Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Формирование химического состава подземных вод зоны активного водообмена на территории г. Перми

ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Формирование химического состава подземных вод зоны активного водообмена на территории г. Перми"

На правах рукописи

ЩУКОВА Ирина Викторовна

ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ЗОНЫ АКТИВНОГО ВОДООБМЕНА НА ТЕРРИТОРИИ г. ПЕРМИ

Специальность 25.00.07 - «Гидрогеология»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Пермь 2005

Работа выполнена в Пермском государственном университете на кафедре динамической геологии и гидрогеологии.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Катаев Валерий Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Флаас Александр Сергеевич

Ведущая организация:

Камский НИИ комплексных исследований глубоких и сверхглубоких скважин, г. Пермь

Защита диссертации состоится 22 декабря 2005 г. в 1300 ч. на заседании диссертационного совета Д 212. 189. 01 в Пермском государственном университете по адресу: г Пермь, ул. Букирева, 15, корп. 1, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Пермского государственного университета.

Автореферат разослан 21 ноября 2005 г.

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим отправлять по адресу. 614990, г. Пермь, ГСП, ул. Букирева, 15, ПГУ, ученому секретарю диссертационного совета.

Факс. (3422) 37-16-11

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

кандидат геолого-минералогических наук Костарев Сергей Михайлович

2 Ъ43Ш

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Многолетними исследованиями российских и зарубежных ученых установлено, что подземные воды урбанизированных территорий претерпевают существенные изменения в количественном и качественном отношениях (Тютюнова, 1981, 1984, 1985, 1987; Осипов, Медведев, 1997; Самарина, Гаев, Нестеренко и др., 1999; Bolzer, 1981; Harrison, Laxen, 1981; Katz, Lindner, Ragone,1980; Kondratas, 1981 и др). Город Пермь, как показывают наши исследования (Шимановский, 1973, 1974; Иконников, Коста-рев, 2000, Иконников, 1997, 2002; Тюрина 1969, 2000; Бельтюков, 1992, 2000; Щукова, 1995-2005 и др.), не является исключением последствий глобального процесса урбанизации и промышленной интеграции.

На сегодняшний день для территории г. Перми не проведено обобщение результатов многолетних разрозненных исследований химического состава подземных вод с точки зрения научного анализа его трансформации.

Изучение химического состава подземных вод г. Перми в условиях интенсивного техногенного воздействия тссно связано с вопросами охраны их от загрязнения, борьбы с загрязнением природной среды в целом, контроля и управления процессами, протекающими в верхней части подземной гидросферы, что является, несомненно, очень актуальным.

Объект исследований - подземные воды основных водоносных комплексов территории г Перми- четвертичного, шешминского терригенного и соликамского терригенно-карбонатного.

Предмет исследований - закономерности и тенденции изменения во времени химического состава подземных вод водоносных комптексов в пределах территории г. Перми.

Цель работы - выявление особенностей формирования современного гидрохимического состояния подземных вод и критериев прогноза изменения химического состава подземных вод на территории г. Перми.

Основные задачи исследований:

- собрать, систематизировать, проанализировать результаты гидрохимических исследований на территории г Перми с 1960 по 2004 гг.;

- разработать структуру и создать базу данных химического состава подземных вод;

- разработать концептуальную модель влияния природно-техногенных условий и факторов на формирование химического состава подземных вод в пределах городской территории;

- установить современный гидрохимический облик подземных вод, выявить качественно-количественные особенности и тенденции изменения их химического состава во времени;

- разработать принципы и критерии гидрогеохимического районирования территории по степени изменения химического состава подземных вод

Фактический материал и методы исследований В основу работы положены результаты гидрохимического опробования скважин и родников, выполненного кафедрой динамической геологии и гидрогеологии ПГУ с 1934 г. по 2004 г, результаты опробования скважин различными научными и производственными организациями по аакивным данным. Пермского террито-, 1 РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ

3 I вИБЛИОТЕКА

i ¿"•а&ЙУ:

риального фонда геологической информации (ПТФГИ) с 1960 г. по 2000 г, а также данные ФГУДП «Пермгеомониторинг», ЗАО «ВерхнеКамТИСИЗ, ОС г. Перми.

Созданная база данных включает 3425 химических анализов воды, в том числе проб: из родников - 1413, колодцев - 226, скважин - 1242, атмосферных осадков и поверхностных вод - 544 Период исследования и опробования режимных родников составляет 44 года (1960-2004 гг.).

При выполнении работы был использован комплекс методов, который включал' полевое обследование, гидрогеохимическую съемку и картирование, лабораторный анализ природных вод, статистическую обработку результатов анализов проб воды, метод аналогий. При анализе и обобщении полученного материала использован комплекс стандартных программных продуктов Microsoft Office (Word, Excel, Access), STATISTIKA и ArcView 3.2a.

Автор занимается данной проблемой с 1995 г. Под его руководством проводилось ежегодное обследование водопунктов, режимное опробование источников, лабораторный анализ проб, выполнено аналитическое обобщение результатов исследований.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней для территории г. Перми впервые

- проведен ретроспективный анализ изменения химического состава подземных вод водоносных комплексов исследуемой территории за период с 1960 по 2004 it.;

- выявлены и рассмотрены во временном аспекте (последние 45 лет) факторы формирования современного химического состава подземных вод основных водоносных комплексов;

- установлены особенности современной вертикальной гидрогеохимической зональности; i

- установлены тенденции, критерии и параметры изменения химического состава подземных вод водоносных комплексов, позволяющие создать основу прогноза их состояния.

Практическая значимость работы:

- создана база данных, которую можно использовать как основу при проведении гидрогеологических, гидрогеохимических, экологических работ на территории города;

- выявленные закономерности изменения химического состава подземных вод во времени позволяют прогнозировать гидрогеохимический облик вод и направленность процессов его трансформации;

- создана гидрогеохимическая карта территории г. Перми масштаба 1:25000 и ее электронная версия, включающая два основных электронных слоя с характеристиками четвертичного и шешминского водоносных комплексов;

- результаты исследований внедрены в учебный процесс на геологическом факультете Пермского государственного университета при чтении курсов «Гидрогеохимия», «Гидрогеология», «Математические методы в геологии».

Защищаемые положения:

1. Формирование современного химического состава подземных вод в зоне активного водообмена на территории г. Перми обусловлено закономер-

4,

i

ными процессами, которые определяются специфическим комплексом природных и техногенных факторов.

2. Трансформация химического состава вод родникового стока на территории г Перми определена преобладающей тенденцией их сульфатиза-ции, обусловленной техногенными факторами.

3. Четвертичный водоносный комплекс является природно-техногенным геохимиче£ким барьером, сохраняющим природную гидрогеохимическую зональность.

4. Прогноз изменения состава подземных вод во времени в пределах Пермской градопромышленной агломерации основан на выявлении тенденций, критериев и параметров природно-техногенных процессов их метаморфизации.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены автором на 12 конференциях различного ранга: «Современные проблемы Западного Урала» (Пермь, 1995); IV и V межвузовская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология: проблемы и пути решения» (Пермь, 1996¡ 1997); Международная конференция студентов и молодых ученых «Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях» (Пермь, 1996); Болгарско-Российская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях» (Варна-Пермь, 1997); региональная научно-практическая конференция «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 1997); региональная научная конференция «Вопросы региональной геоэкологии» (Вологда, 1997); региональная научно-техническая конференция «Экология города» (Пермь, 1998); региональная научная конференция «Геология Западного Урала на пороге XXI века» (Пермь, 1999); V молодежная сессия «Сергеевские чтения» (Москва, 2003); Школа экологической геологии (Санкт-Петербург, 2003); международная научная конференция «Се-вергеоэкотех-2004» (Ухта, 2004); региональная научно-практическая конференция «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2005); 3rd Simposium «Quality and Management of Water Resources» (Санкт-Петербург, 2005).

Автор принимал участие в выполнении хоздоговорной темы по заданию Пермского геологического комитета «Контроль за охраной подземных вод от истощения и загрязнения на территории гг Перми и Краснокамска за 1995-1996 гг.» (руководитель Е.А Иконников). Результаты исследований изложены в отчете и использованы при публикации книги «Родники Перми. Качество и возможность Использования подземных источников питьевого водоснабжения в г. Перми» / Гос. комитет по охране окружающей среды Пермской области. - Пермь: Изд-во Перм. у-та, Пермь, 1998. 90 с.

По теме диссертации автором опубликовано 17 работ.

Достоверность результатов исследований обеспечивается большим объемом фактического материала, длительностью и непрерывностью периода наблюдений (44 года), применением комплекса методов исследований, глубиной проработки рассматриваемых вопросов, непротиворечивостью полученных результатов и выводов, а также их соответствием законам, основным положениям и правилам гидрогеологии как науки.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 103 наименования. Объем диссертации 190 страниц машинописного текста, содержащего 48 рисунков и 35 таблиц.

Составной частью диссертации является гидрогеохимическая карта территории г. Перми масштаба 1 : 25 ООО и ее электронная версия, состоящая из 4 листов.

Автор выражает глубокую признательность научному руководителю профессору В.Н. Катаеву; благодарит за полезные советы, критические замечания и практическую помощь ученых ПГУ и весь коллектив кафедры динамической геологии и гидрогеологии. Особые слова признательности выражает проф. Г.В. Бельтюкову^ доц. Е.А. Иконникову, доц. И.М. Тюриной и асс. Л Ю Крылову

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Условия и факторы формирования химического состава подземных вод в пределах территории г. Перми

На основе современной понятийной базы, в соответствии с принципами классифицирования Е.В. Посохова (1969, 1975) и Е.В. Пиннекера (1982) рассмотрены главные (ведущие) факторы и процессы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми.

Для характеристики химического состава подземных вод использована химическая классификация Г.А. Максимовича (1955).

При гидрогеохимическом анализе основные показатели химического состава подземных вод сравниваются с фоновыми показателями и значениями ПДК (СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода»).

Установлено, что в пределах территории г. Перми формирование химического состава подземных вод зоны активного водообмена происходит под влиянием природных и техногенных факторов (табл. 1). Из природных факторов главными определяющими являются физико-географические, геологические и гидрогеологические, а именно климат, литолого-фациальные особенности горных пород, гидродинамические условия и природная защищенность подземных вод. Из техногенных факторов наибольшее влияние на состав подземных вод оказывает промышленное и бытовое загрязнение, в меньшей степени - сельскохозяйственное. Причем в последние 10-15 лет промышленное загрязнение преобладает над другими.

Основными процессами, определяющими формирование состава подземных вод, являются смешение и перенос вод разного состава, растворение и выщелачивание горных пород.

Факторы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми

Группы Подгруппы Характер воздействия

Физико-географические Климат - широтная зональность - атмосферные осадки - Пресные воды гидрокарбонатного состава, - НСОз, 80«, С! состав. М=100-450 мг/дм3

Рельеф, гидрографическая сеть Высокая степень расчлененности рельефа—» интенсивный водообмен

Почвенный покров Обогащение воды тяжелыми металлами (Ре, Мп, Си, Zn, Мо, В, Со)

Геологические Геологическая структура Восточно-Европейская платформа, Пермский свод

Неотектонические движения Значительная трещиноватость верхнепермских пород

Лнтолого-фациальные особенности горных пород Значительная известковистостъ и загипсованность верхнепермских отложений

Гидрогеологические Гидродинамические Платформенные условия формирования подземных вод в мошной осадочной толще, зона активного водообмена

Геолого- гидрогеологичесие Защищенность подземных вод Четвертичные отложения - незащищенные, Верхнепермские отложения - условно защищенные

Физико-химические Растворимость химических соединений Высокая растворимость гипса, ангидрита

Кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные условия Повышенные фоновые значении рН 7,5-8,0

Катионный обмен Обмен №-глин на Са раствора Содержание N8 до 200-300 мг/дм3

Техногенные Эксплуатация подземных вод Нарушение водоупоров Около 100 водозаборов на территории города

Загрязнение - промышленное -бытовое - сельскохозяйственное - Промстоки содержат С!, вО,, НСОз, N2, Са, СОз, Ре, Р, Си, РЪ, 2x1, Аз, Мп, Мо, Т1, №, Не, А!, Сё, Н^О;, фосфаты, планиды, сульфиды, фенолы, бензол, нефтегродукты и мн. др.; - Свалки н бытовые отходы с высоким содержанием 804, N03, N02, №Ц, С1, СОг, фосфора, органических веществ; - К, Р, К, Са, ТМа, N03, N02, МП,, С! (на окраинах города)

Гидротехническое строитедство После создания КамГЭС - смешение вод, насыщение СаБОч

Рекультивация Мощность техногенных отложений до 3-4 м, срезка грунта, планировка склонов долин малых рек и оврагов, горные выработки

Глава 2. Подземные воды четвертичных отложений

Отложения четвертичного возраста в районе г. Перми представлены комплексом рыхлых осадков, среди которых преобладают аллювиальные, элювиально-делювиальные, флювиогляциальные, озерно-болотные и техногенные. В меньшей степени распространены полигенетические, пролювиаль-ные, коллювиальные и эоловые отложения

В четвертичных отложениях выделены два водоносных горизонта: водоносный локально-слабоводоносный аллювиальный горизонт, объединяющий аллювиальные отложения поймы, I и II аккумулятивных и III эрозионно-аккумулятивной террас р. Камы, и проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиально-делювиальных и покровных отложений IV надпойменной террасы и высокой равнины (табл. 2). Довольно часто в четвертичных отложениях формируются техногенные водоносные горизонты и верховодка, происхождение которой чаще всего также имеет техногенный характер (Кос-тарев, 1985).

При гидрогеохимической характеристике толща четвертичных отложений рассматривается как единый комплекс без расчленения на более мелкие гидрогеологические подразделения.

Химический состав подземных вод достаточно разнообразен. Установлено, что преобладающими гидрохимическими формациями являются гидрокарбонатная и сульфатная, в меньшей степени хлоридная. Доля распространения сульфатных вод в последнее время значительно увеличивается - по данным многолетних режимных наблюдений, выявлена полная мегаморфизация химического состава родниковых вод. Если в 1960-е гг. они имели преимущественно нитратный состав, то сейчас только сульфатный. Природная гидрокарбонатная гидрохимическая формация отсутствует, исчезли также нитратные и кальциевые воды, отмеченные в начальный период наблюдения (рис. 1).

Фациальный облик фунтовых вод на протяжении всего периода наблюдений остается очень пестрым, однако если 30-40 лет назад на территории города отмечалось 39-50 видов гидрохимических фаций, то сейчас их всего 11-15.

Установлено, что природная зависимость изменения фациального состава вод с ростом минерализации нарушена. Это связано с тем, что поступление макрокомпонентов в подземные воды происходит не естественным путем, а вследствие искусственного смешения загрязненных сточных и природных вод.

Характерной особенностью грунтовых вод аллювиальных отложений на протяжении всего периода наблюдений является их закисление, выражающееся в уменьшении величины pH до 6,2-6,4, при фоновом значении 7,5-8.

В верхней части разреза, сложенной четвертичными отложениями, природная вертикальная гидрогеохимическая зональность нарушена (Щукова, 2005). В зоне распространения пресных подземных вод выделяется подзона наибольшего загрязнения - это верхняя менее защищенная часть разреза (до глубины 5-6 м), подземные воды которой подвержены значительному техногенному воздействию Концентрация всех показателей химического состава

Гидрогеологическая характеристика территории г. Перми

Возраст Гидрогеологические подразделения Мощность, м Глубина залегания подз. вод, м Водовмещающие породы Фильтрационные свойства (Кф, м/сут) Дебит, л/с скважин родников Источники питания подземных вод

Четвертичный Водоносный локально-слабоводоносный аллювиальный горизонт До 10-20 От менее 2 до 10-15 (чаше 1-5) Песчаные, гравийно-галечниковые, песчано-гравийные Высокие (от 1-3 до 6-10 -в песках; 20-50-в гр.-галеч. отл.) От менее 1 до 5-6 и более От 0,5 до 2-3 Атмосферные осадки, а также трещинно-грунтовые воды шешминского комплекса, речные воды р. Камы, утечки из оммуникаций и промстоки

Проницаемый локально-слабоводоносный горизонт аллювиалыю-делювиальных и покровных отложений Первые метры 5-10, реже 3-4 Песчаные и песчано-гравийные отложения среди покровных суглинков - Ы

Шешминский | Терригенный слабоводоносный локально-водоносный комплекс До 150 5-10 до 20 Песчаники, алевролиты, известняки Низкие (менее 1) От 0,15 до 17 От 0,07 до 7,0 (средний 0,3-0,6) Атмосферные осадки

Соликамский Верхняя подсвета - водоносная терригенно-карбонатная 120-130 до 180 От 7-12 до 130-160 Известняки, доломиты, мергели, песчаники, алевролиты Средние (1-Ю) От 0,1 до 100 (чаше 4.2-9.6) 1-15 до 240 Атмосферные осадки и переток из ышележащего шешминского комплекса

Нижняя подсвита-водопроницаемая локально-водоносная терригенно-карбонатная -

Рис. 1 Изменение формационного состава подземных вод четвертичного водоносного комплекса (по данным опробования родников)

существенно выше не только фоновых показателей, но и ПДК. Здесь распространены воды гидрокарбонатного, сульфатного, хлоридного, нитратного и кальциевого состава с минерализацией более 1000 мг/дм3. Воды очень жесткие, кислые и умеренно кислые.

В нижней части разреза происходит снижение степени техногенного воздействия с поверхности, и на формирование вод оказывают влияние преимущественно естественные факторы (табл. 3). Следовательно, породы четвертичного водоносного комплекса являются природно-техногенным геохимическим барьером, сохраняющим природную стратификацию вод шешминских отложений.

Связь химического состава подземных вод четвертичных отложений с литологическим составом пород существует. Пестрый фациальный, неоднородный химический состав и меньшую минерализацию имеют воды, приуроченные к песчаным, песчано-гравийно-галечным отложениям. В суглинках и глинах воды гидрокарбонатного, реже сульфатного состава, с большей минерализацией и общей жесткостью.

Установлено увеличение минерализации весной и осенью, уменьшение зимой и летом, что не характерно для провинции сезонного питания подземных вод. Однако температурный режим не нарушен - в зимние месяцы температура воды ниже, чем летом и осенью.

Таблица 3

Изменение химического состава подземных вод с глубиной

Глубина, м Минерализация, г/дм3 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 Состав подземных вод

ж 3 ж 2-6 \ Гидрокарбонатный, сульфатный, хлоридный, нитратный, кальциевый (27 фаций)

s В. S S V 7-10 Гидрокарбонатный, сульфатный, хлоридный (15 фаций)

11-15 Гидрокарбонатный, сульфатный (7 фаций)

« 16-20 1 Гидрокарбонатный (редко сульфатный) (4 фации)

S X о ж IS 2 g 21-30 \ Сульфатный, гидрокарбонатный (3-4 фации)

э 31-40 \ Сульфатный, гидрокарбонатный (3-4 фации)

« о более 50 \ Сульфатный, гидрокарбонатный (3-4 фации)

м к Ц о О до 150 \ Сульфатный (3-4 фации)

Формирование химического состава подземных вод четвертичных отложений на территории г. Перми на протяжении последних 45 лет происходит под влиянием преимущественно техногенных факторов. На большей части территории города гидрогеохимический режим нарушен - подземные воды подвержены частичной и полной техногенной метаморфизации, которая имеет прямую направленность (НС03 —» 304).

И

Глава 3. Шешминский терригенный водоносный комплекс

Шешминский терригенный комплекс, занимающий по площади основную часть территории г. Перми, является слабоводоносным локально-водоносным со сложной гидравлической связью (см. табл 2) Комплекс представлен мощной толщей красноцветных, переслаивающихся в вертикальном разрезе, замещающихся и выклинивающихся по простиранию песчаников, алевролитов, аргиллитов с прослоями и линзами известняков и мергелей. Характерной особенностью разреза является его загипсованность и известкови-стость (Иконников, 1996).

Анализ гидрохимических результатов опробования скважин и родников на территории г. Перми показал, что в течение всего периода наблюдений подземные воды шешминского водоносного комплекса испытывают техногенное влияние, но степень и характер этого влияния различны во времени.

Преобладающей гидрохимической формацией за все время наблюдений остается природная гидрокарбонатная. Сульфатные и хлоридные воды распространены всегда значительно меньше Увеличивается видовое разнообразие гидрохимических формаций, кроме наиболее часто встречающихся появляются кальциевая и натриевая. Характерной особенностью химического состава подземных вод шешминского водоносного комплекса является исчезновение нитратных вод, хотя ион М03" нередко входит в состав гидрохимических формаций и его содержание часто превышает ПДК.

Фациальный состав подземных вод очень пестрый, однако, если 30-40 лет назад на исследуемой территории преобладали фации содержащие нитрат-ион и природная НС03-Са-!304, то сейчас - фации, содержащие сульфат-ион. Кроме того, в последнее время на общем пестром фациальном фоне резко выделяется НСОз-БО^Са гидрохимическая фация, почти половина химических анализов проб воды имеют такой состав Ион Э 042" постепенно вытеснил из состава гидрохимических фаций ион Ж)э~ и занимает там первое или второе место. Происходит явная сульфатизация химического состава подземных вод.

Минерализация подземных вод на протяжении всего периода наблюдений выше фоновой. Наибольшая минерализация отмечена в 1970-80-е гг., затем происходит постепенное ее снижение и в настоящее время эта величина в среднем равна 800-850 мг/дм3. Однако природная зависимость изменения фа-циапьного состава вод и минерализации существует. Воды гидрокарбонатной гидрохимической формации имеют наименьшую минерализацию, с увеличением минерализации воды становятся сульфатными, затем - хлоридными.

Щелочно-кислотные условия подземных вод стабильны во времени, преобладающая часть проб имеет нейтральную реакцию среды.

Отмечена тенденция сокращения распространения «очень жестких» и увеличения «жестких» и «мягких» вод.

Зависимость химического состава подземных вод шешминского водоносного комплекса от глубины залегания отражена в табл. 3. Шешминские отложения в зоне дренирующего влияния речных долин хорошо промыты и содержат пресные подземные воды преимущественно гидрокарбонатного состава с минерализацией до 1000 мг/дм . Ниже дренирующего влияния рек (бо-

лее 20-25 м) развиты напорные воды ЯС^-Са и ЭОд-Ыа состава с минерализацией до 2000 мг/дм3 и более. На глубине более 60 м жесткие сульфатные воды распространены почти повсеместно (Щукова, 2005).

Связь химического состава подземных вод с литологическим составом водовмещающих пород сохранилась. Подземные воды, приуроченные к песчаникам, имеют преимущественно гидрокарбонатный состав, наименьшую минерализацию (до 500 мг/дм3), но значительную концентрацию азотистых соединений. Минерализация и концентрация макрокомпонентов в подземных водах, циркулирующих в терригенных отложениях с карбонатным цементом или с прослоями известняка, больше, чем в песчаниках, воды гидрокарбонатные или сульфатные. Подземные воды загипсованных отложений имеют наибольшую минерализацию (до 2100 мг/дм3), главным образом, за счет сульфатов и кальция. Воды очень жесткие, сульфатные.

Зависимость химического состава подземных вод и температурного режима от времени года существует (минимальные значения температуры зимой, максимальные - летом).

В целом, химический состав подземных вод шешминского водоносного комплекса на территории г. Перми на протяжении всего периода исследований формируется под влиянием природных факторов, при подчиненном значении техногенных Степень влияния техногенных факторов в последнее время возрастает. Это проявляется в трансформации химического состава подземных вод, которая определяется общей тенденцией сульфатизации состава вод во времени.

Глава 4. Соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита

Соликамские отложения обнажаются в северной части Пермской гра-допромышленной агломерации, в центральной, южной и восточной частях они перекрыты шешминской свитой, представлены терригенно-карбонатными породами с прослоями гипсов и ангидритов. По литологическому составу свита довольно отчетливо подразделяется на две подсвиты: нижнюю - карбонатную и верхнюю - терригенную (Супцев и др., 2000)

Соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита подразделяется на две подсвиты (Иконников, 1996) (см. табл. 2): нижнюю - водопроницаемую локально-водоносную терригенно-карбонатную и верхнюю - водоносную тер-рыгенно-карбонатную

Анализ результатов гидрогеохимического опробования скважин показал, что в течение всего периода наблюдений подземные воды имеют стабильный состав - гидрокарбонатный и сульфатный Хлоридные, нитратные и другие гидрохимические формации отсутствуют.

Фациальный состав не отличается разнообразием (10 гидрохимических фаций). Гидрохимические фации определяют в основном ионы НС03", ЗО^", Са2+ и N3 . Фациальный состав закономерно изменяется с ростом минерализации. Минерализацию в пределах фона имеют гидрокарбонатные воды, для сульфатных вод характерна повышенная минерализация. В целом подземные воды соликамских отложений пресные или слабосолоноватые

Химический состав и минерализация подземных вод соликамской водоносной свиты зависят от глубины залегания и литологического состава во-довмещающих пород (см. табл. 3). В верхней терригенной подсвите до глубины 40-50 м воды НС03-504-Са, 804-НС0з-Са состава с минерализацией до 1 г/дм3. Распространение сульфатных вод и гидрокарбонатно-сульфатных обусловлено выщелачиванием гипсов. В нижней терригенно-карбонатной менее промытой части разреза на формирование вод оказывает большое влияние состав пород. Минерализация значительно увеличивается и составляет в среднем 2-3 г/дм3.

Существует сезонная зависимость изменения химического состава подземных вод: в зимний период минерализация, содержание НСОэ, 8042", №++К+, величина рН и общая жесткость больше, чем летом. В летние месяцы наблюдается повышенная концентрация СГ, Са2+ и азотистых соединений

Химический состав подземных вод соликамских отложений достаточно стабилен во времени. Признаков техногенного воздействия с поверхности нет, на формирование вод оказывают влияние только природные факторы. Это связано с тем, что соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита на большей части исследуемой территории перекрыта мощной толщей более молодых отложений, которые являются природным защитным экраном.

Глава 5. Гидрогеохимическое районирование территории г. Перми

Для того чтобы принимать правильные природоохранные и архитектурно-планировочные решения, необходимо четко представлять масштаб, степень и характер техногенного влияния на территории города. Районирование территории, проводимое по комплексу геологических факторов (рельеф, состав и свойства пород, гидрогеологические и гидрогеохимические условия, развитие геодинамических процессов и др.), позволяет оценить масштаб, степень и характер техногенного влияния на различных участках.

Эффективным способом отображения современного и перспективного состояния территории с учетом степени и характера происходящих на ней изменений, как в самих подземных водах, так и в связанной с ними окружающей среде, является гидрогеохимическое районирование.

Спецификой изучения территорий городов является многофакторность формирования гидрогеохимических условий, которая проявляется на состоянии динамического равновесия в системе вода - порода - газ - живое вещество. В связи с этим, степень и характер воздействия на подземные воды зоны активного водообмена природных и техногенных факторов приняты за принципиальную основу районирования исследуемой территории. Задача районирования - дать оценку качественно-количественных изменений гидрогеохимических условий с целью установления параметров, критериев и тенденций при-родно-техногенной трансформации подземных вод в пределах Пермской гра-допромышленной агломерации, что является основой прогноза их гидрохимического состава во времени. Новизна подхода заключается в том, что на территории г. Перми, с учетом суммарного влияния природных и техногенных фак-

торов, выделены районы по степени и характеру изменения химизма подземных вод.

Критериями оценки степени и характера изменения гидрогеохимического режима подземных вод являются (табл. 4):

- сохранение или изменение естественных природных гидрогеохимических черт в пределах водоносных подразделений,

- появление статистически значимых трендов.

На основе этого выделяются районы с ненарушенным (естественным), нарушенным и сильно нарушенным гидрогеохимическим режимом подземных вод.

Кроме того, при районировании учитывалось то, что р. Кама рассекает город на две части - правобережную и левобережную, а многочисленные ее притоки, особенно левобережные, создают расчлененный рельеф в черте города На территории города в зоне активного водообмена имеются два основных подземных потока' первый находится па левом берегу р Камы, второй - на правом, и они направлены к р Каме и ее притокам. Поэтому внутри г идрогео-химических районов могут выделяться подрайоны, участки, их гидро! еохими-ческие условия могут отличаться по каким-либо показателям и параметрам, но в целом они соответствуют гидрогеохимической обстановке района.

В настоящее время для территории г. Перми существуют только карта подтопляемое™ масштаба I -.25000, составленная в 1985 г. Верхнекамским трестом инженерно-строительных изысканий под руководством В.П. Костарева и карта загрязнения подземных вод масштаба 1:100000, построенная в 1996 г. сотрудниками кафедры динамической геологии и гидрогеологии ПГУ под руководством Е.А. Иконникова. Составление этих карт явилось первым этапом эколого-гидрогсологического картирования территории г. Перми.

Нами впервые предпринята попытка гидрогеохимического картирования территории г. Перми. Гидрогеохимическая карта масштаба 1:25000 и ее электронная версия включают два основных слоя с характеристиками четвертичного и шешминского водоносных комплексов. Каждый электронный слой имеет по два временных среза (гидрогеохимические карты на период 1960-х гг. и 1990-2000-х гг.) для того чтобы провести ретроспективный гидрогеохимический анализ (рис. 2-5).

Карта фактического материала содержит 662 точки наблюдения (267 родников и 395 скважин).

На основе карты, с учетом выбранных принципов и критериев, проведено гидрогеохимическое районирование территории г. Перми. Районирование показало, что площадь распространения подземных вод четвертичных и шеш-минских отложений с нарушенным и сильно нарушенным гидрогеохимическим режимом значительно увеличилась и в настоящее время занимает всю центральную часть города (от р. Б. Мотовилиха до р. Мулянка), микрорайоны Нижняя Курья - Закамск, Гайва, Молодежный - КамГЭС. Площадь района с естественными ненарушенными условиями соответственно сократилась, и к нему относятся только правобережные микрорайоны города - Средняя Курья и Верхняя Курья. Эта тенденция происходит, главным образом, за счет увеличения сульфатных вод с повышенной минерализацией.

Принципы и критерии гидрогеохимического районирования

Таблица 4

Гидрогеохимический режим Критерии оценки Факторы, определяющие гидрогеохимичес кий режим Степень изменения гидрогеохимического режима

Гидрохимическая формация Минерализация <М) Показатели химического состава вод (С)

Ненарушенный Природная М = Мфон С = СфоН Природные Отсутствует

Нарушенный Природная и азональные Мф0Н < М < Мпдк Сфон < С < Спдк Природные и техногенные Высокая

Сильно нарушенный Азональные М > Мпдк С > Спда Техногенные Очень высокая

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Гхярохимичессие формации: I I Гидрокарбоантная ШВ Сульфатная Хлоридная Нитратная Натриеюя ~ ¡HI Кальциевая

I I Гидро«ар6онатная (фоионя)

и тол ними минарэлияции

^/Границы гидрагеохимичеетх рэиомоI

налив реки К! р. Кана

Граница города Г*-—] Границы административных районе!

|-1 Крупше промышленные

объеггы

Рис 2 Карта распределен на гидрохимических формаций и минерализации • пределах четвертичного юдоносного комплекса на территории г.Перми i 1080-е гг

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Гилрохимииесние ф ормацми: I I Гидросарбоатнал Сульф зтнзя Нлорилмая Нитратная Натриеня 1И1 Кэльциесая

I I Гидросарбонатная (фоншая)

^¡¡У и2олиним минераляиции

^/Границы гкдрогаокимииесых райоио!

^^малые р«1и р Кама

Граница города

р-""! Границы административных

районо> [-1 Крупные промышленные

об МЕТЫ

Рис.Э Карта распределен« гидрохимических формаций и минерализации > пределах четвертичного »одоносного юмплеиса на территории г П ерми • 1080-2000-е гг

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Гидрохимнчесше формации' 1 I Гидрсиарбоантная Сульф атная Хлорицная Нигрэгнал Нэтрие>эя НН Кальцив»ая

[ I Гидроирвонатная (фоно*ал)

июяинии минерализации

Границы гилрогеохимииееких районе»

^/малые реки

ЛЦ* р Кама

Граница города

Г""~1 Границы эдяинистратианых района»

Крупные промышленные об ъекты

Рис 4 Карта распределения гидрохимических формации и минерализации * пределах ш еш минского юдоноснсго комплекса на территории г. Перми » 1900-е гг

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ Гиарохимичесме формации: I*Гидронарбоантная Сульф зтная Хлврилная №тратнап

Натрие«ая ~

Н Калщи»|эя

I I Гияро>арбонагная (фена1ая)

^бССизолинии минерализации

Границы гилропохимичеоих района!

нгяы* ре«и

«2!' Р. О»

^ Граница города

I '■"1 Границы алминистрати1ны!

районе I |-1 Крупные промышленные

Об И1ТЫ

Рис 5 Карта р»предел«ни« ги дрохи м ич е «их ф орм а ци й и минерализации • пределах ш ешаиноого •одоносного юшплесса на территории г. Перми > 1890-2000-е гг

В особую категорию районов относятся территории промышленных площадок и городских свалок. На этих участках химический состав подземных вод четвертичных и шешминских отложений претерпел сильнейшую трансформацию. Нет разницы в химическом составе проб, отобранных из четвертичных отложений и шешминских Высокие концентрации (> ПДК) всех показателей химического состава подземных вод наблюдаются как в начальный период исследований, так и в последнее десятилетие. Кроме того, существует различие в составе вод промышленных зон и городских свалок. На территориях промышленных предприятий подземные воды преимущественно сульфатного и хлоридного состава с повышенной минерализацией, которая изменяется в широких пределах (от 0,3 до 5-9,5 г/дм3), на территориях городских свалок -преимущественно хлоридного состава с высокой минерализацией (5-16 г/дм3).

Таким образом, районы города, которые имеют наибольшую плотность застройки, преобладающее количество промышленных предприятий и длительный период существования освоенных участков территории, характеризуются наибольшей степенью изменения естественных природных гидрогеохимических условий, что четко отражается на гидрогеохимической карте г. Перми. Эта зависимость является характерной для крупных градопромыш-ленных агломераций, исключением из которой, к сожалению, г Пермь не является.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Формирование химического состава подземных вод в зоне активного водообмена на территории г. Перми происходит под влиянием природных и техногенных факторов. Из природных факторов главными определяющими являются физико-географические, геологические и гидрогеологические, из техногенных - промышленное и бытовое загрязнение. Причем только в последние 10-15 лет промышленное загрязнение преобладает над бытовым.

Основными процессами, определяющими формирование состава подземных вод, являются смешение и перенос вод разного состава, растворение и выщелачивание горных пород.

Влияние факторов и процессов проявляется неодинаково как в разрезе, так и по площади.

Химический состав подземных вод четвертичных отложений на протяжении последних 45 лет обусловлен влиянием техногенных факторов. На большей части территории города гидрогеохимический режим нарушен - подземные воды подвержены частичной и полной техногенной метаморфизации, которая имеет прямую направленность (НС03 —> вОД В вертикальном разрезе породы четвертичного возраста являются природно-техногенным геохимическим барьером, сохраняющим природную гидрогеохимическую зональность.

Химический состав подземных вод шешминского водоносного комплекса формируется под влиянием природных факторов, при подчиненном участии техногенных. Степень влияния техногенных факторов (промышленного загрязнения) в последнее время возрастает. Это проявляется в трансформации химического состава подземных вод, которая определена общей тенденцией

сульфатизации состава вод во времени. Ион 5042' постепенно вытесняет из состава гидрохимических фаций ионы Са2+ и N03", а его содержание увеличивается в десятки раз, Воздействие техногенных факторов заметно сокращается с глубиной, здесь на химический состав подземных вод оказывают влияние только природные факторы.

Гидрогеохимические условия соликамской водоносной свиты достаточно стабильны во времени. Признаков техногенного воздействия с поверхности нет, на формирование вод оказывают влияние только природные фаюо-ры. Это связано с тем, что соликамские отложения на большей части исследуемой территории перекрыты мощной толщей более молодых отложений, которые являются защитным экраном.

Грунтовые воды, разгружающиеся в виде родников, в большей степени подвержены влиянию техногенных факторов и, являясь более динамичной системой, объективней отражают процессы, происходящие в окружающей среде.

Гидрогеохимическое районирование территории г. Перми показало, что площадь распространения подземных вод с нарушенным и сильно нарушенным гидрогеохимическим режимом значительно увеличилась по сравнению с 1960-ми гг. И в настоящее время занимает не только центральную часть города Площадь района с естественным ненарушенным гидрогеохимическим режимом соответственно сократилась, и к нему относятся только некоторые правобережные микрорайоны города Это происходит, главным образом, за счет увеличения площади распространения сульфатных вод с повышенной минерализацией. Воды нитратного состава, широко распространенные ранее, напротив исчезают.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Экологическая безопасность Пермской области в условиях чрезвычайных ситуаций // Современные пробл. геологии Зап. Урала Тез. докл. Пермь, 1995 С. 115 (в соавторстве с А.Я Гаевым, Г.В. Бельтюковым и др.)

2 Техногенная нагрузка и источники загрязнения подземных вод в районе гг. Перми и Краснокамска И Экология: проблемы и пути решения' Тез. докл. IV межвуз. конф студ., аспир. и мол. ученых. Пермь, 1996. С 89-91.

3. Эволюция химического состава подземных вод на территории г Перми // Экология: проблемы и пути решения' Тез. докл. IV межвуз. конф. студ., аспир. и мол. ученых. Пермь, 1996. С. 9-10 (в соавторстве с С.Ю. Беловым).

4. Химический состав подземных вод г. Перми и его эволюция // Пробл. ООС на урбанизир. террит. Тез. докл. Мсждунар. конф. студентов и мол. уч Пермь, 1996 С 18-20 (в соавторстве с С.Ю Беловым)

5 Ретроспективный анализ загрязнения подземных вод на территории г Перми // Пробл. ООС на урбанизир. террит Варна-Пермь, 97: Матер Болгарско-Российской науч. конф. молодых уч., аспирантов и студ. Варна-Пермь, 1997. Т. 1. С. 13-15 (в соавторстве с С.Ю Беловым).

6 Карта загрязнения подземных вод города Перми // Геология и полез, ископ. Западного Урала. Мат. per. конф Пермь, 1997. С. 261-262 (в соавторстве с Е.А. Иконниковым).

7. Формирование химического состава подземных вод в условиях нарушенного режима // Вопросы региональной геоэкологии. Тез. докл. Вологда,

1997. С. 4-5.

8. Соединения азота в природных водах на территории города Перми // Экология: проблемы и пути решения: Тез. докл. V межвуз. конф. студ., аспир. и мол. ученых Пермь, 1997. С. 9-10 (в соавторстве с С.Ю. Беловым).

9 Оценка процессов подтопления на территории г. Перми // В кн.: Проблемы геологии Пермского Урала и Приуралья / Пермь, 1998. С. 133-134 (в соавторстве с Г.В. Бельтюковым).

10. К вопросу о нитратном загрязнении подземных вод Н Вестник Украинского дома эконом, и научно-тех. знаний. Научно-технич. журнал. Киев,

1998. № 4. С. 21-22 (в соавторстве с Г.В. Бельтюковым, А.В. Моздаковой).

11. Оценка изменения гидрогеологической обстановки в условиях промышленной городской агломерации // Экология города. Мат. per. научно-тех. конф. Пермь, 1998. С. 8-10 (в соавторстве с Г.В. Бельтюковым).

12. О ресурсах пресных и слабосолоноватых подземных вод левобережной части г. Перми // Геология зап. Урала на пороге XXI в. Мат. per. научной конф. Пермь, 1999 (в соавторстве с Е.А. Иконниковым).

13. Факторы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми // Сергеевские чтения. Вып.5. Молодеж. сес. М.: ГЕОС, 2003. С. 365-368.

14. Гидрогеохимическая характеристика шсшминского водоносного комплекса на территории г Перми / Вестник Пермского университета. Вып. 3 Геология. Пермь, 2004. С. 129-137.

15. Эколого-геохимическое состояние подземных вод на территории г. Перми // Материалы межд. науч. конф. «Севергеоэкотех-2004». Ч. 1.: 17-19 марта 2004 г. - Ухта: УГТУ, 2004. С. 224-230.

16. Особенности вертикальной гидрогеохимической зональности на территории г. Перми. Геология и полез, иск. Запад. Урала: Материалы регион, науч.-практ конф /Перм. ун-т. Пермь, 2005. С. 305-310.

17 Quality of sweet underground waters in Perm. 3rd Simposium «Quality and Management of Water Resources». St. Petersburg, 2005. P. 128-129.

Подписано в печать 17.11.2005. Формат 60 х 84 1/16. Печать на ризографе. Усл. печ. л. 13«*-Тираж 100 экз. Заказ г, 1& .

Типография Пермского университета 614990. Пермь, ул. Букирева, 15

»23098

РНБ Русский фонд

2006-4 25972

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Щукова, Ирина Викторовна

Глава 1.

1.1. 1.2.

Глава 2. 2.1.

Глава 3.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Формирование химического состава подземных вод зоны активного водообмена на территории г. Перми"

Условия и факторы формирования химического состава подземных вод в пределах территории г. Перми. 9

Терминологическая и понятийная основа. 11

Факторы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми. 18

Процессы формирования химического состава подземных вод на территории г. Перми. 48

Подземные воды четвертичных отложений. 52

Литолого-стратиграфическая характеристика четвертичных отложений. 52

Гидрогеологическая характеристика четвертичных отложений. 57

Гидрогеохимическая характеристика четвертичных отложений. 63

2.3.1. Химический состав подземных вод по данным опробования скважин. 64

2.3.2. Химический состав подземных вод по данным опробования родников. 80

Шешминский терригенный водоносный комплекс. 94

Литолого-стратиграфическая характеристика шешминских отложений. 94

Гидрогеологическая характеристика шешминских отложений. 96

Гидрогеохимическая характеристика шешминского водоносного комплекса. 102

3.3.1. Химический состав подземных вод по данным опробования скважин.103

3.3.2. Химический состав подземных вод по данным опробования родников.117

Глава 4. Соликамская терригенно-карбонатная водоносная свита 139

4.1. Литолого-стратиграфическая характеристика соликамских отложений.139

4.2. Гидрогеологическая характеристика соликамских отложений.141

4.3. Гидрогеохимическая характеристика соликамской водоносной свиты.147

4.3.1. Химический состав подземных вод по данным опробования скважин.148

Глава 5. Гидрогеохимическое районирование территории г.Перми.159

5.1. Принципы и критерии гидрогеохимического районирования.162

5.2. Гидрогеохимическое картирование территории г. Перми.167

5.3. Гидрогеохимическое районирование территории г. Перми. 168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.179

ЛИТЕРАТУРА.181 т

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Многолетними исследованиями российских и зарубежных ученых установлено, что подземные воды урбанизированных территорий претерпевают существенные изменения в количественном и качественном отношениях (Тютюнова, 1981, 1984, 1985, 1987; Осипов, Медведев, 1997; Самарина, Гаев, Нестеренко и др., 1999; Bolzer, 1981; Harrison, Laxen, 1981; Katz, Lindner, Ragone,1980; Kondratas, 1981 и др.). Город Пермь, как показывают наши исследования (Шимановский, 1973, 1974; Иконников, Костарев, 2000; Иконников, 1997, 2002; Тюрина 1969, 2000; Бельтюков, 1992, 2000; Щукова, 1995-2005 и др.), не является исключением последствий глобального процесса урбанизации и промышленной интеграции.

На сегодняшний день для территории г. Перми не проведено обобщение результатов многолетних разрозненных исследований химического состава подземных вод с точки зрения научного анализа его трансформации.

Изучение химического состава подземных вод г. Перми в условиях интенсивного техногенного воздействия тесно связано с вопросами охраны их от загрязнения, борьбы с загрязнением природной среды в целом, контроля и управления процессами, протекающими в верхней части подземной гидросферы, что является, несомненно, очень актуальным.

Объект исследований - подземные воды основных водоносных комплексов территории г. Перми: четвертичного, шешминского терригенного и соликамского терригенно-карбонатного.

Предмет исследований - закономерности и тенденции изменения во времени химического состава подземных вод водоносных комплексов в пределах территории г. Перми.

Цель работы - выявление особенностей формирования современного гидрохимического состояния подземных вод и критериев прогноза изменения химического состава подземных вод на территории г. Перми.

Основные задачи исследований:

- собрать, систематизировать, проанализировать результаты гидрохимических исследований на территории г. Перми с 1960 по 2004 гг.;

- разработать структуру и создать базу данных химического состава подземных вод;

- разработать концептуальную модель влияния природно-техногенных условий и факторов на формирование химического состава подземных вод в пределах городской территории;

- установить современный гидрохимический облик подземных вод, выявить качественно-количественные особенности и тенденции изменения их химического состава во времени;

- разработать принципы и критерии гидрогеохимического районирования территории по степени изменения химического состава подземных вод.

Фактический материал и методы исследований. В основу работы положены результаты гидрохимического опробования скважин и родников, выполненного кафедрой динамической геологии и гидрогеологии ПГУ с 1934 г. по 2004 г., результаты опробования скважин различными научными и производственными организациями по архивным данным Пермского территориального фонда геологической информации (ПТФГИ) с 1960 г. по 2000 г., а также данные ФГУДП «Пермгеомониторинг», ЗАО «ВерхнеКамТИСИЗ, СЭС г. Перми.

Созданная база данных включает 3425 химических анализов воды, в том числе проб: из родников - 1413, колодцев - 226, скважин - 1242, атмосферных осадков и поверхностных вод - 544. Период исследования и опробования режимных родников составляет 44 года (1960-2004 гг.).

При выполнении работы был использован комплекс методов, который включал: полевое обследование, гидрогеохимическую съемку и картирование, лабораторный анализ природных вод, статистическую обработку результатов анализов проб воды, метод аналогий. При анализе и обобщении полученного материала использован комплекс стандартных программных продуктов Microsoft Office (Word, Excel, Access), STATISTIKA и Arc View 3.2a.

Автор занимается данной проблемой с 1995 г. Под его руководством проводилось ежегодное обследование водопунктов, режимное опробование источников, лабораторный анализ проб, выполнено аналитическое обобщение результатов исследований.

Научная новизна работы заключается в том, что в ней для территории г. Перми впервые

- проведен ретроспективный анализ изменения химического состава подземных вод водоносных комплексов исследуемой территории за период с 1960 по 2004 гг.;

- выявлены и рассмотрены во временном аспекте (последние 45 лет) факторы формирования современного химического состава подземных вод основных водоносных комплексов;

- установлены особенности современной вертикальной гидрогеохимической зональности;

- установлены тенденции, критерии и параметры изменения химического состава подземных вод водоносных комплексов, позволяющие создать основу прогноза их состояния.

Практическая значимость работы:

- создана база данных, которую можно использовать как основу при проведении гидрогеологических, гидрогеохимических, экологических работ на территории города;

- выявленные закономерности изменения химического состава подземных вод во времени позволяют прогнозировать гидрогеохимический облик вод и направленность процессов его трансформации;

- создана гидрогеохимическая карта территории г. Перми масштаба 1:25000 и ее электронная версия, включающая два основных электронных слоя с характеристиками четвертичного и шешминского водоносных комплексов;

- результаты исследований внедрены в учебный процесс на геологическом факультете Пермского государственного университета при чтении курсов «Гидрогеохимия», «Гидрогеология», «Математические методы в геологии».

Защищаемые положения:

1. Формирование современного химического состава подземных вод в зоне активного водообмена на территории г. Перми обусловлено закономерными процессами, которые определяются специфическим комплексом природных и техногенных факторов.

2. Трансформация химического состава вод родникового стока на территории г. Перми определена преобладающей тенденцией их сульфатизации, обусловленной техногенными факторами.

3. Четвертичный водоносный комплекс является природно-техногенным геохимическим барьером, сохраняющим природную гидрогеохимическую зональность.

4. Прогноз изменения состава подземных вод во времени в пределах Пермской градопромышленной агломерации основан на выявлении тенденций, критериев и параметров природно-техногенных процессов их метаморфизации.

Апробация работы и публикации. Основные результаты исследований представлены автором на 12 конференциях различного ранга: «Современные проблемы Западного Урала» (Пермь, 1995); IV и V межвузовская конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Экология: проблемы и пути решения» (Пермь, 1996, 1997); Международная конференция студентов и молодых ученых «Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях» , (Пермь, 1996); Болгарско-Российская научная конференция молодых ученых, аспирантов и студентов «Проблемы охраны окружающей среды на урбанизированных территориях» (Варна

Пермь, 1997); региональная научно-практическая конференция «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 1997); региональная научная конференция «Вопросы региональной геоэкологии» (Вологда, 1997); региональная научно-техническая конференция «Экология города» (Пермь, 1998); региональная научная конференция «Геология Западного Урала на пороге XXI века» (Пермь, 1999); V молодежная сессия «Сергеевские чтения» (Москва, 2003); Школа экологической геологии (Санкт-Петербург, 2003); международная научная конференция «Севергеоэкотех-2004» (Ухта, 2004); региональная научно-практическая конференция «Геология и полезные ископаемые Западного Урала» (Пермь, 2005); 3rd Simposium «Quality and Management of Water Resources» (Санкт-Петербург, 2005).

Автор принимал участие в выполнении хоздоговорной темы по заданию Пермского геологического комитета «Контроль за охраной подземных вод от истощения и загрязнения на территории гг. Перми и Краснокамска за 19951996 гг.» (руководитель Е.А. Иконников). Результаты исследований изложены в отчете и использованы при публикации книги «Родники Перми. Качество и возможность использования подземных источников питьевого водоснабжения в г. Перми» / Гос. комитет по охране окружающей среды Пермской области. - Пермь: Изд-во Перм. у-та, Пермь, 1998. 90 с.

По теме диссертации автором опубликовано 17 работ.

Достоверность результатов исследований обеспечивается большим объемом фактического материала, длительностью и непрерывностью периода наблюдений (44 года), применением комплекса методов исследований, глубиной проработки рассматриваемых вопросов, непротиворечивостью полученных результатов и выводов, а также их соответствием законам, основным положениям и правилам гидрогеологии как науки.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, заключения и списка литературы, включающего 103 наименования. Объем диссертации 190 страниц машинописного текста, содержащего 48 рисунков и 35 таблиц.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Щукова, Ирина Викторовна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Формирование химического состава подземных вод в зоне активного водообмена на территории г. Перми происходит под влиянием природных и техногенных факторов. Из природных факторов главными определяющими являются физико-географические, геологические и гидрогеологические, из техногенных - промышленное и бытовое загрязнение. Причем только в последние 10-15 лет промышленное загрязнение преобладает над бытовым.

Основными процессами, определяющими формирование состава подземных вод, являются смешение и перенос вод разного состава, растворение и выщелачивание горных пород.

Влияние факторов и процессов проявляется неодинаково как в разрезе, так и по площади.

Химический состав подземных вод четвертичных отложений на протяжении последних 45 лет обусловлен влиянием техногенных факторов. На большей части территории города гидрогеохимический режим нарушен -подземные воды подвержены частичной и полной техногенной метаморфизации, которая имеет прямую направленность (НСО3 —> SO4). В вертикальном разрезе породы четвертичного возраста являются природно-техногенным геохимическим барьером, сохраняющим природную гидрогеохимическую зональность.

Химический состав подземных вод шешминского водоносного комплекса формируется под влиянием природных факторов, при подчиненном участии техногенных. Степень влияния техногенных факторов (промышленного загрязнения) в последнее время возрастает. Это проявляется в трансформации химического состава подземных вод, которая определена общей тенденцией сульфатизации состава вод во времени. Ион SO4" постепенно вытесняет из состава гидрохимических фаций ионы Са и NO3 , а его содержание увеличивается в десятки раз. Воздействие техногенных факторов заметно сокращается с глубиной, здесь на химический состав подземных вод оказывают влияние только природные факторы.

Гидрогеохимические условия соликамской водоносной свиты достаточно стабильны во времени. Признаков техногенного воздействия с поверхности нет, на формирование вод оказывают влияние только природные факторы. Это связано с тем, что соликамские отложения на большей части исследуемой территории перекрыты мощной толщей более молодых отложений, которые являются защитным экраном.

Грунтовые воды, разгружающиеся в виде родников, в большей степени подвержены влиянию техногенных факторов и, являясь более динамичной системой, объективней отражают процессы, происходящие в окружающей среде.

Гидрогеохимическое районирование территории г. Перми показало, что площадь распространения подземных вод с нарушенным и сильно нарушенным гидрогеохимическим режимом значительно увеличилась по сравнению с 1960-ми гг. и в настоящее время занимает не только центральную часть города. Площадь района с естественным ненарушенным гидрогеохимическим режимом соответственно сократилась, и к нему относятся только некоторые правобережные микрорайоны города. Это происходит, главным образом, за счет увеличения площади распространения сульфатных вод с повышенной минерализацией. Воды нитратного состава, широко распространенные ранее, напротив исчезают.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Щукова, Ирина Викторовна, Пермь

1. Абдрахманов Р.Ф., Мартин В.И. Гидрогеоэкология г. Уфы: Препринт / УФНЦ РАН, 1993.44 с.

2. Агроклиматический справочник по Пермской области. Гидрометеоиздат. Л., 1959.

3. Алёкин О.А. Основы гидрохимии. Гидрометеоиздат, Л., 1953.

4. Алёкин О.А. Основы гидрохимии. Л., 1970. 442 с.

5. Бадер О.Н. Поселения турбинского типа в Среднем Прикамье. М.: Изд-во АН СССР, 1961. 196 с.

6. Бельтюков Г.В., Щукова И.В. Оценка изменения гидрогеологической обстановки в условиях промышленной городской агломерации // Экология города. Мат. per. научно-тех. конф. Пермь, 1998. С. 8-10.

7. Ведерников В.П. Особенности родникового стока в долинах рек левобережной части г. Перми // Гидрогеология и карстоведение: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. ун-т. Пермь, 2004. - Вып. 15. - С. 255-257.

8. Вернадский В.И. Избр. сочинения, т. IV, кн. 2. Изд. АН СССР, М., 1960.

9. Верхоланцев Г.П. Опыт оценки естественных ресурсов подземных вод зоны активного водообмена // Гидрогеология и карстоведение, вып. 3, Пермь, 1966.

10. Ю.Всеволожский В.А. Основы гидрогеологии: Учебник. М.: Изд-во МГУ, 1991. с. 90.11 .Гаев А .Я. Гидрогеохимия Урала и вопросы охраны подземных вод. Свердловск: Изд-во Урал, ун-та, 1989. 368 с.

11. Гидрогеология СССР. Урал. М.: Недра, 1972. Т. XIV. 648 с.

12. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Л., 1987. 248 с.

13. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М.: Недра, 1984. 262 с.

14. Горецкий Г.И. Аллювий великих антропогеновых прарек Русской равнины. М., 1964. 416 с.

15. Двинских С. А., Бельтюков Г.В. Возможности использования системного подхода в изучении географических пространственно-временных образований. Иркутск: Изд-во Иркут. ун-та, 1992. 245 с.

16. Дёгтев М.И., Торопов Л.И. Аналитический контроль содержания поллютантов в объектах окружающей среды. Пермь: ПГУ, ПСИ МОСУ, ПСИ, ПССГК, 2003. - 428 с.

17. Димухаметов Д.М. Опасные геологические процессы на левобережной территории г. Перми (суффозия, подтопление, эрозия). Автореферат диссер. на соискание уч. ст. к.г.-м.н. Пермь, 2000. 23 с.

18. Жаворонкова О.А. Улучшение водоснабжения Орджоникидзевского района г. Перми за счет использования вод аллювиальных отложений левобережной поймы р.Камы. // Сборник научных трудов Пермского политехнического института. 1961.

19. Зверев В.П. Гидрогеохимические исследования системы гипсы -подземные воды. М., Наука, 1967. 98 с.

20. Иконников Е.А., Щукова И.В. Карта загрязнения подземных вод города Перми-// Геология и полез, ископ. Западного Урала. Мат. per. конф. Пермь, 1997. С. 261-262.

21. Иконников Е.А., Щукова И.В. О ресурсах пресных и слабосолоноватых подземных вод левобережной части г. Перми // Геология зап. Урала на пороге XXI в. Мат. per. научной конф. Пермь, 1999.

22. Каменский Г.Н., Толстихина М.М., Толстихин Н.И. Гидрогеология СССР. М., Госгеолтехиздат, 1959.

23. Кафтаний Е.Б. Техногенные изменения гидрогеологической обстановки застроенных территорий (на примере г. Новочеркасска). Автореферат диссер. на соискание уч. ст. к.г.-м.н. Ростов-на-Дону, 2002. 27 с.

24. Киссин И.Г. Основные закономерности формирования химического состава подземных вод зоны интенсивного водообмена. / Научные основы изучения и охраны подземных вод. М., 1980. Ч. 2. С. 81-86.

25. Ковалевский B.C. Условия формирования и прогнозы естественного режима подземных вод. 1973.

26. Коноплянцев А.А., Ковалевский B.C., Семенов С.М. Естественный режим подземных вод и его закономерности. М.: ГОСГЕОЛТЕХИЗДАТ, 1963.

27. Котлов Ф.В. Изменение геологической среды под влиянием деятельности человека. М.: Недра, 1978. 263 с.

28. Лебедев Г.В. Некоторые вопросы геологического строения территории г. Перми и ее окрестностей. Моделирование геологических систем и процессов: мат. регион, конф. / Перм. ун-т. Пермь, 1996. С. 21-23.

29. Лунев Б.С. К вопросу о морфологии долины р. Камы и ее притоков в пределах Пермской области. Пермь, 1960.

30. Лунев Б.С., Наумова О.Б. Строение камских террас // Аллювий: Межвуз. сб. науч. тр. / Перм. ун-т Пермь, 1992. С. 3-12.

31. Лунев Б.С. Террасы средней Камы и их картирование // Геоморфология и новейшая тектоника Волго-Уральской области и Южного Урала. Уфа, 1960, С. 199-203.

32. Лушников Е.А., Кротова Е.А., Жидкова Г.Г. Химическая география речных вод // Химическая география вод и гидрогеохимия Пермской области. Пермь, 1967. С. 50-60.

33. Лыкошин А.Г. Трещины бортового отпора. Бюлл. Моск. об-ва испыт. природы. Т.28, вып. 4, 1953.

34. Максимович Г.А. Химическая география вод Суши. М., 1955. С. 328.

35. Малахов С.Г., Тулупов П.Е., Махонько Э.П. и др. Контроль загрязнения почв токсичными веществами, содержащимися в промышленных выбросах // Проблемы мониторинга и охраны окружающей среды. Л., 1989. С. 55-66.

36. Малеев К.И., Бельтюков Г.В., Двинских С.А. и др. Закамск. Экология и здоровье. Пермь, 1993.

37. Матвеев А.А., Башмакова О.И. Химический состав атмосферных осадков некоторых районов СССР / Гидрохим. материалы, 1966, т. 42. С. 317.

38. Михайлов Г.К. О химическом составе дождевых вод и снега // Химическая география и гидрогеохимия. Пермь, 1964. Вып. 3(4). С. 19-24.

39. Москва: геология и город / Под ред. Осипова В.И., Медведева О.П. М.: АО «Московские учебники и Картолитография», 1997. 400 с.

40. Неганов В.М., Родионовский В.И., Зотеев М.С. Геологическое строение Пермского Прикамья по данным геолого-геофизических исследований // Геофизика. Специальный выпуск. 2000. С. 11-32.

41. Никаноров A.M. Гидрохимия. JL, 1989. 351 с.44.0вчинников A.M. Гидрогеохимия. М.: Недра, 1970. 200 с.

42. Орлов М.С. Гидрогеоэкология Москвы. Бюл. Моск. о-ва испытателей природы. Отд. Геол. 1997. Т. 72. Вып. 5. С. 18-25.

43. Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия / C.JI. Шварцев, Е.В. Пиннекер, А.И. Перельман и др. Новосибирск: Наука, 1982.

44. Отраслевой стандарт. Воды подземные. Классификация по химическому составу и температуре. М., 1986

45. Перельман А.И. Геохимия ландшафтов. М.: Высшая школа, 1966.

46. Перельман А.И. Геохимия. М.: Высшая школа, 1989.

47. Перечень бассейнов подземных вод территории СССР для ведения Государственного водного кадастра. Составители: JI.A. Островский, Б.Е. Антыпко, Т.А. Конюхова. М.: ВСЕГИНГЕО, 1988. 146 с.

48. Пиннекер Е.В. Ведущие факторы, процессы и обстановки формирования состава подземных вод // Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия. Новосибирск: Наука, 1982. С. 53-91.

49. Пиннекер Е.В. Проблемы региональной гидрогеологии. Закономерности, распространение и формирование подземных вод. М.: Наука, 1977. 196 с.

50. Питьева К.Е., Брусиловский С.А., Вострикова Л.Ю., Чесалов С.М. Практикум по гидрогеохимии. М., Изд-во Моск. ун-та, 1984, 254 с.

51. Питьева К.Е. Гидрогеохимия (формирование химического состава подземных вод). М.: Изд-во Моск. ун-та, 1978. 328 с.

52. Питьева К.Е. Гидрогеохимия: Учебное пособие. 2-е изд. М.: Изд-во МГУ, 1988. 316 с.

53. Посохов Е.В. Общая гидрогеохимия. Л., Недра, 1975. 208 с.

54. Посохов Е.В. Формирование химического состава подземных вод. Гидрометеоиздат., Л., 1969.

55. Принципы гидрогеологической стратификации бассейнов подземных вод (методическое письмо). Сост.: Л.А. Островский, В.Н. Островский, Р.К. Шахнова, М.С. Галицын. М.: ВСЕГИНГЕО, 1988. 31 с.

56. Решение 2-го Межведомственного стратиграфического совещания по четвертичной системе Восточно-Европейской платформы (Ленинград-Полтава-Москва, 1983 г.) с региональными стратиграфическими схемами. Л., 1986. 155 с.

57. Родники Перми. Качество и возможность использования подземных источников питьевого водоснабжения в г. Перми / Гос. комитет по охране окружающей среды Пермской области. Пермь: Изд-во Перм. у-та, Пермь, 1998. 90 с.

58. Самарина B.C., Гаев А.Я., Нестеренко Ю.М. и др. Техногенная метаморфизация химического состава природных вод (на примере эколого-гидрогеохимического картирования бассейна р. Урал, Оренбургская область). Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1999. 444 с.

59. Семячков А.И., Коновалов И.В. Гидрогеологические проблемы освоения Екатеринбургского метрополитена. Известия Уральского государственного горного университета. Екатеринбург, 2005.

60. Состояние и охрана окружающей среды г. Перми в 2000 г.: Справочно-информационные материалы / Муниципальное управление по экологии и природопользованию. Пермь, 2001.

61. Состояние и охрана окружающей среды г. Перми в 2002 г.: Справочно-информационные материалы / Муниципальное управление по экологии и природопользованию. Пермь, 2003. 52 с.

62. Софроницкий П. А. Восточная часть Русской платформы. Предуральский краевой прогиб. // Геология СССР, т. XII, ч. 1, кн. II. М., Недра, 1969.

63. Сунцев А.С., Леонова-Вернадская З.А., Денисов М.И., Черткова И.И. Структурная геология и геологическое картирование. Геологическое строение района г. Перми: Учебное пособие к практике по геологическому картированию. Пермь, 2000. 104 с.

64. Тюрина И.М. Влияние техногенеза на щелочно-кислотные условия грунтовых вод г. Перми. Геология Западного Урала на пороге XXI века / Мат. per. научной конф.: Перм. ун-т. Пермь. 1994. С. 288-289.

65. Тюрина И.М. Режим родников г. Перми. Гидрогеология и карстоведение: Межвузовск. сб. науч. тр. Пермь, 1966. Вып. 3. С. 199-208.

66. Тюрина И.М. Трансформация химического состава грунтовых вод урбанизированных территорий // Труды XI съезда Русского географического общества. С.-Петербург, 1999. С. 105-106.

67. Тютюнова Ф.И. Особенности гидрогеохимического мониторинга в пределах регионов развития горнодобывающей промышленности // Охрана геологической среды от отрицательного воздействия предприятий горнодобывающего профиля. М.: Изд-во МГУ, 1984. С. 151-156.

68. Тютюнова Ф.И., Федорова Т.К., Сафохина И. А. Особенности взаимодействия грунтовых вод и пород при подтоплении застроенных территорий грунтовыми водами: (Прогноз и защита). М.: Наука, 1985. С. 78-92.

69. Тютюнова Ф.И. Гидрогеохимия техногенеза. М.: Наука, 1987. 335 с.

70. Химический и микробиологический состав физически связанных вод юго-востока Западной Сибири / C.JI. Шварцев, Е.С. Назаров, А.Д. Назаров и др. / Геол. и геоф. 1994, № 3. С. 70-79.

71. Ходьков А.Е., Валуконис Г.Ю. Формирование и геологическая роль подземных вод. JL: Изд-во ЛГУ, 1968. 216 с.

72. Чазов Б.А. Физико-географический очерк // Химическая география вод и гидрогеохимия Пермской области. Пермь, 1967. С. 21-26.

73. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология: Учебн. для вузов. М.: Недра, 1996. 423 с.

74. Шестов И.Н. Новые данные о химическом составе атмосферных осадков // Химическая география и гидрогеохимия. Пермь, 1964. Вып. 3. С. 17-18.

75. Шимановский Л.А., Башкутов B.C., Гаврилова Н.А. К характеристике химического состава атмосферных осадков Пермской области / Гидрогеохимия Урала. Л., 1985. С. 26-31.

76. Шимановский JI.A. Соликамский водоносный комплекс Камского Приуралья // Сб. «Геология и петрография Западного Урала», вып. 6. Уч. зап. Пермского ун-та, № 283. Пермь, 1974. С. 134-161.

77. Шимановский JI.A., Шимановская И.А. Пресные подземные воды Пермской области. Пермь, 1973. 197 с.

78. Шкляев А.С., Балков В.А. Климат Пермской области. Пермь, 1963.

79. ЩуковаИ.В., Белов С.Ю. Соединения азота в природных водах на территории города Перми // Экология: проблемы и пути решения: Тез. докл. V межвуз. конф. студ., аспир. и мол. ученых. Пермь, 1997. С. 9-10.

80. Щукова И.В., Белов С.Ю. Химический состав подземных вод г. Перми и его эволюция // Пробл. ООС на урбанизир. террит. Тез. докл. Междунар. конф. студентов и мол. уч. Пермь, 1996. С. 18-20.

81. ЩуковаИ.В. Гидрогеохимическая характеристика шешминского водоносного комплекса на территории г. Перми / Вестник Пермского университета. Вып. 3. Геология. Пермь, 2004. С. 129-137.

82. ЩуковаИ.В. Особенности вертикальной гидрогеохимической зональности на территории г. Перми // Геология и полезные ископаемые Западного Урала: Материалы регион, науч.-практ. конф. / Перм. ун-т. Пермь, 2005. С. 305-310.

83. Щукова И.В. Техногенная нагрузка и источники загрязнения подземных вод в районе гг. Перми и Краснокамска // Экология: проблемы и пути решения: Тез. докл. IV межвуз. конф. студ., аспир. и мол. ученых. Пермь, 1996. С. 89-91.

84. Shchukova I.V. Quality of sweet underground waters in Perm. 3rd Simposium «Quality and Management of Water Resources». St. Petersburg, 2005. P. 128-129.

85. Bolzer W.E. Nitrate mit Grundwasser des 21. und 22. Wiener Gemeindebezirks // Gas, Wasser, Warme. 1981. Bd. 35, N 7. S. 234-239.

86. Harrison R.M., Laxen D.P.H. Lead pollution: causes and control. L.: Chapman and Hall, 1981. 168 p.

87. Hydrogeology Journal. IAH, 1995 1997. Verlag Heinz Heise, Hannover.

88. Katz B.G., Lindner J.B., Ragone S.E. A comparison of nitrogen in shallow ground water from sewered and unsewered areas, Nassau countru, New Yerk form 1952 through 1976 // Ground Water. 1980. Vol. 18, N 6. P. 607-616.

89. Kondratas A.R. Effects of industrial-urbanized landscapes on underground water// Sci. Total Environ. 1981. Vol. 21, N11. P. 31-33.фондовая

90. Ведерников П.П., Бусыгин A.H., Балдина В.З. и др. Отчет по проведению инженерно-геологической съемки с гидрогеологическим доизучением и геоэкологическим картированием масштаба 1:200000, листа 0-40-XXI. Сылва, 1999. Фонды Пермгеолкома.

91. Верещагина B.C. Четвертичные отложения западного склона Среднего Урала и Предуралья, лист 0-40 (информационный отчет о работе четвертичного отряда № 2 за 1961-1962 гг.). Свердловск, 1963. Уралгеолфонд.

92. Иконников Е.А., Бельтюков Г.В., Тюрина И.М., Щукова И.В. Отчет о результатах работ по контролю за охраной подземных вод от истощения и загрязнения на территории Пермской области за 1995-1996 г.г. Пермь, 1996.

93. Иконников Е.А. Отчет о результатах работ по составлению гидрогеологической карты масштаба 1:50000 листов 0-40-А и 0-40-В за 1986-1990 гг. Пермь, 1990. Фонды Пермгеолкома.

94. Костарев В.П., Малахова Т.Е., Павлецов Л.Ф., Димухаметов М.Ш., Папировая В.Т. Отчет о комплексных инженерных изысканиях с целью изучения процесса подтопления территории г. Перми для обоснования

95. Комплексных схем инженерной защиты г. Перми от опасных геологических процессов». Т. 1. ВерхнеКамТИСИз. Пермь, 1985.