1 Речные эколого-гидролитосферные бассйены (рэгб) как объекты экологической гидрогеологии

Вид материала

Лекция

Содержание 2. Загрязнения подземных вод

Подобный материал:

• История развития гидрогеологии и кафедры общей геологии и гидрогеологии, 497.62kb.
• Концепция «региона» в эколого-правовой доктрине и законодательной практике, 480.01kb.
• Ббк 28. 081я1, 205.35kb.
• Об экологической доктрине города москвы, 469.45kb.
• Мдоу аннинский детский сад №1 общеразвивающего вида, 103.01kb.
• Положение о районной экологической конференции школьников «Природная среда как фактор, 21.75kb.
• «Санкт-Петербург – морская столица россии. Безопасность на транспорте», 44.29kb.
• Региональные программы по решению эколого-экономических задач. Эколого-экономические, 68.04kb.
• Ание», проблемное поле направления подготовки 511101 «Геоэкология» в объеме 72 часа, 260.35kb.
• Правила пожарной безопасности для мест рассредоточения эвакуированного населения, 121.89kb.

Лекция 5 Экогидрогеология


1 Речные эколого-гидролитосферные бассйены (РЭГБ) как объекты экологической гидрогеологии

Экологическая гидрогеология методологически, как и все современные науки использует системный подход в определении своего объекта и предмета исследований. Она рассматривает подземные воды как гидрогеологические системы ГГС, компонентами которых являются с одной стороны вода, с другой вмещающие горные породы. Близповерхностные воды и поверхностные воды это не просто ГГС, но скорее ЭГГС, эколого-гидрогеологические системы, так как еще одним компонентом их является живое вещество, представленное разными видами организмов. Кроме этого рассматриваются также системы еще с одним компонентом -техногенным, это различные гидро-инженерные сооружения, техногенные вещества, поступающие в эти системы благодаря хозяйственной деятельности человека. Именно эти системы и являются объектом исследований экологической гидрогеологии, а предметом - их свойства, определяющие условия существования живых организмов, так или иначе, связанных с этими системами. Главной целью изучения ЭГГС является оценка их экологического состояния, контроль состояния, выявление зон экологического риска, требующих принятия неотложных мер по их рекреации. Картирование, мониторинг, контроль - вот три кита, на которых держится нынешняя экологическая деятельность в отношении различных систем, в том числе и гидрогеологических.

В настоящее время с экологических позиций изучены многие типы ЭГГС. Наибо­лее активному экологическому воздействию подвергаются равнинные территории и связанные с ними речные бассейны и потоки ПВ

Следуя традиционному подходу к систематике речных бассейнов, соотнесем иерархию этих бассейнов с иерархией бас­сейнов подземного стока, т е. с типами потоков подземных вод (ПВ). При этом каждому порядку речного бассейна соответствует определенный размер и содержание гидролитосферного пространства, глубина зоны дренирования речного бассейна и положение регионального водоупо­ра. Число и гидрогеологические свойства водоносных горизонтов и комплексов, вхо­дящих в эту систему, определяются условиями залегания горных пород, литолого-фа­циальным составом, структурно-тектоническими и геоморфологическими особенностями. Эти условия определяют в значительной мере пространственно-объ­емную форму ЭГГС. Им отвечают определенные формы и виды питания и разгрузки, типы связи ПВ с атмосферой, наземной гидросферой, определенные закономернос­ти движения и режима, формирования баланса и ресурсов, химического состава и минерализации ПВ. Такой сложный бассейн с пространственной гидролого-гидроге­ологической структурой называется [8, 9] речным гuдролuтосферным бассейном (РГЛБ). Гидролитогенная основа такой системы определяет индивидуальность проте­кания и развития естественных и техногенных процессов. Возможность классификации РГЛБ на основе существующей иерархии речных бассейнов, позволяет в эту сферу включить и техногенные объекты_, создающие определенную обстановку в пределах этой системы.

Техногенно-экологические воздействия на гидрогеологи­ческий объект и окружающую среду формируются и проявляют себя по механизмам и формам переноса энергии и вещества в двух аспектах. С одной стороны, проявле­ние этих взаимодействий идет как развитие фильтрационных и гидрохимических процессов - подтопление, заболачивание, засоление развитие подпора и загрязнение на орошаемых массивах, на городских промышленных площадях и т.п. С другой стороны, техногенно-экологические взаи­модействия обусловлены технологическими особенностями и режимом работы ин­женерных сооружений. Зная их, можно приближенно оценивать масштабы взаимного вли­яния этих компонентов данной системы.

Перенос экологически опасных загрязнений и развитие эколо­гически опасных процессов подтопления, заболачивания можно считать «экологическим стоком», а водосбор, в пределах которого формируется и аккумулирует­ся этот сток - бассейном экологического стока. Такой бассейн включает все ин­женерно-хозяйственные и другие объекты, формирующие экологический сток в пре­делах РГЛБ.

Совместив бассейн экологического стока с РГЛБ, получаем систему из трех бассейнов, дающую возможность изучать и картировать экологичес­кие условия на этой территории в объективно выбранном масштабе. Такую трехбас­сейновую пространственную систему назовем речным эколого-гидролито­сферным бассейном (РЭГБ).

Границы этой системы определяются как границы трех сопряжен­ных бассейнов: речного поверхностного стока, подземного и эколоro-техногенного стока. В случае несовпадения границ этих бассейнов, базовым является бассейн под­земного стока. Выделение подсистем в пределах РЭГБ выполняется, в первую оче­редь, на основе принятых в гидрологии и гидрогеологии принципов членения речных систем и выделения подземных потоков. Используя три типа относительных потоков (региональный, локальный и элементарный) можно сравнивать между собой потоки с различными по масштабу и гидрогеологическому строению речными бассейнами, членить эти бассейны по относительному критерию на подсистемы. Выделение по­токов ПВ выполняется на принципах построения гидродинамических сеток и на ба­зе специальных гидродинамических карт.

Итак, в качестве объекта изучения при проведении эколого-гидрогео­логических исследований и картирования принимается РЭГБ.


2. Загрязнения подземных вод


Хозяйственная деятельность человека привела к тому, что на поверхности Земли ско­пилось большое количество отходов, загрязняющих ОС. Наибольшее количество отходов производится в промышленности, сельском хозяйстве, транспорте, энергетике, при добыче полезных ископаемых, в коммуналь­ном хозяйстве. Загрязняющие вещества, содержащиеся в отходах, складируемых на поверхности Земли, инфильтруются со сточными водами, атмосферными осадками и частью поверхностного стока и попадают в ПВ, ухудшая их качество.

К ухудшению качества ПВ ведет их отбор для целей водоснабжения и мелиора­ции, в процессе эксплуатации месторождений полезных ископаемых. Эти виды дея­тельности способствуют внедрению загрязняющих веществ в водоносные горизонты непосредственно через негерметичные скважины, «подтягивание» к водозаборным скважинам некондиционных загрязненных или минерализованных подземных вод, морских вод и рассолов.

Загрязнение ПВ также может быть обусловлено и влиянием природных факторов: содержанием в воде повышенных концентраций природного стабильного стронция или железа, загрязнением ПВ в результате природных катастроф (извержение вулка­нов, землетрясения и др.).

Наиболее подвержены загрязнению ПВ, приуроченные к зоне активного водо­обмена (а это преимущественно пресные воды с минерализацией до 1 г/л). Наиболее подвержены загрязнению зона капиллярных ненасыщенных вод (зона аэрации) и горизонт грунтовых вод, залегающий первым от поверх­ности.

Важно установить какими показателями будет определяться степень загрязнения ПВ. Существуют две предельные оценки загрязнения ПВ: 1) - нижний предел определяется по фоновым концентрациям химических ингредиен­тов, содержащихся в ПВ и характеризующих их природный химический состав. В некоторых случаях установить фоновые концентрации по природным показате­лям невозможно, как это происходит при оценке загрязнения ПВ радионуклида­ми чернобьльского происхождения, когда за исходный техногенный фон прини­маются значения концентраций радионуклидов после испытания ядерного оружия, сложившийся до аварии на Чернобъmьской атомной станции; 2) · верхний предел определяется по значениям предельных допустимых концентра­ций (ПДК) химических элементов, содержащихся в ПВ. Значения ПДК для всех нормируемых веществ приведены в СанПин 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигие­нические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водо­снабжения. Контроль качества» [32]. Количество нормируемых веществ в данном документе порядка 1500, включая химические элементы природного происхождения.

Качество воды по ГОСТу [16] определяется как характеристика состава и свойств воды, отражающая пригодность ее для конкретных видов водопользования и водопотребления по совокупности химического и бактериологического состава и органолептических показателей.

Нормы качества воды по СанПи­ну включают четыре группы показателей: бактериологические, органолептические, химические и радиационные.

Безопасность питьевой воды в бактериологическом (эпидемиологическом) отно­шении определяется соответствием ее состава нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям: количеству термотолерантных колиформных бак­терий, общих колиформных бактерий, колифагов, спор сульфатредуцирующих кло­стридий, цист лямблий, величине общего микробного числа.

Благоприятные органолептические свойства воды определяются ее соответствием нормативам по следующим показателям: запах, привкус, цветность, мутность.

Содержание вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в при­родных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенно­го происхождения, получивших глобальное распространение, контролируется по следующим показателям: водородному показателю (рН), общей минерализации (су­хому остатку), жесткости общей, окисляемости перманганатной, количеству нефте­продуктов (суммарно), поверхностно-активных веществ (ПАВ), фенольному индек­су, содержанию алюминия, бария, бериллия, бора, железа, кадмия, марганца, меди, молибдена, мышьяка, никеля, нитратов, ртути, свинца, селена, стронция, хрома, цинка, сульфатов, фторидов, хлоридов, цианидов, линданов, ДДТ, 2,4-Д

Лимитиру­ются также вредные химические вещества, поступающие и образующиеся в воде в процессе ее обработки в системе водоснабжения: хлор (остаточный и свободный), хлороформ, озон остаточный, формальдегид, полиакриламид, активированная крем­некислота, полифосфаты, остаточные количества алюминий- и железосодержащих коагулянтов.

Радиационная безопасность питьевой воды определяется ее соответствием нор­мативам по показателям общей альфа- и бета-активности.

По степени опасности загрязняющие вещества делятся на следующие классы:

1 - чрезвычайно опасные; 2 - высокоопасные, 3 - умеренноопасные и 4 - мало­

опасные химические вещества.

При обнаружении в питьевой воде нескольких химических веществ, относящихся

к l-му и 2-му классам опасности и нормируемых по санитарно-токсикологическому признаку вредности, сумма отношений обнаруженных концентраций каждого из них в воде к величине ПДК не должна быть больше 1. Расчет проводится по формуле

Сфакт₁ / ПДК₁+ Сфакт₂ / ПДК₂+ …..+Сфакт n / ПДКn < 1

Лимитирующими признаками вредности веществ являются: санитарно-токсило­гический и органолептический показатели.. В разных странах требования к качеству питьевых вод различны. Всемирной орга­низацией здравоохранения (ВОЗ) приняты международные нормы качества питьевых вод. Эти нормы носят рекомендательный характер, но в последние годы в России на­метилась тенденция приведения государственных нормативов к международным [32].

Загрязнение водных ресурсов как важнейший аспект проблемы охраны окружаю­щей среды привлекло внимание мирового сообщества в конце 1960-х годов в связи с осложнениями в обеспечении населения чистой водой как в странах с дефицитом водных ресурсов, так и в странах, обеспеченных ими.

Вследствие роста численности населения и капитала наблюдается экспоненци­альный рост потребности в воде. Глобальная потребность в ней обгоняет темпы нара­щивания водных ресурсов путем строительства плотин. По мере того как под строи­тельство отводятся лучшие земли, набирает силу сопротивление этому строительству со стороны городских жителей, в результате чего его темпы замедляются.

С точки зрения глобальных запасов, на Земле имеется огромный избыток водных ресурсов, но из-за загрязнения их хватит, в луч­шем случае, лишь на ближайшие 20-30 лет. Выкачива­ние подземных вод, импорт воды и опреснение могут лишь на некоторое время удов­летворить возрастающие потребности в воде, но ни один из этих способов не может быть эффективным в течение длительного времени или в глобальном масштабе.

Подземная часть гидросферы (ПВ) как компонент ОС к настоящему моменту пре­терпела значительные трансформации качества в результате интенсивного антропо­генного воздействия, что представляет серьезную опасность для здоровья человека. Так, из-за роста загрязнения поверхностных вод промышленными, сельскохозяйст­венными и коммунальными стоками во многих странах мира значительно возросло использование подземных вод для питьевого водоснабжения. В России около 60% го­родов имеют централизованное водоснабжение, и примерно в трети городов с чис­ленностью населения свыше 250 тыс человек оно полностью построено на исполь­зовании ПВ, а остальные используют как поверхностные, так и подземные воды. Оценивая в целом состояние гидросферы, В.И. Данилов-Данильян [17] утверждает, что в настоящее время невозможно получить пробу поверхностных вод и верхнего го­ризонта ГВ, в которой не нашлось бы заметных следов антропогенных загрязнений.

В связи с этим проблема трансформации качества ПВ в условиях антропогенной нагрузки становится все более актуальной. В сложных природных, техногенных и ан­тропогенных условиях, когда одновременно на качество ПВ непосредственно в под­земной части гидросферы или опосредованно через другие компоненты ОС оказыва­ют влияние природные факторы загрязнения, оценка трансформации качества ПВ должна быть комплексной, учитывающей весь спектр действующих фактов [1]. Вы­полнение этой задачи возможно при использовании характеризующих эти факторы индикаторов и индексов устойчивого развития подземной части гидросферы, о раз­работке которых будем говорить позже.