ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК КОМПОНЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Современное состояние региональных исследований

Как известно, подземные воды во многих регионах являют­ся наиболее важным, экологически безопасным, а часто и един­ственным источником питьевого водоснабжения.

Однако, значительное антропогенное воздействие на окру­жающую среду, включая подземные воды как ее компонент, по­служило причиной того, что подземные воды в ряде регионов нельзя использовать для водоснабжения. Это особенно относит­ся к неглубоким подземным водам верхней гидродинамической зоны.

Изменение качества подземных вод под влиянием человека часто выражается в увеличении содержания растворенных твер­дых веществ, а также некоторых химических элементов и со­единений (хлора, сульфатов, кальция, магния, железа, фтора и некоторых других), в появлении в подземных водах токсичных субстанций искусственного происхождения (например, пести­цидов, нефтепродуктов и радионуклидов), в изменении темпе­ратуры и рН, в появлении запаха и цвета и т. д. Во многих райо­нах воздействие человека на подземные воды приобрело регио-

Нальный характер вследствие общего загрязнения окружающей среды, особенно загрязнения атмосферы, почвы и поверхност­ного стока. Ухудшение качества подземных вод особенно замет­но в промышленных регионах и в районах интенсивного при­менения химических удобрений. Ухудшение качества подземных вод в результате загрязнения представляется даже большей опас­ностью, чем нехватка воды. В этих условиях охрана подземных вод от загрязнения становится одной из актуальных задач.

Концепция уязвимости подземных вод основана на предпо­ложении, что геологическая среда может обеспечить некоторую степень защиты подземных вод от природного и антропогенно­го воздействий. Термин "уязвимость подземных вод по отноше­нию к загрязнению" был введен французским гидрогеологом Ж. Марга (1968) в конце 60-х годов. Первая синоптическая кар­та уязвимости водоносного горизонта по отношению к загряз­нению в масштабе 1:1 000000 была опубликована во Франции (Albinet, 1970).

Хотя, концепция уязвимости подземных вод существует уже три десятилетия, все еще не выработано четкого определения этого понятия. Однако широко используется следующее опре­деление: "Под уязвимостью подземных вод подразумеваются природные свойства системы подземных вод, которые зависят от способности или чувствительности этой системы справлять­ся с природными и антропогенными воздействиями" (Vrba, Zaporozec, 1994).

Комитет по Технологии для оценки уязвимости подземных вод при Национальном Исследовательском Комитете США оп­ределил уязвимость подземных вод как тенденцию или вероят­ность достижения загрязнителями определенной концентрации в подземных водах после попадания в зону над верхним водо­носным горизонтом. Однако, позже, этот Комитет выделил два основных типа уязвимости: специфическая уязвимость (имеет­ся в виду какой-либо конкретный загрязнитель или несколько загрязнителей) и присущая уязвимость, которая не зависит от свойств и поведения специфических загрязнителей.

Основой концепции уязвимости подземных вод является понимание того, что в некоторых областях, благодаря особен­ностям природных условий (прежде всего, геолого-гидрогеоло­гических) подземные воды легко подвержены воздействию за­грязнения и поэтому являются наиболее уязвимыми, а в других - нет. Поэтому главным при оценке естественной защищенно­сти и уязвимости подземных вод является анализ конкретных природных особенностей изучаемого региона. Исходя из этого, можно сформулировать следующие определения.

Защищенность подземных вод - это свойство природной системы, позволяющее сохранить на прогнозируемый период состав и качество подземных вод соответствующими требова­ниям их практического использования.

Противоположный термин - уязвимость подземных вод. Чем больше защищенность подземных вод, тем меньше их уязви­мость к загрязнению.

Оценка уязвимости подземных вод к загрязнению является по существу гидрогеологическим обоснованием мер по их за­щите в различных природных и антропогенных условиях. По опыту ряда стран (Россия, США, Германия, Италия и др.) мож­но осуществить региональную оценку и картирование природ­ной уязвимости водоносных горизонтов, используемых для во­доснабжения и ирригации. Эта оценка обычно основана на ана­лизе и обработке всех имеющихся гидрогеологических данных и прежде всего данных, характеризующих защитные свойства зоны аэрации.

Оценка уязвимости подземных вод к загрязнению осуществ­ляется в двух направлениях:

- качественная оценка территории, заключающаяся в опре­делении степени влияния различных природных и антропоген­ных факторов на уязвимость водоносных горизонтов, что по­зволяет сравнивать различные части территории с точки зрения защищенности подземных вод от загрязнения.

- количественная оценка, заключающаяся в расчете време­ни (скорости) проникновения конкретного загрязнителя в водо­носный горизонт с учетом природных свойств водовмещающих и перекрывающих пород и миграционных свойств загрязни­теля.

Иными словами, следует различать два различных подхода: первый - оценка и картирование защитных свойств или уязви­мости подземных вод какой-либо территории без учета характе­ристик и свойств конкретных загрязнителей и второй - оценка и картирование защитных свойств природной системы приме­нительно к конкретному виду загрязнения.

Рассмотрим кратко современные методические подходы к оценке и картированию естественной защищенности подземных вод. Как уже отмечалось, исследования в этом направлении в последние годы значительно активизировались.

Первые попытки в разработке методов оценки уязвимости подземных вод были предприняты в конце 60-х годов. В на­стоящее время существует большое разнообразие различных способов оценки и картирования уязвимости подземных вод (табл. 6.1.1, составлена по данным О. И. Гроздовой (1987)).

Большинство методологий основываются либо на качествен­ном, либо на количественном анализе влияния различных фак­торов на уязвимость подземных вод. Обычно оценивается сте­пень защиты безнапорных подземных вод или вод верхнего на­порного водоносного горизонта.

При оценке степени защиты безнапорных грунтовых вод рас­сматривается прежде всего влияние мощности и литологичес - кого состава пород зоны аэрации, а в ряде методик учитываются также влияние на уязвимость фильтрационных свойств водонос­ного горизонта и его питания и данные о литологическом ха­рактере водоносных пород.

Таблица 6.1.1 g

Год

Страна

Авторы

Название

Масштаб

1967

Чехословакия

М. Олмер

Карта уязвимости подземных вод по отношению к углеводородному загрязнению

1:200000

,1967

Польша

Нет сведений

Гидрогеологическая карта провинции Ольштейн с особенностями оценки уязвимости подземных вод по отношению к загрязнению

1:100000

1967

Польша

Нет сведений

Гидрогеологическая карта с элементами оценки опасности поверхностного загрязнения подземных вод

1:200000

1968

США

У. Х. Уолкер

Карта загрязнения водоносного горизонта штата Иллинойс

Нет данных

1968

Чехославакия

М. Врана

Карта уязвимости подземных вод Богемии и Моравии

1:500000

1970

Чехославакия

М. Бански

Уязвимость подземных вод Словакии

1:500000

1970

Франция

МА. Альбине

Карта степени загрязнения водоносного горизонта

1:1000000

1970

ФРГ

Нет сведений

Карта провинции северная Рейи-Вестфалия суказанием пяти областей инфильтрационной очистки воды

Нет данных

1971

Польша

Нет сведений

Карта опасности загрязнения подземных вод

Нет данных

1971

Испания

Нет сведений

Карта регионального деления Испании с указанием шести основных категорий опасности загрязнения подземных вод

1:200000

1973

Польша

А. С - Клежковский, 3. Мисзка, 3. Пирит

Карта опасности загрязнения и степени защиты подземных вод Польши

1:1000000

1973

Франция

Б. Лемье, П. Марти

Карта уязвимости подземных вод Монреаля по отношению к загрязнению с указанием источников загрязнения и степени загрязнения поверхностных вод, 2 листа

1:100000

1974

Франция

Дж. Лави, Дж. Прутал

То же, 5 листов

1:50000

1975

Франция

Р. Тосси, Дж. Лиенар. Дж. Колли

То же, район Лиона

1:20000

1975

Чехословакия

М. Олмер, Б. Резак

Карта уязвимости подземных вод Чехии,. 18 листов

1:200000

1976

Чехословакия

М. Врана

Легенда для крупномасштабных каргуязвимости подземных вод

1:20000 1:50000

1976

СССР

Н. В. Роговская

Модель карты уязвимости подземных вод для одного из регионов СССР

1:200000

Список некоторых опубликованных карт уязвимости подземных вод

Таблица 6.

J. I (окончание)

1978

Болгария

К. Антонов, М Райкова

Карта степени природной зашиты подземных вод

1.100000

1979

Польша

А. Макежик. 3. Плочневски

Картауязвимости подземных вод

Нет данных

Нет данных

ГДР

Нет сведений

Картауязвимости подземных вод с указанием 5-ти типов регионов с самоочисткой и миграцией загрязненной инфильтруюшейся воды

Нет данных

1980

СССР

В. М. Гсшьдберг и др.

Карта защищенности подземных вод для:

1) СССР

2) Европейская часть СССР

3) Центральные районы России

4) Московский регион

1:2500000 1:150000 1:500 000 1:50000

1982

Дания

А. Виллюмсен, О С. Якобсен, К. Сондерсков

Картауязвимости подземных вод одного из регионов Ютландии (методика включает геологические, гидрогеологическне н гидрохимические данные

Нет данных

1983

ФРГ

Нет сведений

Карта природной защищенности окружающей среды Нижней Саксонии и Бремена

1:200000

1988

Польша

Я. Горски и др.

1) Картауязвимости подземных вод Польши

2) Картауязвимости подземных вод для каждой провинции

1:500000 1:100000

1988

СССР

В. М. Матусевич и др.

Схематическая карта уязвимости подземных вод гидросферы для районов распространения многолетнемерзлых пород Западной Сибири

Нет данных

1989

Италия

А. Аурели и др.

Картауязвимости подземных вод юго-восточной Сицилии

1:50000

1989

Швеция

Поусетт и др.

Картауязвимости подземных вод кристаллического фундамента по отношению к фильтрующейся загрязненной воде (дополнение к гидрогеологической карте района Йонкопинг)

Нет данных

Нет данных

СССР

В. М. Матусевич и др.

Обобщенная карта риска загрязнения Украинской ССР

Нет данных

1990

Бельгия

Нет сведений.

Картауязвимости подземных вод Фландрии

1:100000

1990

ФРГ

Нет сведений.

Картауязвимости подземных вод района Крейзнач Спа

Нет данных

1991

Гватемала

Нет сведений.

Картауязвимости водоносных горизонтов Гватемалы

Нет данных

1991

США

И. С. Зекцер, Л. Дж. Эверетт, С. Каллен

Картауязвимости подземных вод Калифорнии

1:2000000

Авторы ряда методик учитывают сорбционные свойства как пород зоны аэрации, так и водоносных пород оцениваемого во­доносного горизонта. Например, К. Питьева (1984) определяет категории защищенности подземных вод, испоЯьзуя специаль­ную схему, в которой учтена способность пород удалять физи­ко-химические загрязнители из подземных вод в результате ад­сорбции, ионного обмена, осаждения и разложения органичес­кого вещества кислородом и микроорганизмами. Автором выделены восемь категорий защищенности, включающие харак­теристики состава, водопроницаемости и мощности пород зоны аэрации.

Карта уязвимости подземных вод Фландрии (Западная Бель­гия), составленная Джоутом и Госсеном (1990), основана на анализе данных о мощности и литологии пород зоны аэрации состава водоносных пород. На карте показаны 16 участков, ха­рактеризующихся комбинацией трех указанных факторов. На­пример, участки водоносного горизонта, сложенные высоко проницаемыми сильно трещиноватыми породами, перекрыва­ющимися сверху маломощным (до 5 м) слоем хорошо фильтру­ющих пород, считаются наиболее уязвимыми. Участки, где во­доносный горизонт сложен с глинистыми песками и сверху пе­рекрывается глинами, рассматриваются как наименее уязвимые.

Примером качественной оценки защищенности верхнего напорного водоносного горизонта является метод, предложен­ный Гольдбергом и Газдой (1984), включающий анализ двух показателей - мощности верхнего водоупорного слоя и соотно­шения уровней изучаемого напорного водоносного горизонта и залегающего выше безнапорного водоносного горизонта. В за­висимости от сочетания этих двух факторов, выделяются три класса напорных подземных вод: защищенные, условно защи­щенные и незащищенные.

В. Гольдберг (1993) является одним из основных авторов отечественной методологии оценки защищенности подземных вод, основанной на балльной оценке влияния различных при­родных факторов на уязвимость подземных вод. При этом каж­дому из анализируемых факторов присваивается определенный балл в зависимости от степени его воздействия в конкретных природных условиях. Сумма баллов характеризует определен­ную категорию защищенности подземных вод. Чем больше эта сумма, тем лучше защищены подземные воды от загрязнения.

Остановимся более подробно на работе американских уче­ных J1. Аллена, Т. Беннетта, Дж. Лена и К. Нейкетта, которые в 1987 г. разработали стандартизированную систему региональ­ной оценки уязвимости подземных вод к загрязнению, получив­шую название Drastic. Авторы рассматривают влияние на уязви­мость подземных вод следующих природных факторов: глубина до уровня грунтовых вод (УГВ), питание подземных вод, состав и строение почвы и водоносного горизонта. Каждый фактор характеризуется постоянным заранее определенным весовым вкладом, например, глубина до уровня подземных вод характе­ризуется весом 5, а строение почвы весом 2 и т. д. Далее приме­нительно к конкретным геолого-гидрогеологическим условиям устанавливается рейтинг (вклад) каждого фактора. Так, напри­мер, различные интервалы глубины до уровня подземных вод (вес фактора 5) характеризуются разными значениями рейтинга (глубина до 5 м - один рейтинг, 5-10 м - другой рейтинг и т. д.). Умножая "вес" на "рейтинг" авторы получают "показатель" (Number), который количественно характеризует влияние на уязвимость подземных вод оцениваемого фактора. Сумма "по­казателей", называемая "Драстик-индекс", отражает совокупное влияние всех указанных факторов и отображается на карте. Кон­кретный пример, заимствованный из работы указанных авторов, приведен в таблице 6.1.2.

Используя изложенный выше подход, авторы выполнили количественную оценку уязвимости подземных вод к загрязне­нию для большинства регионов территории США и составили

Таблица 6.1.2

Пример использования системы Drastic для оценки уязвимости водоносного горизонта

Вметающие породы: песчаники, известняки,

Обобщенные

Сланцеватые и тонкозернистые почвы

Характеристики

Параметр

Диапазон изменения, состав пород

Весовой коэффициент

Рейтинг

Показатель

Глубина до УГВ, м

4,5-9

5

7

35

Питание, мм

101,6-177,8

4

6

24

Состав водоносного

Тонкие песчанистые

3

6

18

Горизонта

Породы

Состав почв

Суглинок

2

5

10

Топография, %

2-6

1

9

9

Влияние вадозной зоны (зоны аэрации)

Песчано-глинистые

5

6

30

Коэффициент фильтрации, м*/сут

0,15-15

3

3

9

ДРАСТИК-ИНДЕКС

129

Карты, отражающие "Драстик-индекс". Авторы проделали ко­лоссальную работу по сбору, анализу и обобщению имеющихся фактических данных, отражающих влияние конкретных фак­торов на уязвимость и защищенность подземных вод. Однако методика оценки и картирования уязвимости подземных вод к загрязнению ("Drastic"), не получила широкого использования. Вероятно, это связано с ее некоторыми ограничениями, среди которых следует отметить следующие:

- "Drastic" использует постоянное значение весовой роли фактора, (заранее заданный, назначенный вес), в то время как вклад каждого фактора в конкретных природных условиях явля­ется различным. Например, одна и та же глубина до уровня грун­товых вод по разному влияет на их уязвимость в аридных и гу - мидных условиях. Это обстоятельство придает результатам оцен­ки защищенности по "Drastic" условный характер;

- "Drastic" не разделяет факторы, влияющие на уязвимость подземных вод к загрязнению для безнапорных и напорных во­доносных горизонтов, которые, как будет показано ниже, явля­ются разными;

- не очень понятно, почему влияние почвы рассматривается практически дважды, как фактора "строение почвы" и как одно­го из компонентов фактора "влияние зоны аэрации".

Несмотря на указанные ограничения "Drastic" следует рас­сматривать как первую крупную работу, направленную на коли­чественную региональную оценку природной защищенности подземных вод от загрязнения.

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ КАК КОМПОНЕНТ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Принципы оценки и картирования уязвимости подземных вод

Защищенность подземных вод (или, наоборот, их уязвимость к загрязнению) зависит от многих факторов, которые можно подразделить на три группы: природные, антропогенные и фи­зико-химические. Природные факторы включают: глубину под­земных вод, наличие …

Российский опыт

При оценке качества подземных вод, используемых в России для питьевых целей, в последнее время все большее внимание уделяется антропогенным загрязнениям. Изучение процессов деградации качества воды целого ряда подземных водоисточников России …

Влияние на речной сток

Наиболее значительными экологическими последствиями отбора подземных вод помимо истощения их запасов, сниже­ния их уровня и образования депрессионных воронок является изменение взаимосвязи между подземными водами и поверх­ностным стоком. Последнее особенно важно …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.