ГЕОЭКОЛОГИЯ. ИНЖЕНЕРНАЯ ГЕОЛОГИЯ. ГИДРОГЕОЛОГИЯ. ГЕОКРИОЛОГИЯ, 2012, № 4, с. 320-325
УДК 546.791.02.234.238:556.3(04)
ИЗОТОПНО-ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗМЕНЕНИЙ ДИНАМИКИ И ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ГОРОДСКОЙ ТЕРРИТОРИИ В РЕЗУЛЬТАТЕ ЭКСПЛУАТАЦИИ ВОДОНОСНЫХ ГОРИЗОНТОВ
© 2012 г. А. И. Тихонов, А. Ф. Иванов, Н. Е. Миронова, В. П. Тихонов, С. В. Ефимова
ООО "Научно-исследовательский институт геологических и геоэкологических проблем ", ул. Академика Королева, д. 1, г. Чебоксары, 428023 Россия. E-mail: niigigep@mail.ru
Поступила в редакцию 13.09.2010 г.
На основе комплексных исследований с помощью уран-изотопного и микроэлементного гидрогеохимического методов показана возможность изучения изменений динамики и геоэкологического состояния подземных вод на селитебной территории крупного города путем индикаторного моделирования процессов формирования и циркуляции подземных вод, а также взаимодействия вод различных горизонтов, включая поступление глубинных вод в пределы водоносных горизонтов.
Ключевые слова: уран-изотопный и микроэлементный гидрогеохимический методы, поверхностные, подземные и глубинные воды, водоотбор.
В настоящее время для централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения населения крупных городов Поволжья "по инерции" преимущественно используют воды р. Волги, хотя все осознают опасность такого подхода в современных условиях антропогенного загрязнения поверхностных вод на территории центральных регионов России. В связи с этим необходимость использования подземных вод для питьевых целей стала одной из важнейших проблем для населения Центральной России. Но, сознавая всю сложность в современных экономических условиях России организовать централизованное водоснабжение крупных городов за счет подземных вод, многие городские предприятия стремятся построить собственные водозаборные скважины для обеспечения качественной питьевой водой своих хозяйств. Такие водозаборные сооружения зачастую строятся на неразведанных площадях и без учета требований санитарно-экологической безопасности. Поэтому нередко в процессе длительной эксплуатации водоносных горизонтов со временем наблюдаются существенные изменения динамики подземных вод и ухудшение их качества, вызванные как усилением инфильтрации антропогенно загрязненных поверхностных вод, так и поступлением в водоносные горизонты глубинных вод с повышенным содержанием различных токсичных химических элементов.
В этих условиях для своевременного выявления негативных изменений динамики подземных вод и их экологического состояния в результате взаимодействия вод различных горизонтов, особенно на городских территориях, может быть использована комплексная технология, включающая высокоточный индикаторный уран-изотопный и микроэлементный гидрохимический методы. Возможности указанных методов неоднократно демонстрировались в работах [3-9], отражающих результаты комплексных изотопно-гидрохимических исследований подземных вод на территории некоторых регионов Восточно-Европейской платформы. Известно, что использование уран-изотопного метода индикаторного моделирования динамики подземных вод позволяет определить процессы формирования и циркуляции подземных вод, а также взаимодействия вод различных горизонтов, включая поступление глубинных вод в пределы водоносных горизонтов. Учитывая повышенное содержание в глубинных водах тяжелых металлов и других токсичных химических элементов (Мп, РЬ, Бг, Ва, А1, В, Ы, Ш) [3-9], трудно переоценить ценность своевременного выявления очагов внедрения глубинных вод с точки зрения экологической безопасности подземных питьевых вод. При этом проведение многоэлементного анализа подземных вод в комплексе с уран-изотопным методом позволяет определить степень участия различных микроэлементов в
а
8 [32/2 [^75
б
Рис. 1. Индикаторные модели формирования и циркуляции подзмных вод в северо-восточной части г. Самары по уран-изотопным данным по состоянию: а - на август 2007 г., б - май 2008 г.: 1 - изолиния величины 234и/238и = с; 2 - 4 - пределы изменения величины с: менее 1.6 (2) от 1.6 до 2.0 (3) и более 2.0 (4); 5 - скважина; 6 - место отбора пробы речной воды, цифра - значение с; 7 - железная дорога; 8 - кварталы населенных пунктов; 9 - тектоническое нарушение; 10 - подземный поток собственно пластовых вод казанских отложений; 11 - очаг внедрения глубинных вод; 12 - номер аномальной зоны с повышенным значением с; 13 - участки погружения поверхностных вод; 14 - номер участка погружения поверхностных вод; 15 - направление фильтрации поверхностных вод.
повышении суммарного показателя загрязнения (СПЗ) подземных вод согласно правилам действующих нормативных требований [1].
Как показали дальнейшие работы, повторные периодические изотопно-гидрохимические исследования подземных вод по площади или по профилю через интересующие водозаборные скважины раскрывают новые возможности уран-изотопного метода. Во-первых, появляется возможность контролировать восполняемость естественных ресурсов эксплуатируемого водоносного горизонта, во-вторых - своевременно выявлять время начала превышения водоотбора над естественными ресурсами подземных вод и, в-третьих - разработать мероприятия для предотвращения возможного истощения и загрязнения в процессе дальнейшей эксплуатации водоносного горизонта.
В данной работе показаны возможности новых методов для экспрессной оценки изменений гидрогеологической обстановки и экологического состояния подземных вод в процессе интенсивного водоотбора в условиях городской агломерации. Работы проводились на примере территории северо-восточной части г. Самары, где основным эксплуатируемым водоносным горизонтом являются отложения казанского яруса, сложенного трещиноватыми известняками и доломитами, в речных долинах перекрытых четвертичными образованиями, представленными глинами с прослоями песков с гравием.
В указанном районе, с целью определения степени изменений циркуляции подземных потоков в пределах основного эксплуатируемого водоносного горизонта и взаимодействия вод различных горизонтов и источников, впервые авторами был проведен площадной мониторинг в виде трехкратной изотопно-гидрохимической съемки подземных вод в течение 2006-2008 гг. Для решения поставленных задач на площади около 70 км2 трижды в летние сезоны опробовались около 30 водозаборных скважин, и на основе полученной информации строились индикаторные карты-модели формирования и циркуляции подземных вод, а также карты распределения различных микроэлементов, концентрация которых на некоторых участках превышает ПДК. На основе периодической уран-изотопной съемки в районе исследований было установлено, что в процессе многолетнего водоотбора водозаборными скважинами подземный поток А пластовых вод казанских отложений в "неизмененном" виде сохранился только на небольшом участке в северо-западной части изученной территории.
В качестве иллюстрации на рис. 1 а,б показаны индикаторные уран-изотопные карты-модели циркуляции и взаимодействия подземных вод различных источников и горизонтов по состоянию на август 2007 г. и май 2008 г. Как видно на рисунках, на большей части территории наблюдается сложная картина циркуляции подземных вод, вызванная преимущественной инфильтрацией поверхностных вод на одних участках и поступлением глубинных вод - на других. Участки инфильтрации поверхностных вод выделяются по относительному понижению величины отношения а-активности изотопов урана 234и/238и = с (неравновесного урана) на фоне пластовых вод казанских отложений, а участки поступления глубинных вод, наоборот, повышением величины с. По данным уран-изотопной съемки, на территории исследований выявлены 4 участка усиленной инфильтрации поверхностных вод в пределы водоносного горизонта и 4 участка внедрения глубинных вод. Особенно сложная картина взаимодействия вод различных горизонтов наблюдается в центральной части изученной территории. Так, если в 2007 г. (см. рис. 1 а) в районе п. Зубчаниновка был выделен обширный участок IV инфильтрации поверхностных вод, то он в 2008 г. (см. рис. 1 б) переместился на восток в результате усиления поступления глубинных вод на участках 2 и 4 и последующего их объединения. Это вызвано превышением водоотбора эксплуатационными скважинами над естественными ресурсами подземных вод.
Более детально процессы внедрения глубинных вод в районах конкретных скважин можно видеть в разрезе на рис. 2, куполовидная конфигурация изолиний с на котором свидетельствует о поступлении глубинных вод из глубоких частей разреза на локальных участках в районах скв. 5427 и скв. 5762. Как видно на рис. 2, в этих районах существуют тектонические нарушения. Поступающие по ним глубинные воды, смешиваясь с пластовыми водами казанских отложений, образуют аномальные участки 3 и 5. На этом же разрезе можно также наглядно видеть процесс погружения поверхностных вод в пределы водоносного горизонта казанских отложений в районе русла руч. Орловский, создавая угрозу антропогенного загрязнения водоносного горизонта.
Значительные изменения наблюдаются и в северо-западной части территории, где в 2007 г. был выделен обширный подземный поток пластовых вод (А), а в 2008 г. от него остались только небольшие фрагменты в виде локальных аномальных зон А и А1. Также следует отметить перемещение
3
п. Мехзавода
0 1 2 3 4км
1 2а 2 т 3 Оп-ш 5
$1.69 Р2кг шШШш
7 1 1 8 9 10 <Й>
Рис. 2. Индикаторная модель формирования и циркуляции подземных вод в северо-восточной части г. Самары по уран-изотопным данным по разрезу I - I (май 2008 г.): 1 - изолиния величины 234и/234и = с; 2 - скважина и интервал установки фильтра, цифры: вверху - номер скважины, около фильтра - величина с, внизу - глубина, м; 3 - статический уровень; 4 -стратиграфическая граница; 5-7 - пределы изменения величины 234и/238и = с: 5 - менее 1.6, 6 - от 1.6 до 2.0 и 7 - более 2.0; 8 - тектоническое нарушение; 9а - поступление глубинных вод, б - внедрение поверхностных вод; 10 - номер участка поступления глубинных вод с повышенными значениями с; 11 - номер участка погружения поверхностных вод.
о / У*
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.