Оценка эксплуатационных ресурсов подземных вод водоносного комплекса Жемского артезианского бассейна (Казахстан) с помощью MODFLOW

Аннотация

Groundwater resources are becoming increasingly scarce, especially in arid regions of western Kazakhstan. By 2070, the domestic and drinking water demands will increase from 640 to 901 thousand m3/day. This deficiency may be overcome by utilizing the Zhem Artesian Basin’s Cretaceous Albian–Cenomanian aquifer complex. The hydrodynamic interactions between the 123 known aquifer segments and recharge zones of these promising, exploitable, high-quality groundwater sources are unclear. While MODFLOW is a nominal platform for groundwater flow assessment, which is usually used for the simulation of simple hydrological scenarios, in this study, integrating several different scales and functional modules over a GIS platform enabled delineation and the forecast of this multi-layer aquifer complex. The MODFLOW simulation assessed exploitable groundwater resources and reservoir interactions, enabling the establishment of a simultaneous operation to the Zhem aquifer complex and its neighboring reservoirs. The model suggests that the total exploitable groundwater resources may grow to 629.4 thousand m3/day during the next 50 years. The simultaneous drawdown model suggests a water level decrease of up to 80 m at the end of this period, which will cause a river flow reduction of approximately 6% of the average long-term river flow. Thus, the assessed exploitable groundwater resources will cover more than 70% of the future regional water demand. The mathematical model developed may be used for monitoring and forecasting groundwater head and water balance changes and may be applied to attain a more detailed groundwater resource transfer scheme with economic criteria.

Аннотация на английском языке из статьи. Авторская аннотация воспроизводится на условиях лицензии CC BY 4.0. Аннотация дана на английском языке.

Ключевые слова

• эксплуатационные ресурсы подземных вод
• численное моделирование
• Жемский артезианский бассейн
• водоотбор
• допустимое понижение напора
• модель MODFLOW

Простыми словами

Данияр С. Сапаргалиев, Ермек Ж. Муртазин и Владимир А. Смоляр (Институт гидрогеологии и геоэкологии имени У.М. Ахмедсафина, Satbayev University) вместе с Владимиром Мирласом и Яаковом Анкером (Ариэльский университет) моделируют подземные воды Жемского артезианского бассейна на западе Казахстана. Бассейн расположен в восточной части Прикаспийской впадины и занимает 104 000 км², 82% из них — в Актюбинской области. Допалеозойский складчатый фундамент залегает на глубине 5–12 км. Государственный кадастр подземных вод Казахстана учитывает в бассейне 131 разведанное месторождение и участок подземных вод с эксплуатационными запасами 755 тыс. м³/сут, в основном в альб-сеноманских отложениях. 79% этих запасов — пресные воды с минерализацией до 1 г/л, у 14% минерализация 1–3 г/л.

Наиболее распространен и перспективен нижнемеловой-сеноманский водоносный комплекс (K1–K2s). Мощность его водовмещающих отложений — 25–980 м, в среднем 147 м, напоры подземных вод — 4–383 м, в среднем 49 м. Коэффициенты фильтрации — 0,8–29,8 м/сут, дебиты скважин — от 6 до 40–63 л/с. Общая минерализация — 0,2–5,3 г/л, она растет с северо-востока на юго-запад, по направлению потока. На северо-востоке, на Кундактакырском, Кандагачском, Сарыбулакском и других месторождениях, пресные воды гидрокарбонатные кальциево-магниевые; к юго-западу они сменяются хлоридно-сульфатными и сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатными натриевыми и натриево-кальциевыми. Ниже, на глубине 90–1 100 м, залегает нижнемеловой апт-неокомский комплекс (K1) мощностью 30–100 м.

Модель MODFLOW охватывает 163 200 км² сеткой из ячеек 5 × 5 км с граничными условиями для рек, постоянного напора, инфильтрационного питания и испарения. Гидравлические параметры взяты по опытным откачкам на 88 участках, в модель введен водоотбор 2007–2022 годов на Эмбинском, Кенкиякском, Кандагачском, Алгинском, Шубаркудукском и других участках. Коэффициент фильтрации в среднем 5,6 м/сут (0,8–14,1), водопроводимость — 490 м²/сут (111–1 070), водоотдача — 0,13.

Прогнозы на 25 и 50 лет оценивают долгосрочные эксплуатационные ресурсы подземных вод бассейна в 629 400 м³/сут при утвержденных запасах 173 000 м³/сут по 123 участкам водоносного комплекса и водозаборам. Одновременный отбор всех утвержденных запасов создаст депрессионные воронки глубиной до 50–80 м и сократит речной сток примерно на 110 тыс. м³/сут, около 6% среднемноголетнего. На Кенкиякском, Кандагачском, Жаркамысском и Джурунском участках понижения могут превысить допустимые, поэтому их потенциал снижается со 122 560 до 37 000 м³/сут. По выводу авторов, 630 000 м³/сут подземных вод питьевого качества могут покрыть более 70% будущей потребности Актюбинской, Атырауской и Мангистауской областей, которая к 2070 году вырастет с 640 до 901 тыс. м³/сут.

Рисунки (1)

Как цитировать

Daniyar Serikovich Sapargaliyev, Yermek Zhamshitovich Murtazin, Vladimir Mirlas, Vladimir Alexandrovich Smolyar and Yaakov Anker (2025). MODFLOW Application for Exploitable Groundwater Resource Assessment of the Zhem Artesian Basin Aquifer Complex, Kazakhstan. Applied Sciences, vol. 15, no. 10, 5443. https://doi.org/10.3390/app15105443