Гидрогеологические и гидрологические условия

Четвертичные отложения Васюганского болота имеют покровный характер, их мощность колеблется в пределах 24-48 м. Особенность четвертичных образований описываемого района - это наличие в верхних горизонтах непосредственно под торфяной залежью слоя водоупорных суглинков и глин, мощностью от 9 м и более.

Своеобразные природные условия Васюганского болота (большая увлажненность в сочетании со слабо расчлененным рельефом и развитием преимущественно слабо проницаемых отложений) приводят к формированию сложных взаимодействий между подземной и поверхностной составляющими стока. Породы верхнемелового и нижне-третичного возраста, слагающие этот район, имеют несколько водоносных горизонтов, изолированных друг от друга водонепроницаемыми аргиллитоподобными глинами.

Можно полагать, что основными условиями формирования Васюган- ского болота, покоящегося на мощной толще слабопроницаемых глинистых и суглинистых отложений, являются избыточное увлажнение и плоский рельеф. Атмосферные осадки скапливаются непосредственно в пределах торфяного горизонта, ниже которого залегают напорные воды абро- симовской свиты, отделенные отложениями глин кельватской свиты [69]. Поэтому болотные воды имеют низкую минерализацию, а торф - низкую зольность. Кроме того, химический состав болотных вод отличается от состава подземных и поверхностных вод своей резко восстановительной средой, азотно-метановым и метановым составом свободных и растворенных газов, а обогащенность болотных вод органическими кислотами формирует особый тип кислых органо-минеральных вод.

Направление процесса заболачивания, определяется рельефом заболачиваемого участка, типом питания, фазой развития торфяника, биоклиматическими условиями.

В бассейнах рек с интенсивно развивающимися процессами накопления торфа происходит активное заполнение торфяниками речных долин, их выполаживание и повышение базиса эрозии. Таким образом, болота ослабляют и без того слабую эрозионную деятельность речной сети, вызывая дальнейшее ухудшение условий дренирования территории. Истоки современных рек Западной Сибири в прошлом были расположены у наивысших отметок водоразделов [66] и обеспечивали дренирование прилегающих участков бассейна. Постепенно истоки рек начали зарастать, за- торфовываться, сток почти прекратился, и они превратились в болотные водотоки, а их русла оказались оторванными от минерального грунта и погруженными в торф. Такие заболоченные истоки современных рек с сохранившимся течением в торфяных руслах и представляют собой бо-

лотные реки первичного происхождения (рис. 6).

Рис.6. Болотные реки первичного происхождения.

При прогрессирующем заболачивании территории формируется болотная речная сеть вторичного происхождения. Ее образование определяется развитием самих болот, объединением их в большие массивы, которые образуют своеобразный “болотный” рельеф поверхности - сочетание повышенных и пониженных участков. В последних происходит постепенное образование в торфе новых русел рек и ручьев вторичного происхождения.

Все реки, протекающие по Васюганскому болоту, относятся к двум бассейнам - Оби и Иртыша. От основного вала Обь-Иртышского водораздела в северо-восточном и юго-западном направлениях отходит густая сеть рек, впадающих в Обь и Иртыш, от которых отходят ветви притоков второго, третьего и т.д.

Основными притоками Оби, берущими начало с Васюганского болота, являются реки: Васюган, Парабель (с Чузиком и Кенгой), Чая (с Парбигом и Иксой), Бакчар, Чижапка, Нюролька и Шегарка. Почти все притоки этих рек берут начало в водораздельных болотах. Иртыш протекает сравнительно далеко от Васюганского болота, но его притоки - реки: Омь, Тара,

Шиш, Малый Тартас своими верхними течениями находятся в границах Васюганского болота.

Река Тара берет начало на торфяном месторождении Тара-Тартасское, являющегося юго-западной частью Васюганского болота. Определить истоки р. Тары почти невозможно, так как, незаметно просачиваясь из болота, она не имеет русла и приобретает его только при выходе из болота. Река Тартас является самым большим притоком реки Оми. В отличие от Тары, река Тартас берет начало из озера Карасево, расположенного на месторождении Тара-Тартасское. Река Омь берет начало из озера Омского, расположенного на Васюганском болоте. Источником питания рек системы Оми является южная часть Васюганских болот и северная часть Барабинских болот и озер, расположенных по водоразделу. Все другие реки, впадающие в Омь, Тару и Тартас почти не изучены. Истоки этих рек, также как и рек бассейна Оби, теряются на Васюганском болоте, с которого они берут начало.

Рассмотрим гидрологические аспекты процесса развития болотных массивов в первичных очагах заболачивания и образование болотных систем.

Как уже отмечалось выше, заболачивание участков суходольных территорий происходит при наличии застойного переувлажнения поверхности почвы, которое обычно наблюдается в пониженных элементах рельефа (бессточные котловины, депрессии и т.п.). В результате малой проточности в центральных частях очагов заболачивания процесс торфонакопления в них идет более интенсивно, чем на периферии и поверхность болота, первоначально вогнутая, постепенно выполаживается, а со временем приобретает выпуклую форму. Если в начальной (евтрофной) фазе развития болотного массива водно-минеральное питание его складывается из поверхностных и грунтовых вод, а также атмосферных осадков, то в завершающей (олиготрофной) фазе развития - почти исключительно атмосферное.

Изменение в рельефе болотного массива, в свою очередь, приводит к изменению условий стока болотных вод, а последнее ведет к изменению гидрологического режима. В результате возникают новые условия среды обитания растений, приводящие к новым изменениям в составе растительного покрова, которые снова ведут к изменениям интенсивности торфонакопления, рельефа и другие. Постоянный ход этих взаимообуславливающих процессов и составляет биофизическую сущность развития болотных массивов.

В отличие от суходолов на болоте существует единый водоносный горизонт, через который осуществляется сток с болот. Стекание воды с них происходит рассредоточенным по площади болота фильтрационным потоком. Практически вся вода с болотного массива стекает фильтрационным путем через верхний относительно тонкий (30-70 см) слой, так называемый деятельный горизонт. По расчетам К.Е. Иванова [37] доля стока в верховых болотах через этот горизонт составляет до 99% от общего стока. Это справедливо для простых изолированных болотных массивов, т.е. массивов, развивающихся в отдельных первичных очагах заболачивания и пока не слившихся с соседними болотами. На таких массивах внутриболотные водотоки отсутствуют.

При слиянии простых болотных массивов образуются болотные системы со сложным рельефом поверхности, обуславливающим развитие специфической болотной гидрографической сети, включающей в себя топи, внутриболотные озера, ручьи и речки.

Топи, представляющие собой сильно переувлажненные участки болот, характеризуются высоким стоянием уровней воды и плохой проходимостью. Они приурочены либо к местам скопления болотных вод (плоские участки центральных частей массивов, бессточные окраины их), либо к местам схождения фильтрационных потоков (ложбины между выпуклостями слившихся массивов, участки выклинивания вод на их склонах).

Внутриболотные водотоки в виде ручьев и речек, берущие начало из болот, характерны для болотных систем (рис. 7). Истоком таких водотоков являются либо внутриболотные озера, либо топи. В верховьях водотоков русла обычно внутризалежные и обнаруживаются по поверхностному стоку на топях и по цепочке открытых "окон" воды. Ниже русла открытые, извилистые, долины и поймы речек в пределах болот не выражены и прослеживаются только с выходом их на суходол. Через внутриболотные водотоки осуществляется отвод основного количества поверхностных вод с болотных систем в дренирующие их реки. Несколько меньшая часть болотных вод приходится на диффузный сток, т.е. на фильтрационный поток непосредственно в прилегающие суходолы. Именно диффузный сток создает благоприятные условия для процесса заболачивания прилегающих суходольных территорий и разрастания болотных массивов.

Рис.7. Пересохшее русло болотного ручья

К гидрографической сети болота относятся и внутриболотные озера. Внутриболотные озера в большинстве случаев являются вторичными, т.е. образовавшимися в процессе развития болотных массивов. Они обычно имеют небольшие размеры и малые (1-1.5 м) глубины, дно их торфяное. Берега этих озер торфяные низкие, возвышающиеся на 0.2-0.5 м над урезом воды, иногда представляют собой очень топкие сплавины. Первичные озера, которые встречаются на болотных системах, имеют большие размеры и глубины по сравнению с вторичными озерами. Дно их обычно минеральное, хотя встречается и торфяное за счет торфа разрушающихся торфяных берегов. В отличие от малых озерков средние и относительно крупные внутриболотные озера, как правило, связаны между собой ручьями и протоками. Большое количество озер с соединяющими их протоками образуют на болотных системах сложную по строению озерно-речную сеть.

По всей территории Васюганского болота разбросаны озера различной величины, конфигурации и глубины. Большинство озер вторичного происхождения (грядово-озерковые комплексы), но много и первичного происхождения. Приведем описание озера Грязное вторичного происхождения. Диаметр озера 400 м, глубина воды в 5 - 10 м от берега достигает 0.5 м и постепенно увеличивается к центру до 1.3 м. Примерно на 15 - 20 м от берега дно озера торфяное, в центре - дно покрыто глиной, на которой слой озерных отложений 2.5-3.0 м (без карбонатов). Общая глубина озера в центре 4.5 м. С северной стороны берега озера окаймляет гряда, возвышающаяся над урезом воды на 0.6-0.8 м. Ширина гряды 2.0-2.5 м, произрастает береза и редко сосна высотой 2-8 м, диаметром 3-12 см. Напочвенный покров состоит из кассандры, сабельника, подбела, клюквы, осоки и сфагновых мхов. За грядой идет понижение - зыбун, поверхность которого на одном уровне с водой в озере. Берег не зарастает. В преобладающих по количеству мелких озерах вторичного происхождения, разбросанных в грядово-озерковых комплексах, глубина воды колеблется от 0.2 м до 1.0 м.

На севере от озера Грязное в близости от него располагается озеро первичного происхождения - Тергач диаметром 1200 м и глубиной в центре более 4 м. С южной стороны к озеру подходит рям и берег возвышается над урезом воды на 2.0-2.5 м. С восточной и западной сторон берег постепенно понижается. В древесном покрове при удалении к северному берегу появляется березка, которая затем преобладает и сильно разрежается. Цвет воды светло-коричневый и много рыбы.

Исследователи предположили, что аналогичное происхождение имеют и другие крупные озера Васюганского болота: Белое, Орлово, Пешково, Кротово, Мертвое, Мирное, Ичкалинское, Щучье, Кривое, Карасье, Окуневое.

Кратко остановимся на характеристике гидрологического режима Васюганского болота.

Гидрологических наблюдений непосредственно на рассматриваемом болотном массиве организациями Гидрометслужбы не проводилось, хотя на прилегающих к нему заболоченных территориях такие исследования велись. Так в 1959 году на болотах бассейна р. Оми работала Западносибирская экспедиция Г осударственного гидрологического института (ГГИ). В программу её работ входил широкий комплекс наблюдений по изучению водного и теплового режима болот, их типологии, морфологии и стратиграфии торфяной залежи. Исследования велись в районах пос. Жарково и Патюканово. В 1968 году в районе этих населенных пунктов Западносибирское Управление гидрометслужбы открыло болотные посты Жарково и Патюканово.

В 1960 году аналогичные работы выполнялись на Баксинском болотном массиве, расположенном на водоразделе рек Баксы и Каргата. Болотный стационар располагался вблизи д. Коноваловка. В 1961 году в районе д. Коноваловки выше упомянутым УГМС был открыт болотный пост. На

нем велись наблюдения за уровнем болотных вод, промерзанием торфяной залежи, атмосферными осадками.

К северо-западу от Бол. Васюганского массива в бассейне р. Васюган тем же УГМС в 1966 году были открыты два болотных поста: в районе пос. Новый Васюган, второй - в районе пос. Мыльджино (бассейн р. Ню- ролька). Состав наблюдений: измерения уровней болотных вод, промерзания и оттаивания торфяной залежи.

С 1965 по 1968 на Бакчарском болоте в бассейне р. Ключ - с. Полы- нянка работал гидрологический отряд Томского государственного университета, в программу работ которого входил комплекс наблюдений по изучению влияния водного режима болота на водный режим заболоченного водосбора в период весеннего половодья.

Краткая характеристика гидрологического режима Васюганского болота приводится на основании материалов наблюдений упомянутых выше постов, а также данных исследований, полученных Западносибирской экспедицией ГГИ [6] в сопредельных районах.

Следует отметить, что такой подход при характеристике воднотеплового режима неизученных болотных массивов вполне приемлем и научно обоснован. Как показали исследования [38] каждый болотный микроландшафт (Под болотным микроландшафтом понимается участок болота однородный по растительному покрову, микрорельефу поверхности и водно-физическим свойствам деятельного слоя торфяной залежи.) обладает вполне определенной гидрологической характеристикой, включающей в себя среднемноголетний уровень болотных вод, толщину деятельного слоя, связь коэффициентов водоотдачи и фильтрации с уровнем болотных вод, уклон поверхности болота в пределах микроландшафта, среднемноголетнюю проточность. Причем для каждого типа болотного микроландшафта величина перечисленных параметров и указанных связей имеет вполне определенные значения и вид. Наличие одной и той же гидрологической характеристики для однотипных болотных микроландшафтов, расположенных на одном или на разных болотных массивах, объясняется тем, что торфообразователем всего деятельного слоя торфяной залежи или большей его части является растительность по составу близкая к существующей в настоящее время.

Таким образом, используя этот подход можно при наличии данных наблюдений на каком либо массиве составить достаточно четкое общее представление о гидрологическом режиме любого другого такого же по типу не исследованного болота.

Уровенный режим. Одним из главных элементов, характеризующих

37

гидрологический режим болот, является положение уровня болотных вод относительно поверхности болота, которое определяет ход гидрологических и гидрофизических процессов (сток, испарение, водо и теплообмен, промерзание и оттаивание) на болотах. Поэтому, располагая данными о режиме уровней, можно не только иметь оценку степени обводненности болот, но и, пользуясь установленными зависимостями, рассчитывать все другие гидрологические характеристики режима и элементов водного баланса на основе метеорологической информации.

Внутригодовой ход уровней имеет общую закономерность, свойственную всем типам болотных массивов и отдельным микроландшафтам: достаточно резкое повышение уровней весной в период таяния снега, постепенное их снижение после весеннего максимума, летний минимум, затем осеннее повышение, вызванное осадками и, наконец, зимнее падение уровня, продолжающееся до начала весеннего снеготаяния.

Весенний подъем уровней на болоте начинается обычно в конце марта - начале апреля, практически с момента начала интенсивного снеготаяния. Продолжительность подъема уровня в разные годы различна и зависит, в первую очередь, от дружности весны. Максимальный весенний уровень, который обычно является и максимальным годовым, наблюдается в среднем через 15 дней после начала подъема. В годы с резкими колебаниями интенсивности снеготаяния в ходе весеннего уровня прослеживается несколько пиков. Плавность в падении весеннего уровня нередко нарушают обильные осадки, вызывающие новый подъем, который по величине часто превосходит максимум, обусловленный снеготаянием. Величина подъема уровня в период весеннего половодья в различных болотных микроландшафтах неодинакова: наибольшая - в мохово-лесных и моховых (облесенных сосной) микроландшафтах (80 см), наименьшая - в топях и на мочажинах грядово-мочажинных комплексов (10-15 см). Последнее объясняется заметным различием в величинах коэффициентов водоотдачи деятельного слоях в этих микроландшафтах, а также относительно высоким стоянием уровня в комплексных микроландшафтах в зимний период.

Несмотря на относительно большую величину весеннего подъема уровней в микроландшафтах лесной, мохово-лесной и моховой групп, а также на грядах болотных комплексов уровни редко выходят на поверхность болота, покрывая водой лишь наиболее низкие межкочечные понижения. В мохово-травяных микроландшафтах, а также в мочажинных комплексах уровень в весенний период часто находится выше поверхности болота.

Относительно плавный весенний спад уровней, обусловленный стоком и испарением с болот, постепенно переходит в летний спад. Плавность

38

хода уровней в этот период нарушается лишь отдельными подъемами, вызванными выпадающими осадками. В летний период в сильно обводненных микроландшафтах уровень опускается ниже поверхности болота. Минимальные летние уровни наблюдаются обычно в августе- сентябре.

В осенний период наблюдается небольшое повышение уровней, обусловленное некоторым увеличением осадков и уменьшением испарения. В дождливые годы осенние подъемы уровня могут быть достаточно значительными, однако они редко достигают весенних максимумов. Обычно с третьей декады октября, в связи с понижением температуры воздуха и прекращением атмосферного питания болот, начинается плавный спад уровня во всех болотных микроландшафтах, который продолжается в течение всего зимнего периода до начала весеннего снеготаяния.

Минимальный годовой уровень может наблюдаться как в зимнюю, так и летне-осеннюю межень, все зависит от конкретных метеорологических условий года. Величина среднего минимального уровня в микроландшафтах мохово-лесной группы составляет около 60 см, моховой - 30-55 см и мохово-травяной - 20 см от средней поверхности болота. В комплексных микроландшафтах средний минимальный уровень на грядах - 40-60 см.

Благодаря наличию на болоте единого водоносного горизонта и высокому стоянию уровня воды, колебания его в различных болотных микроландшафтах синхронны. Именно этим объясняется достаточно тесная связь между соответственными уровнями в различных микроландшафтах болотного массива.

Режим промерзания болота. Сведения о режиме нарастания мерзлого слоя на болотах и глубинах их промерзания представляют большой интерес и, в первую очередь, при решении транспортных проблем. В мерзлом состоянии, как известно, несущая способность болот в десятки раз выше, чем в талом.

Процесс промерзания торфяной залежи определяется многими факторами, к числу которых следует отнести температуру воздуха, влажность почвы, высоту и плотность снежного покрова, теплофизические свойства торфа. Результирующее влияние этих факторов и определяют глубину промерзания болот в том или ином географическом районе и на различных участках массива. Значительные различия в строении деятельного слоя болотных микроландшафтов, микрорельефа их поверхности обусловливают относительно большие изменения в интенсивности промерзания торфяной залежи по площади, особенно в осенний период. Этим обстоятельством объясняется и большая вариация глубин промерзания в этот период.

Промерзание болот начинается с наступлением отрицательных температур воздуха. Однако стабильный рост толщины промерзшего слоя наблюдается с момента устойчивого перехода температуры воздуха через 0 0С, поэтому при практических расчетах за начало промерзания болот принимается дата этого перехода.

Начало промерзания Васюганского болота обычно приходится на третью декаду октября. В начальный период, когда высота снежного покрова не превышает 10 см, интенсивность промерзания повышенных элементов микрорельефа составляет 0.5 - 1.0 см/сут. Интенсивность промерзания пониженных элементов микрорельефа значительно меньше. По мере увеличения высоты снежного покрова интенсивность нарастания мерзлого слоя постепенно снижается, достигая минимальных значений (0.1 см/сут) к концу зимы.

В средние по суровости и высоте снежного покрова зимы наибольшая глубина промерзания в микроландшафтах мохово-лесной группы составляет: на повышенных элементах микрорельефа - порядка 50 см, на пониженных - 35 см. В суровые малоснежные зимы промерзание болот может достигать 60 и более сантиметров.

Некоторые особенности в режиме промерзания прослеживаются на участках проточных топей, где в результате повышенной проточности относительно теплых болотных вод интенсивность процесса промерзания торфяной залежи заметно снижается. Этим объясняется некоторое запаздывание сроков начала промерзания такого типа топей, значительно меньшие величины промерзшего на них слоя.