Геоэкологические условия формирования поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья

Филатов, Дмитрий Геннадьевич

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Геоэкологические условия формирования поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья
ВАК РФ 25.00.36, Геоэкология

Автореферат диссертации по теме "Геоэкологические условия формирования поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья"

На правах рукописи

ФИЛАТОВ Дмитрий Геннадьевич

ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД БОГУЧАРСКОГО ПОДОНЬЯ (ВОРОНЕЖСКАЯ ОБЛАСТЬ)

25.00.36 - геоэкология (науки о Земле)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

2 3 МАЙ Ш

О050б00»о

Воронеж 2013

005060085

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования "Воронежский государственный университет"

Научный руководитель: доктор геолого-минералогических наук,

профессор Бочаров Виктор Львович

Официальные оппоненты: Смольянинов Владимир Митрофанович,

доктор географических наук, профессор; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Воронежский государственный педагогический университет", профессор кафедры физической географии

Крамарев Павел Николаевич,

кандидат географических наук; Общество с ограниченной ответственностью «ЖелДорИзыскания» (г. Воронеж), главный геолог

Ведущая организация: Отдел геологии и лицензирования по

Воронежской области Департамента по недропользованию по Центральному федеральному округу

Защита состоится «24» мая 2013 г. в 15-30 на заседании диссертационного совета Д 212.038.17 при Воронежском государственном университете по адресу: 394068 г. Воронеж, ул. Хользунова, 40, ауд. 303.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Воронежского государственного университета.

Автореферат разослан «££» апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор географических наук, профессор у Куролап С. А.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Водные ресурсы играют определяющую роль, как в природных экосистемах, так и в жизнедеятельности населения. Их рациональное использование и охрана от техногенного воздействия требуют всестороннего исследования, как поверхностных вод, так и подземных вод хозяйственно - питьевого назначения. Следует также упомянуть о таком ценном природном ресурсе как минеральные вод и рассолы.

Поверхностные воды являются наиболее доступным видом водных ресурсов, они удобны для использования в оросительных системах и в промышленности. Вместе с тем, они наиболее уязвимы для загрязнения, часто подвержены истощению. Пресные подземные воды имеют большую ценность как источник питьевого и промышленного водоснабжения. Зачастую они являются единственным источником питьевой воды для нужд населения. Минеральные воды имеют применение в медицине при лечении целого ряда болезней. Многие бальнеологические курорты имеют мировую известность: Висбаден (Германия), Карловы Вары (Чехия), Кавказские минеральные воды. Кроме того, высокоминерализованные воды и рассолы являются сырьем для получения таких элементов, как йод, бром, фтор и литий.

В данной работе приведены результаты комплексного геоэкологического изучения поверхностных и подземных вод (пресных и минеральных) на территории Богучарского Подонья (Воронежская область). Изучаемая территория приурочена к области питания Донецко-Донского и Приволжско-Хоперского артезианских бассейнов. Большой интерес представляет расположенное здесь месторождение бромных минеральных вод «Белая Горка».

Водные ресурсы Богучарского Подонья недостаточно исследованы с позиций геоэкологии, сведения об их экологическом состоянии весьма фрагментарны, поэтому изучение ландшафтно-географических и гидрогеоэкологических условий формирования ресурсов и качества поверхностных и подземных вод на этой территории с целью поиска новых источников водоснабжения и оптимизации использования имеющихся водных ресурсов является весьма актуальной проблемой.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является изучение природных и антропогенных факторов формирования химического состава, экологического состояния и ресурсного потенциала поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

-провести типизацию ландшафтно-географических и экологических условий изучаемой территории;

- выявить основные природные и антропогенные факторы, определяющие качество поверхностных и пресных подземных вод;

- оценить экологическое состояние поверхностных вод исследуемого региона в их неразрывной связи с условиями природной среды и хозяйственной деятельностью человека;

- исследовать гидрогеохимические и экологические особенности, присущие подземным водам основных водоносных горизонтов, имеющих практическое значение для водоснабжения Богучарского Подонья;

- изучить особенности химического состава и генезиса минеральных вод на данной территории и наметить перспективные участки для поиска минеральных вод;

- предложить рекомендации по оптимизации водоснабжения и охране водных ресурсов на территории Богучарского Подонья.

Объектом исследования являются поверхностные и подземные воды Богучарского Подонья.

Предметом исследования являются факторы, определяющие химический состав, ресурсный потенциал и экологическое состояние поверхностных и подземных вод.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды российских ученых, посвященные ландшафтно-географическому, геоэкологическому, гидрологическому и гидрогеологическому изучению территории Воронежской области: Ф.Н. Милькова, В.Б. Михно, А.Г. Курдова, В.А. Дмитриевой, В.И. Федотова, В.М. Мишона, С.А. Куролапа, В.Н. Жердева и др. Оценка экологического состояния речных водосборов проводилась на основе трудов В.М. Смольянинова и С.Д. Дегтярева. В основе исследований минеральных вод лежат труды A.A. Дубянского, Б.В. Карпова, А.Я. Смирновой, A.B. Кудельского, В.В. Иванова, Г.А. Невраева, Г.С. Вартаняна, C.JI. Шварцева и других ученых.

Исходные материалы. При написании диссертации были использованы результаты собственных полевых и лабораторных исследований, проведенных автором в 2009 - 2012 гг. в период обучения в магистратуре и аспирантуре кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Воронежского государственного университета, а также фондовые материалы НИИ Геологии ВГУ, геологоразведочных и природоохранных организаций Воронежской области, литературные источники и научные публикации.

Методика исследований. Комплексное изучение поверхностных и подземных вод в их тесной взаимосвязи друг с другом и с компонентами природной среды, а также с техногенными объектами базируется на системном подходе, в основе которого лежит рассмотрение объекта как целостного множества элементов в совокупности отношений и связей между ними, то есть рассмотрение объекта как системы. В исследовании также широко использовались методы: анализа и синтеза, картографический, сравнительно-географический, статистический, полевых исследований.

Изучение территории Богучарского Подонья проводилось по следующему алгоритму.

I этап - обработка и систематизация ландшафтно-географической, гидрологической, геологической и экологической информации по условиям формирования водных ресурсов.

II этап - характеристика ландшафтно-экологических условий на территории Богучарского Подонья в их взаимосвязи с поверхностными водотоками; выявление ведущих природных и антропогенных факторов формирования ресурсов и качества пресных подземных вод и оценка их экологического состояния; определение условий распространения и генезиса минеральных вод.

III этап - рекомендации по рациональному использованию водных ресурсов Богучарского Подонья и их охране от техногенного воздействия.

Достоверность полученных результатов обеспечивается использованием ранее апробированных методик, показателей, характеризующих экологическое состояние природной среды, объективным анализом экспериментальных данных, полученных в аттестованных лабораториях Воронежского государственного университета, использованием значительного объема аналитической информации и картографических материалов по изучаемой территории и сопредельным регионам.

Научная новизна. В работе впервые для территории Богучарского Подонья дана геоэкологическая оценка состояния поверхностных вод. Определены основные источники экологического риска (загрязнение, истощение ресурсов и деградация речной сети) для малых рек и их водосборов на изучаемой территории, намечены необходимые водорегулирующие и водоохранные мероприятия: агротехнические, фитолесомелиоративные, гидротехнические и организационно-хозяйственные, которые способны минимизировать эрозионные процессы на речных водосборах и рост оврагов.

Выявлены основные природные и антропогенные факторы формирования химического состава пресных подземных вод, изучено их экологическое состояние и ресурсный потенциал.

Исследованы особенности химического состава и вопросы генезиса минеральных вод на изучаемой территории, а также намечены перспективные площади для разведки хлоридно-натриевых минеральных вод с бромом и йодом.

Практическая значимость. Результаты исследования экологического состояния поверхностных вод позволяют наметить ряд водорегулирующих и водоохранных мероприятий для изучаемой территории, таких как: агротехнические мероприятия (контурно-мелиоративная система земледелия, лесные полосы, размещенные по границам земельных участков и вдоль балок, залужение склонов), инженерно-гидротехнические мероприятия (распылители стока, быстротоки, перепады, донные запруды). Замыкающим звеном комплекса должен быть каскад водоемов в балочной сети, так как водоемы уменьшают глубину местных базисов эрозии и являются наносоуловителями. Полученные автором данные о подземных пресных водах используются при планировании водоснабжения, водопользования и мероприятий по охране ресурсов подземных вод на территории Богучарского Подонья. Изучение минеральных вод позволяет наме-

тить перспективные площади для поиска месторождений лечебных вод, аналогичных белогорской, и использования их в бальнеологических целях.

Область применения результатов. Полученные автором результаты нашли применение в сфере водохозяйственного планирования и водоснабжения изучаемого региона, также они могут использоваться в природоохранной деятельности. Следует отметить возможность приложения полученных данных в научной сфере как основы для дальнейшего изучения территории Богучарского Подонья, а также в учебном процессе при изучении студентами курсов «Региональная гидрогеология», «Гидрогеоэкология» и «Минеральные воды».

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Типизация ландшафтно-географических условий формирования ресурсов и качества поверхностных вод Богучарского Подонья.

2. Анализ природных и техногенных факторов формирования химического состава и ресурсов подземных пресных вод хозяйственно-питьевого назначения.

3. Генезис минеральных бромных вод и возможности их использования в лечебных целях.

4. Рекомендации по рациональному использованию подземных вод Богучарского Подонья.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и обсуждались на научных конференциях: VII и VIII научно-практических конференциях молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве» (Москва, ОАО «ПНИИИС», 2011, 2012), международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Геология в развивающемся мире» (Пермь, Пермский государственный университет, 2011, 2012), II международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, Воронежский государственный университет,

2011), всероссийской конференции памяти член-корреспондента РАН, лауреата Государственной премии СССР Г.И. Худякова «Коэволюция геосфер: от ядра до космоса» (Саратов, Саратовский государственный технический университет,

2012), всероссийской конференции с участием иностранных ученых «Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами» (Томск, Томский национальный исследовательский политехнический университет, 2012), а также на ежегодных научных сессиях геологического факультета Воронежского государственного университета 2010 - 2012 гг.

Личный вклад автора заключается в проведении полевых исследований; в сборе, обработке и систематизации аналитических данных, литературных, фондовых и картографических материалов; в оценке качества и выявлении основных факторов формирования химического состава подземных вод; в разработке рекомендаций по рациональному использованию и охране водных ресурсов Богучарского Подонья; в определении перспективных площадей для поиска минеральных вод на исследуемой территории и в смежных районах.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и библиографического указателя, включающего в себя 139 источников, в том числе 15 источников иностранной литературы. Основное содержание изложено на 182 страницах текста, включая 16 рисунков и 27 таблиц.

Автор выражает глубокую благодарность всем преподавателям кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии, которые помогали советами и рекомендациями на разных этапах работы. Особую благодарность хочется выразить своему научному руководителю доктору геолого-минералогических наук профессору Бочарову В.Л., а также профессору Смирновой А.Я., доцентам Пасмарновой С.П. и Куриловичу А.Э.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ.

Богучарское Подонье занимает два муниципальных района Воронежской области: Верхнемамонский и Богучарский. Согласно «Физико-географическому районированию Центрально - Черноземных областей» (Ф.Н. Мильков, 1961), район исследований располагается в пределах двух эколого-географических районов: Калачского овражно-балочного южнолесостепного района провинции Среднерусской возвышенности, лесостепной зоны (большая часть Верхемамонского района) и Богучарского правобережного волнисто-балочного степного района степной Среднерусской провинции, степной зоны (Богучарский район, рис. 1).

Строение поверхности Верхнемамонского района неоднородно. Южная правобережная часть района (сельские поселения Осетровка, Дерезовка) относятся к Донскому Белогорью, левобережная часть располагается на террасовом комплексе р. Дон. Правобережье Дона имеет глубокое и густое расчленение овражно-балочными системами, обусловленное развитием склонового типа местности. Правобережная часть долины переходит в так называемое Донское Белогорье, занимающее на территории района небольшую площадь. Своеобразна ландшафтно-типологическая структура Донского Белогорья. Глубокое и густое расчленение его поверхности долинно-балочной сетью обусловило максимальное развитие склонового типа местности (40-60 %). Несколько меньшую площадь занимает плакорный тип местности (30-35 %). Всего 2,5-6,5 % приходится на надпойменно-террасовый и пойменный типы.

В ландшафтной структуре левобережной части Верхнемамонского района четко обособляются пойменный и надпойменно-террасовый типы местности. Пойменный тип местности получил развитие в долине реки Дон и соответствует ее пойме. Долина реки на исследуемой территории хорошо разработана. Для нее характерна асимметричность склонов: правый берег крутой, обрыви-

стый, левый - пологий, террасированный. Долина реки имеет хорошо выраженную пойму высотой 0,5-3 м над уровнем воды. Ширина поймы колеблется на исследуемой территории от 1,5 до 4,5 км. Этот тип местности характеризуется закономерной сменой расширенных и суженных участков. Надпойменно-террасовый тип местности слагается из серии неогеновых и четвертичных террас, однако включает только две нижние террасы. Верхние террасы Дона, которые приобрели признаки, характерные для водораздельно-зональных почв, целесообразно отнести к плакорным ландшафтам соседнего подрайона (В.Б. Михно, 1987). Ширина надпойменных террас достигает 10 км, однако в окрестностях сел Ольховатка и Верхний Мамон наблюдается резкое сужение террасового пояса.

т Граница лесостепной и степной природных ФИЗИКО-ГЕОГРАФИЧЕСКИЕ РАЙОНЫ

в Левобережный придолинно-террасовый

1 типичной лесостепи

| Центральный плоскоместный

типичной лесостепи

| Южный Битюго-Хоперский

8 типичной лесостепи

| Среднехоперский придолинный

* южно-лесостепной

I Придонской меловой типичной лесостепи

| Калитвянский волнисто-балочный 4 южно-лесостепной

; Калачский овражно'балочный

южно-лесостепной | Богучарский правобережный - волнисто-балочный степной | Южно-калачский левобережный овражно-балочный степной

Границы Воронежской области Границы физико-географических районов Границы муниципальных районов

Рис. 1. Физико-географическое деление территории Воронеэюской области по Ф.Н.Милъкову (1996).

Для некоторых участков надпойменно-террасового типа местности характерно достаточно сильное эрозионное расчленение в виде широких плоскодонных балок и оврагов. Так, густота эрозионного расчленения достигает на Верхнемамонском участке 3 км/км2.

Богучарский район в геоморфологическом отношении представляет собой сильно расчлененную речными долинами и овражно-балочной сетью возвышенную равнину. Бровка долины Дона возвышается над поймой на высоту 70-80 м. Абсолютные отметки водораздельных плато почти повсюду достигают 200-230 м. Максимальная отметка 237 м расположена на междуречье рек Богу-чарка и Левая Богучарка. Для района характерна сильная овражность 0,5-1,2 км/км . Большинство оврагов приурочено к склонам речных долин и балок. Вследствие близкого залегания мел - мергельных толщ мощностью до 200 м и активной циркуляции в них подземных вод водораздельные плато местами за-карстованы. Карстовые провалы оказывают порой сильное влияние на сток и режим малых рек, что отражается и на долинно-речных ландшафтах. Известны случаи, когда интенсивная фильтрация прудов, вызванная карстом, приводила к полному разрушению межкомпонентных связей и деградации аквальных комплексов. На схеме районирования Центрального Черноземья по современным геоморфологическим процессам описываемая территория включена в ЮжноМеловой район, подверженный активной плоскостной, линейной эрозии, а также оползневым и суффозионно-карстовым процессам (В.Б. Михно, 1987).

Ландшафтная структура Богучарского района заметно отличается от лесостепных районов оригинальным сочетанием типично степных и фрагментов полупустынных комплексов, широким распространением специфичных байрач-ных дубрав и останцово-водораздельного типа местности. Интенсивнее эрозионное расчленение обусловило широкое распространение различных вариантов склонового типа местности. Глубоковрезанные (> 30 м) песчано-глинистые и суглинистые склоны представлены урочищами типичных разнотравно-ковыльных и ковыльных степей на разной степени смытости обыкновенных и южных черноземах, которые повсюду сочетаются с урочищами байрачных дубрав. Меловые склоны представлены урочищами меловых стенок, меловых останцов, цирковидных балок с типичной для них флорой меловых иссопников и участием представителей полупустынной флоры.

Характерной особенностью плакорного типа местности является почти полное отсутствие дубрав на водоразделах и широкое участие южных, засухоустойчивых видов в лесокультурных ландшафтах. Вследствие высокого плодородия черноземов и благоприятности для сельскохозяйственного освоения, пла-коры практически повсеместно распаханы. Преобладающим типом урочищ являются слабонаклонные водораздельные плато на среднегумусных обыкновенных и маломощных южных черноземах в сочетании с урочищами распахиваемых ложбин стока.

Проведена типизация речных водосборов Богучарского Подонья по условиям развития природных процессов (В.М. Смольянинов, 2007). Типизация

территории проводилась на основе семи основных факторов, которые приведены в таблице 1.

Таблица 1

Проявление факторов, определяющих развитие природных процессов на

речных водосборах

№ п/п Название реки X, х2 X, Хд Х; Х6 X,

1 Мамоновка 7,8 7,5 1,1 56,1 7,4 5,1 0,4

2 Богучарка 12,9 6,0 1,0 65,7 4,2 4,6 0,4

3 Лев. Богучарка 10,7 5,0 1,0 58,6 5,2 4,1 0,3

Основные факторы: Xi - площадь земель с крутизной склонов более 5°,%; Х2 - водопроницаемость рельефообразующих пород, %; Х3 - модуль весеннего стока за год 50% обеспеченности, дм3/с км2; Х4- площадь пашни, га/км2; Х5 - облесенность, %; Х6- содержание гумуса, %; Х7-модуль подземного стока, дм3/с км2.

В соответствии с проведенной типизацией, водосборы рек Богучарка и Левая Богучарка относятся к V типу местности. Территории бассейнов представляют собой холмистую местность с выходами меловых отложений, в которых развит меловой карст. Водопроницаемость рельефообразующих пород 5,5%, крутизна склонов более 5° составляет 11%. Низкий показатель подземного стока 0,3 дм3/с км2 и весеннего стока - 1,0 дм3/с км2. На территории водосборов наряду с обыкновенными маломощными черноземами распространены южные с более низким содержанием гумуса (4,3%). Облесенность низкая и составляет 4%, площадь пашни 62,1 га/км2. Ввиду этих факторов, здесь складываются условия для интенсивного развития почвенно-эрозионных процессов. Повышенная фильтрационная способность рельефообразующих пород сильно ограничивает строительство прудов и водохранилищ.

Бассейн р. Мамоновка относится к VI типу, подтипу У12. Ландшафт территории бассейнов холмистый, с густой сетью разветвленных балок и оврагов. Для этой территории характерно распространение меловых пород и ледниковых суглинков, достаточно водопроницаемых. Балочно-овражная сеть расчленяет поверхность и создает условия для развития почвенно-эрозионных процессов. Интенсивный водоотбор создает опасность значительного сокращения меженного стока рек, так как испарение с водной поверхности в этом типе высокое, а поверхностный и подземный сток рек низкие.

Для оценки последствий воздействия природных и антропогенных факторов и типизации бассейнов рек рассматриваемой территории по характеру их проявления были отобраны 11 показателей, которые приведены в таблице 2.

В соответствии с проведенной типизацией, бассейны рек Богучарка, Левая Богучарка и Мамоновка относятся к III типу, причем Богучарка и Левая Богучарка относятся к подтипу Шь а Мамоновка - к подтипу III2. Первый из них отличается самой большой в области площадью эродированных земель (42,6%), но меньшей площадью оврагов (1,2%); здесь потери гумуса от эрозии ежегодно достигают 624 кг/га, засоление почв отмечается на 2,4% сельхозугодий, а второй

- наибольшим для области количеством оврагов (2,3%) при меньшей эродированное™ земель (21,1%), и солонцеватости почв (5,2%). Безвозвратные потери водных ресурсов в первом подтипе составляют 3,6 тыс. м3/км2, сокращение подземного стока при водозаборе - 26,9%, а загрязнение вод ядохимикатами и удобрениями 6,6 мг/м3; во втором подтипе - соответственно 1,6 тыс. м3/км2; 13,3% и 5,4 мг/м3.

Таблица 2

Показатели последствий природных и антропогенных воздействий

№ Название реки X, х2 Х3 Х4 х5 X« X, Х8 X, Хю х„

1 Мамоновка 21,1 2,3 23,1 5,2 2,8 0,7 1,6 1,8 13,3 5,4 521

2 Богучарка 43,3 1,1 4,7 5,4 2,1 1,8 3,6 3,0 27,5 6,9 735

3 Лев. Богуарка 41,9 1,3 5,9 6,6 3,0 3,6 3,0 26,2 6,2 513

Основные показатели: X,- эродированность почв, %; Х2-площадь оврагов, %; Х3 - подкис-ление почв, %; Х4- солонцеватость почв, %; Х5- переувлажнение почв, %; Х6- засоление почв, %; Х7-безвозвратные потери водных ресурсов, тыс. м7кмг; Х8 - загрязнение вод промышленно-коммунальными стоками, %; Х9- сокращение подземного стока при водозаборе подземных вод, %; Х]0 - загрязнение вод ядохимикатами и удобрениями, мг/м1; Хп- ежегодные потери от эрозии гумуса, кг/га.

Изучен химический состав поверхностных вод р. Дон на 80-ти километровом отрезке от хутора Тихий Дон до села Сухой Донец. Обращает на себя внимание устойчивость химического состава по основным макрокомпонентам (табл. 3). Вода мягкая (жесткость колеблется от 2,8 до 3,5 мг-экв/дм3) с невысокой минерализацией (479,5 - 436,5 мг/дм3), имеет нейтральную или слабощелочную реакцию (рН 7,0 - 7,5). Содержание миграционно активных соединений азота значительно ниже допустимого уровня. По гидрогеохимической классификации вода р. Дон относится к сульфатно-гидрокарбонатному кальциево-натриевому или гидрокарбонатно-сульфатному кальциево-натриевому классам. Кроме того в воде зафиксированы взвешенные вещества - до 30 мг/дм3, СПАВ -0,030-0,045 мг/дм3, нефтепродукты- менее 0,05 мг/дм3, фосфаты - 0,1 мг/дм3. Превышений ПДК в соответствии с ГН 2.1.5.1315-03 не обнаружено. Из приведенного материала можно сделать заключение о достаточно низком антропогенном воздействии на р. Дон на всей территории Богучарского Подонья.

Проведена оценка эколого-гидрологического риска для водосборов малых рек изучаемой территории (табл. 4). В соответствии со значениями средневзвешенного риска (Яср.) выделяют следующие степени риска: слабая (Яср. от 0,00 до 0,25), средняя (Яср. от 0,25 до 0,50), сильная (Ыср. от 0,50 до 0,75), очень сильная (Яср. от 0,75 до 1,00). Очевидны высокие значения средневзвешенного риска для водоразделов рек Мамоновка (Ыср. = 0,52) и Левая Богучарка (Лср. = 0,51).

Схема водорегулирующих противоэрозионных мероприятий в Верх-немамонском и Богучарском районах, поэтому должна включать в себя: агротехнические мероприятия (контурно-мелиоративную систему земледелия, лес-

ные полосы, размещенные по границам земельных участков и вдоль балок, за-лужение склонов), инженерно-гидротехнические мероприятия (распылители стока, быстротоки, перепады, донные запруды).

Таблица 3

Химический состав поверхностных вод р. Дон

Компоненты/ /место отбора / проб Тихий Дон Грушевое Подколоднов-ка Галиевка Терешково Красногоров-ка Абросимово Сухой Донец

Минерализация, мг/дм3 479,5 438,4 455,3 464,5 471,9 438,6 439,6 436,5

Жесткость, мг-экв/дм3 3,2 3 2,8 2,9 3,3 3,5 3,35 3,3

рН 7,4 7,2 7,1 7,0 7,5 7,4 7,4 7,2

Железо, мг/дм3 0,25 0,2 0,15 0,15 0,18 0,25 0,2 0,2

Нитраты, мг/дм3 24 25 21 26 18 22 28 25

Нитриты, мг/дм3 0,2 0,15 0,1 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2

Аммоний, мг/дм3 0,03 0,02 0,03 0,05 0,05 0,06 0,07 0,05

Сульфаты, мг/дм3 125 116 115 98 90 95 85 90

Гидрокарбонаты, мг/дм3 110 105 90 110 120 105 115 110

Хлориды, мг/дм3 52 32 62 55 62 42 38 32

Кальций, мг/дм3 115 90 100 105 103 104 90 100

Магний, мг/дм3 15 25 25 18 18 15 18 18

Натрий + калий, мг/дм3 38 45 42 52 60 55 65 61

Таблица 4

Результаты расчета эколого-гидрологического риска для речных водосборов Верхнемамонского и Богучарского районов

№ п/п Название реки II истощения Я дегр. реч. сети Я загрязнения Яср.

1 Мамоновка 0,34 0,79 0,66 0,52

2 Богучарка 0,16 0,25 0,71 0,29

3 Лев. Богучарка 0,36 0,74 0,70 0,51

Замыкающим звеном комплекса должен быть каскад водоемов в балочной сети, так как водоемы уменьшают глубину местных базисов эрозии и являются наносоуловителями. Пруды с повышенной фильтрацией - фильтрующие водоемы способны улавливать твердый сток, предохраняя реки от заиления и одновременно увеличивать питание верхнего горизонта подземных вод, что создает условия для искусственного регулирования подземного стока. Строительство водозаборов с искусственным пополнением подземных вод можно рассмат-

ривать как первый шаг к активному управлению состоянием водных ресурсов в общей системе охраны природной среды; они весьма перспективны для развития орошаемого земледелия на водосборах с неблагоприятными условиями для строительства прудов (В.М. Смольянинов, 2007). Наблюдения показывают, что осуществление водорегулирующих мероприятий на речных водосборах Воронежской области не только улучшает водный режим почв, но и создает условия для увеличения инфильтрационного питания подземных вод.

В число мероприятий по предотвращению загрязнения природных вод на изучаемой территории следует включать: строительство и реконструкцию станций очистки и аэрации для совместной обработки бытовых и производственных сточных вод и применение физико-химических методов для их очистки. Необходимо, также снижать водопотребление предприятий, заменять существующие технологии на более экологически чистые, применять оборотное водопотребление в производстве. Для защиты водных ресурсов от загрязнения пестицидами и удобрениями, используемыми на сельхозугодьях, необходимо соблюдать технологию и правила их хранения и применения. При орошении земель режим орошения, поливные нормы и техника полива должны исключать разрушение почвенной структуры и образование поверхностного стока.

Основные показатели, характеризующие ресурсы подземных вод хозяйственно-питьевого назначения Богучарского муниципального района следующие: слой подземного стока для года средней водности (50 % обеспеченности) составляет 11 мм, объем стока, соответственно - 23,98 млн.м3; естественные ресурсы 95 % обеспеченности (для маловодного года) - 8,36 млн.м3/год; прогнозные эксплуатационные ресурсы подземных вод хозяйственно-питьевого назначения, с минерализацией до 1,0 г/дм3, для района составляют 47,21 тыс.м3/сут. При существующей потребности населения района в воде питьевого назначения - 35 тыс.м /сут, район достаточно надежно обеспечен ресурсами подземных вод. Прогнозные и эксплуатационные ресурсы подземных вод Верхнемамонского района составляют 6,43 тыс. м3/сут. При этом основным эксплуатируемым водоносным комплексом является меловой - 5,68 тыс. м3/сут. Кроме того, в прогнозных ресурсах учтены трещинные воды архей-протерозойского комплекса - 0,75 тыс. м3/сут.

Среди водоносных горизонтов и комплексов, использующихся или являющихся перспективными для использования на территории Богучарского Подонья следует выделить следующие.

Неоген-четвертичный (/V- О) водоносный горизонт имеет весьма ограниченное распространение на изучаемой территории и применяется для водоснабжения только в Богучарском районе. Водовмещающими отложениями являются разнозернистые аллювиальные пески. Питание горизонта происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и паводковых вод реки Дон. Химиче-

ский класс воды - сульфатный кальцнево-натриевый. Горизонт характеризуется низкой геологической защищенностью (I категория). Формула Курлова среднего химического состава вод неоген-четвертичного водоносного горизонта имеет

Следующий ВИД: да,48НСС>,22С/20Л'Оз10

М„ я.-рН1,2.

°'46 СаЩИа + АГ)35М§21

Турон-конъякский (Кц-сп) водоносный горизонт имеет повсеместное распространение и приурочен к толще меловых отложений (писчий трещиноватый мел). Водоносный горизонт безнапорный. Питание водоносного горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, паводковых вод р. Богучарка, а также на пониженных участках за счет разгрузки нижележащих водоносных горизонтов и комплексов. Защищенность горизонта от загрязнения варьируется в широких пределах (от I до VI категории). Химический класс воды - гидрокарбонатно-хлоридный кальциевый, гидрокарбонатно-сульфатно-хлоридный кальциево-натриевый. Формула Курлова среднего химического состава вод турон-коньякского водоносного горизонта имеет следующий вид:

, НСО, 500/2850,20^0,2 „,с

Мл -Рп /,о.

°'3 Са68Лф17(Ла + Л:)15

Заволжский (С1гу) водоносный горизонт имеет повсеместное распространение на территории Богучарского Подонья. Мощность водоносного горизонта меняется в пределах 14 - 25 м. Водоносными породами служат светлосерые трещиноватые известняки с маломощными прослоями темно-серых глин. Водоносный горизонт напорный. Величина напора изменяется от 4,53 до 23 м. Заволжский водоносный горизонт, как показали исследования, гидравлически взаимосвязан с вышележащим турон-коньякским водоносным горизонтом и нижележащим мамонским водоносным комплексом. Питание водоносного горизонта осуществляется за счет перетекания вод из смежных гидрогеологических подразделений. Условия геологической защищенности высокие (У-У1 категории). Химический класс воды - гидрокарбонатный хлоридный кальциево-натриевый, гидрокарбонатный сульфатно-хлоридный кальциево-натриевый. Формула Курлова среднего химического состава вод заволжского водоносного

горизонта представлена в виде: нсо, 52СШХ0419М?31

м„ --рн 1,1.

Ca60(Na + K)22MglS

Мамонский (В3т:п) водоносный комплекс является перспективным эксплуатационным комплексом для территории Богучарского Подонья. Водоносный комплекс напорный. Величина напора достигает 38,7 м. Химический класс воды - гидрокарбонатный кальциево-натриевый, гидрокарбонатный хлоридный кальциево-натриевый, реже гидрокарбонатный сульфатный кальциево-натриевый. Воды мягкие (минерализация 0,3-0,5 г/дм3, жесткость до 5 ммоль/дм3), слабощелочные (рН = 6,9-7,4) содержат низкие концентрации железа (0,1-0,17 мг/дм3) и марганца (0,04-0,08 мг/дм3), практически лишены нитратов, безупречны в бактериологическом отношении и характеризуются хорошей защищенностью от загрязнения. Формула Курлова среднего химического соста-

ва вод мамонского водоносного комплекса может быть записана следующим

образом: нсо юаъъБолъыо.г

М0 „-г---рН%&.

Слабоводоносный старооскольско-тиманский (025,.1п) терригенный комплекс. Водовмещающими отложениями являются прослои песчаников, алевролитов и песков в толще аргиллитоподобных глин. Мощность отложений комплекса достигает 61 м. Горизонт гидравлически взаимосвязан с вышележащими водоносными подразделениями, совместно с которыми он часто эксплуатируется. Преобладающими компонентами химического состава в естественных гидрогеологических условиях являются гидрокарбонаты, сульфаты, кальций и натрий. Формула Курлова для вод старооскольско-тиманского комплекса имеет вид-

НСО,7450420С16

" п « -.

' Ca43(^ía+K■)29Mg28

Архей - протерозойский (АЯ2+РЯ1) водоносный комплекс характеризуется ограниченным использованием на территории Верхнемамонского района. Водоносный комплекс приурочен к трещиноватым гранитам. Данные о нем сводятся к единичным опробованиям с вышележащими водоносными горизонтами, что недостаточно для полной характеристики горизонта. Вода по анионам относится к смешанному типу. В катионном ряду преобладают кальций, магний и натрий. Минерализация от 0,6 до 3,3 мг/дм3 . Общая жесткость изменяется в пределах от 2,5 до 23,7 мг-экв-дм3, рН - 6,6 - 7,8. Низкая водообильность комплекса, а также повышенная минерализация ограничивают возможности его использования для водоснабжения. Формула Курлова для вод архей - протерозойского комплекса представлена как: 52нсо гэсиыо 5

77 -1-1-— рН6,9.

' Мв54Са31(Ка + К)15

Гидрогеологические подразделения девонского возраста и архей -протерозойский водоносный комплекс характеризуются высокой степенью геологической защищенности на всей территории Богучарского Подонья.

Первый этап формирования химического состава подземных вод осуществляется в атмосфере. Соотношение между количеством ионов в чистых атмосферных осадках, за редким исключением, является постоянным:

НС03 ~ >Б04 2_ >С1 ~ ; Са2+> Na+>Mg2+. Таким образом, очевидно, что процессы инфильтрации играют определяющую роль в формировании химического состава подземных вод основных водоносных горизонтов.

Главными процессами в системе порода - вода являются, как известно, растворение и выщелачивание (С.Л. Шварцев, 2005). Скорость и направленность этих процессов зависят от минералогического состава пород, содержания в них водорастворимых солей, а также водопроницаемости пород и условий фильтрации. Процессы растворения и выщелачивания затрагивают как карбонатные, так и силикатные горные породы:

СаСОз + Н20 + С02-+ Са2++ 2НСОэ";

ЯЗЮз + пН20 + С02-> ИСОз + БЮ;, + ПН20.

Как установлено, взаимодействие растворов с песчаными породами сопровождается преимущественно переходом вещества в раствор. При взаимодействии растворов с глинами происходит как выщелачивание пород, так и замена обменного комплекса пород катионами раствора. При взаимодействии подземных вод с известняками проявляется процесс растворения и накопления в воде кальций-, магний-, сульфат-, и гидрокарбонат - ионов в результате выщелачивания СаСОз, Л/^СОз и Са804 . Процессы растворения и выщелачивания наиболее интенсивно осуществляются в водах, обогащенных углекислым газом.

Антропогенные факторы формирования химического состава подземных вод в основном связаны с ухудшением качества подземных вод в результате поступления в водоносные горизонты загрязняющих веществ. Среди основных антропогенных факторов необходимо выделить следующие четыре.

1. Периодическая инфильтрация атмосферных осадков, загрязненных стоками животноводческих комплексов, удобрениями или ядохимикатами.

2. Фильтрация промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из прудов отстойников, накопителей, испарителей, а также фильтрация с участков сброса жидких животноводческих отходов.

3. Загрязнение верхних водоносных горизонтов через карстовые трещины и воронки в районе распространения известняков и меловых пород.

4. Загрязнение из рек и озер, содержащих загрязненную воду, в результате сбрасывания в них плохо очищенных промышленно-бытовых стоков.

К этому в настоящее время следует добавить загрязнение подземных вод нефтепродуктами на территории автозаправочных станций и нефтебаз, а также загрязнение верхних водоносных горизонтов в районах хранения твердых промышленных и бытовых отходов.

На территории Богучарского района выявлено три очага загрязнения подземных вод с интенсивностью до 10 единиц ПДК площадью до 10 км2 (сельские поселения Филоново, Дьяченково, Луговое). Все три характеризуются повышенным содержанием соединений азота, также в одном очаге выявлено превышение ПДК по минерализации, жесткости, сульфатам и хлоридам. В некоторых населенных пунктах Верхнемамонского района устанавливается ряд аномалий, где минерализация достигает 0,8-0,9 г/дм3, при этом возрастают концентрации кальция, магния, натрия в 3-5 раз (сельские поселения Лозовое, Нижний Мамон). В анионной части увеличивается концентрация хлора (в 9 раз), сульфата (в 5 раз), гидрокарбоната (в 1,5 раза). Происходит также увеличение содержания нитратов от 15-20 до 60-65мг/дм3, особенно в весеннее время. Это объясняется отсутствием зоны санитарной охраны вокруг водозаборов и близким расположением к ним жилых построек, огородов, несанкционированных свалок.

3. Генезис минеральных бромных вод и возможности их использования в лечебных целях.

Большой интерес представляют собой месторождения бромных минеральных вод на юго-востоке Богучарского района в селе Белая Горка и балке

Попасная. Эти минеральные воды относятся к гидроминеральной зоне бромных вод с повышенным содержанием органического вещества хлоридного класса натриевого или кальциево-натриевого подкласса с минерализацией 10-50 г/дм3 (А.Я. Смирнова, 1995).

Село Белая Горка расположено в юго-восточной части Богучарского района в 23 км к юго-востоку от г. Бо1учар. Вода вскрывается скважиной, расположенной в тальвеге оврага правого берега р. Дон, на конусе выноса с абс. отм. 68,5 м. История обнаружения белогорской воды довольно интересна. При поисках каменных углей в одной из скважин с глубины 146-182 м из известняков и песчаников фонтаном пошла горько-соленая вода с минерализацией 8,9 г/дм3. Эта вода оказалась с температурой 11-11,5°С и содержанием брома 36,8 мг/дм3 (А.А. Дубянский, 1931). Водопроявление бромных минеральных вод приурочено к нижнекаменноугольным терригенно-карбонатным отложениям озерско-хованского горизонта турнейского яруса, представленных песчаниками с прослоями алевролитов и известняков мощностью 23-35 м (рис. 2). Глубина залегания кровли водоносного горизонта колеблется от 122,5 до 146,0 м. Минеральная вода напорная, из скважины осуществляется ее самоизлив с высотой 2,4 м выше земной поверхности. Пьезометрический уровень устанавливается на абс. отм. 72 м, а величина напора изменяется от 150 до 160 м. Общий дебит скважины составил 108 м /сут., удельный дебит скважины при одиночной откачке с понижением пьезометрического уровня на 11,87 м равен 0,95 дм3/с, коэффициент фильтрации песчаников - 3,1 м/сут. По данным проведенных работ и расчетов запасы минеральных вод составляют 976 м3/сут.

Минеральная вода «Белая Горка» прозрачная, горько-соленая на вкус, при длительном отстое дает буроватый кристаллический осадок. По своему химическому составу вода до известной степени напоминает некоторые минеральные источники, имеющие широкую известность: новый источник Старой Руссы, Друскининкай, Гамбург, Висбаден, Крейцнах, Дюркгейм. По своему химическому составу и бальнеологическим свойствам вода является единственной в России и второй в мире (А.Я. Смирнова, 1995).

По данным химико-аналитических исследований вода «Белая Горка» относится к среднеминерализованным водам хлоридного кальциево-натриевого состава с кислой реакцией среды (рН 5,4). В составе биологически активных компонентов в кондиционных концентрациях установлен бром - до 40 мг/дм3. Токсические и нормируемые микроэлементы, в том числе тяжелые металлы (свинец, ртуть, кадмий, хром), соединения группы азота, а также селен и фториды - не обнаружены, или их концентрации значительно ниже предельно допустимой для лечебных минеральных вод. В перечне нормируемых для питьевых минеральных вод микроэлементов отмечается стронций - до 50-60 мг/дм3, что в два раза превышает допустимые концентрации для питьевых минеральных вод (25 мг/дм3). Кроме того, в воде «Белая Горка» установлено повышенное содержание изотопов радия - до 2,3 Бк/дм3.

РЯ 240.8

РЯ 224.0

Услсднье обозначении

еролизаиии

'узлинох

устья,

абсолютная

абсолютная отметка

Песчан.

зсбся скЗал

Рис. 2. Гидрогеологический разрез месторождения минеральных вод «Белая Горка» по А.Я.Смирновой (1995).

За период наблюдений с 1932г. (А.А. Дубянский, 1932) по настоящее время химический состав бромной воды практически не изменился, что можно видеть из таблицы 5.

Таблица 5

Динамика некоторых показателей минерального источника «Белая Горка»

Год Химический состав Дебит, дм3/с Т,°С

Формула ионного состава Содержание брома, мг/дм1

1932 п "(Ыа + К)„Сам 33 0,47 11-11,5

1946 а» -г- 60 0,47 не опр.

1947 п и " " (Мз + Х)„Са„ 38 0,45 -//-

1960 А',. , а? (ЛЬ+ЛС)„Со„ 35 не опр. -II-

1976 П " {Ш + К)ксаюмг„ 38,6 1,25 (самоизлив) 11-12

1977 п 48,9 0,95 11-12

1991 н а^нсо^о;. не опр. Примерно тот же 11-12

2003 п Ч " 37 2,5 11-11,5

2010 ч а„нсо; [Ка + К)«са„мг„ 39,3 1,21 11-11,5

На основании заключения Российского научного центра восстановительной медицины и курортологии, минеральная вода «Белая Горка» отнесена к лечебным минеральным водам средней минерализации с кондиционным содержанием брома и повышенной радиоактивностью. Эти воды могут использоваться в первую очередь для наружных бальнеопроцедур по назначению врача в виде общих и локальных ванн в определенной дозировке с тщательным медицинским контролем.

Существует несколько подходов, объясняющих генезис йодо - бромных минеральных вод. А. П. Виноградов (1944), считая отношение С1/Вг весьма важным генетическим показателем для характеристики природных вод, делит их на три группы: 1 воды с нормальным отношением С1/Вг, равным 300 -погребенная морская вода; 2 воды, у которых отношение С1/Вг меньше 300 -образовались из маточных растворов, оставшихся после садки поваренной соли; 3 воды, в которых отношение С1/Вг больше 300 - образовались в результате растворения соляных куполов и штоков поваренной соли.

Для минеральной воды «Белая Горка» характерно соотношение гС1/гВг > 300, также установлена гидравлическая связь нижнекаменноугольных водонос-

ных горизонтов с ниже- и вышележащими водоносными комплексами. Таким образом, можно предположить отложения солей как источник концентрации хлора, брома, йода. Однако в каменноугольных отложениях на изучаемой территории засоленности не обнаружено, и более вероятным представляется рассматривать древние седиментационные рассолы или погребенную морскую воду в виде первичного источника формирования химического состава минеральной воды. В то же время, наличие некоторого количества гидрокарбонат - иона в числе химических компонентов и сравнительно небольшая минерализация воды «Белая Горка» свидетельствует о том, что современный химический состав и концентрацию солей она приобрела в результате растворения или разбавления первичного источника соли древними и современными инфильтрационными водами.

Сравнительный анализ месторождения «Белая Горка» и месторождений других, хорошо изученных артезианских бассейнов, подтверждает это положение. В качестве примера можно привести воды евпаторийского типа, распространенные в краевых частях Западно-Сибирского артезианского бассейна. Они характеризуются инфильтрационно-седиментационным происхождением (Л.Г. Учителева, 1974). Их солевой состав сформировался в результате смешения древних и современных инфильтрационных вод с минерализованными седимен-тационными водами. Они имеют хлоридно - натриевый состав, минерализацию до 10 г/дм3 и содержание брома до 15 мг/дм3. Другой пример - хлоридные натриевые воды с минерализацией 5 - 10 г/ дм3 прослеживаются в виде узкой полосы, протягивающейся от южного борта и приподнятой западной окраины до северной прибортовой зоны Припятского артезианского бассейна (юго-восточная Белоруссия). Вскрываются они на глубинах от 225 до 541 м. Из микрокомпонентов в водах содержится двухвалентное железо (4,5 мг/дм3), фтор (1,4 мг/дм3), бром (7,1-73,6 мг/дм3), бор (Н3В03 - до 15,1-18,9 мг/дм3). В качестве лечебно-питьевых они используются в санатории "Васильевка", а также в других санаториях и профилакториях Гомеля и Речицы (A.B. Кудельский, 1990).

4. Рекомендации по рациональному использованию подземных вод Богучарского Подонья.

Необходимо отметить, что, несмотря на достаточную обеспеченность ресурсами пресных вод территории Богучарского Подонья, существует ряд факторов делающих необходимым наращивание запасов подземных вод для данного региона. 1. Низкая геологическая защищенность (I и II категории) неоген-четвертичного и местами турон-коньякского водоносных горизонтов. Следует отметить, что соединения азота отмечаются не только в водах этих комплексов, но также проникают в нижележащие водоносные горизонты. 2. Высокий риск загрязнения малых рек на данной территории и возможность фильтрации загрязненной речной воды в верхние водоносные горизонты. 3. Отсутствие зон санитарной охраны на некоторых водозаборах, наличие большого количества не-затампонированных скважин, карстовые воронки и трещины в тоще меловых

отложений - все это повышает риск проникновения загрязнения в верхние водоносные горизонты.

Таким образом, необходимо разработать среднесрочную программу (на 15-20 лет) наращивания запасов питьевых вод за счет вовлечения в водохозяйственный оборот подземных вод мамонского водоносного комплекса.

Водозаборы с искусственным пополнением могут весьма успешно применяться для увеличения естественных ресурсов водоносных горизонтов. Следует отметить следующие условия, необходимые для применения метода искусственного пополнения подземных вод. 1. Наличие источника восполнения, которым могут являться паводковые, речные и озерные воды, а в некоторых случаях - промышленные стоки. 2. Удовлетворительное качество воды, поступающей на инфильтрацию: содержание взвешенного в воде материала не более 10 мг/дм3 и небольшое содержание натрия и железа. 3. Благоприятные геологические условия: мощность зоны аэрации не менее 8-10 м, а в некоторых случаях 15-20 м; литологический состав зоны аэрации должен отличаться высокой степенью однородности пород и физико-механическим составом, обеспечивающим хорошую поглощающую способность; коэффициенты фильтрации пород зоны аэрации должны превышать 0,5 м/сутки. 4. Благоприятные гидрогеологические условия: большая мощность и хорошие фильтрационные свойства пород водоносного горизонта; значительное удаление области разгрузки водоносного горизонта.

Природные условия на большей части Богучарского Подонья являются благоприятными для искусственного пополнения запасов подземных вод, как локального, так и для увеличения общих ресурсов водоносных горизонтов. Основным источником пополнения здесь может являться неиспользуемая в настоящее время часть весеннего склоново - балочного стока. Инфильтрационные водоемы можно сооружать в балках, сложенных породами с высокими коэффициентами фильтрации. Области распространения турон-коньякского водоносного горизонта являются наиболее благоприятными для использования методов искусственного пополнения подземных вод.

Для контроля антропогенного воздействия на подземные воды на территории Богучарского Подонья необходимо проведение системного экологического мониторинга поверхностных и подземных вод; обустройство зон санитарной охраны вокруг водозаборов; тампонаж заброшенных скважин; строгое соблюдение правил хранения и применения удобрений и ядохимикатов на сельскохозяйственных угодьях.

Разведка краевой части Донецко-Донского артезианского бассейна может выявить месторождения минеральной воды, аналогичной белогорской. С этой точки зрения перспективным выглядит участок в районе балки Попасная Богучарского района Воронежской области, а также участок в районе хуторов Демидовский, Суровский и Озерский Верхнедонского района Ростовской области, расположенный в зоне регионального Новохоперско-Шумилинского разлома на правобережье Дона и прилегающий к месторождению «Белая Горка» (рис.3).

Рис. 3. Перспективный участок для поиска минеральных вод (рисунок автора).

Результаты исследования позволяют сформулировать следующие основные выводы и предложения:

1. Ландшафтно-географические условия Богучарского Подонья определяют широкое развитие здесь овражно-балочной сети и эрозионных процессов. Экологические исследования на водосборах малых рек изучаемой территории показывают следующие последствия антропогенной деятельности: распахивание территории от 56 до 66%; эродированность почв достигает 43%; площадь оврагов до 2,3%, что значительно усугубляет процессы плоскостной и овражно-балочной эрозии. Проведена оценка эколого-гидрологического риска для водосборов малых рек изучаемой территории. Очевидны высокие значения средневзвешенного риска для водоразделов рек Мамоновка (Яср. = 0,52) и Левая Богу-чарка (Я-ср. = 0,51), кроме того для этих рек отмечается очень высокий риск деградации речной сети (0,79 и 0,74 соответственно). Присутствует также риск загрязнения (от 0,66 до 0,71). В этих условиях насущной необходимостью становится проведение противоэрозионных мероприятий на водосборах и в овраж-но-балочной сети. Рекомендуется введение контурно-мелиоративной системы земледелия, проведение инженерно-гидротехнических мероприятий. Замыкающим звеном комплекса должен быть каскад водоемов в балочной сети, который уменьшает глубину местных базисов эрозии и является наносоуловителем.

2. Изучены основные водоносные подразделения и комплексы, имеющие значение для водоснабжения территории Богучарского Подонья. Наибольшее хозяйственное значение имеет верхнемеловой турон-коньякский водоносный горизонт. Воды турон-коньякского водоносного горизонта в целом отвечают требованиям СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая». Вместе с тем, следует отметить местами недостаточную защищенность горизонта от загрязнения. Вто-

рым по значимости является мамонский водоносный комплекс. Подземные воды мамонского водоносного комплекса характеризуются выдержанным химическим составом и благоприятным соотношением, как главных ионов, так и микрокомпонентов. Воды мягкие (минерализация 0,3-0,5 г/дм3, жесткость до 5 ммоль/дм3), слабощелочные (рН = 6,9-7,4) содержат низкие концентрации железа (0,1-0,17 мг/дм3) и марганца (0,04-0,08 мг/дм3), практически лишены нитратов, безупречны в бактериологическом отношении и характеризуются хорошей защищенностью от загрязнения. Химический состав подземных вод формируется под действием процессов растворения и выщелачивания в системе порода-вода. Для верхних водоносных горизонтов имеет место загрязнение соединениями азота, а также превышение ПДК по минерализации, жесткости, сульфатам и хлоридам.

3. Минеральная вода «Белая Горка» характеризуется инфильтрационно-седиментационным генезисом. Первичным источником высоких концентраций хлора, брома, йода послужили древние погребенные морские воды, либо отложения солей. Современный химический состав и минерализацию вода «Белая Горка» приобрела в результате взаимодействия первичного источника соли с древними и современными инфильтрационными водами. Проведенный межрегиональный анализ условий формирования минеральных вод сходного химического состава подтверждает это положение. Подобные минеральные воды ин-фильтрационно-седиментационного генезиса известны в краевых частях Западно-Сибирского и Припятского артезианских бассейнов.

4. Существуют благоприятные перспективы для поиска и разведки месторождений минеральной воды, аналогичной белогорской, на территории Богу-чарского Подонья и в смежных районах. С этой точки зрения интерес вызывает участок в районе балки Попасная Богучарского района Воронежской области, а также участок в районе хуторов Демидовский, Суровский и Озерский Верхнедонского района Ростовской области.

5. Территория Богучарского Подонья в достаточной степени обеспечена ресурсами подземных вод. Тем не менее, необходимо разработать среднесрочную программу (на 15-20 лет) наращивания запасов питьевых вод за счет вовлечения в водохозяйственный оборот подземных вод мамонского водоносного комплекса. Анализ природных условий на территории Богучарского Подонья показывает, что на большей его части имеются условия для искусственного пополнения запасов подземных вод. Области распространения турон-коньякского водоносного горизонта являются наиболее благоприятными для использования методов искусственного пополнения ресурсов подземных вод.

6. Для контроля антропогенного воздействия на водные ресурсы на территории Богучарского Подонья необходимо проведение системного экологического мониторинга поверхностных и подземных вод; обустройство зон санитарной охраны вокруг водозаборов; тампонаж заброшенных скважин; строгое соблюдение правил хранения и применения удобрений и ядохимикатов на сельскохозяйственных угодьях.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИИ

1*. Филатов Д.Г. Геоэкологические, ландшафто-экологические условии н ресурсы подземных вод Бо|учарского Подоньн /Д.Г. Филатов//Вестннк Воронеж, гос. yii-та. Сер. Геологии. - 2011. - № 2. - С. 212-219.

2*. Филатов Д.Г. Условия формировании минеральных бромных вод Богучарского Подонья / Д.Г.Филагов // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. Геология. - 2012. - № 1. - С. 234-239.

3*. Филатов Д.Г. Гидрологическая и геоэкологическая характеристика поверхностных вод на юго-востоке Воронежской области / Д.Г.Филатов // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. География. Геоэкология. - 2012. 1.- С. 127-132.

4* Филатов Д.Г. Бромные подземные минеральные воды: генезис и бальнеологические свойства / Д.Г.Филатов // Вестник Воронеж, ун-та. Сер. Геология. - 2012. - № 2. - С. 229235.

5. Филатов Д.Г. Геоэкологические и гидрогеохимические особенности поверхностных и подземных вод на территории Богучарского района Воронежской области/Д.Г. Филатов,'/Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы: материалы 2-й Междунар. науч.-практ. конф. - Воронеж: «КОМПИР» Центр документации, 2011.-С. 502-505.

6. Филатов Д.Г. Гидрогеохнмические особенности бассейна Среднего Дона в пределах Богучарского и Верхнемамонского районов Воронежской области / Д.Г.Филатов // Геология в развивающемся мире: сб. науч. тр. (по материалам Междунар. конф. студ., асп. и молодых ученых) / отв. ред. Е.Н.Батурин. - Пермь: Перм. гос. нац. иссл. ун-т, 2011. - С.57-59.

7. Филатов Д.Г. Гидрогеоэкологические условия на территории Богучарского района Воронежской области / Д.Г. Филатов // Инженерные изыскания в строительстве (Материалы седьмой научно-практической конференции молодых специалистов). - М.: ПНИИИС, 2011. - С.131 - 135.

8. Филатов Д.Г. Оценка защищенности от поверхностного загрязнения основных эксплуатационных водоносных горизонтов и комплексов Богучарского района Воронежской области / Д.Г.Филатов // Обеспечение безопасности в чрезвычайных ситуациях. Материалы VII Международной научно-практической конференции. - Воронеж: Воронеж, тех ун-т, 2011. - Часть IV - С.75-79.

9. Бочаров В.Л. Геохимия минеральных вод и рассолов Воронежского Подонья / В.Л. Бочаров, O.A. Бабкина, А.Я. Смирнова, Д.Г. Филатов // Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами: Материалы Всероссийской конференции с участием иностранных ученых; Томский нац. иссл. политех, ун-т. - Томск: Изд-во НТЛ, 2012. - С. 303 - 307.

10. Филатов Д.Г. Минеральные бромные воды Богучарского района / Д.Г.Филатов // Геология в развивающемся мире: сб. науч. тр. (по материалам V науч.-практ. конф. студ., асп. н молодых ученых с междунар. участием): в 2 т. / отв. ред. Е.Н.Батурин. - Пермь: Перм. гос. нац. иссл. ун-т, 2012. - Т.2. - С.60-62.

11. Филатов Д.Г. Оценка антропогенного воздействия на поверхностные и подземные воды на юго-востоке Воронежской области / Д.Г.Филатов // Геология в развивающемся мире: сб. науч. тр. (по материалам V науч.-практ. конф. студ., асп. и молодых ученых с междунар. участием): в 2 т. / отв. ред. Е.Н.Батурин. - Пермь: Перм. гос. нац. иссл. ун-т, 2012. - Т.2. - С.109-111.

12. Филатов Д.Г. Оценка экологического состояния поверхностных вод и водосборных площадей в районе г. Богучар / Д.Г. Филатов // Коэволюция геосфер: от ядра до Космоса: Материалы Всерос. конф. памяти члена-корреспондента РАН, лауреата Государственной премии СССР Глеба Ивановича Худякова, Саратов, 17-20 апреля 2012г./[редкол. A.B. Иванов, H.A. Яшков, М.Н. Петеров, O.A. Волкова]. - Саратов: Сарат. гос. тех. ун-т, 2012. -С.449 - 452.

*работы Asi - 4 опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Подписано в печать 15.04.13. Формат 60*84 '/,6. Усл. иеч. л. 1,4.

Тираж 100 экз. Заказ 373.

Отпечатано с готового оригинал-макета в типографии Пздатсльско-полшрафичсского цен-фа Воронежского государственного университета.

394000, Воронеж, ул. Пушкинская, 3

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Филатов, Дмитрий Геннадьевич, Воронеж

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

04201358209 На правах рукописи

ФИЛАТОВ Дмитрий Геннадьевич

25.00.36 - Геоэкология (науки о Земле)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель доктор геолого-минералогических наук, профессор Виктор Львович Бочаров

Воронеж 2013

СОДЕРЖАНИЕ

Введение.................................................................................................................4

Глава 1. Изучение проблемы формирования и экологического

состояния поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья...........10

Глава 2. Ландшафтно-экологические условия и поверхностные воды Богучарского Подонья.........................................................................................26

2.1 Ландшафтно-географические условия Верхнемамонского района..........26

2.2 Ландшафтно-географические условия Богучарского района....................31

2.3 Поверхностные воды.....................................................................................35

2.4 Оценка экологического состояния поверхностных вод

и водоразделов............................................................................42

Глава 3. Геологическое строение, тектоника и гидрогеологическая характеристика Богучарского Подонья.............................................................57

3.1. Геологическое строение................................................................................57

3.2. Тектоника.......................................................................................................69

3.3. Гидрогеологическая характеристика..........................................................71

Глава 4. Природные и антропогенные факторы формирования химического состава подземных вод Богучарского Подонья................................................79

4.1. Природные факторы формирования химического состава подземных вод......................................................................................................79

4.2. Антропогенные факторы формирования химического состава

подземных вод......................................................................................................89

Глава 5. Подземные воды Богучарского Подонья: особенности их химического состава, генезис, перспективы использования.....................99

5.1. Пресные подземные воды.............................................................................99

5.2. Оценка экологического состояния подземных вод.................................108

5.3 Минеральные воды Богучарского Подонья..................................117

5.4. Формирование химического состава минеральной

воды «Белая Горка»...........................................................................................124

5.5. Сравнительный анализ минерального источника «Белая Горка» и

месторождений минеральных вод сходного состава других регионов.........128

5.6 Рекомендации по рациональному использованию и охране от

загрязнения ресурсов подземных вод Богучарского По донья..................151

Заключение.........................................................................................................160

Список литературы............................................................................................168

Введение

Водные ресурсы Богучарского Подонья недостаточно исследованы с позиций геоэкологии, сведения об их экологическом состоянии весьма фрагментарны, поэтому изучение ландшафтно-географических и гидрогеоэкологических условий формирования ресурсов и качества поверхностных и подземных вод на этой территории с целыо поиска новых источников водоснаб-

жения и оптимизации использования имеющихся водных ресурсов является весьма актуальной проблемой.

Цель и задачи исследования. Целыо диссертации является изучение природных и антропогенных факторов формирования химического состава, экологического состояния и ресурсного потенциала поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья.

Для достижения этой цели были решены следующие задачи:

-провести типизацию ландшафтно-географических и экологических условий изучаемой территории;

Объектом исследования являются поверхностные и подземные воды Богучарского Подонья.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды российских ученых, посвященные, ландшафтно-географическому, гидрологическому и гидрогеологическому изучению территории Воронеж-

ской области: Ф.Н. Милькова, В.Б. Михно, А.Г. Курдова, В.А.Дмитриевой, В.И. Федотова, В.М. Мишона, С.А. Куролапа, В.Н. Жердева и др. Оценка экологического состояния речных водосборов проводилась на основе трудов В.М Смольянинова и С.Д. Дегтярева. В основе исследований минеральных вод лежат труды A.A. Дубянского, Б.В. Карпова, А.Я. Смирновой, A.B. Ку-дельского, В.В. Иванова, Г.А. Невраева, Г.С. Вартаняна, C.JL Шварцева и других ученых.

Исходные материалы. При написании диссертации были использованы результаты собственных полевых и лабораторных исследований проведенных автором в 2009 - 2012 гг. в период обучения в магистратуре и аспирантуре кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и геоэкологии Воронежского государственного университета, а также фондовые материалы НИИ Геологии ВГУ, геологоразведочных и природоохранных организаций Воронежской области, литературные источники и научные публикации.

Изучение территории Богучарского Подонья проводилось по следующему алгоритму.

вания ресурсов и качества пресных подземных вод и оценка их экологического состояния; определение условий распространения и генезиса минеральных вод.

III этап — рекомендации по рациональному использованию водных ресурсов Богучарского Подонья и их охране от техногенного воздействия.

Выявлены основные природные и антропогенные факторы формирования химического состава пресных подземных вод, изучено их экологическое состояние и ресурсный потенциал. Исследованы особенности химического состава и вопросы генезиса минеральных вод на изучаемой территории, а также намечены перспективные площади для разведки хлоридно-натриевых минеральных вод с бромом и йодом.

полосы, размещенные по границам земельных участков и вдоль балок, залу-жение склонов), инженерно-гидротехнические мероприятия (распылители стока, быстротоки, перепады, донные запруды). Замыкающим звеном комплекса должен быть каскад водоемов в балочной сети, так как водоемы уменьшают глубину местных базисов эрозии и являются наносоуловителями. Полученные автором данные о подземных пресных водах используются при планировании водоснабжения, водопользования и мероприятий по охране ресурсов подземных вод на территории Богучарского Подонья. Изучение минеральных вод позволяет наметить перспективные площади для поиска месторождений лечебных вод, аналогичных белогорской, и использования их в бальнеологических целях.

Область применения результатов. Полученные автором результаты нашли применение в сфере водохозяйственного планирования и водоснабжения изучаемого региона, также они могут использоваться в природоохранной деятельности. Возможно приложение полученных данных в научной сфере как основы для дальнейшего изучения территории Богучарского Подонья, а также в учебном процессе при изучении студентами курсов «Региональная гидрогеология», «Гидрогеоэкология» и «Минеральные воды».

Основные положения, выносимые на защиту.

3. Генезис минеральных бромных вод и возможности их использования в лечебных целях.

4. Рекомендации по рациональному использованию подземных вод Богучарского Подонья.

Апробация работы. Основные положения диссертации представлялись и обсуждались на научных конференциях: VII и VIII научно-практических

конференциях молодых специалистов «Инженерные изыскания в строительстве» (Москва, ОАО «ГТНИИИС», 2011, 2012), международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Геология в развивающемся мире (Пермь, Пермский государственный университет, 2011, 2012), II международной научно-практической конференции «Экологическая геология: теория, практика и региональные проблемы» (Воронеж, Воронежский государственный университет, 2011), всероссийской конференции памяти член-корреспондента РАН, лауреата Государственной премии СССР Г.И. Худякова «Коэволюция геосфер: от ядра до космоса» (Саратов, Саратовский государственный технический университет, 2012), всероссийской конференции с участием иностранных ученых «Геологическая эволюция взаимодействия воды с горными породами» (Томск, Томский национальный исследовательский политехнический университет, 2012), а также на ежегодных научных сессиях геологического факультета Воронежского государственного университета 2010 - 2012 гг.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК.

Глава 1

Изучение проблемы формирования и экологического состояния поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья

В изучении геоэкологических условий, в которых происходит формирование химического состава поверхностных и подземных вод на территории Богучарского Подонья следует исходить из того, что весь комплекс факторов, воздействию которых подвержены поверхностные водотоки и водоносные горизонты подразделяется на две большие группы.

1.Группа природных факторов (ландшафтно-географические и гидрологические условия, современные природные процессы протекающие на водосборных площадях, обширный комплекс физико - химических взаимодействий протекающих в системе порода - вода).

2. Группа антропогенных факторов (изменение химического состава, истощение и деградация ресурсов поверхностных и подземных вод в результате техногенного воздействия).

Нужно отметить, что группа природных факторов характеризуется лучшей изученностью, чем антропогенные факторы. Это является следствием того, что только в последние 20 - 30 лет должное внимание стало уделяться изучению последствий техногенного воздействия на природную среду.

История исследования проблемы. Хотя Богучарское Подонье до сегодняшнего дня и не изучалось комплексно как отдельный регион с позиции геоэкологии, геологии и гидрогеологии, тем не менее, в рамках географического, геологического и экологического изучения Воронежской области по данному региону собрано много разнообразных сведений.

Одним из первых исследователей недр Воронежской области и всего Центрально-Черноземного региона является член-корреспондент АН УССР профессор A.A. Дубянский. В 1914 - 1920 гг. он возглавлял геологические и гидрогеологические исследования в Воронежской губернии в составе экспедиции профессора К.Д. Глинки. Здесь же в 1919 г. по заданию Комиссии по

изучению производственных сил России им проводилась разведка полезных ископаемых. За несколько десятилетий исследовательской работы A.A. Ду-бянским был собран огромный объем информации по изучению геологии и полезных ископаемых Воронежской области. В нашем регионе им открыты и исследованы цементные мергели у с. Подгорное, охры в Бутурлиновском районе, трепела у пос. Касторное, опоки у с. Нижняя Ольшанка, граниты в районе г. Павловск. Академик Ф.Н. Саваренский, высоко оценивая его работу, отмечал: «То, что сделано им (A.A. Дубянским) одним по изучению недр обширной территории, посильно целой научной организации» (цит. п

Информация о работе

Филатов, Дмитрий Геннадьевич
кандидата географических наук
Воронеж, 2013
ВАК 25.00.36

Диссертация

Геоэкологические условия формирования поверхностных и подземных вод Богучарского Подонья - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы