УДК 550.42: 556.114.6
ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫЕ ГИДРОХИМИЧЕСКИЕ АНОМАЛИИ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ СЕВЕРА КАЛУЖСКОЙ ОБЛАСТИ
О. А. Момот,
доцент, Обнинский институт атомной энергетики — филиал Национального исследовательского
ядерного университета «МИФИ», momotulya@gmail.com,
Г. В. Лаврентьева,
доцент, Обнинский институт атомной энергетики — филиал Национального исследовательского
ядерного университета «М ИФИ», Lavrentyeva_G@list.ru,
Б. И. Сынзыныс,
профессор, Обнинский институт атомной энергетики — филиал Национального исследовательского
ядерного университета «МИФИ», ecology@iate.obninsk.ru,
И. И.Силин,
ведущий научный сотрудник, Институт минералогии, геохимии и кристаллохимии редких элементов,
igorivsil@gmail.com
В результате геохимических исследований, проведенных на водозаборах севера Калужской области, было установлено, что повышенные содержания в воде стронция и других природных элементов приурочены к пьезометрическим воронкам. Мониторинг техногенных радионуклидов (трития и стронция-90) показал характерную связь концентрации радиоизотопов в подземных водах с режимом эксплуатации прибрежных водозаборных скважин и уровнем водоносных горизонтов в г. Обнинске.
As a result of geochemical studies on catchments of north of the Kaluga region, it was found that high amounts of strontium in the water and other natural elements are confined to the piezometric funnels. Monitoring of technogenic radionuclides (tritium and strontium-90) showed the characteristic bond concentration of radioisotopes in groundwater to operating coastal water wells and aquifers levels in Obninsk.
Ключевые слова: гидрохимическая аномалия, стронций, фтор, мышьяк, тритий, стронций-90, сезонная динамика.
Keywords: hydrochemical anomaly, strontium, fluorine, arsenic, tritium, stron-tium-90, the seasonal dynamics.
Общие сведения о районе. Приоритетными показателями качества подземных вод Московской области являются содержание Ге, Мп, Г, В, Бг, Ы, Ва, Ля, а также общая жесткость и минерализация. В последние десятилетия на многих водозаборах подземных вод Калужской области отмечено также повышение содержания некоторых из этих элементов (рис. 1).
Особую озабоченность для водопользователей представляет стронций в связи с высоким классом опасности и сложностью очистки от него питьевых вод. Широкая распространенность повышенных концентраций стронция в подземных водах привела к необоснованной терпимости санитарно-гигиенического и геологического надзора к сложившейся ситуации. По молчаливому согласию контролирующих органов опасное загрязнение питьевых вод природными элементами, в том числе и стронцием, рассматривается как природное явление, независимое от человека. Между тем, анализ закономерностей возникновения аномалий природных элементов указывает на их прямую связь с антропогенной нагрузкой на геологическую среду. Содержание в воде перечисленных элементов определяется реакциями в системе «вода—порода» и возрастает при нарушении в водоносном горизонте динамического равновесия под влиянием антропогенных факторов [1].
О широком распространении стронция в осадочных породах Московского артезианского бассейна известно давно. Некоторыми авторами выделяются Московская целестиновая провинция и гидрогеохимическая провинция подземных вод,
Условные обозначения:
Рис. 1. Высокоопасные «природные» элементы и нитраты в подземных водах
севера Калужской области (данные Росприроднадзора): размер значка и цифры отражают уровень загрязнения относительно ПДК
обогащенных стронцием [2]. На территории севера Калужской области источниками стронция, наиболее близкими к промышленным горизонтам пресных вод, являются верхнедевонские и нижнекаменноугольные отложения с целестин-гипсовой и целестин-кальци-товой минерализацией, залегающие на 50—100 м ниже.
Водообильность эксплуатируемого алексинско-тарусского комплекса зависит от степени трещиноватости известняков. Величина водопроводимости карбонатных пород на большей части территории не превышает 200 м2/сут. В сводах структурных поднятий, а также в зонах тектонических трещин она значительно возрастает. Максимальная водопроводимость приурочена к участкам трещиноватых пород в древних погребенных долинах, приуроченных, как правило, к современным долинам малых рек — Протва, Нара, Истья, Су-ходрев, Лужа.
Питание водоносного комплекса происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков. В долинах рек, кроме
инфильтрационного питания, существенную роль играет разгрузка речных вод в подземные водоносные горизонты в период паводков. Помимо дренирующей роли рек на формирование пьезометрической поверхности и напора водоносного комплекса большое влияние оказывает интенсивная эксплуатация водозаборов городов Калуги, Обнинска, Боровска, Малоярославца, Мосальска, Спас-Деменска, Белоусово, Балабано-во, а также Москвы и Московской области. В результате длительной эксплуатации водозаборов с объемом добычи, превышающей объем атмосферного питания, произошла сработка емкостных запасов алексинско-тарусского водоносного комплекса. В результате в районе северных городов Калужской области (Балабаново, Обнинск, Малоярославец и др.) образовались депрессионные воронки с понижением уровней в десятки метров, осложняющие Московскую региональную пьезометрическую депрессию поперечником в 200 км и понижением уровней до 150 м.
Многолетний цикл химического состава подземных вод промышленного горизонта за пределами групповых водозаборов изучен слабо, так как государственная сеть наблюдательных скважин не оборудована для контроля их качества. Качество воды из новых скважин, пробуренных за пределами групповых водозаборов, в основном удовлетворительное. В то же время на групповых водозаборах, работающих в нарушенных условиях пьезометрической депрессии, качество воды, по данным объектного мониторинга, тесно связано с гидродинамическими условиями и химическим составом водоносного горизонта, что можно проиллюстрировать на примере водозаборов г. Обнинска, эксплуатирующих в основном окс-ко-тарусский и частично протвинский водоносные горизонты.
Наукоград Обнинск имеет предприятия, использующие атомные технологии, поэтому в составе производственных отходов города присутствуют радиоизотопы. С одной стороны, это усложняет задачу экологического мониторинга, с другой — позволяет уверенно проследить распространение антропогенного загрязнения окружающей среды, так как при мониторинге радиоизотопы выполняют роль «меченых атомов».
Целью данной работы явилось изучение природно-техногенных аномалий в подземных водах севера Калужской области.
Результаты наблюдений. Содержание стронция и других химических элементов. В результате геохимических исследований, проведенных на водозаборах севера Калужской области, было установлено, что повышенные содержания в воде стронция и других природных элементов приурочены к пьезометрическим воронкам, а причиной этого явилось нарушение естественного гидродинамического режима и химического состава подземных вод [3].
В стратиграфическом разрезе территории большинство тяжелых металлов (N1, Со, Ля, Т1, V, Сг, 7г, Си, РЬ, Мо, Оа) в повышенных концентрациях содержится в глинистых породах тульской, алексинской, михайловской, стешев-
ской, верейской и каширской свит каменноугольных отложений. Для водоносной карбонатной части геологического разреза характерны Мп, Бг, Ва, Г.
Воды алексинско-тарусского водоносного комплекса в естественных ненарушенных условиях пресные, минерализация их от 240 до 500 мг/л, по химическому составу гидрокарбонатные кальциево-магниевые и магние-во-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, фтора — 0,5—1,0 мг/л. Содержание других микрокомпонентов (Си, 7п, Мо, Ля и др.) обычно ниже норм ПДК, содержание стронция стабильного менее 5 мг/л [4].
Антропогенная зарегулированность подземного стока обусловила появление на территории пьезометрической депрессии вторичной гидрогеохимической зональности подземных вод. В направлении г. Обнинска возрастают: общая минерализация воды, жесткость, значения рН, содержание железа. В целом, в зоне нарушенного водообмена геохимическая зональность подземных вод определяется инженерно-геологическими причинами: она зависит от понижения уровня вод, который регулируется интенсивностью водоотбора и водопроводимостью водоносного горизонта.
Считается, что реактивное воздействие водного потока больше на участках менее трещиноватых водоносных пород, поскольку возрастает относительный объем пограничного слоя, взаимодействующего с породой, которую он обтекает [1]. В условиях нарушенного динамического режима затрудненная фильтрация способствует росту общей минерализации подземных вод. Одновременно возрастает общая жесткость, а также содержание в воде сульфатов, фтора и других компонентов.
Объемы добычи воды в целом положительно коррелируются с водопро-водимостью пород, окружающих водозаборную скважину. Соотношение объема добычи и водопроводимости пород может быть выражено количественно
через удельный дебит, равный отноше-
о
нию объема добытой воды (мо/сут) на 1 м понижения уровня воды в скважине.
Зависимость дебита скважин д (л/с) от водопроводимости пород (Кт, м2/сут) на обнинских водозаборах выражается эмпирической линейной формулой вида:
д = 0,008-Кт.
о
Если д выразить в мо/сут, то видно, что угловой коэффициент в формуле соответствует метрической величине длины потока обусловленной водопроводи-мости, необходимой для достижения заданного дебита скважины, и по существу является модулем гидродинамического равновесия водоносного горизонта. Искусственное превышение этой величины приводит к нарушению геохимического равновесия в водоносном горизонте. В период весеннего половодья или осеннего паводка условия нестабильны, поэтому влияние удельного дебита на качество вод наиболее полно проявляется в период низких уровней водоносного горизонта.
Водопроводимость пород алексинс-ко-тарусского водоносного комплекса наиболее высокая на уровне веневско-тарусского подгоризонта, с глубиной она несколько
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.