Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Формирование и закономерности распространения азотного загрязнения в подземных водах четвертичных отложений правобережья Красной реки в пределах г. Ханоя

ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование и закономерности распространения азотного загрязнения в подземных водах четвертичных отложений правобережья Красной реки в пределах г. Ханоя"

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ мм. С. Орджоникидзе

На правах рукописи

НГУЕН ТХИ ТХУ ХА

ФОРМИРОВАНИЕ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ РАСПРОСТРАНЕНИЯ АЗОТНОГО ЗАГРЯЗНЕНИЯ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ ЧЕТВЕРТИЧНЫХ ОТЛОЖЕНИЙ ПРАВОБЕРЕЖЬЯ КРАСНОЙ РЕКИ В ПРЕДЕЛАХ Г. ХАНОЯ (ВЬЕТНАМ)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук (специальность 25.00.07 - Гидрогеология)

МОСКВА 2004

Работа выполнена в Московском государственном геологоразведочном университете на кафедре гидрогеологии.

Научный руководитель: Доктор геолого-минералогических наук,

профессор, академик РАЕН В.М.Швец.

Официальные оппоненты:

1) Доктор геолого-минералогических наук,

Ведущая организация: ОАО «ВНИИЗарубежгеология»

Защита состоится 24 июня 2004 г. в 17 час. на заседании диссертационного совета Д.212.121.01 в Московском государственном геологоразведочном университете им. С. Орджоникидзе, по адресу: 117997; Москва, ГСП-7, ул. Миклухо-Маклая, 23, ауд. № 549.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГТРУ.

Приглашаю Вас принять участие в заседании совета или прислать Ваш отзыв в 2-х экземплярах, заверенный подписью и печатью, ученому секретарю, по адресу: 117997 Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23, ГГФ, кафедра гидрогеологии, доц. Е.В.Попову.

Автореферат разослан « » мая 2004 г. Ученый секретарь диссертационного совета:

профессор К.Е. Питьева

2) Кандидат геолого-минералогических наук В.П. Закутан

кандидат геолого-минералогических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Ханой - это столица Социалистической Республики Вьетнам. По масштабу он является вторым городом Вьетнама (после города Хо Ши Мин) и единственным, водоснабжение которого на 100% основано на использовании подземных вод. Однако, по последним официальным данным, водная среда г. Ханоя вообще и подземные воды в частности уже частично загрязнены, в том числе и азотными соединениями. Тем более эта проблема становится.острой, т.к. в последнее время с ростом рыночной экономики процесс переселения в город становится все интенсивнее. Появляется много новых микрорайонов, округов, заводов, фабрик, комбинатов и т.д. Это приводит к тому, что потребность в воде повышается с каждым годом, а объём отходов увеличивается, что отражается на загрязнении подземных вод и соответственно на здоровье населения.

С другой стороны, в последнее время во вьетнамских деревнях под эгидой UNICEF реализуется программа "Чистая вода для деревень", предусматривающая с помощью колодцев использование подземных вод верхнего водоносного горизонта. А именно этот горизонт больше всего подвергается загрязнению от техногенных источников. Изученность загрязнения подземных вод, особенно азотными соединениями, в г. Ханое слабая, поэтому возникла необходимость такого изучения и оценки защищенности вод от загрязнения вообще и азотными соединениями в частности. Вследствие этого очевидна актуальность и важность темы диссертации, связанной с изучением распространения азотного загрязнения в подземных водах четвертичных отложений правобережья Красной реки в пределах г. Ханоя.

Цель и задачи работы.

Целью работы является изучение формирования, закономерностей распространения азотного загрязнения и оценка защищенности подземных вод региона г. Ханоя.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

1/ Изучение и качественная оценка роли естественных и количественная оценка антропогенных факторов в загрязнении азотными соединениями.

2/ Выявление закономерностей распространения азотного загрязнения подземных вод четвертичных отложений в изучаемом регионе.

3/ Анализ процесса формирования загрязнения азотными соединениями.

4/ Гидрогеологическое обоснование и анализ естественной защищенности подземных вод от загрязнения азотными соединениями.

5/ Рекомендации по направлению изучения и оценке загрязнения неглубоких подземных вод, используемых для мелкого и среднего водоснабжения.

Фактический материал н методика исследования.

В течение ряда лет (1976-1992) автор работы вместе с коллективом гидрогеологов и геоэкологов кафедры гидрогеологии Ханойского горногеологического института занимался изучением региональной гидрогеологии, гидрогеохимии и геоэкологии г. Ханоя и лругих регионов Вк*т"ямп (Хайфон,

Хошимин, Биндин, Куангнгай, Хуе, КуангниЬ по 1991

Г библиотека 1

3 ! sw^n

гг. в разные сезоны года из водоносных горизонтов автором работы было собрано около 200 анализов различных видов вод (подземных, поверхностных, атмосферных, сточных), а в 2001-2003 гг. было собрано около 1300 анализов, принадлежащих различным научно-исследовательским и производственным гидрогеологическим организациям.

В работе также использованы фактические данные, опубликованные в литературе и приведенные в отчетах Геологического ведомства и Министерства здравоохранения Вьетнама.

Использовались статистические методы и компьютерная обработка фактических данных.

Научная новизна работы.

Систематически исследованы и выявлены закономерности формирования и распространения азотного загрязнения подземных вод верхнего и нижнего водоносных горизонтов четвертичных отложений, а также их гидрогеологическая взаимосвязь. Особенно глубоко изучено формирование азотного загрязнения вод верхнего водоносного горизонта, который представляет собой непосредственный приемник различных источников загрязнения.

Дана количественная оценка роли антропогенных факторов азотного загрязнения, что позволяет, зная время появления загрязняющих источников на земной поверхности конкретного участка, прогнозировать период времени, когда может случиться азотное загрязнение.

Определено оптимальное количество удобрений, которое рекомендуется для использования в сельскохозяйственных районах с целью охраны подземных вод от азотного загрязнения.

Дана оценка естественной защищенности от азотного загрязнения подземных вод обоих водоносных горизонтов региона г. Ханоя в условиях затопления территории.

Использована информационная модель для. диагностирования загрязнения грунтовых вод аммонием верхнего водоносного горизонта района Ханоя.

Практическая значимость работы.

Результаты работы открывают путь к разработке мер, исключающих или снижающих загрязнение питьевых вод, а также к рациональному использованию разных видов удобрений в сельскохозяйственной деятельности. Данные анализов, полученные по водам верхнего водоносного горизонта, могут быть использованы как основа для оценки азотного загрязнения неглубоких подземных вод, особенно в настоящее время» когда программа под эгидой UNICEF "Чистая вода для деревень" реализуется полным ходом.

Результаты диссертационной работы также указывают на необходимость очистки сточных вод, сбрасываемых в многочисленные каналы, реки, озера и пруды, откуда они поступают в водоносные горизонты. Кроме того, материалы работы могут быть использованы при подготовке лекций по курсу "Экология" в Ханойском горно-геологическом институте.

Защищаемые положения.

1. Подземные воды четвертичных отложений загрязняются главным образом аммонием и в меньшей степени нитритами и нитратами, что обуслов-

лено геолого-гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями (преобладание восстановительной обстановки).

2. Наиболее загрязненными аммонием являются воды верхнего водоносного горизонта, а наименее - эксплуатируемого нижнего горизонта.

3. Степень загрязнения зависит от условий миграции загрязняющих веществ через зону аэрации (для верхнего горизонта) и водоупор (для нижнего горизонта). В число этих условий входят - сорбционная способность пород зоны аэрации, наличие гидрогеологических окон, мощность разделяющего горизонта, концентрация азотных загрязнений, интенсивность их усвоения растениями на сельскохозяйственных территориях.

4. Оценка защищенности подземных вод от загрязнения верхнего горизонта включает критерии: мощность зоны аэрации; литологический состав, фильтрационные свойства и сорбционную емкость пород зоны аэрации; условия орошения сельскохозяйственных земель. Оценка защищенности подземных вод нижнего горизонта включает вертикальный градиент перетекания, мощность водоупора, наличие гидрогеологических окон, величину во-доотбора из скважин, расстояние от источников питания.

Объем и структура работы.

Работа изложена на 160 страницах машинописного текста, содержит 45 иллюстраций и 44 таблиц и состоит из введения, заключения, 6 глав и списка литературы из 100 наименований.

Апробация работы.

Основные положения диссертационной работы 5 раз докладывались автором на межведомственных семинарах и научных конференциях в Вьетнаме.

Диссертационная работа выполнена под руководством доктора геолого-минералогических наук, профессора В.М.Швеца, которому автор приносит искреннюю благодарность за постоянное внимание и всестороннюю помощь. Автор считает своим приятным долгом искренне поблагодарить за ценные советы доктора геолого-минералогических наук, профессора, декана гидрогеологического факультета Ml ГРУ А.Б.Лисёнкова.

Автор пользуется случаем выразить глубокую признательность ректору МГГРУ, профессору Л.Г.Грабчаку, проректору МГГРУ по международным связям М.А.Емелину, декану по работе с иностранными учащимися профессору Ж.В Бунину и сотрудникам деканата, оказавшим помощь в процессе обучения в аспирантуре и стажировке в МГГРУ.

Автор глубоко благодарен доценту Е.В.Попову и всем преподавателям кафедры гидрогеологии за неизменное доброжелательное, теплое отношение и всестороннюю помощь в работе над диссертацией.

Автор выражает благодарность за консультации и помощь преподавателям кафедры гидрогеологии ХГГИ, профессорам докторам Ву Нгок Ки и Буй Хоку, профессорам Нгуен Ким Кыонгу; профессорам и кандидатам геолого-минералогических наук Нгуен Ким Нгоку, Данг Хыу Ону, Доан Ван Каню, кандидатам Нгуен Ван Ламу и всем преподавателям этой кафедры.

Автор благодарен сотрудникам и руководителю отдела гидрогеологии Ханойского института геологии и минерального сырья Вьетнама - кандидату

геолого-минералогических наук Хо Выонг Бинь; кандидату геолого-минералогических наук, сотруднику Ремесленного Научного Института Нгу-ен Хыу Туану, а также руководителям и сотрудникам 64-й гидрогеологической партии за помощь в сборе фактических материалов для данной работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Глава 1. Физико-географические условия.

Исследуемый регион расположен в центральной части равнины Бакбо, на правом берегу Красной реки в пределах города Ханоя с площадью около 380 км2. Рельеф региона относится к аккумулятивному типу с небольшим колебанием абсолютных отметок от 4 до Юм, наибольшие отметки рельефа находятся вблизи дамбы Красной реки, а наименьшие - в южной части.

Климат исследуемого региона носит общие черты тропического муссон-ного климата. В течение года четко выделяются два сезона: дождливый (мус-сонный), который длится с мая до октября, и сухой, длящийся с ноября до апреля следующего года. Среднее годовое количество осадков составляет 1680 мм, а максимальное 2600-2800 мм. Количество дождливых дней составляет 142. Гидрографическая сеть изучаемого региона довольно развита, но неравномерна. К ней относятся Красная река, каналы и системы старинных озер и пруды. Красная река имеет среднегодовое значение абсолютной отметки уровня воды 4.3 м, а максимальное 14.3 м. Эти значения намного выше отметки уровня подземных вод (<3м), поэтому Красная река является одним из главных источников питания подземных вод. Река Нуё представляет собой искусственную реку-канал, которая принимает воду из Красной реки для водоснабжения сельскохозяйственной деятельности. Другие маленькие реки (Толить, Лы, Шет, Кимгныу) и система озёр являются водоприёмниками промышленных и коммунально-бытовых сточных вод г. Ханоя.

Исследуемый регион охватывает всю территорию города Ханоя и его двух пригородных уездов Тханьчи и Тыльем. Поэтому в нем можно выделить городскую, сельскохозяйственную и смешанную - сельскохозяйственно -городскую площади. Плотность населения на городской площади составляет 10000-29000 чел/км2, а на сельскохозяйственной - около 3000 чел/км2.

Глава 2. Геолого - гидрогеологические условия.

В геологическом строении четвертичных образований принимают уча-' стие отложения плейстоцена и голоцена, которые разделяются на следующие горизонты (снизу вверх): горизонт Лети (а()| 1с), горизонт Ханой (эС^.цЬп). горизонт Виньфук (шРшУр), горизонт Хай (т^у^ЬЬ) и горизонт Тхай-бин (аОгу'Л). Горизонт Л е (а(5[11с)1 е е т широкое распространение и представлен речными отложениями: галечниками, гравийниками с песком, алевритами и глинами разного цвета. Мощность до Юм. Горизонт Ханой (а Оц.

щЬп), в составе которого встречаются аллювиальные, пролювиальные и делювиальные отложения: галька, гравий, песок и др. Эти образования распространяются на всей территории изучаемого региона и имеют мощность от 20 до 100м. Горизонт Виньфук (тОщУр) представлен прибрежно-морскими и болотно-прибрежными образованиями - глинами, суглинками, песком и алевритами. Эти отложения неравномерно распространены в регионе и вообще отсутствуют в полосе вдоль правого берега Красной реки и в южной части региона. Мощность колеблется от 0 до 30 м. Голоценовые отложения включают в себя два горизонта Хайхынг (тОгу2Ы1) и Тхайбинь (аОгу3Л>), и представлены болотно-прибрежно-морскими, речными и озёрными образованиями: глинами, илами, суглинками, песком, супесью с остатками растений и линзами торфа. Мощность от 5 до 44 м.

Вышеописанные четвертичные отложения представляют собой верхнюю часть чехла артезианского бассейна равнины Бакбо. По своим гидрогеологическим особенностям они объединены в три гидрогеологические подразделения: верхний водоносный горизонт Ос, нижний водоносный горизонт Оа и разделяющий их слабопроницаемый водоупор ОЬ.

Верхний водоносный горизонт Ос сложен отложениями голоцена - горизонтов Хайхынг и Тхайбинь, которые представлены генетически и литологи-чески неоднородными образованиями. Площадь распространения этого водоносного горизонта занимает У* площади изучаемого региона. Мощность горизонта составляет от нескольких до 44 м. Воды этого горизонта являются грунтовыми с глубиной залегания от 0,5 до 13 м. Коэффициент фильтрации разных типов пород составляет от 1х10"3до 0,527 м/сут. Источником питания горизонта Ос являются атмосферные осадки и поверхностные воды. Грунтовые воды горизонта Ос являются пресными (М< 0,5 г/л) НСОз — Са состава, иногда с высокими концентрациями железа (от 5 до 57 мг/л).

Слабопроницаемый горизонт ОЬ охватывает весь горизонт Виньфук (тОшУр). Он представлен глинами, суглинками, имеющими коэффициент фильтрации от 1х10~3 до 2,25 хЮ"1 м/суг, иногда песком. Этот горизонт распространен на % площади региона. Он отсутствует на полосе, расположенной вдоль Красной реки и в южной части уезда Тханьчи, где образуются гидрогеологические окна. Мощность горизонта составляет от 2,5 до 35 м.

Нижний водоносный горизонт напорных вод (Оа) распространен на всей территории изучаемого региона и представлен отложениями горизонта Ханой (аОи-цЬп) с мощностью от 40 до 100м. Значение коэффициента водопро-водимости пород в верхней части разреза составляет 120-400 м2/сут, а в нижней - 400-1865 м2/сут., закономерно повышаясь по мере приближения к Красной реке. Подземные воды этого горизонта относятся к пресным (М< 0,4 мг/л), НСОз - Са состава. В южной части региона они содержат много железа (до 29 мг/л). Водоносный горизонт является основным объектом эксплуатации для хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Ханоя. В начале XX века (1909 г.) водоотбор составлял 15 тыс. м3/сут, а в настоящее время превышает 600 тыс. м3/сут.

Глава 3 - Гндрогеохимия азотных загрязнений.

Азотные соединения имеют химические свойства, которые определяют возможность их накопления в подземных водах. Азот представляет собой химический элемент с переменной валентностью: -3,0, +1, +2, +3, +5. Он может находиться в подземных водах в виде газов (N2), анионов азотной (N0}') и азотистой (N02*) кислот и кати оМН«^з отные газы хорошо растворяются в воде и при реакции между этими газами с водой приводят к кислот (НШз, Ш02), ЫН/ и ОН".

Анионы нитратов, нитритов и катион аммония образуют хорошо растворимые соединения с ведущими катионами и анионами подземных вод. В реальных природных условиях существует единственный путь осаждения аммония в твердую фазу - сорбция глинистыми мелкодисперсными образованиями при рН>2-3. Это язляется важным свойством аммония для предохранения подземных вод от загрязнения аммонием.

Окислительно-восстановительный потенциал среды подземных вод сильно влияет на процесс трансформации азота. Окисленной формой служит N03*, а восстановленной - N114''' и N113. Соединение N02* по отношению к N03* является промежуточной восстановленной формой, а по отношению к N114"'' и N113 - окисленной. Все ступени перехода от одной формы к другой происходят в результате жизнедеятельности микроорганизмов, без которых отдельные стадии были бы невозможны.

По литературным данным, в околонейтранных подземных водах при ЕЬ больше 200 мв преобладает N03*, а при ЕЬ меньше 200мв - МН»+.

Глава 4. Естественные и антропогенные факторы загрязнения подземных вод.

К естественным факторам загрязнения относятся воздух, атмосферные осадки, поверхностные воды и литологический состав образований водоносных горизонтов (в том числе торфяные линзы и остатки растений).

Основными антропогенными загрязняющими источниками на городской площади исследуемого региона являются промышленные и коммунально-бытовые сточные воды, а на сельскохозяйственных площадях - удобрения и животноводческие отходы. В южной части уезда Тханьчи существуют и промышленные стоки, и удобрения.

Общее количество азота и аммония, вносимое всеми источниками загрязнения, различно по площадям региона. Максимальное количество характерно для южной части округа Хайбачынг и уезда Тханьчи (1*Щ4+от 315 до 460,9 кг/га/год, от 331,4 до 398,7 кг/га/год). Минимальное количество вносится вдоль берега Красной реки и в отдельных центральной и се-

верной части, региона (среднее количество < 100 кг/га/год, минимальное количество 0,33 - 4,33 кг/га/год). На оставшихся площадях эти значения состав-

0 1 2 3 4 5 6кл»

Рис. 1. Карта распространения загрязнения грунтовых вод горизонта <2С аммонием в

сухом сезоне 1992 г.

Площадь распространения поземных юд с рпнымн степей*.»* ,агря,нения: I. Незагрязненные воды ( ЛГЯ; <0.5 иг/л); 2. Слабозагрязнекные воды (0 5< Ш4* <3 мг/л), 3. Среднезагрязиенные воды (3< Ш,* <5 иг/л). 4 Сильнозагрязненные воды (5< Ш4* <10 мг/л), 5 Очекъ сильно запененные воды С ЛОТ«* >10 мг/л) Прочие знякн I. Гидрогеологическая скважина а - номер скважины; б - концентрация иона ЫН; в подземных водах, 2. Название округа в городе. 3 Название загородного уезд», 4 Граница исследуемого региона. 5 Водозаборы. 6 Озера, 7. Реки

ляют 212,87 - 295,47 кг/га/год для аммония и 188,5 - 255,7 кг/га/год для азота. Это значит, что угроза загрязнения подземных вод азотными соединениями в южной части будет наивысшей.

Кроме того, сточные воды с высоким содержанием органических соединений (в среднем от 108 до 160 мг/л, максимально 2000 мг/л) являются и загрязняющим источником, и причиной, создающей восстановительные условия в подземных водах.

Глава 5 - Закономерности распространения азотного загрязнения в подземных подах четвертичных отложений.

Для выяснения закономерностей загрязнения подземных вод азотными соединениями мы использовали понятия и шкалу разделения уровней загрязне-иия на основе предельно-допустимой концентрации азотных соединений, принятые во Вьетнаме и других странах: 0,1 мг/л для ИОг" и 0,5 мг/л для 1ЧН4+ (эти значения были рекомендованы Европейским экономическим сообществом в 1981г.) и 45мг/л для N0/. Нами выделены пять групп вод по степени их загрязнения (см. табл.1).

Таблица 1

Шкапа разделения подземных вод по степени азотного загрязнения

Степень загрязнения подземных вод

Показатели (мг/л) отсутствует слабая средняя сильная очень сильная

ИОз* <45,0 45 - 100 100-200 200 - 500 >500

N0/ <0,1 0,1 -0,3 0,3 - 1,0 1,0-10 >10

ЫН/ <0,5 0,5-3,0 3,0- 5,0 5,0-10 >10

Оценка загрязнения подземных вод исследуемого региона приводится по этой шкале на основе более 1000 анализов химического состава подземных вод обоих водоносных горизонтов, выполненных 1977 по 1997 гг.

Загрязнение подземных вод аммонием обоих водоносных горизонтов устойчиво происходит на большой площади южной части региона Ханоя, нитритом - периодически в отдельных местах, а нитратом- почти отсутствует.

Аммонийное загрязнение грунтовых вод горизонта Ос с 1988 по 1999 происходит на 3/4 площади региона с разной интенсивностью от слабого до очень сильного (максимум 176 мг/л в скв Q65 -1990 г.). Было выявлено два участка, где грунтовые воды очень сильно загрязнены (рис.1). Самый большой участок включает южную часть региона (округ Хайбачынг и уезд Тханьчи) с содержанием МН^ в грунтовых водах обычно 30-40 мг/л.максимум до 176мг/л в 1990г. Этот участок находится на самой пониженной территории исследуемого региона - с абсолютными отметками рельефа 4 - 4,28м и небольшой глубиной залегания уровня грунтовых вод от 0,5 до Зм. Кроме промышленных и коммунально-бытовых стоков, на площади уезда Тханьчи применяются сельскохозяйственные удобрения и имеется городское клад-

Рис. 2. Карта распространения загрязнения подземных вод горизонта р. аммонием в

сухом сезоне 1992 г.

Площадь распространения поземных юд с разнимы степенями загрязнения-. I. Незагрязненные воды ( <0 5 мг/л), 2 Слабозагрязненные води (0 5< НЩ <3 мг/л), 3 Среднем грязненные воды (3< //Я, <5 мг/л), 4 Снльнозагрязненные воды (5< ЫН^ <10 мг/л), 5 Очень сильно загрязненные волы ( Л'Я« >10 мг/л) Прочие знаки I Гидрогеологическая скважина а - номер скважины, 6 - концентрация иона ИН1 в подземных водах, 2 Название округа в городе, 3 Название загородного уезда, 4 Граница исследуемого региона, 5 Водозаборы, б Озера, 7 Реки

бище. Определенную роль играет наличие торфа в водоносном горизонте. Второй участок, меньший по масштабу, чем первый, находится в уезде Дан-фыонг на северо-западе территории региона. Загрязнение грунтовых вод аммонием здесь достигает сильной и очень сильной степени (максимум 32 мг/л в дождливом 1996г. и 78 мг/л в сухом сезоне 1994г.). Здесь отсутствуют промышленные и коммунально-бытовые сточные воды, но применяются сельскохозяйственные удобрения, в породах имеются слой торфа и остатки растений (в скважинах Q55,Q57).

Незагрязненные грунтовые воды встречаются на небольших площадях вдоль правобережья Красной реки и в юго-западной части изучаемого региона, где нет сброса промышленных сточных вод, а количество глота и аммония во внесенных удобрениях является наименьшим = 190, №14+ =212 кг/га/год) по сравнению с другими сельскохозяйственными районами.

Анализ изменения содержания по сезонам года на всей площади

региона показал, что его концентрации в сухом сезоне (среднее содержание от 8,04 до 13,01 мг/л) выше, чем в дождливом сезоне (от 7,1 до 9,75 мг/л). Максимальная разница (от 7 до 64 мг/л) особенно заметна там, где фунтовые воды очень сильно загрязнены (скв QT2, QT3, Q65, Q69, Q55, Q57).

Загрязнение нитритом грунтовых вод с концентрацией от 0,25 до 145 мг/л периодически происходит в тех местах, где в составе водоносных отложений присутствуют тор ф или остатки, растений (СКБ^69, Q55, Q57).

Аммонийное загрязнение подземных вод горизонта Qa происходит на большой площади округа Хайбачынг и уезда Тханьчи под реками Толичь и Кимнгыу, которые загрязнены сточными водами города (рис.2). Сильнозаг-рязненные участки подземных вод (МН»+ от 6,06 до 43 мг/л), как правило, совпадают с гидрогеологическими окнами (где отсутствует горизонт или с местами, где мощность слабопроницаемого горизонта составляет менее 3 м. В этих местах распространены наиболее загрязненные грунтовые воды горизонта 0е'Р1Н«* от 60 до 176мг/л). Возможными естественными источниками загрязнения подземных вод горизонта Qa могут быть линзы илов, торфа и остатков растений в отложениях Оь (СКВ.(258,(260,(269,(275).Концентрация №1/ в этом случае составляет от 5 до 84мг/л.

Подземные воды горизонта (^а в центральной части региона слабо загрязнены аммонием (№Ц+от 0,5 доЗмг/л), т.к. здесь разделяющий слабопроницаемый горизонт ОЬ имеет мощность более Юм.

Чистые подземные воды горизонта (^а встречаются вдоль правого берега Красной реки. В пределах этой полосы состав подземных вод близок к составу вод Красной реки и сточные воды мало влияют на него. Второй участок находится на западе и юго-западе региона. Здесь отсутствуют промышленные сточные воды, а присутствует сельскохозяйственный источник загрязнения (удобрения). На этой территории существуют следующие благоприятные условия для того, чтобы подземные воды нижнего горизонта не были загрязнены: 1) грунтовые воды верхнего водоносного горизонта не загрязнены аммонием; 2) слабопроницаемый разделяющий горизонт имеет большую мощность (более Юм); 3) уровень подземных вод горизонта (}а выше уровня

Рис. 3 Карта гидроюогипс и гидрошопьез подземных вод четвертичных отложений правобережья красной реки в пределах гЛаноя (по данным 64-ой геологической партии )

1. Гидро изо гипсы грунтовых вод верхнего водоносного горизонта Ос

2. Гидроизопьезы подземных вод нижнего водоносного горизонта (}а

3. Водозаборы, 4. Река, Озеро, 6. Граница исследуемого региона

грунтовых вод верхнего горизонта Ос (рис.3).

Изменение содержания ЫН^ в подземных водах горизонта <3а носит закономерный характер по сезонам. В сухом сезоне его содержание выше, чем в дождливом (среднее содержание составляет 4,63 - 5,7 мг/л в дождливом сезоне и 6,53 - 7,75 мг/л в сухом сезоне). Влияние величины водоотбора на изменение концентрации ЫН/ в подземных водах этого горизонта хорошо заметно в местах крупных водозаборов южной части (ТМ, ХД, РУ), где присутствуют гидрогеологические окна. Здесь содержание МН/ сильно увеличивается с ростом водоотбора (максимальное значение может достигать 25мг/л). А на других площадях водозаборов (LY, DT, У?), которые находятся на правом берегу Красной реки, увеличение концентрации этого иона в подземных водах составляет не более 5мг/л (рис.4).

Это объясняется тем, что при увеличении водоотбора и' понижении уровня подземных вод водоносного горизонта в прибрежной части Красной реки привлекаются сравнительно чистые речные воды, а в южной части -загрязненные воды горизонта

Периодическое загрязнение подземных вод нижнего горизонта нитритом происходит на ограниченных площадях, где торф присутствует в составе отложений горизонта или имеются гидрогеологические окна (СКВ.р57,р69,р65). Концентрация нитрита в подземных водах в этихместах в дождливом сезоне обычно выше (до 85 мг/л), чем в сухом сезоне (до 60 мг/л). Содержание нитрата в подземных водах горизонта (^а мало, его среднегодовая концентрация составляет 1,18 - 2,95мг/л.

0 10000 20000 30000 40000 90000 600001

_—1У —.—от . тм . вд . ру . -ур

Рис.4. График зависимости концентрации аммония в подземных водах нижнего горизонта Qa от расходов главных водозаборов города Ханоя.

Глава 6. Формирование азотного загрязнения подземных вол

Формирование азотного загрязнения грунтовых вод верхнего водоносного горизонта Ос. На территории изучаемого региона в пределах горизонта (^с имеют место три характерных геохимических обстановки - восстановительная, окислительная и переходная.

В восстановительных условиях при низкой концентрации кислорода, низком положительном значении окислительно-восстановительного потенциала (200 - 0 мв) и околонейтральном значении рН обычно происходит загрязнение подземных вод аммонием и нитритом. Такая геохимическая обстановка в южной части исследуемого региона формируется под влиянием промышленных и коммунально-бытовых сточных вод и удобрений навозного типа, содержащих неокисленные органические вещества в условиях орошаемого рисового земледелия ЗР (выращиваются 3 урожая в год). В сточных водах города Ханоя содержатся органические вещества с большой концентрацией (в среднем от 108 до 160 мг/л, иногда до 1800-2000 мг/л). При поступлении таких сточных вод в грунтовые воды органические вещества будут быстро поглощать из них весь растворенный кислород, а затем они начнут отнимать его у других кислородсодержащих соединений. Это приводит к дефициту кислорода и понижению значения Eh. В этих условиях аэробные микроорганизмы отсутствуют, и процесс нитрификации не может происходить, что приводит к накоплению концентрации и иногда в подземных водах. Чтобы утверждать это, и из-за того, что в изучаемом регионе нет данных о значении Eh, мы провели сравнение условий южной части изучаемого региона с условиями Донбасса. Там при поступлении сточных вод, содержащих до 100 мг/л органического вещества, в грунтовые воды значение Eh снижается от 180 до 50, концентрация аммония в них увеличивается соответственно в 20 раз. А в южной части Ханоя, при поступлении сточных вод с содержанием органических соединении от 160 до 2000 мг/л значение Eh грунтовых вод обязательно снизится, что приводит к повышению содержания аммония в них в 110 раз.

Кроме того, восстановительные условия в грунтовых водах горизонта (^с могут быть созданы и на таких участках, где присутствуют линзы торфа и остатки растений в составе пород. Процессы разложения и растворения органических веществ, содержащихся в указанных источниках загрязнения, приводят к накоплению в грунтовых водах азотных соединений аналогично тому, как это происходит при загрязнении промышленными и коммунально-бытовыми сточными водами и органическими удобрениями. В таких геохимических условиях южной и северно-западной частей исследуемого региона возможность загрязнения грунтовых вод аммонием абсолютно реальна.

Окислительная и переходная геохимические обстановки существуют на сельскохозяйственных площадях, где выращиваются пропашные культуры в 23 урожаях и рис в 1 урожае (2КР) или овощи в 1, а рис в 2 урожаях (2РОВ).

Здесь почва лишь периодически затапливается водой во время выращивания риса, а во время выращивания овощей и пропашных культур почва располагается в аэробной среде и геохимическая обстановка грунтовых вод носит окислительный характер. Для того, чтобы было видно изменение содержания азотных соединений в грунтовых водах в окислительных условиях, приведём в качестве примера результаты эксперимента, который был проведен при выращивании капусты в уезде Залам на левом берегу Красной реки. На основании анализа полученных результатов на экспериментальной площади и сравнения их с площадями в уездах Тыльем, имеющими аналогичные условия, мы пришли к тому, что геохимическая обстановка, которая создалась в зоне аэрации на площадях, орошаемых методом дождевания, является окислительной. В этих условиях, если количество каждого вида внесенных удобрений (химических и органических) составляет менее 70 кг то грунтовые воды не будут загрязнены даже при небольшой мощности зоны аэрации (2-3м).

Если геохимическая обстановка является переходной (восстановительная и окислительная периодически сменяют друг друга) и внесенное количество удобрений достигает 110 кг или больше, то грунтовые воды будут загрязнены при небольшой мощности зоны аэрации (2-3 м).

Количественная оценка формирования загрязнения грунтовых вод выполнена на основе баланса азота методом "расчет времени насыщения пород в зоне аэрации аммонием". Процессы трансформации азота происходят в системе "почвы - зона аэрации - грунтовые воды". Таким образом, поступление азота в подземные воды определяется полифункциональной зависимостью. В реальных условиях изучаемого региона наибольшее влияние на загрязнение грунтовых вод водоносного горизонта имеют два решающих показателя: 1) суммарное количество аммония, содержащееся в различных источниках загрязнения - и 2) количество аммония, которое было

израсходовано по пути передвижения загрязненных вод из источника загрязнения до грунтовых вод водоносного горизонта Загрязнение грунтовых вод водоносного горизонта Ос может произойти только в том случае, когда значение МН4+прих. выше значения КН^расх- Значение МН/прих подсчитано в главе 4. Значение зависит от разных причин, но мы принимаем только основные из них. Это количество аммония, расходуемого на усвоение растениями (ЫН/расг) и сорбция аммония породами в зоне аэрации (МН^срб.,/,). Введем понятие: «МН4*П0СГ.- поступавший аммоний», которое означает поступившее количество аммония в зону аэрации. На городской площади приходный аммоний (ИН/приО расходуется только на сорбцию в породах зоны аэрации, поэтому На сельскохозяйственной площади до поступления в зону аэрации приходное количество аммония уменьшилось за счет его усвоения растениями: ЫН4+П0СТ. = МН4+прих — МН/расг.-Значение ЫН/рцст. определяется видами культур, дозами азотных удобрений и типом почв. По литературным данным применительно к условиям изучаемого региона, мы выбираем ЫН/расг = 29% от МН|+„рих. (для земледелий ЗР и 2РОВ) и 40% от ИН/срих. для 2КР. Принимаем для земледелия ЗР МН/посТ*

71% от КН/прих и для земледелия 2КР и 2РОВ - МН/посг= 60% от ЫНДрих-Количество аммония, которое может сорбироваться породами зоны аэрации (ЫН/сорб.!/*) можно определить из значения сорбционной емкости пород (Е) и мощности зоны аэрации (М^а): МНДорб.э/а = Е х М,/а

Значения сорбционной емкости пород по отношению к аммонию были взяты нами из работы Нго Куанг Тоана, а мощность зоны аэрации определена по карте гидроизогипс.

Когда поступившее количество ЫН^ равняется сорбированному аммонию, то породы зоны аэрации достигают насыщенного состояния. В этом случае значения Т'Ш^сорб.з/» можно назвать насыщенными значениями (ЫНДирб.э/а= МН4+иас.з/а). После периода насыщения загрязнение подземных вод будет возможно только при дальнейшем поступлении сточных вод. В реальных условиях значение намного меньше, чем Поэтому возникает необходимость определения времени (Т), за которое произойдет насыщение пород зоны аэрации аммонием. Т (год) = МН/нас.^,: НН4+Л0СТ. (здесь НН4+иас.з/а выражаем в кг/га, а ЫН4+П0СХ. - в кг/га/год).

Все антропогенные источники загрязнения в исследуемом регионе нами изучены за период с 1978г по 1992г, т.е. за 15 лет. Поэтому мы считаем, что если значение Т составляет 15 лет, то грунтовые воды на этих площадях должны загрязняться аммонием. А на тех площадях, где значение Т> 15 лет, грунтовые воды или не загрязнены, или слабо загрязнены. Сравнение расчетных данных с фактическими загрязнениями на карте распространения загрязнения аммонием грунтовых вод в сухом сезоне 1992г. дает нам следующие результаты (табл.2).

Таблица 2

Сравнение площади сразным временем насыщения аммонием пород зоны

аэрации с фактическими загрязнениями грунтовых вод в 1992г.

Содержание аммония (мг/л) Район распространения Общая площадь Б (км2) Площадь, где Т< 15 лет Площадь, где Т= 15-30 лет Площады где Т> 30 лет

км2 % от Б км2 % от Б км2 % от Б

ОтЗ до 176 Южный 141 91 64,5 39 27,6 11 7,8

Северо-западный 26 23 88,5 3 11,54 0 0

<3 Северный, западный, центральный, юго-западный 211 2 0,95 21 9,95 188 89,1

Из этой таблицы видно, что на площадях среднего, сильного и очень сильного загрязнения (МН/>Змг/л) преобладает минимальное время насы-. щения пород зоны аэрации аммонием Процент таких площадей

составляет в среднем 68,3%. В то же время площади слабой степени загряз-

нения (Ш4+<Змг/л) характеризуются минимальным временем, составляющим всего около 1%, а максимальным (Т>30лет) около 90%. На местах, где существует расхождение (блоки О^; Пццг, или площадь вокруг скважины р69), полученное время загрязнения составляет 16-=- 54 года, а на практике воды уже загрязнены. Здесь, по нашему мнению существуют три причины. Главная причина - это участие дополнительных источников биогенного азота, количество которых не может быть подсчитано. Вторая - это данные о количестве приходного аммония из источников загрязнения не достоверны (могут быть пропущены какие то фабрики и заводы). Последняя причина - это проникновение загрязненных грунтовых вод из соседних участков, например из блоков Ою, Оц-(СКВ^Т 25), где существует скрытая свалка.

Из полученных результатов можно сделать вывод, что сделанные расчеты имеют отклонения от фактических данных 10,9-15%.

Для уточнения условий формирования аммонийного загрязнения грунтовых вод горизонта Qc было выполнено информационное моделирование, позволившее диагностировать степень загрязнения грунтовых вод аммонием. Для расчетов использована программа "ЭКОГЕОИНФОРМ", разработанная на кафедре гидрогеологии МГГРУ (авторы Лисёнков А.Б., Попов Е.В.). По этому методу результат диагностирования оценивается эффективно, когда при сравнении его с фактическими данными ошибка не превышает 25%. В результате калибровки была сконструирована информационная модель, позволяющая диагностировать загрязнение аммония в грунтовых водах с ошибкой не более 20%. По результатам моделирования мы сделали следующие выводы:

1. К наиболее вероятным источникам поступления аммония в грунтовые воды относятся промышленные предприятия на городских территориях и удобрения на сельскохозяйственных территориях, поскольку признак, характеризующий принадлежность объекта к определенной территории, имеет высокую информативность I (У:Х) = 21,18 %. Коммунально-бытовые стоки, очевидно, оказывают меньшее влияние, т.к. такой показатель, как плотность населения', имеет невысокий уровень информативности по отношению к

ЫН4+-6%.

2.Сам механизм массопереноса азотсодержащих загрязнителей связан, скорее всего, с инфильтрацией (влагопереносом), поскольку градиент латерального массопереноса также малоинформативен (не более 4%).

3.Фактором, лимитирующим процесс загрязнения грунтовых вод аммонием, очевидно, является время насыщения пород зоны аэрации N114''', т.к. оно является самым информативным признаком I (У:Х) = 40%). С другой стороны, дополнительное количество привносится в грунтовые воды за счет его десорбции из тех же пород.

Полученные расчеты из двух методов дают почти одинаковые результаты.

Формирование азотного загрязнения подземных вод нижнего водоносного горизонта Оа. Нижний водоносный горизонт (^а представляет собой второй сверху водоносный горизонт, перекрытый водоупорным и верхним водоносным горизонтами. Естественные загрязнители находятся внутри во-

доносного и водоупорного горизонтов, а антропогенные загрязнители - на поверхности земли. Верхний водоносный горизонт (ре) играет роль приемника и посредника, через который мигрируют загрязняющие вещества в нижний водоносный горизонт. Водоупорный горизонт (рЬ) представляет собой одновременно гидрогеохимический и гидродинамический барьер для загрязненных грунтовых вод горизонта ре. Поэтому можно полагать, что загрязнение подземных вод нижнего водоносного горизонта ра зависит от: 1) гидрогеохимической среды, которая должна быть восстановительной, чтобы

не окислялся до ЫОз"; 2) существования гидрогеохимической и гидродинамической связи между водоносными горизонтами рс и ра.

Первое условие. Как известно, ион ЫН/ может окисляться до ЫОз" благодаря нитрификации с участием нитрифицирующих микроорганизмов, которые являются аэробными и развиваются в присутствии кислорода. В водоносном горизонте эти условия отсутствуют, а значит, нитрификация не происходит и приходящий аммоний сохраняется. Отсюда следует, что если грунтовые воды верхнего водоносного горизонта загрязнены аммонием и перетекают вниз, то подземные воды нижнего водоносного горизонта тоже будут загрязнены аммонием. С другой стороны, в таких условиях обычно развиваются анаэробные денитрифицирующие бактерии. Если ион нитрата поступает в подземные воды нижнего горизонта, то эти бактерии способствуют восстановительному преобразованию при условии, что со-

держится в подземных водах нижнего водоносного горизонта ра.

Это значит, что в подземных водах водоносного горизонта ра нет условий для накопления нитратов в большом количестве. А для аммония - наоборот, условия накопления существуют.

Второе условие заключается в возможности перетекания загрязненных аммонием грунтовых вод верхнего горизонта ре в воды нижнего горизонта ра. На практике это условие определяется следующими факторами: 1) мощностью и составом осадочных образований разделяющего горизонта (}Ь, а также их способностью к сорбции; 2) соотношениями между уровнями подземных вод водоносных горизонтов ра и ре, и 3) расходами водозаборов.

Сопоставляя карты распространения загрязнения вод, гидроизогипс грунтовых вод водоносного горизонта ре, гидроизопъез подземных вод водоносного горизонта ра и изопахит отложений водоупорного горизонта рЬ мы выяснили, что связь между перечисленными факторами выражается довольно четко.

1) Площадь слабого загрязнения или отсутствия загрязнения подземных вод водоносного горизонта ра протягивается вдоль правобережья Красной реки. Здесь подземные воды двух водоносных горизонтов имеют гидравлическую связь между собой, т.к. отсутствует водоупорный горизонт Химический состав подземных вод водоносного горизонта ра близок к составу вод горизонта ре и вод Красной реки - гидрокарбонатный кальциевый тип с низкой минерализацией (от 0,17 до 0,24 мг/л) и низким содержанием аммония (от 0 до 2,5 мг/л). Эти воды либо слабо загрязнены, либо не загрязнены.

2) Большая площадь сильного и очень сильного загрязнения подземных вод водоносного горизонта Qa совпадает с гидрогеологическими окнами и их примыкающими частями на юге изучаемого региона. Здесь же сконцентрированы три крупных водозабора и многочисленные эксплуатационные скважины. Содержание аммония в грунтовых водах верхнего горизонта Qc составляет 40-60 мг/л и максимально 176 мг/л, а в подземных водах нижнего горизонта этих трех водозаборов колеблется от 7,8 до 28,71 мг/л. Естественный режим подземных вод на этой площади давно был нарушен. На картах гидроизогипс грунтовых вод горизонта Qc и гидроизопьез подземных вод горизонта Qa видно, что действие водозаборов создало воронки депрессии, центры которых совпадают с гидрогеологическими окнами.

При работе водозаборов воды, притекающие в эксплуатационные скважины, формируются из трех составных частей, соответствующих каждому из трех источников: подземные воды самого водоносного горизонта Qa, воды Красной реки, грунтовые воды верхнего водоносного горизонта Qc, которые могут проникать через гидрогеологические окна и где водоупорный горизонт <ЗЬ имеет небольшую мощность. Воды первого и второго источника являются или чистыми или слабозагрязненными (МН(+ = 0-2,7 мг/л), а третьего -очень загрязненными (ИН/ до 176 мг/л). Поэтому соотношение между этими тремя источниками определяет степень загрязнения подземных вод нижнего горизонта Qa. А соотношение между ними зависит от местонахождения эксплуатационных скважин и гидрогеологических окон и источников чистых вод. Попытаемся определить время передвижения вод каждой из трех составных частей до водозаборов Хадинь, Тыонгмай и Фапван. Чем меньше этот отрезок времени, тем сильнее действует источник загрязнения на состояние добывающей воды. Метод расчета отражен в диссертации.

Водозабор Тыонгмай находится ближе к источнику чистой воды Красной реки, чем к загрязненным водам; а водозаборы Хадинь и Фапван - наоборот. Поэтому степень загрязнения подземных вод в Тыон-гмай ниже, чем в районе водозаборов Хадинь и Фапван'(табл.З).

Таблица 3

СодержаниеИН^мг/л) в подземных водах горизонта Оа трех водозаборов

Год Водозабор^" ■—_ 1988 1992 1993

Тыонгмай 12,15 7,8 10,41

Хадинь 20 10,92 18,7

Фапван 21,5 14,9 28,71

3) Площадь постоянного загрязнения подземных вод водоносного горизонта Qa находится в западной и юго-западной частях региона (скв Q69 и Q58) вне радиуса влияния работы водозаборов. Здесь грунтовые воды верхнего горизонта загрязнены постоянно и очень сильно. Водоупорный горизонт имеет небольшую мощность (3 - 5 м) и в его состав входит не только глина, по алеврит и песок, которые содержат органические вещества остатков растений. В этом случае причиной загрязнения воды нижнего горизонта является не только влияние загрязненных вод верхнего горизонта. При фильтрации воды через водоупорный горизонт она получает

20

рации воды через водоупорный горизонт Qb она получает дополнительную порцию аммония благодаря разложению органических веществ, содержащихся в образованиях данного горизонта. Поэтому здесь подземные воды загрязнены очень сильно и непрерывно длительное время аммонием (МН«+ от 28,5 до 120 мг/л) и нитритом (N02* от 1,38 от 85мг/л).

4) Площадь незагрязненных подземных вод. В пределах этой площади практически отсутствует перетекание загрязненных вод сверху, т.к. здесь водоупорный горизонт (^Ь имеет достаточно большую мощность, достигающую 37 м. Ярким примером такой площади является район водозабора Май-зить, где водоотбор достигает 63360 м3/сут., что в два раза больше, чем в других водозаборах. Однако добываемые воды имеют невысокое содержание аммония (от 0,1 до 0,5 мг/л). Кроме того, надо подчеркнуть особую роль водоупорного горизонта (мощность до 10 м), которая четче всего выражена в районе скважин Р55, Q57. Данные статистики за шесть лет (1992-1997гт) показали, что среднее содержание аммония в грунтовых водах горизонта Qc составляет 33,23 мг/л; максимальное значение - 76-78 мг/л (сухой сезон 1993-1994гт), а в дождливых сезонах - 3,2-32 мг/л. В то же время в подземных водах нижнего горизонта этот показатель в сухом сезоне составляет только 5,38 мг/л, а в дождливых сезонах равен нулю.

Для более полного представления о роли перетоков загрязненных вод верхнего горизонта в нижний горизонт мы нашли ещё одно доказательство — это минерализация воды. Загрязненные грунтовые воды верхнего горизонта Qc имеют среднюю минерализацию от 0,35 до 0,59 г/л и максимальную -0,95 г/л. Минерализация сточных вод в реках Толить, Кимнгыу, Шет и Лы аналогична (0,5 - 0,6 г/л). Поэтому повышение значения низкой минерализации подземных вод нижнего горизонта Qa является очевидным доказательством процесса перетекания загрязненных вод из верхнего горизонта в нижний горизонт. На этой основе мы составили график, отражающий отношение между содержанием аммония (у) и минерализацией подземных вод (х) горизонта Qa на трех разных площадях, получающих воду из разных источников: а) площадь "Река-С>а", расположенная поблизости Красной реки, где главным источником подземных вод является вода этой реки. М = 0,17 - 0,25 г/л, МН/ = 0.1 - 2.5 мг/л; б) площадь "Qa-Qa", на которой подземные воды горизонта С)а представляют собой воды самого этого горизонта без влияния других вод; М = 0,2 - 0,27 г/л, МН4+ = 0.5 - 2.5 мг/л; и в) площадь "Qc-Qa", где имеются гидрогеологические окна, главным источником подземных вод горизонта (^а является загрязненная вода верхнего горизонта С)с, М = 0,3 - 0,88 г/л, N114''' > 5 мг/л.

Графиком является прямая со следующей функцией: у = 55.07х - 8.18. Эти результаты позволяют нам ещё раз утверждать, что загрязнение подземных вод нижнего горизонта Qa аммонием формируется в результате перетекания загрязненных вод из верхнего горизонта Qc через гидрогеологические окна. Степень загрязнения будет постепенно увеличиваться с уменьшением расстояния от гидрогеологического окна до эксплуатационной скважины и с повышением водоотбора.

0 1 2 3 4 5 6км

Рве. 5. Карта естественной защищенности грунтовых иод от загрязнения аммония правобережья Красной реки в пределах г. Ханоя Интенсивность запшцения: Прочие знаки:

1. незащищенная (меньше 5 баллов); $. Водозабор

2. слабо защищенная (от 3 по 10 баллов); 6. Озеро

3. условно защищенная (от 10 по 15 баллов); 7, река

4. хорошо защищенная (больше 15 баллов). ; Граница исследуемого региона а. Баллы оценки защищенности грунтовых вод, подсчитанные по значению

мощности зоны аэрации Ь Баллы оиенхи защищенности грунтовых вод, подсчитанные по значению

мощности групп пород в зоне аэрации н их литологическомъ составу, с. Сумма баллов оценки защищенности грунтовых вод по обоим вышеописанным показателям.

Защищенность подземных вод от азотного загрязнения.

Для защищенности грунтовых вод верхнего горизонта Qc по стандарту UNESCO первый уровень защищенности в баллах оценивается по глубине залегания их уровня.________

Глубина залегания грунтовых вод (м) Н<10 10<Н<20 20 <Н< 30 30<Н<40 Н>40

Баллы оценки 1 2 3 4 5

Второй уровень защищенности дается на основе литологического состава, мощности (Мз/а) и коэффициента фильтрации пород в зоне аэрации. Породы зоны аэрации изучаемого региона подразделяются на три группы: а) супеси и легкие суглинки, коэффициент фильтрации к > 0,527 м/суг; Ь) суглинистые, к = (1,3- 4,32) х10'3 м/сут; с) глинистые, к от 2,25 х Ю^до 1 х 10" м/сут. Оценка второго уровня приводится в табл.4, где обозначения а, b и с соответствуют вышеперечисленным группам пород, М - мощность различных групп пород в зоне аэрации.

Таблица 4

Баллы для оценки защищенности подземных вод по мощности зоны аэрации слоев и литологическому составу пород (по данным UNESCO).

М

Группа пород Оценка (баллы)

<2

2-4

4-6

6-8 .

8-10

10

10-12

12

12-14

10

14

Кроме этих уровней, мы выделили третий уровень по условиям затопления территории. Как известно, на затопляемой площади (площади рисового земледелия), почва и часть зоны аэрации всегда находятся в состоянии избыточного увлажнения - орошаемая вода проникает на глубину 1,65 м и более. А на незатопляемой площади - только до 0,3м. Отсюда мы предлагаем использовать разные условия затопления для оценки защищенности грунтовых вод._

Условие орошения Затопленное Полузатопленное Незатопленное

Оценка (баллы) 1 2 3

Просуммировав все полученные баллы по трем уровням защищенности мы оценили комплексную величину защищенности грунтовых вод по четырем категориям (табл.5).

По результатам оценки защищенности подземных вод по категориям защищенности нами составлена карта районирования (рис 5). Из нее видно, что на территории вокруг водозабора Майзить воды хорошо защищены. Это объясняется тем, что зона аэрации сложена слабопроницаемыми глинами (коэффициент фильтрации к= 2,25 х 10"4- 1 х 10*!) мощностью 15-30 м, с.са-мой высокой сорбционной емкостью = 410 мг/дм3 и с незатопленным и полузатопленным орошением.

Таблица 5

Категории защищенности подземных вод от загрязнения по трем уровням

Категория защищенности

I

II

III

IV

Способность к защите

незащищенная

Слабо-защищенная

условно-защищенная

хорошо-защищенная

Оценка (баллы)

<5

5-10

10-15

15-20

На этой площади грунтовые воды верхнего горизонта Qc не загрязнены.

Незащищенная площадь находится на юге изучаемого региона. Как правило, фунтовые воды здесь сильно и очень сильно загрязнены. Состав пород зоны аэрации включает в себя супеси и легкие суглинки с коэффициентом фильтрации к от 4,32 х 10"J до 0,527 м/сут. Мощность этой зоны меньше 3 м (минимально 0,5 м)- самая низкая в регионе. Время, необходимое для достижения породами зоны аэрации насыщенного состояния сорбции также является самым коротким - менее 5,5 лет.

Кроме того, существует и другая территория незащищенных грунтовых вод горизонта Qc - это площадь вдоль берега Красной реки. Здесь зона аэрации состоит из песка и супеси мощностью меньше 3 м. Но вода не загрязнена, т.к. ее источник - Красная река, воды которой не загрязнены.

В остальных частях региона грунтовые воды слабо защищены. Зона аэрации этих территорий имеет наибольшую мощность - до 15 м и состоит из тяжелых суглинков с коэффициентом фильтрации к= 1,3 х 10"3-2,25 х 10"4. Степень затопления почвы - полузатопленная. Грунтовые воды в этой части региона слабо загрязнены.

Для защищенности подземных вод нижнего водоносного горизонта Qa важную роль играет горизонт Qb. Поэтому оценка защищенности подземных вод этого горизонта дается нами по следующим показателям (критериям): мощности горизонта литологическому составу пород, коэффициенту фильтрации и отношению между уровнями верхнего и нижнего водоносных горизонтов.

Для первого и второго показателей фактические данные указывают на то, что по литологическому составу породы этого горизонта на большой площади относительно одинаковы - это глины и тяжелые суглинки с коэффициентом фильтрации 1х10'3м/суг. Поэтому мы включаем их в группу "с" и оцениваем по мощности слабопроницаемого горизонта на разных участках по шкале UNESCO (табл.4). В отдельных случаях, когда в составе слабопроницаемого горизонта присутствуют линзы торфа и остатки растений, представляющие собой загрязняющие вещества, то при любой его мощности мы будем оценивать низшим баллом (2 балла).

Рассмотрим третий показатель - отношение между уровнями подземных вод верхнего и нижнего водоносных горизонтов. Для оценки защищенности подземных вод по этим отношениям мы использовали значения верти-

Рис. б. Карта естественной защищенности подземных вод нижнего горизонта Qa от загрязнения аммонием правобережья Красной реки в пределах г. Ханоя

Условные обозначение Интенсивность зашншения Прочие знаки

1. незащищенная (меньше 5 баллов), 5 Водозабор

2. слабо защищеявая (от 5 по 10 баллов); б Озеро

3 условно защищенная (от 10 по 15 баллов), 7 Река

4 хорошо защищенная больше 15 баллов. g Граница исследуемого региона а. Баллы оценки защищенности подземных вод, подсчитанные по значению

вертикального градиента Ь Баллы оценки защищенности подземных вод, подсчитанные по значению

мощности слабопроншаемого горизонта Qb с Сумма баллов оиеки защищенности подземных вод по обоим вышеописанным показателям

кального градиента - I вер, который определяется по следующей формуле: I

(вер) = (Н1 -Н2Утпь

Баллы 3 2 1 0

Значение градиента (1вер) <0 0-1 >1 00

С таким подходом мы определили значение вертикального градиента на 378 блоках, а потом оценили их по шкале UNESCO, совмещая с первым и вторым критериями, и в конечном счете получили обобщенные оценки защищенности подземных вод нижнего водоносного горизонта Qa. Эти оценки отражены в таблице 6.

Таблица 6

Категории защищенности подземных вод водоносного горизонта Qa

по сумме баллов двух критериев.

Категории защищенности I II III IV

Оценка защищенности Не защищены Слабо защищены Условно защищены Защищены

Сумма баллов <5 5-10. 10-15 >15

Исходя из полученных результатов при районировании по защищенности подземных вод нижнего водоносного горизонта Qa (рис. 6) отмечаем, что площадь незащищенных вод занимает примерно одну треть южной части территории региона- Это та площадь, где подземные воды нижнего горизонта сильно и очень сильно загрязнены.

Площади, где подземные воды условно и хорошо защищены, располагаются в северной части региона (уезд Тыльем) и в юго-западной части. Как правило, подземные воды здесь или чистые или слабо загрязнены.

Таким образом, из двух рассмотренных водоносных горизонтов подземные воды нижнего горизонта защищены лучше. В пределах водозабора Май-зить воды обоих горизонтов хорошо защищены, поэтому здесь их можно эксплуатировать, не боясь загрязнения.

В результате можно сказать, что крупные действующие водозаборы Ха-динь, Тыонгмай, Фапван и многие отдельные скважины находятся на плохо защищенных площадях и кроме того, сами создают условия для загрязнения подземных вод нижнего горизонта Qa.

Заключение

1.Наиболее вероятными загрязнителями подземных вод являются сельскохозяйственные удобрения, животноводческие и промышленные сточные воды, а также остатки растений и торф в составе водоносных отложений. Коммунально-бытовые стоки играют второстепенную, не определяющую роль. Главным направлением массопереноса загрязнений является вертикальное (инфильтрация или переток через литологические окна), а миграция по пласту минимальна и проявляется только вблизи крупных водозаборов.

2. Подземные воды обоих водоносных горизонтов ре и ра устойчиво загрязнены аммонием на протяжении многих лет на большой площади как в слабой, так и в очень сильной степени. Их площадь распространения наибольшего загрязнения находится в южной части региона. Средняя концентрация аммония в грунтовых водах в сухом сезоне (8-5-13,1 мг/л) выше, чем в дождливом (7,1 9,75 мг/л), максимальная - до 176 мг/л. В подземных водах нижнего водоносного горизонта содержание аммония составляет: среднегодовое - от 4,63 до 7,75 мг/л; среднесезонное в сухом сезоне - 6,53-*7,75 мг/л и в дождливом сезоне - 4,63 -5- 5,7 мг/л; максимальное 120мг/л. Среднее содержание аммония в подземных водах нижнего горизонта меньше, чем в верхнем в 1,5 - 1,7 раз.

Незагрязненные аммонием грунтовые воды отмечены в юго-западной части района и вдоль правого берега Красной реки, а слабозагрязненные воды - в центральной и северной части района. Незагрязненные или слабозагрязненные аммонием воды горизонта ра располагаются в центральной и юго-западной части, где мощность горизонта рЬ составляет 5- 35м.

Загрязнение подземных вод нитритами и нитратами практически не происходит на большой площади, а только неустойчиво и периодически в отдельных местах. Среднегодовое содержание нитрита на всей площади региона составляет 0,04 ■*• 0,08 мг/л, а нитрата - 1,5 1,7 мг/л. В отдельных очагах загрязнения их концентрация может достигать 21,7мг/л для нитрита и 110 мл/л для нитрата.

3. Различные геохимические обстановки в регионе влияют на формы азотного загрязнения. В окислительной и переходной обстановке преобладает нитритное, а в восстановительной - аммонийное загрязнение подземных вод. Формирование окислительной и переходной обстановки связано с периодическим характером поступления стоков на поля орошения.

4. Загрязнение подземных вод обоих водоносных горизонтов аммонием происходит в восстановительной обстановке.

Для верхнего водоносного горизонт ре эта обстановка формируется за счет дефицита кислорода при поступлении в него промышленных и коммунальных сточных вод, содержащих органические соединения, а также за счет органических удобрений (навоза), торфа и остатков растений, имеющихся в составе отложений зоны аэрации и пород водоносного горизонта. Наиболее важными процессами, проходящими в почве и в породах зоны аэрации при внесении удобрений на затопляемых сельскохозяйственных площадях, являются аммонификация, усвоение азотных соединений растениями, сорбция аммония породами и денитрификация с участием микроорганизмов. Главными процессами, происходящими в зоне аэрации и в грунтовых водах на городских площадях, являются аммонификация и сорбция аммония породами зоны аэрации.

Для водоносного горизонта ра восстановительная среда образована благодаря проникновению органических веществ, имеющихся в грунтовых водах горизонта ре, торфах и остатках растений горизонта (}Ь. Такая обстановка угнетает процесс нитрификации и благоприятна для скопления аммония. Здесь важными процессами являются сорбция аммония

Здесь важными процессами являются сорбция аммония глинистыми минералами горизонта Qb и перетекание загрязненных вод из верхнего горизонта

5. Фактором, лимитирующим процесс загрязнения грунтовых вод аммонием, является сорбция глинистыми породами, но после насыщения сорбци-онной емкости пород начинается обратный процесс - загрязнение подземных вод за счет десорбции.

a) Когда породы зоны аэрации преимущественно (> 50%) состоят из глин или суглинков, приходное количество минерального азота составляет от 150 до 300 кг/га/год (или 150+350 кг ЫН4+/га/год) и мощность зоны аэрации > 5 м, грунтовые воды не будут загрязнены азотными соединениями.

b) Если зона аэрации состоит из суглинков с содержанием глины и алеврита от 20 до 50% и коэффициентом фильтрации 0,01 м/сут, то состояние грунтовых вод будет изменяться в зависимости от мощности зоны аэрации:

- >10м - грунтовые воды не будут загрязнены;

5—10м - грунтовые воды могут быть загрязнены через 20-=- 50 лет. - грунтовые воды могут быть загрязнены через 20 лет.

1-*-Зм - грунтовые воды могут быть загрязнены через 5 лет.

c) Если зона аэрации состоит из суглинков с содержанием глины

при мощности 1-3 м и коэффициентом фильтрации пород > 0,5 м/сут, то грунтовые воды будут загрязнены уже через года.

d) Если приходное количество каждого типа удобрения меньше или равно 70 кг азота/га/год или 90 кг аммония/га/год на незатопленной площади, то оно не будет загрязнять грунтовые воды.

6. Естественная защищенность грунтовых вод верхнего горизонта намного слабее, чем подземных вод нижнего горизонта. В пределах водозабора Майзить воды обоих горизонтов хорошо защищены, поэтому они не загрязнены, и их можно использовать.

Подземные вод обоих горизонтов на территории округов Хайбачынг, Донгда и всей территории уезда Тханчи не защищены от загрязнения, поэтому главные действующие водозаборы: Хадин, Тыонгмай, Фапван, Батьмай и многие отдельные эксплуатационные скважины находятся в условиях, когда откачиваемые воды со временем могут стать загрязненными выше ПДК.

Рекомендации

1. На площадях сельскохозяйственной деятельности, где глубина залегания уровня грунтовых вод менее 5 м, а зона аэрации сложена проницаемыми породами, количество каждого типа употребляемого удобрения (химического или органического) не должно превышать 70 кг N / га /год.

2. На площадях сельскохозяйственной деятельности, где используется метод дождевания или земля затоплена непостоянно, с количеством каждого типа используемого удобрения не выше 70 кг/N 'га/год и с глубиной залегания уровня грунтовых вод более 5 м, воды можно добывать для коммунально-бытовых нужд, не опасаясь загрязнения азотными соединениями.

3. В радиусе 4 км от местонахождения водозабора Майзить можно использовать неглубокие эксплуатационные скважины (UNICEF) для мелкого водоснабжения.

4. Уменьшать водоотбор из водозаборов Хадин, Тыонгмай и особенно Фапван и повышать водоотбор из водозаборов, расположенных вдоль берега Красной реки: Уенфу, Лыонгуен, Донтху.

5. Можно использовать метод определения времени насыщения NH/ породами зоны аэрации и метод информационной модели, которые были использованы в диссертации, для других регионов, имеющих аналогичные гидрогеологические условия, с целью прогнозирования загрязнения азотными соединениями.

Работы по теме диссертации

a) Опубликованные:

1.By Нгок Ки,. Нгуен Тхи Тху Ха и др. Некоторые предварительные результаты изучения загрязнения азотом подземных вод г. Ханоя.// Известия экологии -№ 2,-1991, с. 4-8. (Вьет.)

b) Фондовые:

2. By Нгок Ки, Нгуен Ким Нгок ,Фан Нгок Кы, Данг Хыу Он, Нгуен Тхи Тху Ха, и др. Подземные воды Социалистической республики Вьетнама. Итоговый отчет Государственной программы 44-04-01-01. Ханой, 1985 (Вьет.).

3. By Нгок Ки, Нгуен Ким Нгок, Нгуен Тхи Тху Ха, и др. Гидрогеологическая структура главных кайнозойских впадин континентальной части Вьетнама. Доклад на IX научной конференции ХГТИ.-4.1989.(Вьет.).

4. By Нгок Ки, Нгуен Тхи Тху Ха и др. Основные научные положения рационального пользования подземных вод в важнейших экономических регионах до 2000 года. Итоговый отчет государственной программы 44А-05-02. Ханой, 1990 (Вьет.)

5. Нгуен Тхи Тху Ха, Нгуен Ван Лам. Материалы по азотному загрязнению подземных вод региона Ханой. Фонды ХГГИ.(Вьет.).

№12 8 49