ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2007, том 34, № 5, с. 631-640
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВОДНЫХ РЕСУРСОВ, _
ЭКОНОМИЧЕСКИЕ И ПРАВОВЫЕ АСПЕКТЫ
УДК (556.3:55.812):628.1
СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ РОДНИКОВОГО СТОКА НА ТЕРРИТОРИИ УРАЛЬСКОГО ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОГО
МАССИВА (СРЕДНИЙ УРАЛ)
© 2007 г. С. Н. Елохина, А. С. Юркин
Уральский государственный горный университет 620144 Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30 Поступила в редакцию 12.12.2006 г.
На основе обобщения информации по родниковому стоку горноскладчатой части Среднего Урала прослежена трансформация его макрокомпонентного состава с 1954 по 2005 г. Представлены региональные стохастические модели по десяти гидрохимическим показателям. Обоснован современный региональный гидрогеохимический фон. Показано, что увеличение минерализации и общей жесткости родниковой воды носит региональный характер.
В современных экономических условиях на Урале возникает необходимость развития нецентрализованных систем водоснабжения [1], среди которых естественные выходы подземных вод -родники, являются самыми экономически доступными для населения. Природные особенности Урала определяют высокую плотность родниковой разгрузки. Так, в Челябинской обл. в хозяйственно-бытовых целях используются 462 родника [5], в Свердловской >800 [7].
В региональных и муниципальных программах по исследованию родникового стока делается акцент на его эстетической ценности. Особое внимание уделяется состоянию каптажных сооружений. В отдельных случаях инициируется присвоение конкретному роднику статуса памятника природы [4, 11].
Несмотря на повышенный разбор родникового стока и рост его социальной значимости, плотная техногенная нагрузка в городских агломерациях продолжает видоизменять химический состав грунтовых вод. Примером могут служить города Москва, Екатеринбург и Пермь [7, 11, 12]. Решающее влияние на гидрогеохимический состав родникового стока имеет санитарное состояние области питания источника. Некоторые авторы отождествляют степень техногенной нагрузки на родник с относительной площадью области его питания, пораженной техногенными факторами [11]. При этом учитываются только локальные техногенные факторы. На территориях с высокой степенью урбанизации, к которым относится Средний Урал, сформирована региональная составляющая суммарной техногенной нагрузки, которая трансформирует свойства родникового стока региона. Изменение во времени естественного гидрогеохимического фона под суммарным воздей-
ствием техногенных факторов можно проследить как по одному, так и по нескольким признакам. При этом последние не обязательно конгруэнтны с точки зрения геохимии. Постепенно происходит формирование техногенного регионального гидрогеохимического фона.
При оценке качества родниковой воды целесообразно выделять две степени загрязнения [2]. Начальный этап загрязнения соответствует трансформации химического состава родника относительно фоновых гидрогеохимических показателей. Зафиксированное превышение фона позволяет своевременно скорректировать природоохранные или водохозяйственные мероприятия. Вторая степень загрязнения устанавливается по превышению предельно допустимых концентраций (ПДК) и практически констатирует опасность использования данного источника.
К сожалению, начальному этапу загрязнения не всегда уделяется должное внимание [7]. Так, в некоторых случаях проводилось освещение родников с некондиционной (по содержанию нитратов до 2 ПДК) водой.
Все вышеизложенное доказывает необходимость расширенной оценки качества родниковой воды с обязательным выделением начальной стадии загрязнения путем сравнения ее химического состава с фоновыми показателями. Практика гидрогеологических исследований показала, что в качестве последних могут быть использованы: результаты гидрохимического опробования родников, расположенных в аналогичных природных условиях с областью питания, свободной от техногенных факторов; ретроспективные данные по изучаемому объекту или их теоретическая реконструкция [8, 11].
Показатели и характеристики отдельно взятого родника неизбежно зависят от локальных, в том числе, техногенных факторов. А региональный гидрогеохимический фон должен отражать усредненные свойства природной обстановки и совокупное воздействие, главным образом, аэрогенное, всех техногенных факторов. Поэтому наиболее достоверные фоновые гидрогеохимические характеристики могут быть получены на региональных временных стохастических моделях при пошаговом анализе химического состава родникового стока. В этом случае достаточно использования стандартных методов обработки информации, которые позволяют выявить преобладающие (статистически обоснованные) значения изучаемых показателей.
В общем случае, последовательность обработки первичной информации следующая:
эмпирические данные по родникам группируются согласно их принадлежности к гидрогеологическим стратонам в статистически корректные выборки для достижения однотипности природных геохимических условий (взаимодействие вода - порода) внутри каждой выборки;
сформированные стратиграфически однородные (условно однородные) выборки, в соответствии с периодами опробования, разбиваются на временные этапы;
единообразие природно-климатических и геолого-гидрогеологических условий внутри выборки выводит в плоскость сравнения параметров временных этапов только один фактор - региональную интенсивность техногенной нагрузки на подземный сток, и позволяет сформировать представление о региональном гидрогеохимическом фоне и его изменчивости во времени.
Воздействие локальных техногенных факторов в пределах области питания каждого конкретного родника нивелируется в выборке. В случае существенности локального фактора в выбранной совокупности данных нарушается нормальность (логнормальность) эмпирической выборки, формируя многомодальные и несимметричные вариационные ряды. Процедурой дробления выборки можно удалить варианты с явными признаками техногенеза, но при статистически достаточном ее объеме этого не требуется, поскольку региональный фон в эмпирической выборке заведомо обозначен максимальной частотой.
Сравнение состояния родникового стока на разных временных этапах проводится по статистическим характеристикам рассматриваемых гидрохимических показателей: среднему и модальному значениям, показателям асимметрии и эксцесса, коэффициенту вариации и др.
ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЙ
Зона оценки состояния родникового стока охватывает территорию Среднего Урала северных широт в интервале 56°-59° [3]. Это низкого-рье. Абсолютные отметки водораздельных хребтов составляют 400-700, а урезы наиболее крупных речных долин 280-380 м. Годовая норма осадков здесь варьирует от 600 на западном склоне до 400 мм на восточном. По административному делению практически вся рассматриваемая территория попадает в границы Свердловской обл. (рис. 1). По гидрогеологическому районированию эта территория принадлежит Больше-уральскому сложному бассейну корово-блоковых вод. Современные принципы гидрогеологического районирования классифицируют ее как Уральский гидрогеологический массив [8] или (согласно карте гидрогеологического районирования территории РФ 2005 г.) Среднеуральская гидрогеологическая складчатая область (ГСО). Эта гидрогеологическая структура отличается особо сложным строением и представлена разнообразными осадочными, (терригенными и карбонатными), вулканогенно-осадочными, вулканогенными, метаморфическими и интрузивными породами в возрастном диапазоне от архея до нижней перми. Породы переслаиваются, интенсивно дислоцированы, разбиты многочисленными разрывными нарушениями, прорваны дайками и интрузиями. Особенностью структуры является ее общая гипсометрическая приподнятость над соседними территориями, глубокая и интенсивная расчлененность поверхности речной сетью, что обеспечивает высокую степень водообмена и формирование здесь пресных и ультрапресных подземных вод.
Региональное развитие имеют грунтовые трещинные воды пространственно связанные с зоной (корой) выветривания перечисленных выше консолидированных пород. Мощность зоны региональной трещиноватости, приравниваемая к мощности горизонта, составляет 20-80 м. Ее минимальные значения (20 м) присущи корам выветривания интрузивных пород, максимальные (80 м) - карбонатных пород. В породах вулкано-генно-осадочного и метаморфического комплексов она оценивается значениями 40-60 м. Разгрузка подземных вод зоны осуществляется нисходящими родниками.
Родники, связанные с региональной зоной экзогенной трещиноватости, имеют дебиты до 1 л/с, сезонность и изменчивость стока, зависящие от времени года и климатических условий. Химический состав этих источников подчинен вертикальной и широтной зональности, ландшафтно-геохимиче-ским факторам и составу водовмещающих пород. В горных и предгорных районах лесной таежной зоны, где широкое распространение получили
О 1 ® 2 • 3
- 5
Рис. 1. Расположение точек исходной информации на территории Свердловской обл. Водоносные зоны: а - в карбонатных, б - интрузивных, в - вулканогенно-осадочных, г - в метаморфических породах; количество точек исходной информации 516, 680, 314, 786 соответственно. Родники, опробованные за 1954-1964 гг. 1; 1965-1975 2; 1995-2005 гг. 3; 4 - границы гидрогеологических структур первого порядка: I - Предуральский сложный бассейн пластовых (бло-ково-пластовых) вод, II - Большеуральский сложный бассейн корово-блоковых (пластово-блоковых и пластовых) вод, III - Западно-Сибирский бассейн пластовых вод.
лесные кислые горные неоподзоленные почвы, для родникового стока характерны ультрапресный и пресный гидрокарбонатный состав, низкие
значения рН (~5.5), высокая цветность, окисляе-мость, повышенные значения кремнекислоты. Для родникового стока заболоченных террито-
Таблица 1. Дебиты родников Среднеуральской ГСО
Количество обследованных родников Дебит, л/с
Водоносная зона максимальный минимальный средний
В карбонатных 472 40 0.1 2.68
отложениях
В вулканоген- 268 24 0.01 1.67
но-осадочных
отложениях
В метаморфических образо- 765 40 0.01 1.22
ваниях
В интрузивных образованиях 566 20 0.01 0.56
В целом по
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.