ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2007, № 6, с. 518-530
ЗАГРЯЗНЕНИЕ ^^^^^^^^^^^^^^ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ
УДК 556.34: 550.46
ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫЕ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ ВБЛИЗИ ПРОМЫШЛЕННЫХ ЦЕНТРОВ (НА ПРИМЕРЕ Г. ОБНИНСК КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ)
© 2007 г. И. И. Силин
Всероссийский институт экономики минерального сырья и недропользования (ВИЭМС)
Поступила в редакцию 10.04.2006 г.
Проблема снижения качества питьевых вод актуальна для городов России, водоснабжение которых производится из месторождений подземных вод малых речных долин. Существенное влияние на качество подземных вод наряду с техногенными оказывают природные источники токсичных веществ, активизированные в результате нарушенного водообмена. Изучение гидрогеохимии и гидродинамики месторождений подземных вод позволяет прогнозировать снижение качества в зависимости от режима эксплуатации. В статье использованы результаты анализов, выполненных в ХАЦ НПО "Тайфун" Росгидромета и МП "Водоканал" г. Обнинск.
ГЕОЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ РАЙОНА
В последнее десятилетие в питьевой воде некоторых городов и поселков на границе Калужской и Московской областей отмечено появление повышенных концентраций стронция, фтора, железа, бария, марганца. Водоснабжение населения этой территории производится из карбонатных каменноугольных водоносных горизонтов юго-западной части Московского артезианского бассейна, особенности геологического строения которого широко известны. В геологическом разрезе осадочных пород бассейна имеются водоносные горизонты, обогащенные минералами стронция. Некоторыми авторами выделяются стронциеносные структуры высокого ранга: Московская целестиновая провинция, гидрохимическая провинция стронцийсодержащих подземных вод и др. На характеризуемой территории наиболее близкими к горизонту пресных вод источниками стронция являются верхнедевонские и нижнекаменноугольные отложения с целестин-гипсовой и целестин-кальцитовой минерализацией.
Основной эксплуатационный разрез региона -окско-тарусский терригенно-карбонатный водоносный горизонт нижнего карбона, залегает на глубине до 100 м. В соответствии со стратиграфическим расчленением пород он делится на три подгоризонта: веневско-тарусский карбонатный, михайловский терригенный и алексинский карбонатный. Перекрывается водоносный горизонт стешевскими водоупорными глинами. От верхнедевонского комплекса, залегающего на глубине 150-180 м, он отделен малевским глинистым во-доупором, упинским карбонатным водоносным
горизонтом и бобриковско-тульским терриген-ным водоносным комплексом [1].
Долина р. Протва, в которой сосредоточены все охарактеризованные ниже водозаборы, в среднем течении наследует палеодолину, сформированную в период перекшинского и московского оледенений. Верхний глинистый экран ок-ско-тарусского горизонта в палеодолине частично или полностью размыт, а на его месте залегают четвертичные водоносные пески и суглинки, обеспечивающие хорошую гидравлическую связь с поверхностными водами.
По данным государственной геологической съемки м-ба 1 : 50000, особенности распределения микрокомпонентов в этой части разреза следующие: большинство тяжелых металлов имеют повышенные концентрации в глинистых породах тульской, алексинской, михайловской, стешев-ской, верейской и каширской свит (№, Со, Т^ V, Сг, Zr, Си, РЬ, Мо, Ga, J); для карбонатной части каменноугольных отложений характерны пониженные значения всех микрокомпонентов, кроме марганца и стронция; песчаная часть разреза близка по значениям к карбонатной части.
В процессе съемочных работ были выявлены локальные стратиформные геохимические аномалии. Так, в мергелях стешевской свиты содержание хрома выше фона в 8 раз, никеля - в 40 раз, йода - в 10 раз; в известняках михайловской свиты на глубине 101-102 м содержание стронция превышает фон в 11 раз. Высокие концентрации меди, свинца, никеля, молибдена и цинка отмечены в глинах стешевской свиты, источником которых являются сингенетичные и сорбционные сульфиды. В ряде скважин встречены локальные геохимические аномалии марганца, никеля, хро-
ма, молибдена, меди, свинца, цинка, иттрия, природа которых не ясна.
Воды окско-тарусского водоносного горизонта в естественных условиях пресные с минерализацией до 500 мг/л, по химическому составу гидрокарбонатные кальциево-магниевые и магниево-кальциевые с общей жесткостью 4.8-7.9 мг-экв/л и рН 6.0-7.7. Содержание сульфатов в воде находится в пределах 26.7-90.3 мг/л, железа - 0.3 мг/л. Сопутствующий железу марганец иногда превышает ПДК. Содержание фтора меняется от 0.01 до 2.4 мг/л, при средних значениях 0.5-1.0 мг/л. Содержание других микрокомпонентов (медь, цинк, молибден, мышьяк и др.) ниже норм ПДК. Исключение составляет бор с концентрациями 0.13-0.68 мг/л. Содержание стронция стабильно менее 5 мг/л.
В многолетнем цикле химический состав подземных вод горизонта за пределами групповых водозаборов изменился мало. Отмечаются лишь сезонные колебания, связанные с весенним паводком и снеготаянием. В то же время в результате интенсивной эксплуатации 18 водозаборов на окраине Московской региональной депрессии в районе городов Обнинск и Балабаново сформировалась локальная пьезометрическая воронка, существенно повлиявшая на гидродинамику и качество подземных вод [2]. Ниже приводится характеристика подземных вод по результатам мониторинга четырех городских водозаборов, расположенных в центральной части Обнинской локальной пьезометрической депрессии.
СОСТОЯНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ
Город Обнинск расположен в Калужской области в 100 км к юго-западу от Москвы на левом берегу р. Протва (притока р. Оки). В городе действует несколько предприятий, использующих ядерную энергию. Имеется большое количество сопутствующих производств. Основные виды воздействия обнинских радиационно-опасных объектов - газоаэрозольные выбросы в атмосферу, жидкие промстоки в Протву и загрязнение грунтовых вод.
Четыре водозабора, подающих подземные воды в город, состоят из 38 скважин, вытянутых цепочкой с севера на юг вдоль подножья левого склона долины р. Протва на расстоянии 15 км (рис. 1). Северные водозаборы (Вашутинский, Самсоновский) располагаются выше, а южный (Добринский) - ниже города по течению реки. Ведомственный водозабор Центральный расположен в черте города. Все они относятся к типу водозаборов речных долин, имеющих смешанное питание: меньшая часть подземных вод формируется за счет инфильтрации атмосферных осадков на водосборе, большая часть - за счет перетока из
519
палеодолины р. Протва. Обеспеченность запасами воды определяется стоком бассейна Протвы, объем которого зависит от количества выпадающих осадков и площади водосбора.
Запасы подземных вод на водозаборах выше города значительно меньше, чем на водозаборах, расположенных ниже по течению реки, так как в питании последних участвует водосбор бассейна р. Лужа, крупного правого притока площадью порядка 1000 км2. Фактическая добыча воды распределена между городскими водозаборами с точностью "до наоборот": три четверти всей воды отбирается на северных водозаборах и лишь одна треть на южном Добринском водозаборе. Такой "перекос" в эксплуатации подземных вод привел к понижению пьезометрического уровня промышленного водоносного горизонта на самом северном Вашутинском водозаборе на 42 м.
Вдоль цепочки обнинских водозаборов в промышленном водоносном горизонте сформировался гидравлический уклон, направленный вверх по реке, в сторону, противоположную естественному стоку поверхностных и подземных вод.
Если сопоставить размеры депрессии, замеренные разными исследователями за последние 25 лет, получается следующая картина. В 1979 г. площадь депрессии, ограниченная гидроизопье-зой уровня 120 м, по фондовым данным НПО "Гидроспецгеология", равнялась 24 км2. В 1988 г., по данным геологосъемочных работ м-ба 1 : : 50000, площадь депрессии в границах той же гидроизопьезы превысила 100 км2. С конца столетия и по настоящее время, по данным ГУП "Центргеомониторинг", влияние обнинской депрессии прослеживается на площади более 200 км2 в основном за счет междуречья Протвы-Нары. За это же время годовой объем добычи воды на обнинских водозаборах возрос соответственно от 7 млн. м3 в 1979 г. до 18.8 млн. м3 в 1987 г, до 20.1 млн. м3 в 2004 г.
Между объемом добычи (б, млн. м3) и площадью пьезометрической воронки (5, км2) существует зависимость, описываемая уравнением (рис. 2):
5 = 0.562. (1)
Объем депрессии при этом возрастает в следующей пропорции:
V = 0.0004 б27. (2)
Усредненная по депрессии зависимость величины понижения (И, м) от объема добычи (б, млн. м3) подземных вод аппроксимируется эмпирическим линейным уравнением вида:
И = 2б -11.5 . (3)
Инверсионный поток речной воды, с одной стороны, компенсирует истощение запасов под-
Рис. 1. Схема районирования территории по величине водопотребления: 1 - водозаборы; водопотребление м3/сут • км2: 2 - более 100, 3 - более 1000; 4 - пьезоизогипсы уровней окско-тарусского горизонта при эксплуатации.
земных вод, с другой - создает условия для переноса загрязнений из Протвы в городские водозаборы, так как на интервале притока речных вод в подземные горизонты в зоне санитарной охраны
Площадь депрессии, км2 250
200 150 100 50
у = 0.5х2 R2 = 1.0
15 20 25 Добыча, млн. м3
Рис. 2. Зависимость площади пьезометрической депрессии в окско-тарусском горизонте от объема добычи подземных вод.
водозаборов сосредоточены основные выпуски в реку промышленных и коммунальных сточных вод Обнинска, хранилища радиоактивных и химических отходов и многочисленные другие источники загрязнения, представляющие определенную опасность для подземных вод.
Пьезометрическая депрессия существенно изменила гидродинамику и геохимию подземных вод, была причиной осушения вышележащих водоносных горизонтов, породы которых оказались в зоне аэрации. Окисление минералов в зоне аэрации обусловило поступление в подземные воды растворимых продуктов, выносимых из водо-вмещающих пород. Взаимодействие природных и антропогенных факторов привело к снижению качества добываемой воды до показателей, превышающих санитарно-гигиенич
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.