичные отложения; 2 – подольский горизонт, известняки; 3 – каширский горизонт, известняки; 3 – верейский горизонт, глины; 5 – протвинский горизонт, известняки; 6 – стешевский горизонт, глины, мергели; 7 – тарусский горизонт, известняки;
8 – веневский горизонт, известняки; 9 – михайловский горизонт, известняки; 10 – алексинский горизонт, известняки; 11 – тульский горизонт, известняки; 12 – бобриковский горизонт, известняки; 13 – заволжский горизонт, хованский слой, доломиты, мергели, глины; 14 – заволжский горизонт, озерская толща, доломиты, мергели, глины; 15 – верхнедевонские отложения, верхнефаменский ярус, доломиты, с прослоями глин и мергелей; 16 – речная сеть до образования Вазузского водохранилища.; 17 – геологический разрез по линии В-Г, профиль П1

Рис. 6. Геологическая карта дочетвертичных отложений, лист N-36-V, ВСЕГЕИ, 2011-2022гг. [2]. Охватывает верхнюю и среднюю части бассейна реки Вазузы. Условные обозначения: 1 – подольский горизонт, известняки; 2 – каширский горизонт, известняки; 3 – верейский горизонт, глины; 4 – протвинский горизонт, известняки; 5 – стешевский горизонт, глины, мергели; 6 – тарусский горизонт, известняки; 7 – веневский горизонт, известняки; 8 – михайловский горизонт, известняки; 9 – речная сеть до образования Вазузского водохранилища; 11 – геологический разрез по линии А-Б, профиль П 2, разделен на 2 части

Рис. 7. Геологический разрез по линии А-Б. Профиль П 2 (2 части). Приложение к карте дочетвертичных отложений, лист N-36-V, ВСЕГЕИ,2011-2022гг. [2]. Условные обозначения: 1 – четвертичные отложения; 2 – протвинский горизонт, известняки; 3 – стешевский горизонт, глины; 4 – тарусский горизонт, известняки; 5 – веневский горизонт, известняки; 6 – михайловский горизонт, известняки; 7 – алексинский горизонт, известняки; 8 – тульский горизонт, глины, пески; 9 – сталиногорский горизонт, глины, пески; 10 – лихвинский подгоризонт, вверху – известняки, внизу – глины; 11 – девонские отложения, верхнефаменский ярус, доломиты с прослоями глин и мергелей

Рис. 8. Карта четвертичных отложений бассейна реки Вазузы. Составлена из фрагментов двух карт четвертичных отложений Смоленской и Тверской областей. ВСЕГЕИ, 2011-2022 гг. [2]. Условные обозначения: 1 – граница областей; 2 – населенные пункты; 3 – железные и автомобильные дороги. Литология: 4 – ледниковые отложения, московская морена, 5 – московский горизонт, нерасчлененный комплекс краевых ледниковых образований; 6 – московский горизонт, водноледниковые отложения времени наступания ледника; 7 – болотные отложения; 8 – валдайский подгоризонт, калининский горизонт. Аллювиальные и озерные отложения, пески; 9 – московский горизонт. Озерно-аллювиально-флювиогляциальные отложения; 10 – геологические разрезы по линиям Ж-К и Д-Е (профили П 3,П 4), нанесены согласно геологической карты четвертичных отложений, лист N-36-V, ВСЕГЕИ, 2011-2022 гг.; 11 – геологические колонки с указанием их общей нумерации – ГК 1-8: по отдельным скважинам – скв.№ 51,20,50,89 (данные ГУЦР, Москва, 1966г.), и береговым обнажениям – обн. №1-4 на реках Вазуза и Гжать (данные Докучаева В.В.С-Петербург, 1874г.)

Рис. 9. Геологические разрезы по линиям Ж-К и Д-Е (профиля П 3,П 4), прилагаемые к карте четвертичных отложений, лист N-36-V. ВСЕГЕИ, 2011-2022гг. [2]. Их местоположение нанесены нами на обобщенную карту четвертичных отложений Смоленской и Тверской областей (см. рис.8). Условные обозначения: 1 – современные аллювиальные отложения. Пески, суглинки, глины; 2 – болотные отложения. Торф; 3 – покровные отложения водоразделов. Суглинки; 4 – нерасчлененный комплекс водноледниковых отложений. Супеси, пески; 5 – морена московского оледенения. Суглинки со щебнем и валунами; 6-водноледниковые отложения московского и днепровского оледенений. Пески, глины; 7 – морена днепровского оледенения. Суглинки со щебнем и валунами; 8 – дочетвертичные отложения

Рис. 10. Литологические колонки по отдельным опорным геологическим скважинам расположенных в пределах бассейна реки Вазузы (а), и геологические колонки по нескольким береговым обнажениям горных пород на реках Вазуза и Гжать (б), составленные по данным ГУЦР, Москва, 1966г. и Докучаева В.В., С-Петербург, 1874 год

Рис. 11. Фрагмент гидрогеологической карты в пределах бассейна реки Вазузы, ГУЦР, Москва, 1963г. (а), представленная в монографии «Гидрогеология СССР», том 1, М.,Недра, 1966г., и схема гидроизопьез каширского водоносного горизонта в нижнем течении рек Вазузы и Осуги (б), скопированная с гидрогеологической карты. Лист O-36-XXVI, ГУЦР, 1975г.

Космические снимки и фотографии, используемые в этой работе.

Рис. 12. Тепловые космические снимки района Вазузского и Яузского водохранилищ, за летний (а) и зимний (б) периоды. ИСЗ «Ландсат 8», 10канал, красный цвет, ll= 10,6-11,19 мкм [7]. Дата съемки: а) 1 июля 2014 года; б) 10 декабря 2020 года

Рис. 13. Радарные космические снимки района Вазузского и Яузского водохранилищ за летний (а) и зимний (б) периоды. ИСЗ «Sentinel-1, W-VVVH [7]. Дата съемки: а) 20 июня 2020 года; б) 10 декабря 2020 года

Рис. 14. Современная гидрогеоэкологическая обстановка в нижней части бассейна реки Вазузы: а – обзорный космический фотоснимок рек Вазуза и Осуга, в нижнем их течении, где существует подпор от плотины Вазузского гидроузла и отчетливо выделяются песчаные гряды, отмели и побочни в руслах этих водотоков; б – тепловая космическая съемка этого района, ИСЗ «Ландсат 8», 10 канал, красный цвет, ll=10,6-11,19 мкм. Дата съемки: 2 июля 2014 года; в – фотоснимок песчано-гравийного карьера на левом берегу реки Осуги, в нижнем ее течении, вблизи д.Мясищево, выше ж/д моста

Рис. 15. Выклинивание грунтовых вод ниже плотины Зубцовского гидроузла. Карты и фотоснимки подтверждающие эти гидрогеологические процессы: а – фрагмент теплового космического снимка ИСЗ «Ландсат-8», 10 канал, красный цвет, ll= 10,6-11,19 мкм, в районе г.Зубцова, от 15 июля 2021 года [7], где отмечены выходы подземных вод и родников; б – фотоснимок реки Вазузы, в 100-200 м ниже Зубцовской плотины, где наблюдаются эти явления; в – обзорный топоплан г.Зубцова и его окрестностей, где отмечены красным пунктиром зоны выклинивания грунтовых вод, сформированных вблизи ложа Вазузского водохранилища, у Зубцовской плотины

Рис. 16. Линеаменты (короткие линии в зеленом кружке) в районе Вазузского и Яузского водохранилищ, выявленные на многозональном (а) и тепловом (б) космических снимках ИСЗ «Ландсат-8», 5 и 10 каналы, красный цвет [7]. Даты съемки: а) 20 июня 2014 года; б) 2 июля 2014 года

Текст статьи
  1. Боревский Б.В. Марков М.Л. Является ли меженный сток мерой питания подземных вод или общего подземного стока? Разведка и охрана недр. №5, 2014. С.10-16.
  2. Геологические карты. ГИС-Атлас «Недра России». Тверская и Смоленская области. Листы 0-36-XXXV, 0-36-XXXIV, N-36-V, N-36-VI. Карты четвертичных отложений Смоленской и Тверской областей. ВСЕГЕИ, СПб.2011-2022 гг.
  3. Гидрогеология СССР. Т.1. Московская и смежные области. М. Недра.1966. Текст: 409 С. Приложения: С.82.
  4. Гидрологические ежегодники за 1970–1980 годы, т.4 вып.1-3. Верхневолжский район. Гидрометеоиздат,1971-1982гг. С. 400.
  5. Докучаев В.В. К вопросу об обмелении реки Гжати. Тр.СПб об-ва естество исп. 1873. Т.4. Отд. минерал. и геол. Вып.1. Проток. С.CVIII-CX.
  6. Докучаев В.В. Об обнажениях горного известняка с pruductus giganteus на реке Вазуза около с.Линец и на реке Гжати у д.Листратово, в Смоленской губернии. Тр.СПб общ-ва естество исп . 1874 г. т.5. Отдел минерал. и геол. Вып.2. Проток. С.ХХХIV.
  7. Космические снимки. Сервис: https// apps.sentinel-hub.com.
  8. Научно-прикладной справочник «Основные гидрологические характеристики. Бассейн Верхней Волги». Таблицы. ГГИ. Ливны.2015. С.183.
  9. Оценка водных ресурсов на территории Московского артезианского бассейна. Книга 1 (подземный сток рек). ГГИ.1974. С.109.
  10. Оценка подземного стока рек Нечерноземной зоны РСФСР (по данным среднемноголетнего зимнего минимального 30-дн. стока). ГГИ.1980. С.40.
Список литературы