Пресные подземные воды района Кавказских Минеральных Вод и их защищенность от загрязнения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.36, кандидат геолого-минералогических наук Каримова, Ольга Алиевна

• Каримова, Ольга Алиевна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Каримова, Ольга Алиевна

Введение

1. Современные представления о защищенности подземных вод от загрязнения 5 и методы ее оценки

2. Особенности природно-климатических и геолого-гидрогеологических 16 условий района Кавказских Минеральных Вод

2.1. Природно-климатические условия

2.2. Геолого-структурные условия

2.3. Геоморфологические условия

2.4. Гидрологических условия

2.5. Гидрогеологические условия

2.6. Химический состав, условия питания и разгрузки основных 34 водоносных горизонтов и комплексов

3. Методика региональной оценки защищенности пресных подземных вод от 38 загрязнения пестицидами

3.1. Особенности методики региональной оценки защищенности 38 подземных вод в горно-складчатых областях

3.2. Краткая характеристика загрязняющего вещества (линдана)

4. Оценка величины инфильтрационного питания

4.1. Краткий анализ методов оценки величины подземного стока

4.2. Оценка величины подземного стока пресных подземных вод района 49 Кавказских Минеральных Вод

5. Оценка защищенности района Кавказских Минеральных Вод

5.1. Расчет времени проникновения загрязняющего вещества через 66 барьерную зону (тестовая задача)

5.2. Расчет времени проникновения загрязняющего вещества через 73 барьерную зону (применительно к случаю загрязнения линданом)

5.3. Районирование территории Кавказских Минеральных Вод по 79 уязвимости подземных вод к загрязнению

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Пресные подземные воды района Кавказских Минеральных Вод и их защищенность от загрязнения»

Изучение подземных вод как источника питьевого водоснабжения показало, что подземные воды являются не только полезным ископаемым, но и одним из компонентов окружающей среды. Защита подземных вод от загрязнения чрезвычайно важна, потому что растущая потребность в воде обусловливает увеличение разрыва между водоотбором, безопасным для окружающей среды, и потребностями населения. Кроме того, охрана подземных вод от загрязнения тесно связана с общей проблемой защиты окружающей среды-Загрязняющие вещества естественного и антропогенного происхождения могут поступать в подземные воды в результате захоронения или распределения на поверхности различных отходов, в результате закачки промышленных сточных вод и т.д. В случае поверхностного захоронения загрязняющее вещество проникает через почвенный слой, зону аэрации и достигает водоносный горизонт. Если объем загрязняющего вещества значительный или оно не полностью разлагается, то в этом случае загрязняющее вещество может накапливаться в почве или зоны аэрации и впоследствии становится вторичным источником загрязнения. Поэтому на практике часто важнее оценить время, в течение которого загрязняющее вещество (или загрязненный фильтрующийся с поверхности земли поток) достигает уровня подземных вод. Это время, а также скорость миграции загрязняющего вещества в водоносный горизонт могут быть оценены только при более детальных исследованиях, если имеются данные о сорбционных свойствах пород зоны аэрации и водоносного горизонта.

Цель представленной работы заключается в разработке комплексной методики оценки защищенности подземных вод для территорий с интенсивным сельскохозяйственным освоением и апробирование ее на конкретном примере.

В соответствие с этой целью были поставлены следующие основные задачи:

• анализ существующих методов региональной оценки защищенности подземных вод;

• изучение особенностей формирования подземного стока в естественных и нарушенных условиях района КМВ;

• оценка влияния почвенного слоя и зоны аэрации на время проникновения загрязняющего вещества с поверхности;

• оценка защищенности пресных подземных вод четвертичного комплекса района Кавказских Минеральных Вод от загрязнения ядохимикатами, и в первую очередь хлорорганическими пестицидами, как наиболее опасными для окружающей среды и человека веществами

Научная новизна работы заключается в следующем:

1) разработана комбинированная методика региональной оценки защищенности пресных подземных вод к загрязнению в районах интенсивного сельскохозяйственного освоения;

2) проведена региональная оценка подземного стока пресных подземных вод, используемых для водоснабжения населения региона;

3) оценена роль инфильтрационного питания, как основного фактора, определяющего скорость, а, следовательно, и время проникновения загрязняющего вещества через защитную зону;

4) показано влияние почвенного слоя, и в первую очередь, гумусового вещества почвы на время проникновения хлорорганического пестицида (линдана);

5) выполнена региональная оценка и картирование защищенности пресных подземных вод от загрязнения хлорорганическими пестицидами.

Проведенные исследования позволяют качественно и количественно оценить защищенность пресных подземных вод района Кавказских Минеральных Вод. Предложенный подход для проведения таких расчетов может быть использован для проведения аналогичных работ для горноскладчатых областей. Составленная карта защищенности подземных вод к загрязнению пестицидами в сочетании с выполненной оценкой естественных ресурсов подземных вод рекомендуется для определения перспектив возможного отбора подземных вод в отдельных регионах в условиях интенсивной техногенной нагрузки, а также для анализа взаимодействия подземных вод с другими компонентами окружающей среды. На защиту выносятся:

• комбинированная методика оценки защищенности пресных подземных вод, учитывающая сорбционные свойства барьерной зоны (почв и пород, слагающих зону аэрации);

• применение методов моделирования для оценки балансовой структуры потока;

• оценка влияния инфильтрационного питания подземных вод на время и скорость проникновения загрязняющего вещества с поверхности через защитную зону;

• оценка влияния почвенного слоя (его типа, мощности и состава) на время проникновения загрязняющего вещества.

Заключение диссертации по теме «Геоэкология», Каримова, Ольга Алиевна

В заключение можно сделать следующие выводы: комплексная оценка защищенности подземных вод требует применения многообразных подходов. Это связано, в первую очередь, с изменчивостью необходимых для таких оценок данных, различного понимания процессов, влияющих на защищенность, а также масштаба исследований; комплексное использование качественного и количественного подходов к оценке защищенности подземных вод, как на региональном, так и на локальном уровнях, способно успешно решать поставленные задачи даже в условиях минимума имеющейся в распоряжении исследователя информации. наличие хорошо развитой сети каналов и двух крупных водохранилищ (одно непосредственно в русле реки, а другое в непосредственной близости от границы водосборного бассейна) оказывают существенное влияние на режим подземных вод, что отражается в увеличении величины подземного стока, а, следовательно, и на ресурсы пресных подземных вод района Кавказских Минеральных Вод; сильная расчлененность рельефа, резкое изменение типа геофильтрационной среды и увеличение осадков с высотой местности, характерной для горноскладчатых областей, а также вероятность дренирования рекой нижележащих горизонтов - все это объясняет наличие на общем фоне модуля подземного стока, равного 1-2 л/с-км2, участков, с аномально высокими значениями модуля подземного стока; выполненный модельный эксперимент на небольшом участке долины р. Подкумок показал, что для горноскладчатых территорий характерна тесная взаимосвязь между поверхностными и подземными водами первого от поверхности водоносного горизонта. Поэтому для таких территорий возможно применение метода изучения меженного стока реки в качестве основного метода определения величины подземного стока и естественных ресурсов; величина инфильтрационного питания, как основного компонента водного баланса района не оказывает существенного влияния на баланс водоносного горизонта; оценка защищенности пресных подземных вод целесообразно проводить в два этапа. На первом этапе дается качественная оценка защищенности региона, основанная на комплексе картографического материала (карты осадков, литологического состава пород зоны аэрации, их мощности, геоморфологических условий района и т.д.). На втором этапе проводятся детальные исследования, заключающиеся в определении времени проникновения загрязняющего вещества через барьерную зону;

• расчет времени проникновения хлорорганических пестицидов целесообразно проводить для каждой части барьерной зоны (почвенного слоя и непосредственно зоны аэрации). Такой подход вызван тем, что большинство ядохимикатов очень хорошо сорбируется органическим веществом почвенного слоя;

• в результате расчетов времени проникновения несорбируемого компонента было установлено, что на время миграции оказывает существенное влияние величина инфильтрационного питания и механический состав почвенного слоя;

• расчеты времени проникновения линдана, высокотоксичного пестицида, показали, что в настоящее время горизонт пресных подземных вод надежно защищен от его проникновения через барьерную зону. На проникновение линдана существенное влияние оказывает содержание органического вещества в почвенном слое (линдан очень хорошо сорбируется органическим веществом), а также мощность залегающей ниже коренной породы;

• по результатам проведенных исследований можно сделать вывод, что в настоящее время не существуют опасности проникновения линдана в эксплуатируемый многими водозаборами водоносный горизонт. Однако следует отметить, что расчеты выполнялись при однократном поступлении линдана в защитный слой. Поэтому интенсивная ирригация, неправильное складирование и применение этого высокотоксичного пестицида могут привести к его проникновению до уровня грунтовых вод.

В дельнейшем предполагается продолжить исследования в этом направлении, с особым упором на влияния гидрогеологических факторов, и в первую очередь, изменяющуюся во времени величину инфильтрационного питания на защищенность пресных подземных вод от загрязнения другими видами ядохимикатов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Каримова, Ольга Алиевна, 2007 год

1. Арипов С.А. О миграции пестицидов в зоне аэрации и влияние их на загрязнение грунтовых вод. В кн.: Гидрогеология ноосферы, вып. 1, Ташкент. 1976, с. 42-48

2. Белоусова А.П. Ресурсы подземных вод и их защищенность от загрязнения в бассейне реки Днепр и отдельных его регионах. М.:ЛЕНАНД, 2005, 168 с.

3. Бочевер Ф.М., Гармонов И.В., Лебедев А.Б., Шестаков В.М. Основы гидрогеологических расчетов. М.: Недра, 1969,368 с.

4. Всеволожский В.А. Подземный сток и водный баланс платформенных структур. М.: Недра, 1983.

5. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. М.: Недра, 1988, 349 с

6. Гольбдерг В.М. Оценка условий защищенности подземных вод и построение карт защищенности. В кн.: Гидрогеологические основы охраны подземных вод. М., 1984, с. 171-177

7. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Л., 1987

8. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М., 1984

9. Гольдберг В.М., Скворцов Н.П. Проницаемость и фильтрация в глинах. М.: Недра, 1986, 160с.

10. Грунтоведение / Под. ред. Сергеева Е.М. М.: Изд-во МГУ, 1973. 387 с

11. Джамалов Р.Г. Подземный сток Терско-Кумского артезианского бассейна. М.: Наука, 1973,95 с

12. Дробноход, Н.И., Язвин, Л.С., Боревский, Б.В. Оценка запасов подземных вод. Киев., Вища Школа. 1982, 301с

13. Дэвис С, де Уист Р. Гидрогелогия. М.: Мир, 1970. 254 с.

14. Зекцер И.С. Закономерности формирования подземного стока и научно-методические основы его изучения. М.: Недра, 1977,173 с.

15. Зекцер И.С. Подземные воды как компонент окружающей среды. М.: Научный Мир, 2001,328 с.

16. Зекцер И.С., Ковалевский B.C., Джамалов Р.Г. Исследования подземного стока, ресурсов и баланса подземных вод. //Водные ресурсы, 1999, № 5.

17. Ломакин Е.А., Мироненко В.А., Шестаков В.М. Численное моделирование геофильтрации. М.: Недра, 1988,228 с.

18. Мироненко В.А., Румынии В.Г. Оценка защитных свойств зоны аэрации. Инженерная геология, 1990, №2. с. 3-18

19. Мироненок В.А., Румынии В.Г. Проблемы гидрогеоэкологии (в 3-х томах). М., изд-во МГГУ, 1998, т. 1,611 с.

20. Пашковский И.С. Тр. конф. «Современные проблемы гидрогеологии и гидромеханники». СПб.: СПГУ, 2002, с. 122

21. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. СанПиН 2.1.4.559-96. М.: Госкомсанэпиднадзор России, 1996.15 с.

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

23. Самойленко В.Г., Якубова Р., Кахаров А. Охрана подземных вод от загрязнения агрохимикатами. Ташкент: Мехнат, 1987,187 с;

24. Фиделли И.Ф. Принципы и методы региональной оценки подземного стока. //Научные основы изучения и охраны подземных вод. М.: МГУ, 1980, ч.1, с.14-80.

25. Хвостов А.Н., Кузыченко Ю.А. Изменение агрофизических свойств обыкновенного чернозема под влиянием основной обработки почвы. Ставропольский НИИ сельского хозяйства. http://www.stgau.ru/material.php?action=view&id=80

26. Шестаков В.М. Основы гидродинамики. М.: Изд-во МГУ, 1995, 368 с

27. Aller, L., Bennet, Т., Lehr, J.H., et ah, DRASTIC: a Standardized System for Evaluating Groundwater Pollution Potential Using Hydrogeologic Settings. Dublin, Nat. Water Well Ass, 1987, EPA-600/2-87-035. 455 p.

28. Barbash В., Resek T. Pesticides in Poissant E. Assessing geological sensitivity of groundwater resources, Big Stone County, Minnesota. J.Minn.Acad.Sci., 1992 57, № 1, p.33

29. Brown, A.W.A. 1978. Ecology of Pesticides, John Wiley and Sons, New York, NY; International Organization of Consumers Unions. 1986. The Pesticide Handbook, Profiles for action

30. Brown, A.W.A. 1978. Ecology of Pesticides, John Wiley and Sons, New York, NY

31. Burkatr, M.R., Kolpin, D.W., and James, D.E. Assessing groundwater vulnerability to agricultural contamination in the Midwest US. Wat.Sci.Tech., 1999, vol. 39, no 3, pp. 103-112

32. Chawla, R.P. and S.L.Chopra. 1967. Punjab Ag.Univ.J.Res. 4. 96-103

33. Claith,M.M. and W.F.Spencer. 1971. SSSAP.35.791-795

34. Foster S.S.D. and Skinner A.C., 1995. Groundwater protection: the science and practice of land surface zoning. IAHS Publ. 225: 471-482

35. Groundwater: Distribution, Trends and Governing Factors. Chelsea: Ann Arbor Press Inc., 1996. 588 p.; Kay B.D., Elrick D.E. 1П. Soil Sci. 1967. V. 104. № 5. P. 314.

36. Johnson, W.W. and Finley, M.T. 1980. Handbook of acute toxicity of chemicals to fish and aquatic invertebtayes, resource publication 137. US Dept.of Interior, Fish and Wildlife Service, Washington, DC

37. Kay, B.D. and D.E.Elrick. 1967. Soil Science. Vol. 104, № 5, p. 314-322

38. Queensland Tech.Comm.Bur.Sugar Exp.Sta., 1972,43-44

39. Reaction and movement of organic chemicals in soil. SSSA Sp.Pub., № 22, Madison, Wisconsin, USA, 1989

40. Royal Society of Chemistry. 1991 (as updated). The Agrochemicals handbook, Royal Society of Chemistry Information Services, Cambridge, UK;

41. Smith, A.G. 1991. Chlorinated hydrocarbon insecticides. In: Handbook of Pesticide Toxicology, Volume 2, Classes of Pesticides. Hayes, WJ. and Laws, E.R. (eds), Academic press, San Diego, CA

42. Suzuki, M., Y.Yamato and T.Watanable. 1975. Bull.Environ.Contam.Toxicol. 13. 501-505

43. United States Army Center for Health Promotion and Preventive Medicine Entomological sciences program (US Army). 1997. Pest Management Manual, December, 1997

44. Vrba, J. and Zaporozec, A., Guidebook on Mapping Groundwater Vulnerability. Hannover: Verlag Heinz Heise GmbH&Co KG, 1994, vol. 16.1. Фондовые материалы.

45. Вдовыдченко В.И. Отчет о работах по ведению комплексного геоэкологического мониторинга Ставропольского края за 1991-1992 гг. Иноземцево, 1993.

46. Государственный водный кадастр. Многолетние данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1987, том 7, вып.6.

47. Динабург В.Н., Самотей М.А. Изучение условий защищенности подземных вод от загрязнения на территории КМВ. Иноземцево, 1991.

48. Зайцев Н.М. Отчет о специализированных гидрогеологических работах в долине р. Подкумок с целью водоснабжения ст. Ессентукской Предгорного района

49. Ставропольского края с подсчетом эксплуатационных запасов пресных подземных вод по состоянию на 01.02.1992 г. Ессентуки, 1992.

50. Нищерет Ф.И. Отчет о работах группы по контролю за охраной подземных вод на территории Ставропольского края за 1989 г. Иноземцево, 1989.

51. Плотникова Д.И. Тема 177 (математические модели КМВ). пос. Зеленый, 1989.

52. Ресурсы поверхностных вод СССР. Основные гидрологические характеристики (за 19631970 гг. и весь период наблюдений). Т. 8, «Северный Кавказ», JL: Гидрометеоиздат, 1975.

53. Требухова Т.М., Петрова Н.Г. Состав, условия формирования и ресурсы минеральных вод КМВ (г. Кисловодск). Москва, 1982.

54. Требухова Т.М., Петрова Н.Г., Щербак В.П. Состав, условия формирования и ресурсы минеральных вод КМВ (г. Ессентуки). Москва, 1983.

55. Требухова Т.М., Петрова Н.Г., Щербак В.П. Состав, условия формирования и ресурсы минеральных вод КМВ (г. Железноводск). Москва, 1985.

56. Успенский Е.Н. Отчет о результатах работ по изучению загрязнения и охране подземных вод на территории Ставропольского края. Иноземцево, 1992.

57. Картографический материал.

58. Гидрогеологическая карта КМВ.

59. Карты четвертичных отложений, масштаба 1:1 750 000. Атлас Ставропольского Края, Москва, ГУГК, 1968.

60. Общегеографические карты Российской Федерации. Район Кавказских Минеральных Вод масштаб 1:200 000. Роскартография, Москва, 1995.

61. Общегеографические карты Российской Федерации. Ставропольский край, масштаб 1:500 000. Роскартография, Москва, 1995.

62. Почвенной карты, масштаба 1:600 000. ГУГК, Москва, 1979

63. Топографическая карта масштаба 1:500 000. (листы К-38-А, L-37-Г, L-38-B). Генеральный штаб, 1988.86