Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения в районе сельскохозяйственной деятельности: На примере бассейна р. Бенуэ в Северной административной провинции Республики Камерун тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.07, кандидат геолого-минералогических наук Шаманже, Жозеф

• Шаманже, Жозеф
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Шаманже, Жозеф

Наименование разделов Стр.

Введение

1. Природные особенности территории исследований

1.1 Географическое положение

1.2 Гидрография

1.3 Климатические условия

1.4 Растительность

1.5 Геоморфология

1.6 Геологическое строение

1.6.1 Породы докембрийского возраста

1.6.1.1 Эктиниты

1.6.1.2 Мигматиты

1.6.2 Плутонические и вулканические породы

1.6.3 Породы мелового возраста

1.6.3.1 Породы среднего мелового возраста

1.6.3.2 Породы верхнего мелового возраста

1.6.4 Породы четвертичного возраста

1.6.4.1 Древние аллювиальные отложения

1.6.4.2 Современные аллювиальные отложения

1.6.4.3 Пролювиальные отложения

1.6.4.4 Элювиальные и коллювиальные отложения

1.6.5 Тектонические особенности

1.7 Гидрогеологические условия изучаемой территории

1.7.1 Четвертичный водоносный горизонт

1.7.2 Меловый водоносный горизонт

1.7.3 Водоносный горизонт кристаллического фундамента

1.7.4 Режимные наблюдения за уровнем грунтовых вод на изу- 31 чаемой территории

1.8 Характеристики зоны аэрации

1.8.1 Породы зоны аэрации

1.8.2 Почвы *

1.8.2.1 Аллювиальная почва

1.8.2.2 Железистая почва

1.8.2.3 Гидроморфная почва

1.8.2.4 Щебнистая почва

2. Методы оценки защищенности подземных вод

2.1 Современное состояние проблемы защищенности грунтовых вод 49 от загрязнения, анализ и обобщение выбора методик для бассейна р. Бенуэ

2.2 Методика оценки защищенности грунтовых вод бассейна 61 р. Бенуэ

2.2.1 Общий подход

2.2.2 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения ма- 65 лоопасными загрязняющими веществами

2.2.3 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения 67 чрезвычайно опасными загрязняющими веществами

3 Оценка защищенности грунтовых вод бассейна р. Бенуэ от сельскохозяйственного загрязнения

3.1 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения нитратами 70 3.1.1 Особенности нитратного загрязнения

3.1.2 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения нит- 73 ратами

3.1.2.1 Качественная оценка защищенности грунтовых 73 вод бассейна р. Бенуэ от загрязнения

3.1.2.2 Количественная оценка защищенности грунто- 80 вых вод бассейна р. Бенуэ от нитратного загрязнения

3.1.2.3 Оценка уязвимости грунтовых вод к загрязне- 84 нию нитратами

Выводы

3.2 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения пестици- 95 дами

3.2.1 Особенности загрязнения пестицидами

3.2.2 Оценка защищенности грунтовых вод бассейна р. Бенуэ 108 от загрязнения пестицидами

Выводы

4 Концепция мониторинга грунтовых вод бассейна р. Бенуэ

4.1 Структура мониторинга гидросферы

4.1.1 Изучение и сбор исходных материалов

4.1.2 Обоснование зон санитарной охраны водозаборов

4.1.3 Мониторинг защитной зоны

4.1.4 Мониторинг подземных вод 136 4.2. Подсистема наблюдений

4.3 Подсистема оценок

4.4 Подсистема прогноза

4.5 Выход из системы мониторинга

4.6 Рекомендации по использованию удобрений и пестицидов на 153 исследуемой территории

4.6.1 Рекомендация по внесению нитратных удобрений на изу- 153 чаемой территории

4.6.2 Рекомендации по использованию пестицидов на изучав- 153 мои территории

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения в районе сельскохозяйственной деятельности: На примере бассейна р. Бенуэ в Северной административной провинции Республики Камерун»

Актуальность

Высокая эффективность азотных удобрений для достижения высокой урожайности в связи с потребностями'увеличивающегося населения и применение пестицидов для борьбы против вредных насекомых/ растений и др. обусловливает в последние годы постоянный рост их использования и производства: В результате интенсивного использования азотных удобрений и пестицидов загрязняются подземные источники: питьевой воды. Борьба с загрязнением, попавшим в водоносный горизонт — сложная задача; требующая дорогостоящих, часто труднореализуемых мероприятий даже в развитых странах. При; большом накоплении в пласте загрязняющих веществ (нитратов и пестицидов), а также при низких фильтрационных свойствах водовмещающих пород время, необходимое для полного извлечения загрязнения из ПВ, может измеряться десятками и даже сотнями лет. Поэтому, как и во многих странах, загрязнение азотными удобрениями и? пестицидами стало причиной нехватки питьевой > воды. В связи с этим возникла необходимость охраны, пресных, фунтовых, вод! (ГВ) бассейна р. Бенуэ в административной провинции республики; Камерун «Северная» от загрязнения* нитратами и пестицидами: Грунтовые воды данного бассейнам — единственный источник питьевой воды в районе. Эти воды уникальны по запасам и по химическим параметрам в данной части страны с тропическими климатическими условиями. На территории бассейна ведется сельскохозяйственная деятельность, сопровождающаяся использованием минеральных удобрений и пестицидов. В результате использования этих веществ ГВ могут загрязняться. Во избежание этого целесообразно проведение оценки защищенности ГВ от загрязнения нитратами и пестицидами, как наиболее возможных загрязнителей ГВ бассейна р. Бенуэ.

Цель и задачи работы

Целью данной работы является оценка защищенности ГВ бассейна р. Бенуэ от загрязнения нитратами и пестицидами. Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:

1. Изучены природные факторы защищенности ГВ бассейна р. Бенуэ и определен защитный потенциал защитной зоны, отделяющей ГВ от поверхностного загрязнения и имеющей двухуровенное строение (почвы и породы зоны аэрации). Выделены типовые участки; характеризующие строение защитной зоны по трем показателям: литолого-генетическому составу почвенного покрова, литолого-генетическому составу пород зоны аэрации (ЗА) и мощности защитной зоны (33).

2. Оценена защищенность ГВ от загрязнения нитратами путем определения ? времени, за которое нитраты могут продвинуться до уровня грунтовых вод (УГВ).

3. Оценена уязвимость ГВ к загрязнению нитратами через определение времени, за которое концентрация нитратов в ГВ достигнет ПДК.

А. Определена степень уязвимости ГВ к загрязнению нитратами при различной величине их использования.

5. Оценена защищенность ГВ от загрязнения пестицидами: ДДТ и линданом путем определения времени их продвижения через защитную зону до УГВ.

6. Разработаны предварительные рекомендации по количеству использования нитратов и пестицидов. .

7. Сформирована концепция мониторинга ГВ бассейна р. Бенуэ и обоснованы зоны санитарной охраны водозаборов (ЗСО).

Фактический материал

В основу данной работы положены результаты исследований следующих научно-исследовательских организаций: научно-исследовательского центра ORSTOM (Office de Recherche Scientifique des Territoires d'Outre-Mer), министерств минеральных, водных ресурсов и энергетики, сельского хозяйства, животноводства. Основными объектами исследований были ГВ мелового водоносного горизонта, сложенного песчаниками. Были использованы климатические данные и сведения о литологическом составе геологических разрезов, вскрытых гидрогеологическими скважинами и колодцами (около 300), оборудованных в последние 32 года; результаты химических анализов ГВ в г. Гаруа и других городах, проведенных в 2001г. (около 30 анализов).

В работе также использованы литературные данные.

Фактический материал обработан автором, в результате; чего построены специальные карты и проведены оценки! защищенности и уязвимости ГВ к зафязнению.

Научная новизна работы.

Данная работа является первой, посвященной гидрогеоэкологии ГВ бассейна р. Бенуэ. В процессе выполнения работы получены следующие новые результаты:

1: Проведено районирование и картирование; ГВ по степени уязвимости к зафязнению нитратами при* различных нафузках и установлены оптимальные нафузки по нитратам на различных участках территории бассейна р. Бенуэ, что может служить основой для оптимального внесения азотных удобрений.

2. Проведено районирование и картирование ГВ бассейна р. Бенуэ по степени защищенности от зафязнения пестицидами: ДДТ и линданом.

3. Обосновано размещение наблюдательной сети и водно-балансовых участков в системе мониторинга ГВ на изучаемой территории.

4. Рекомендованы оптимальные периоды для внесения нитратов и пестицидов с учетом метеорологических факторов на изучаемой территории.

Практическая значимость работы.

В настоящее время отмечается интенсивный приток населения из провинции «Дальний; Север» на территорию исследований из-за нехватки питьевой воды и плодородных земель.

Результаты выполненных исследований могут быть использованы для: определения применяемой! дозы минеральных удобрений с учетом; реальной техногенной нафузки по различным выделенным автором участкам; рационального выбора безопасных мест для размещения; водозаборных сооружений и заселения населения на изучаемой территории; регулирования использования: пестицидов и других; ЗВ на изучаемой территории с учетом степени уязвимости ГВ к зафязнению нитратами на отдельном участке.

Защищаемые положения

1. Методы оценки защищенности и уязвимости ГВ к зафязнению нитратами и пестицидами, применительно к исследуемой территории.

2. Карта защитной зоны, построенная, на основе обобщенных природных факторов, на которой показан защитный потенциал защитной зоны и выделены« типовые участки по литологическому составу, мощности зоны аэрации (ЗА) и типу почв.

3. Картьь защищенности и уязвимости ГВ от загрязнения нитратами, ДДТ и линданом.

4. Концептуальный подход к организации мониторинга ГВ на территории сельскохозяйственного освоения и рекомендации по организации режимной сети и по использованию азотных удобрений и пестицидов на исследуемой территории.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертационной работы доложены на межвузовском семинаре студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность и устойчивое развитие» (г. Москва, 2004г).

По теме диссертации опубликовано 2 работы и одна находится в печати.

Структура и объем работы

Диссертация содержит 165 страниц текста, 26 таблиц, 37 рисунков и состоит из введения, 4х глав, заключения и списка литературы из 92 наименований.

Заключение диссертации по теме «Гидрогеология», Шаманже, Жозеф

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Геологическое строение (литологический состав пород. 33) является одним из основных факторов, который может препятствовать проникновению нитратов до УГВ на большей части изученной нами территории: Другими основными факторами могут являться количество атмосферных, осадков и нагрузка по нитратам, которая не должна превышать 463,5 кг/га/год, иначе ГВ будут находиться под угрозой загрязнения нитратами.

2. Площадь с уязвимыми ГВ к загрязнению нитратами составляет около 80% от общей площади изучаемой территории даже при нагрузке 495 кг/га/год. Более уязвимыми являются ГВ на первых и вторых надпойменных террасах и на водоразделе.

3. На западе изученной территории и в районе Джалинго, даже при»нагрузке 675 кг/га/год по нитратам tr^K > 50 лет ГВ будут защищенными. Поэтому эти участки, могут являться < наиболее перспективными для размещения сельскохозяйственных угодий или переселения населения. Здесь также можно применять при, необходимости повышенные дозы внесения нитратов.

4: Необходимо организовать систему- мониторинга за: ГВ и; 33 на» территории исследований. Для этого запроектирована дополнительная режимная наблюдательная сеть, состоящая из двух створов и; четырех водно-балансовых: участков, на которых необходимо проведение специальных геофильтрационных и г геомиграционных исследований! с целью, определения параметров процессов фильтрации и миграции ЗВ. Расстояние между водозаборами пресных питьевых вод : и сельскохозяйственными полями должно составляет не менее 700 м — 1000 м в районах, где используют нитраты, в районе: применения пестицидов можно уменьшить размер ЗСО из-за способности пестицидов к сорбции' почвами и породами, но наиболее целесообразно определять размеры ЗСО по данным о загрязнения нитратами.

5. Рекомендуется запрещение использования ДДТ и принятие законов, регулирующих применение пестицидов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Шаманже, Жозеф, 2004 год

1. Ахметьева Н.П., Лола М.В. Влияние органических удобрений на качество грунтовых вод водоохранной;зоны Иваньковского водохранилища // Водные ресурсы, 1996. № 4: С. 438 — 443.

2. Арипов С.А. О миграции пестицидов в зоне аэрации и влиянии их на загрязнение грунтовых вод // Гидрогеология ноосферы. Ташкент, 1976. Вып. 1. С. 42—48.

3. Белоусова А.П. Проблемы окружающей среды и. природных ресурсов // ВИНИТИ. Обзорная информация, вып. 11. М. 2002. С. 117 — 125.

4. Белоусова А.П. Основные принципы и> рекомендации по оценке; и картированию защищенности поземных вод от загрязнения // Водные ресурсы. 2002.Т. 30. № 6. С 667— 677.

5. Белоусова А.П. Изменение химического состава подземных вод нефтяного месторождения под влиянием техногенеза // Водные ресурсы. 2001. Т. 28. № 1. С.88 — 98.

6. Белоусова А.П., Галакгионова О.В. Загрязнение радионуклидами подземных вод европейской части России (на примере Калужской и Тульской областей) // Водные ресурсы. 1996. Т. 23. № 3. С. 307 — 313.

7. Белоусова А.П., Захарова Т.В., Швец В.М/ Мониторинг гидросферы в районах расположения АЭС // Водные ресурсы. 1992. № 3. С. 127— 134:

8. Биндеман; Н.Н. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод. М.: Госгеолтехиздат, 1963. 203 с.

9. Бочевер; Ф.М., Лапшин Н.Н., Орадовская А.Е. Защита подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1979. 254с.

10. Брагинский А.П. Пестициды и жизнь водоемов. Киев: Наукова думка, 1972. 227с.

11. Вавилин В.А, Локшина Л.Я., Рытов С.В. К проблеме защиты водных объектов от загрязнения свалками бытового мусора // Водные ресурсы. 2000. Т. 27. № 1. С. 82 — 86.

12. Вакар Н.Г., Зеегофер Ю.О. Методика районирования территории подземных вод // Водные ресурсы. 2000. Т.27. № 1. С. 21 — 31.

13. Вакар Н.Г, Зеегофер Ю.О. Методика районирования территории по опасности загрязнения диоксинами подземных вод (на примере Московской области) // Водные ресурсы. 2002. Т.27. № 1. С. 21 —23.

14. Гавич И.К., Данилов В.В:, Крысенко А.М., Ленченко Н.Н., Филиппова: Г.А. Практикум по динамике подземных вод. Учебное пособие. М.: МГРИ, 1984. 127 с.

15. Гидрогеологические аспекты выбора площадок для атомных электростанций // Сер. Изданий по безопасности № 50-CS-S7. Руководство МАГАТЭ по безопасности. Международное агентство по атомной-энергетике. Вена, 1986; 98с.

16. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 284 с.

17. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984. 262 с.

18. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П. Проницаемость и фильтрация в глинах. М.: Недра, 1986. 161 с.

19. Гончарук Е.И. Санитарная охрана почв> от загрязнения химическими веществами // Киев: Здоровье. 1977. С. 158.

20. Григорьев В.М., Долгинов^ Е.А., Поникаров В.П; и др. Геология: и полезные ископаемые Африки. М.: Недра 1990. 543 с

21. Дакштейн Л., Амбус Ш. Дейвис Д.Р. Требования по разведке прогнозов. Гидрогеологическое прогнозирование. М.: Мир, 1988. 716с.

22. Дедю И.И; Экологический энциклопедический словарь. Кишинев: Главная редакция Молдавской советской энциклопедии, 1988. 408с.

23. Израэль Ю.А. Состояние и комплексный мониторинг природной; среды и климата; пределы изменений. М.: Наука, 2001. 242 с.

24. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. М.: Недра, 1984; 48 с.

25. Израэль Ю.А: Глобальная система наблюдений. Прогноз и оценка изменений состояния окружающей природной среды. Основы мониторинга // Метеорология и гидрогеология, 1974. С. 3 — 8;

26. Имамапиев A.M. Научные основы увеличения производства и повышения качества хлопка-сырца // Вестник сельскохозяйственной науки. 1980. № 12. С. 72 — 78.

27. Карагодина Н.В. Геологический; аспект состояния региональных схем охраны природы // Тез. Докл. Первого Всесоюзного съезда инженеров геологов, гидрогеологов и геокриологов. Киев, 1986. Ч. 6. С! 75—77.

28. Каримова О.А. Оценка защищенности грунтовых вод района Кавказских вод от загрязнения хлорорганическими пестицидами // Водные ресурсы. 2003. Т. 30. № 1. С. 111—116.

29. Кац. Д М. Контроль режима грунтовых вод на орошаемых землях. М.: Колос, 1967. 183 с.

30. Кирюхин В.А., Коротов А.И. Шварцев С.Л; Гидрогеохимия. М.: Недра, 1993. 383 с.

31. Крайнов С.Р., Швец В.М. Гидрохимия. Учебник для вузов М.: Недра, 1992. 463 с.

32. ЗЭ.Крайнов С.Р., Швец В: М. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. М.: Недра, 1987. 236 с.

33. Маринов Н.А. Гидрогеология Африки. М.: Недра, 1978. 371 с.

34. Мельников Н; Н., Волков А.Н., Короткова О. А. Пестициды и окружающая среда. М.: Химия. 1977. 240 с.

35. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Опытно-миграционные работы в водоносных пластах; М.: Недра 1986. 236 с.

36. Пашковский И.С. Принципы оценки защищенности подземных вод от загрязнения // Сб. докл. Конф. «Современные проблемы гидрогеологии и гидрогеомеханики».- СПБ., 2002. С. 122 — 131

37. Питьева К.Е., Газенко Н.В., Фокина Л.М. Методическое руководство, по созданию экологического мониторинга за; гидрогеологическими условиями в районах месторождений газовой промышленности. М.: МГУ, 1993. 143с.

38. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПин 2. 1. 4. 1074-01. М.: Госкомсанэпидназдор. Россия, 2001. 15 с.

39. Протасов В.Ф. Экология^ здоровье и охрана окружающей среды в России. Учебное и справочное пособие. М: финансы и статистика, 2001. 672 с.

40. Орлов Д.С. и др. Экология и.охрана биосферы при химическом загрязнении М.: Высшая школа, 2002. 334 с.

41. Самой лен ко В.Г, Якубова Р.А, Кахаров АС. Охрана подземных вод от загрязнения агрохимикатами. Ташкент: Мехнат,1987. 187 с.

42. Самойленко В.Г, Горшков А.И. Методические рекомендации по типизации; условий; защищенности водоносных горизонтов от загрязнения ядохимикатами, применяемыми; в сельском хозяйстве. Ташкент: САИГИМС, 1981. 25 с.

43. Сытник К.М, Брайон А.В, Гордецкий А.В. Биосфера, экология, охрана природы, справочное пособие. Киев: Науква думка, 1987. 523.C.

44. Трофимов В.Т., Епишин В.К. Литомониторинг — содержание, структура, роль инженерной геологии в его развитии //Тез. Докл. Первого Всесоюзного съезда;инженеров-геологов, гидрогеологов и геокриологов. Киев, 1988. Ч. 6. С. 159 —161.

45. Федоров ЛЛ. Диоксины, как экологическая опасность: Ретроспектива и перспективы. М.: Наука. 1993. 266 с.

46. Черепанов Г.Г. Удобрение и качество окружающей среды // Химия в сельском хозяйстве. 1980. № 10. С. 14 — 22.

47. Шестаков В.М. принципы гидродинамического мониторинга // Разведка и охрана недр. 1988. № 8; С. 45 — 46.

48. Юрченко А.И, Собина Н.А. Формирование и контроль качества поверхностных вод // Наук думка, 1976. Вып.З. С. 28.

49. Albinet М., Margat J, Carthographie. de la vulnerabilite: a la - pollution - des - nappes d'eau souterraine. Orleans, 1970. 4p.

50. Aller L., Bennet Т., et al. DRASTIC: A standardized system for evaluating groundwater pollution; potential using hydrogeological setting; US Env. Prot. Agency, Ada, OK, 1987. 455 p.

51. Cahiers O.R.S.T.O.M. serie hydrologie. Vol. XV, № 1 et 2. O.R.S.T.O.M. Paris, 1978. 210 p.

52. Etono Ngah A. PANNA Cameroon Pesticides or Sustainable Agriculture. Global Pesticide Campaigner, June 1995. Volume 5, Number 2.

53. Cf 66.Gustafson A: Lackage av. kvave fran aker till grundvatten.- Nord. Jordbrugsforks,1978; №.1. S. 133 — 134;

54. International; Programme on chemical safety. Geneva: World Health Organization. 1991. № 54: P. 100.

55. Kay B.D., Elrick D.E. Adsorption and movement of lindane in soils. Soil science. 1967. V.105. №. 5. P. 135—171.

56. Koch P. Notice explicative de la feuille Garoua Ouest. Carte geologique de reconnaissance 1/500 000. Paris, 1959.70:Kundler P., Matzel: W., Golitz H. Miheraldungung. Berlin: VED Dt. Landwirstschaftverlad, 1970. 517 s.

57. Margat J. Vulnerable des nappes; d'eau souterraine a la pollution: bases > de la carthographie. Orleans, 1968.123 p.

58. Margat J., Suais- Parascandola M.F. Mapping the vulnerability of groundwater to pollution: some lessons from experience in France. Vulnerability of soil and groundwater to pollutions // Proc. Inform. Haque, 1987. № 38; P. 433 — 436.

59. Martin D: Reconnaissances pedologiques dans le departement du de la • Benoue. IRCAM, Yaounde. 1962.74: Martin D. Etude pedologique du Casier de Sanguere. IRCAM, Yaounde. 1962.

60. Ndjock J., Watat S., Souley Abdoul. Projet Camerouno-Japonais d'hydraulique rurale 2e phase, rapport des forages 1994/1995. Ministere des Mines, de I'Eau et de I'Energie Yaounde, 1995.137 p.

61. Policy and practice for protection of groundwater. L: Environ. Agency U.K., 1998.57 p.

62. Quentin K.E., WelM Z. Grundwasserverunreinigungendurch or ganische umweltchemikalien // Deutshe Geologische Geselschaft Zeitschrift, 1975, Bd. 124. №. 2. S. 417 — 424:

63. Regnoul J.M. Synthese geologique du Cameroun. Ministere des Mines, de I'Eau et de I'Energie. Yaounde 1986. 113 p.

64. Schwoerer P. Notice explicative de la feuille Garoua Est. Carte geologique de reconnaissance 1/500 000. Republique du Cameroun. Paris, 1965.

65. Starks Th. H. A model approach for RCRA groundwater regulations // Chemometrics and Intil. Lab system. 1988. № 1/2. P. 151 —157.

66. Tillement B. Hydrogeologie du Nord Cameroun. These de Doct-lngenieur. Lyon, 1970. 294p.

67. Vrba J. Zaporozec A. Guidebook on mapping groundwater vulnerability. V. 16. r Hannover, 1994.131 p.

68. WAKUTI. Etudes hydrogeologiques au Nord-Cameroun. Bassin de la Benoue. Republique du Cameroun, ministere du Plan et du Developpement. Yaounde, 1968.

69. Groundwater & Pesticides Section 51 Dealing with New Information.92.www.Cemagref.fr/informations/Ex-rechr/systemes-aqua/herbe-pest/herbe-exemple