ВЕСТНИК ЮЖНОГО НАУЧНОГО ЦЕНТРА Том 11, № 3, 2015, стр. 66-80
НАУКИ О ЗЕМЛЕ
УДК 504.4.064.02
МАСШТАБЫ ПОДТОПЛЕНИЯ, РЕЖИМ И КАЧЕСТВО ГРУНТОВЫХ ВОД ЗАСТРОЕННЫХ ТЕРРИТОРИЙ ЮГА РОСТОВСКОЙ ОБЛАСТИ
© 2015 г. А.М. Никаноров1, 2, О.Б. Барцев2, Д.Н. Гарькуша3, Е.А. Зубков1, 2
Поступила 07.05.2015
Для застроенных территорий юга Ростовской области характерен естественный или слабонарушен-ный внутригодовой режим грунтовых вод с периодичностью колебания их уровня с максимумом в весенний и минимумом в осенний периоды. Многолетняя амплитуда колебания уровней грунтовых вод на территориях населенных пунктов меняется в пределах от 0,1 до 3,0 м. На территориях 133 населенных пунктов юга Ростовской области установлено подтопление разной степени интенсивности. Площадь подтапливаемых территорий составляет 282 км2, или 19% от общей площади застроенных территорий юга Ростовской области. Грунтовые воды населенных пунктов, как правило, обладают повышенной минерализацией. Выделены четыре основных типа вод: гидрокарбонатно-сульфатный, сульфатный, хлоридно-сульфатный и смешанный тип грунтовых вод. По характеру катионного состава чаще встречаются кальциево-натриевые воды. Качество грунтовых вод по многим показателям не отвечает санитарно-токсикологическим нормам. Наблюдается превышение ПДК по кальцию, магнию, натрию, хлорид- и сульфат-ионам, нефтепродуктам, кадмию, общему железу, кремнию, нитратному и аммонийному азоту.
Ключевые слова: техногенное подтопление, застроенные территории, режим грунтовых вод, минерализация, загрязнение, масштабы подтопления.
После строительства в середине прошлого века в Ростовской области региональных оросительных систем, водохранилищ, прокладки новых автомобильных и железных дорог значительно активизировались процессы техногенного подтопления. Изменение водного режима на застроенных территориях привело к нарушению нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений, вызвало затопление заглубленных помещений, появление различных деформаций, иногда аварийных, коррозию конструкций и трубопроводов вследствие воздействия на них агрессивных техногенных вод, обогащенных химически активными компонентами, внесенными производственными и коммунально-бытовыми стоками в виде различных утечек [1].
1 Гидрохимический отдел института водных проблем Российской академии наук (Hydrochemical Department of the Water Problems Institute of the Russian Academy of Sciences, Rostov-on-Don, Russian Federation), 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 198.
2 Гидрохимический институт (Hydrochemical Institute, Rostov-on-Don, Russian Federation), 344090, г. Ростов-на-Дону, пр. Стачки, 198.
3 Институт наук о Земле Южного федерального университета (Institute of Earth Sciences of the Southern Federal University, Rostov-on-Don, Russian Federation), 344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40; e-mail: nauka-geo@mail.ru.
В результате подъема уровня подземных вод и увлажнения грунтов зоны аэрации стали проявляться такие негативные явления и процессы, как заболачивание и вторичное засоление почвогрунтов, проседание поверхности и оползание склонов [2].
Грунтовые воды играют существенную роль в водоснабжении населенных пунктов Ростовской области. В силу природных факторов они характеризуются большой уязвимостью для техногенного загрязнения и классифицируются как незащищенные или слабозащищенные от внешнего техногенного загрязнения [3; 4]. Загрязнение грунтовых вод, негативно отражающееся на здоровье людей и домашних животных, многократно усиливается под влиянием развивающихся на исследуемой территории процессов подтопления [2; 5].
В 2004-2005 гг. на юге Ростовской области наблюдался максимальный за последние 50-60 лет подъем уровня грунтовых вод, повлекший подтопление многих населенных пунктов, что актуализировало данную проблему и вызвало необходимость изучения масштабов подтопления и вызывающих его причин [2]. Авторами в период с 2008 по 2013 г. в границах подтопленных территорий в соответствии со СНИП 2.06.15-85 [6] проведены работы, включающие рекогносцировочные обследования
Рис. 1. Карта-схема расположения исследованных населенных пунктов на территории юга Ростовской области: 1 - водные объекты; 2 - административные границы; 3 - населенные пункты (ключевые участки) c режимными наблюдениями за уровнем грунтовых вод; 4 - населенные пункты с однократными замерами уровня грунтовых вод
Fig. 1. Schematic map of the location of investigated settlement in the south of Rostov Region: 1 - watet objects; 2 - administrative borders; 3 - settlements (key areas) with the carried out regime monitoring of groundwater byer; 4 - settlements where one-time mesurements of ground water layer were made
и гидрогеологическую съемку (масштаб 1:50000) территорий населенных пунктов и прилегающих к ним участков, бурение скважин для проведения опытно-фильтрационных опробований, отбор монолитов и определение физико-механических свойств грунтов, а также стационарные режимные наблюдения за изменениями уровня грунтовых вод, их химического состава и загрязненности.
РАЙОН РАБОТ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Исследуемая территория (левобережье Дона) расположена между 45°57'-47°45' с.ш. и 38°20'-44°23' в.д. Общая ее площадь составляет около 53 тыс. км2. Она включает 19 административных районов Ростовской области и граничит с Краснодарским и Ставропольским краями на юге, Калмыкией на востоке, Волгоградской областью на севере и Украиной (по Азовскому морю) на западе. По характеру рельефа данная территория представляет собой равнинное пространство с небольшими уклонами поверхности, в основном не превышающими 1-3° [7]. Большая часть территории слабодрениро-ванная, что обусловливает незначительные скорости движения грунтовых вод в сторону естественных и искусственных зон разгрузки (рек, каналов и т.д.). Слабая расчлененность рельефа определяет относительно малый поверхностный сток атмос-
ферных осадков, а следовательно, повышенную их инфильтрацию и небольшие глубины (редко более 10 м) залегания грунтовых вод. Последнее обусловливает значительную роль подземного испарения в расходной части баланса грунтовых вод и относительно повышенную их минерализацию [7].
На начальном этапе работ авторами выполнен сбор фондовых и опубликованных материалов по объекту ФГУ "Территориальные фонды геологической информации", в фондах ГАУ РО "Институт градостроительства" и других организациях г. Ростова-на-Дону и Ростовской области. Анализу и систематизации подлежали все первичные по изучаемой территории данные, взятые из паспортов буровых скважин, дневников наблюдений, журналов отбора проб и т.п.
В ходе проведения рекогносцировочных обследований устанавливалось наличие скважин, родников, колодцев, фиксировались глубины залегания уровней грунтовых вод; устанавливались возможные причины подтопления инженерных сооружений, источники техногенного инфильтрационного питания и загрязнения подземных вод. Гидрогеологическими маршрутами обследованы 243 населенных пункта (рис. 1), суммарная площадь территорий которых составляет около 70% от общей площади (~1,5 тыс. км2) застроенных территорий юга Ростовской области.
Для создания стационарной режимной сети подрядные организации выполняли бурение скважин
Дата
Рис. 2. Динамика измеренного уровня грунтовых вод в точках режимных наблюдений на территориях ключевых участков юга Ростовской области
Fig. 2. Dynamics of the measured groundwater level ot the regime observation points on the territories of the key areas of the south of Rostov Region
(75 скважин), отбор монолитов и проведение опытно-фильтрационных работ.
Стационарные режимные наблюдения за уровнем грунтовых вод в 2008-2010 гг. на территориях большинства исследованных населенных пунктов проводились 1-2 раза в год (весна-лето, осень), в 2011 г. -3 раза в год (весной, летом и осенью), в 2012-2013 гг. наблюдения в весенне-осенний период велись еже-
месячно. Режимные наблюдения проведены более чем в 150 точках режимной сети (в пьезометрах, скважинах и колодцах). На большинстве из них выполнены также определения химического состава грунтовых вод. Наиболее длительный ряд режимных наблюдений получен для городских поселений, районных центров и других населенных пунктов, подверженных техногенному подтоплению.
Лабораторное изучение химического состава и загрязненности подземных вод включало определение концентраций ионов железа, свинца, меди, кадмия, цинка, кальция, магния, натрия, калия, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, кремния, соединений азота и фосфора, суммарного содержания нефтяных компонентов, общей жесткости, синтетических поверхностно-активных веществ (СПАВ), метана, величины рН и общей жесткости. За период с 2008 по 2013 г. было отобрано и проанализировано свыше 300 проб подземных вод. Отбор проб, их подготовка и определение вышеперечисленных компонентов химического состава вод выполнены в ФГБУ "Гидрохимический институт" по общепринятым в системе Росгидромета стандартным методикам [8].
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Динамика уровня грунтовых вод. Многолетняя амплитуда колебания измеренных уровней грунтовых вод населенных пунктов за исследуемый период менялась в пределах от 0,1 до 3,0 м. Как правило, для большинства ключевых участков (табл. 1) амплитуда составляла 0,4-1,0 м. С увеличением глубины залегания грунтовых вод амплитуда колебания их уровней заметно уменьшается, а годовая периодичность сглаживается. В некоторых случаях внутригодовые экстремумы уровней грунтовых вод становились незаметными или запаздывали. Здесь главным образом сказывались условия притока и оттока грунтовых вод.
Установлена внутригодовая периодичность в колебании уровня грунтовых вод с минимумом в осенний (сентябрь-октябрь) и максимумом в весенний (апрель-май) периоды (рис. 2). В весенний период половодья и обильных атмосферных осадков создаются наиболее благоприятные условия питания подземных вод. Время наступления максимальных весенних уровней грунтовых вод зависит от температур воздуха и продолжительности дождей, способных продлить время питания грунтовых вод в конце периода снеготаяния, а также от глубины залегания г
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.