title-icon Статьи о ремонте
title-icon
» » Охрана подземных вод от загрязнения и истощения

Охрана подземных вод от загрязнения и истощения

Все более разнообразным и глубоким становится воздействие антропогенных процессов на подземную гидросферу. Взаимодействие человека и подземной гидросферы имеет различные аспекты; среди отрицательных последствий этого взаимодействия наиболее серьезными являются загрязнение и истощение подземных вод. Острота этой проблемы возрастает в связи с загрязнением крупных рек и озер в густонаселенных странах и стремлением к переходу на водоснабжение подземными водами. И в нашей стране к 2000 г. ставится задача перевода хозяйственно-питьевого водоснабжения преимущественно на ресурсы подземных вод.
Предотвращение загрязнения и истощения подземных вод и неблагоприятных последствий от этих явлений — главная задача охраны подземных вод — нового направления гидрогеологии, развивающегося в последние годы.
Загрязнение подземных вод вызывает ухудшение их свойств и состава, ограничивающее или даже не допускающее использование подземных вод (для питьевых, хозяйственных, ирригационных и других целей). Загрязнение подземных вод происходит под влиянием как техногенных, так и естественных природных процессов. Это воздействие на подземную гидросферу может иметь как региональный, так и локальный характер.
Региональные процессы техногенного загрязнения происходят прежде всего через атмосферу и биосферу. В атмосферу выбрасывается 2,96*10в8 т/год аэрозолей промышленного происхождения. Эта цифра приближается к интенсивности выделения природных аэрозолей. Кроме того, крупные промышленные города мира выбрасывают до 3 млрд. т различных отходов, более 500 км3 жидких стоков. Другие цифры по техногенной деятельности человека тоже впечатляющи. При добыче полезных ископаемых перемещается до 100 млрд. т пород. При обработке сельскохозяйственных земель вносится более 500 млн. т удобрений. Ежегодно сжигается до 3 млрд. т нефти. Главные регионы загрязнения — Западная Европа и Северная Америка.
Одним из наиболее заметных изменений, наблюдаемых в атмосфере в последние 20—30 лет, явилось образование кислотных дождей (рис. 12.5, 12.6). При взаимодействии двуокиси серы и окислов азота с водяными парами в атмосфере появляются кислоты, а затем еще более токсичные соли кислот. Выпадение кислотных дождей стало широко распространенным явлением, захватывающим крупные регионы и приводящим к закислению природной среды. Кислотные дожди выпадают на расстоянии сотен и тысяч километров от источника выброса загрязняющих веществ; леса и озера Северной Европы страдают от таких выбросов в Центральной Европе; такие же явления наблюдаются в Канаде от выбросов в США.

Кислотные дожди вымывают тяжелые металлы из почв, увеличивая их токсичность, уменьшают плодородие почв, меняют соотношение между содержанием кальция и алюминия в сторону последнего.
Атмосферные осадки в условиях антропогенного загрязнения изменяют свой химический состав — увеличивается содержание сульфатов, появляются тяжелые металлы (ртуть, свинец, кадмий, мышьяк и др.), специфические компоненты (ДДТ и другие хлор-органические соединения, биоциды, инсектициды). Проникновение таких вод в водоносные горизонты вызывает образование обширных ореолов загрязнения подземных вод. Оно характерно для почвенных вод, верховодки, грунтовых вод. На более глубокозалегающих водоносных горизонтах атмосферное загрязнение обычно не сказывается.
Региональное ухудшение качества подземных вод может происходить не только под воздействием техногенных факторов, но и в естественной обстановке. Например, естественная «зараженность» подземных вод фтором, железом, марганцем, радиоактивными веществами, ограничивающая практическое использование подземных вод для питьевого водоснабжения, наблюдается на отдельных участках Московского, Северо-Двинского, Причерноморского и других артезианских бассейнов. Это явление дало основание выделять биогидрогеохимические провинции, характеризующиеся отклонениями от предельно допустимых концентраций биологически активных компонентов в пресных подземных водах. Причем следует учитывать компоненты, находящиеся не только в избытке по отношению к предельно допустимым концентрациям, но и в дефиците. Примером таких районов могут служить некоторые межгорные артезианские бассейны, например, Нижнезейский и Среднеамурский, в которых пресные воды часто содержат избыток железа и марганца и недостаток иода и кальция.
Изучение биогидрогеохимических провинций только начинается. Поэтому следует учитывать при их выделении воздействие как техногенных, так и природных факторов. Это позволит более эффективно и целенаправленно использовать такие обобщения для разных практических целей, прогнозировать изменение состава подземных вод и по возможности и необходимости управлять процессами изменения состава вод в нужном направлении.
Загрязнение подземных вод носит не только региональный, но и локальный характер. Чаще всего оно связано с техногенными процессами. Так, при разработке месторождений солей, нефтей, легко выщелачиваемых руд и других интенсивно мигрирующих в водной среде полезных ископаемых образуются исключительно контрастные и обширные ореолы загрязнения. Особенно интенсивно гидрохимические процессы происходят в осушаемых водоносных горизонтах, на участках отвалов, хвосто- и шламохранилищ.
Различные типы и виды загрязнения возникают в зонах деятельности промышленных предприятий, тепло- и атомных электростанций, при подземной газификации углей, на территориях населенных пунктов (рис. 12.7), при удобрении и мелиорации сельскохозяйственных земель, при закачке в водоносные горизонты химически активных отходов, при интрузии морских вод или внедрении глубокозалегающих соленых вод и др.

По типу воздействия следует различать физическое (температурное, электрическое, магнитное и др.), механическое, связанное с разрушением и перемещением водосодержащих пород, химическое, радиоактивное, биологическое (бактериальное). Каждое из них способствует изменению физико-химической обстановки в водоносных горизонтах. Чаще всего это воздействие имеет комплексный характер.
Защищенность водоносных горизонтов от такого воздействия зависит, с одной стороны, от степени их изоляции с поверхности (мощности толщ, перекрывающих водоносный горизонт, их. сорбционной способности и емкости). Она дополняется способностью к самоочищению самого водоносного горизонта, дальностью путей миграции загрязнителя, при которой происходит полное его исчезновение в подземных водах или снижение концентраций до допустимых значений.
С другой стороны, интенсивность загрязнения и защищенность водоносного горизонта зависят от типа загрязнителя, его объемов, химической активности, подвижности и концентрации загрязняющих веществ.
Таким образом, в одних случаях защищенность водоносного горизонта может быть полной от любых загрязнителей, но могут быть случаи, когда она для одних загрязнителей будет полная, для других — частичная. Может создаваться также и такая обстановка, когда водоносный горизонт не имеет защиты от загрязнения.
Подходы к изучению загрязнения подземных вод сложны и разнообразны. Круг элементов и химических соединений, которые при этом изучаются, определяется союзными и международными стандартами на воду, используемую для питьевых, хозяйственных, ирригационных и других целей. Например, современные стандарты на питьевую воду в России и в Европе оценивают содержание 31 компонента. Кроме того, нормируются ПДК пестицидов и гербицидов по 26 показателям, ПДК 18 изотопов, предельно допустимая радиация 11 веществ, С учетом промышленного и сельскохозяйственного загрязнения число нормируемых компонентов уже перешагнуло порог 500. Причем их количество постоянно возрастает, а требования к их оценке становятся все более жесткими.
Насколько важной для человечества является проблема "чистых" вод говорит такой факт, что, как говорилось в начале главы, Генеральная ассамблея ООН период 1981—1990 гг. провозгласила Международным десятилетием обеспечения питьевой водой и улучшения санитарных условий. Важная роль в решении этой проблемы принадлежит гидрогеологам. В их задачу входит выявление источников загрязнения подземных вод (прежде всего, пресных), оценка масштаба и прогноз происходящих в их химическом составе изменений, обоснование охранных мероприятий и наблюдений за гидрогеохимнческими процессами (организация мониторинга).
Охрана подземных вод от загрязнения состоит прежде всего в том, чтобы не допускать попадания в водоносные горизонты вредных компонентов в значительных объемах, чтобы сохранять подземные воды в состоянии, пригодном для практического использования.
Защитные мероприятия по охране подземных вод от загрязнения могут быть разделены на профилактические и специальные.
Профилактические мероприятия предусматривают прежде всего использование таких технологических процессов в промышленном и сельскохозяйственном производстве, которые не допускают прямое или через атмосферу и биосферу загрязнение подземной гидросферы с учетом ее природной защищенности. В группу таких мероприятий входят применение замкнутых систем промышленного водоснабжения и канализации, улучшение очистки сточных вод и газодымных выбросов, контролируемое или ограниченное использование ядохимикатов, выбор места строительства промышленных сооружений с учетом степени природной защищенности водоносных горизонтов.
К профилактическим мероприятиям относятся также контроль за состоянием окружающей среды, влиянием на это состояние различного рода человеческой деятельности, организация сети режимных гидрогеологических наблюдений, выделение зон санитарной охраны водозаборов.
Специальные мероприятия по охране подземных вод от загрязнения носят целенаправленный характер. В их задачу входят как предупреждение загрязнения, так и ликвидация его неблагоприятных последствий. К специальным мероприятиям относятся устройства противофильтрационных (гидроизоляционных и тампонажных) завес, откачка (защитный дренаж) загрязненных вод с последующей утилизацией отходов, сброс и надежное захоронение особо вредных стоков в глубокозалегающие и надежно изолированные коллекторы.
В предыдущем разделе было показано исключительно широкое использование подземных вод для различных практических целей. Кроме того, значительные объемы подземных вод извлекаются из недр при строительстве карьеров и шахт, проходке котлованов и тоннелей, промышленном и сельскохозяйственном освоении территорий. Подземные воды стоят на первом месте среди других полезных ископаемых, которые извлекаются из недр. Общее количество воды, отбираемое как для водоснабжения, так и при осушении недр в процессе строительства, достигает в России примерно 1000 м3/с, что составляет около 32 млрд. т/год. Добыча же основных твердых полезных ископаемых (уголь, минеральные удобрения, руды, строительные материалы) около 1,8 млрд. т/год. С учетом вскрыши и переработки «пустых» пород по общей массе вынимаемые из недр породы значительно уступают воде.
Интенсивность отбора подземных вод из года в год растет, иногда не совсем обоснованно. Неспециалистов вводит в заблуждение то, что вода обладает уникальным свойством — ее ресурсы возобновляются. Это создает впечатление о неисчерпаемости подземных вод. Ho это иллюзия. Питание и отбор подземных вод должны соответствующим образом регулироваться. При отборе вод из недр в объемах, превышающих естественное или искусственное восполнение, происходит снижение уровня и уменьшение запасов подземных вод, осушение водоносных толщ.
Истощение подземных вод происходит также за счет ухудшения условий питания подземных вод. Этому явлению могут способствовать вырубка лесов, отвод рек, асфальтирование городских и промышленных территорий. В ряде случаев антропогенные процессы сопровождаются изменением климатической обстановки, уменьшением выпадающих атмосферных осадков. Если в обычных климатических циклах недостаток водного питания в сухой период компенсируется затем в последующий влажный период, то при антропогенных изменениях климата таких компенсаций чаще всего не происходит.
В результате осушения водоносных горизонтов наряду со снижением уровня и запасов подземных вод наблюдаются и другие явления: увеличение мощности зоны аэрации, изменение режима поверхностных вод и уменьшение поверхностного стока, изменение ландшафтных условий, нарушение водно-температурного баланса в значительном интервале глубин, осадка поверхности Земли в результате консолидации осушаемых пород, усиление суффозионно-карстовых процессов. В одних районах перечисленные явления отмечаются одновременно, а в других — только некоторые из них.
Наиболее обширные депрессионные воронки сформировались вокруг крупных городов и горнодобывающих предприятий. Диаметр воронок достигает 50—100 км и более, а понижение уровня 30—70 м и более. Такая обстановка возникает в районах Москвы, Ленинграда, Харькова, на территориях КМА, Северо-Уральского бокситового рудника, Ленинградского и Эстонского месторождений горючих сланцев, Белозерского железорудного месторождения (рис. 12.8).

Еще более впечатляющая картина наблюдается за рубежом (США, ФРГ, ГДР и др.). Так, например, в результате отбора воды из буроугольного карьера в районе г. Кёльн (ФРГ) произошло снижение уровня подземных вод на 300—500 м, а суммарный водоприток достиг 45 м3/с, что составляет до Vs отбора подземных вод в целом по ФРГ.
Из сказанного видно, какие разнообразные последствия имеет истощение подземных вод. Оно часто приводит к невосполнимым потерям, к значительному изменению режима подземной гидросферы. Как правило, истощение подземных вод тесно связано и с ухудшением их качества. Причем эти явления происходят не только с пресными водами, но и с минеральными и термальными.
Основные мероприятия по охране подземных вод от истощения, как и при рассмотрении загрязнения, делятся на две группы: профилактические и специальные.
Профилактические мероприятия направлены прежде всего на рациональное использование ресурсов подземных вод. Они предусматривают государственный контроль за бурением, ликвидацию самоизливающих скважин, не использующихся в практических целях, сокращение отбора вод для технического водоснабжения, нормирование и экономию подземных вод при их использовании в промышленности, коммунальном и сельском хозяйстве. По возможности следует также воздерживаться от реализации проектов освоения месторождения полезных ископаемых, связанных с глубоким осушением водоносных горизонтов, и находить такие технические решения, которые позволили бы осваивать недра с наименьшими нарушениями режима подземных вод (применение тампонажа, изоляции водоносных горизонтов и др.).
Специальные мероприятия связаны с искусственным восполнением ресурсов подземных вод, использованием вместо пресных вод солоноватых и соленых, где это возможно.
Искусственное восполнение (магазинирование) ресурсов пресных вод представляет собой инженерные мероприятия по усилению инфильтрации поверхностных вод в водоносные горизонты. Такая инфильтрация может осуществляться в специально созданных водоемах (бассейнах), а также в карьерах, каналах, естественных понижениях рельефа. Наиболее благоприятные условия для инфильтрации имеются в долинах рек, предгорных конусах выноса, межгорных впадинах, емких коллекторах, которые могут принять в себя поверхностные воды.
При магазинировании водозаборы могут использовать как естественные, так и искусственные ресурсы подземных вод. Примером такого рода водозаборов могут служить эксплуатационные скважины, расположенные вблизи реки. Они получают питание как со стороны склона (дренирование водоносного горизонта), так и со стороны реки (инфильтрация поверхностных вод).
При эксплуатации так называемых инфильтрационных водозаборов (т. е. получающих дополнительное питание за счет инфильтрации поверхностных вод) часто наблюдается улучшение качества отбираемых из скважин вод. Это происходит по разным причинам — иногда поверхностные воды имеют лучшее качество и меньшую минерализацию, чем подземные. В других случаях поверхностные воды при инфильтрации и последующем движении в водоносных пластах теряют вредные компоненты в результате сорбции и других химических процессов.
Вокруг действующих Каракумского и Крымского каналов и сопутствующих им водохранилищ образуются обширные зоны опреснения подземных вод, вызванные инфильтрацией поверхностных вод. Ho в ряде районов возникают и неприятные процессы — подтопление территорий и засоление почвенно-покровных отложений. Сказанное свидетельствует о разной направленности возникающих явлений и о необходимости учета всех факторов, сопутствующих переносу огромных масс воды в районы засушливого климата.
Для покрытия дефицита в пресных водах в ряде районов возможно использование солоноватых и соленых вод для водопоя скота, обводнения пастбищ и орошения при выращивании некоторых культур. В таких случаях особое внимание обращают на состав подземных вод и используют их только тогда, когда концентрации компонентов не превышают предельных, установленных для этих районов.
Заканчивая, следует еще раз обратить внимание на то, что регулирование состава и ресурсов подземных вод становится все более актуальной задачей. Гидрогеологам предстоит изучить и найти наиболее оптимальные формы взаимодействия подземной гидросферы с техногенными явлениями, которые становятся все могущественней и проникают в недра все глубже. Для этого нужно прежде всего знать естественные гидрогеологические закономерности и стараться их как можно меньше исправлять. И если уж неблагоприятные изменения в подземной гидросфере возникли, то находить методы и способы, чтобы эти изменения приносили бы наименьший ущерб — экономический, экологический и моральный. Всегда при этом надо помнить, что грубое вмешательство в природу, особенно такой отлаженный организм, как водоносные горизонты, может иметь необратимые и самые неблагоприятные последствия.

title-icon Подобные новости