ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ, 2014, том 41, № 5, с. 507-517
КАЧЕСТВО И ОХРАНА ВОД, ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ
УДК 546.02.234.238:536.3
УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ И ЭКОЛОГИЧЕСКОЕ СОСТОЯНИЕ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В РАЙОНЕ г. ДИМИТРОВГРАДА ПО ИЗОТОПНО-ГИДРОХИМИЧЕСКИМ ДАННЫМ
© 2014 г. А. И. Тихонов*, А. М. Соболев**, В. П. Тихонов*, А. В. Васильев*,
С. В. Осипова*, Н. Е. Миронова*
*НИИгеологических и геоэкологических проблем 428023 Чебоксары, ул. Академика Королева, 1 E-mail: niigigep@mail.ru **ГНЦ-Научно-исследовательский институт атомных реакторов 433510Димитровоград-10 Ульяновской обл. E-mail: SAM@niiar.ru Поступила в редакцию 11.03.2012 г.
На основе комплексных уран-изотопных и микрогидрохимических исследований получена индикаторная модель формирования и циркуляции питьевых подземных вод неоген-четвертичных отложений и дана оценка их современного экологического состояния. Выделены и прослежены пути движения подземных потоков инфильтрационного питания, а также выявлены и оконтурены участки поступления глубинных вод. Установлено значительное превышение суммарного показателя загрязнения подземных вод неоген-четвертичного водоносного комплекса за счет повышенного содержания железа, марганца и фосфора антропогенного и глубинного происхождения.
Ключевые слова: уран, изотопы, микрогидрохимические исследования, индикаторная модель, подземные воды, экологическое состояние, Димитровград.
DOI: 10.7868/S0321059614050150
Для питьевого водоснабжения г. Димитровгра-да (Ульяновская обл.), расположенного на берегу Черемшанского зал. Куйбышевского водохранилища, используются получаемые из скважин подземные воды неоген-четвертичных отложений.
В пределах района работ по комплексной изотопно-гидрохимической съемке подземных вод неогеновая система представлена верхним отделом — плиоценом (N2), сложенным преимущественно глинами и алевритами с прослоями раз-нозернистых кварцевых песков с галькой и гравием. Четвертичные отложения (Q) представлены песчано-галечными и песчано-гравийными отложениями с прослоями глинистых разностей. Мощность отложений неоген-четвертичной системы достигает 150 м. По данным гидрогеологических исследований, состав вод верхних горизонтов до глубины 100 м — преимущественно сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатный натриевый с минерализацией от 0.7 до 1 г/дм3. В нижних горизонтах в интервале 100—130 м величина минерализации достигает 4 г/дм3.
Для получения ответа на вопрос о взаимодействии вод верхних и нижних горизонтов требуется знание пространственной картины движения подземных вод по эксплуатируемым водоносным горизонтам и процессов перетекания между ними. Проведенные ранее гидрогеологические работы с использованием традиционных методов не позволили получить такую информацию о подземных водах. В настоящей работе приведены результаты работ с использованием методики уран-изотопных и микроэлементных гидрохимических исследований.
Сведения о динамических процессах в подземной гидросфере в настоящее время гидрогеологи получают при проведении опытно-фильтрационных работ, а параметры водоносных горизонтов определяются при кустовых откачках. Известно, что более достоверную информацию о процессах взаимосвязи горизонтов можно получить при использовании индикаторных методов. В прошлые годы отсутствие надежного и одновременно безопасного индикатора подземных вод (не загряз-
няющего исследуемые воды) не позволяло решать подобного рода задачи гидрогеологии. После разработки оригинального индикаторного метода, в котором в качестве индикатора используются изотопы природного урана (и), присутствующего в любой воде, и высокоточных методов альфа-спектрометрии появилась такая возможность. Этот индикатор — величина соотношения альфа-активностей природных четных изотопов и (234и/238и = у Ф 1) [1, 9—11]. Достаточно широкие пределы изменения изотопного состава и в районе работ создают благоприятные предпосылки для использования неравновесного и в качестве природного индикатора для разделения вод различных источников питания подземных потоков.
Возможностям индикаторных уран-изотопных методов посвящен ряд публикаций [1—10], показывающих их высокую информативность и эффективность при использовании в решении самых различных задач: от индикаторного моделирования процессов формирования и циркуляции подземных потоков до выявления участков для экологически безопасного захоронения жидких промышленных и бытовых стоков.
В настоящей работе изложены результаты комплексных индикаторных и микроэлементных гидрохимических исследований подземных вод неоген-четвертичных водоносных горизонтов с целью определения процессов формирования и циркуляции подземных вод в районе г. Димитров-града, изучения их возможной связи с водами глубоких горизонтов, а также оценки и прогнозирования их экологического состояния. С этой целью была проведена единовременная уран-изотопная и многоэлементная гидрохимическая съемка подземных вод на площади ~3000 км2. В процессе съемки отобраны пробы воды из действующих водозаборных скважин по обоим берегам Черемшанского зал. Куйбышевского водохранилища. Также были опробованы воды рек и водохранилища с целью установления возможной связи между подземными и поверхностными водами в результате разгрузки подземных вод водоносного горизонта на поверхность или, наоборот, за счет инфильтрации поверхностных вод в пределы водоносного горизонта. Были опробованы воды из 34 скважин, четырех речек и водохранилища в четырех створах (рис. 1).
Результаты уран-изотопных исследований показали, что величина 234и/238и = у в подземных водах верхнего гидрогеологического этажа в районе г. Димитровграда изменяется в пределах от 1.20 ± 0.01 до 2.34 ± 0.11. Несмотря на недостаточное для получения наиболее надежных результа-
тов количество действующих скважин и их неравномерное расположение на территории района, выбор наиболее представительных водопунктов для отбора проб с учетом гидрогеологических условий района позволил изучить закономерности изменения изотопного состава и концентрации и по территории и провести на этой основе пространственное моделирование процессов формирования и динамики подземных вод изученного горизонта.
Приведенная на рис. 1 схема изолиний у показывает закономерности изменения величины 234и/238и = у — природного индикатора вод и представляет собой индикаторную модель формирования и циркуляции подземных вод верхних водоносных горизонтов в районе г. Димитровгра-да. Интерпретация приведенной на рис. 1 карты закономерностей изменения изотопного состава и в подземных водах по площади района позволила выделить в неоген-четвертичных отложениях три подземных потока, которые отчетливо прослеживаются в пределах водоносных горизонтов верхнего гидрогеологического этажа. Они выделяются наиболее низким изотопным сдвигом и (234и/238и < 1.7) в изученном районе.
Подземный поток 1, характеризующийся в центральной части величиной уц = 1.60 ± 0.02 и по своей территориальной принадлежности условно названный Мелекесским, формируется в районе пос. Дачного в результате инфильтрации вод р. Мелекесс севернее г. Димитровграда и движется в южном направлении в сторону города. Далее воды этого потока разгружаются в Черемшанский зал.
Подземный поток 2 с уц = 1.57 ± 0.05, условно названный Черемшанским, формируется в районе русла р. Большой Черемшан и движется вдоль этой реки в юго-западном направлении, разгружаясь также в Черемшанский зал. Далее воды этого потока, кроме разгружающихся в Черем-шанский зал., движутся в южном направлении и постепенно смешиваются с глубинными водами, поступающими в водоносный горизонт в зонах разломов земной коры в районах сел Средняя Якушка и Лебяжье (рис. 1).
Подземный поток 3 с уц = 1.31 ± 0.02, названный Восточным, движется со стороны пос. Мои-сеевка (долина р. Малый Авраль) через села Алла-гулово и Куликовка в сторону Черемшанского зал. и разгружается в нем единым фронтом на протяжении более 20 км. Далее воды этого потока в северной части акватории залива направляются в сторону водозабора 3 Научно-исследовательского института атомных реакторов (НИИАР), что свидетельствует о недостаточности ресурсов
кушка
>
280 о
2 ИЗ 3 (?) 110
4 8 4
ш I
12 16 км
5
W\6 мМ7
11
£2.
12
13
Е]
14
1
Рис. 1. Индикаторная модель формирования и циркуляции подземных вод верхнего гидрогеологического этажа в районе г. Димитровграда по уран-изотопным данным. 1 — изолиния величины 234и/238и = у, отн.ед.; 2 — водозаборная скважина и ее номер; 3 — река и место отбора пробы; 4 — подземный поток инфильтрационного питания и его номер; 5 — направление движения подземного потока инфильтрационного питания; 6 — участок поступления глубинных вод и его номер; 7 — очаг внедрения глубинных вод; 8 — смешанные воды; 9 — участки наибольшей фильтрации поверхностных вод; 10 — линия разреза; 11 — населенные пункты; 12 — контур Черемшанского зал.; 13 — Промплощадка НИИАР; 14 — граница горного отвода ОПП НИИАР.
подземных вод верхнего гидрогеологического этажа, поступающих с северной стороны, и о восполнении этого дефицита за счет вод Восточного подземного потока 3.
На территории исследований по уран-изотопным данным также выделено пять участков поступления глубинных вод (рис. 1). В пределах этих участков отмечается увеличение величины 234U/238U до 2.34 ± 0.01 (максимальное значение
на изученной территории) из-за смешения подземных вод верхних горизонтов, питающихся в основном за счет инфильтрации поверхностных вод, с глубинными водами, характеризующимися высоким изотопным сдвигом (более 20 в пределах Русской платформы и 50—250 — в некоторых районах Земли [12]).
Схема процессов взаимодействия вод подземных потоков с глубинными и поверхностными
180 160 140 120
100 80 60 40 20 0
СЗ
. с. Старое Еремкино
В-1
'а
а «
о *
в
3 §
ПП НИИАР 1 -1СГ-1 №
120
1-/Ч
0 2.5 5.0 7.
ЮВ
298
1.31
7.5 10км
г"
■2.0-
B-1 :]1Ж 2 _ л. _ 3
7 У 8 9 1 *
10
J
4
Рис. 2. Индикаторная модель взаимодействия подземных вод верхнего гидрогеологического этажа с поверхностными водами в районе г. Димитровграда по уран-изотопным данным по разрезу I—I. 1 — изолиния величины 234U/23
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.