Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему

Исследование экологической безопасности подземных вод с позиции принципов динамической уязвимости

ВАК РФ 25.00.07, Гидрогеология

Содержание диссертации, кандидата геолого-минералогических наук, Госк, Эдмунд Мечислав

Введение.

1 Динамическая уязвимость и риск загрязнения подземных вод.

2 Геология и гидрогеологические условия Центральной части Московского артезианского бассейна.

2.1 Общие сведения.

2.2 Геологическое строение.

2.2.1 Стратиграфия.

2.2.1.1 Палеозойская эратема.

2.2.1.2 Мезозойская эратема.

2.2.1.3 Кайнозойская эратема.

3.2.2 Тектоника.

2.3 Подземные воды района исследований.

2.3.1 Гидрогеологическая стратификация геологического разреза.

2.3.2 Водоносные горизонты первого гидрогеологического этажа.

2.3.2.1 Четвертичный водоносный горизонт.

2.3.2.2 Волжско-валанжинский водоносный горизонт нижнего мела-верхней юры - I3v - K,v.

2.3.2.3 Бат-келловейская спорадически обводненная толща (I2bt - cl).

2.3.2.4 Водоупорный келловей-кимериджский горизонт (J2.3cl-km) - "юрские" глины.

2.3.2.5 Относительно водоупорный бат-келловейский горизонт (I2bt-cl).

2.3.2.6 Клязьминско-ассельский водоносный комплекс (С3лк1 - as).

2.3.2.7 Водоупорный щелковский горизонт (C3sc).

2.3.2.8 Касимовский водоносный горизонт ( С3 csm).

2.3.2.9 Относительно водоупорный кревякинский горизонт (C3kr).

3 Уязвимость подземных вод Ногинского района.

3.1 Генерализованная стратиграфия, принятая для моделирования и оценки уязвимости.

3.2 Характер загрязнения поверхностных и подземных вод.

3.2.1 Озера, реки, отстойники и дренажные каналы.

3.2.2 Четвертичный водоносный горизонт.

3.2.3 Клязьминский водоносный горизонт.

3.2.4 Касимовский водоносный горизонт.

3.2.5 «Горячая точка» - ТБО «Тгшохово».

3.3 Карты уязвимости подземных вод.

3.3.1 Уязвимость четвертичного водоносного горизонта.

3.3.2 Уязвимость водоносной системы карбона.

4 Карты уязвимости и их применение при освоении территорий.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование экологической безопасности подземных вод с позиции принципов динамической уязвимости"

Современные представления о геологической среде и ее взаимодействии с биосферой сформировались в результате многочисленных исследований специалистов различных школ и научных дисциплин.

При этом отмечается, что вследствие множественности компонентов, слагающих геологическую среду (ГС), как целостный объект функционирования литосферы, синтетические формы взаимосвязи в системе «ГС - биологические объекты» характеризуются весьма сложными цепочками причинно-следственных связей.

Это обстоятельство создает весьма значительные трудности при освоении месторождений таких полезных ископаемых, как нефть, газ, разнообразные руды и др., а также при многообразных формах освоения подземного пространства.

Целью диссертации являлось: изучение общих условий, определяющих уязвимость подземных вод и применительно, прежде всего, к верхним частям геологического разреза; выявление главных факторов, предопределяющих уязвимость подземных вод и оценка вклада каждого из них в степень устойчивости подземной водоносной системы; оценка динамического фактора в формировании условий уязвимости подземных вод; разработка технологии изучения степени уязвимости подземных вод и их адэкватного картографирования.

Сущностью данной работы является разработка специфической системы исследований и технологии презентации заключительных материалов, которые будут обеспечивать наиболее полную информацию о состоянии водоносных горизонтов как результат их реакции на различные формы техногенного воздействия.

При проведении экологических оценок во внимание принимаются два основных допущения: 1) все подземные воды уязвимы и 2) всем оценкам уязвимости присуща неопределенность.

Однако, техногенное воздействие на состояние окружающей среды постоянно сопровождает практически все виды человеческой деятельности. Причем многие виды производства, необходимые для поддержания общепринятого уровня жизни непосредственно или опосредованно приводят к ухудшению состояния окружающей среды. Очевидно, что решить проблему складывающегося противоречия путем запрета определенных видов деятельности нельзя. Поэтому возникает проблема создания комплекса подходов и средств, которые могли бы снизить отрицательные воздействия нашей деятельности на окружающую среду.

Среди решений, обеспечивающих рациональное природопользование в геологической среде, следует рассматривать особые методы картографирования. К таким результирующим документам относятся, в частности, карты уязвимости.

Карты уязвимости при их правильном использовании могут стать ценным инструментом управления окружающей средой. Следует подчеркнуть, однако, что большую часть карт уязвимости, которые в настоящее время применяются в практике, имеют ограниченное назначение; их нельзя использовать за пределами рамок, устанавливаемых для каждого конкретного случая. Новая генерация карт уязвимости должна учитывать возможности комплексного подхода к проблеме и обеспечивать основы для мониторинга и принятия управленческих решений.

В данной работе представляется способ оценки уязвимости подземных вод, учитывающий динамический характер гидрогеологических процессов и сценарии для конкретных случаев. По мнению автора, концепция динамической уязвимости - это шаг в сторону более адекватной характеристики различных водоносных систем, представляющих широкое разнообразие гидрогеологических и экологических условий.

Работа является результатом многолетних исследований автора, выполнявшихся в Дании, а также за рубежом в области оценки уязвимости подземных вод.

Весьма важным этапом этих работ оказались совместные российско-датские исследования, реализованные в пределах Московского артезианского бассейна, на территории Ногинского района и на Украине.

Автор приносит свои искренние благодарности специалистам Геологической службы Дании и Гренландии (ГЕУС) профессору Е.К.Рефсгаарду и доктору [Л.Е.Андерсену|, Р.Янбицкису из Рижского технического университета, коллективу сотрудников ВСЕГИНГЕО - к.г.-м.н. Л.Г.Лукьянчиковой, к.г.-м.н. С.А.Медведеву, к.х.н. М.А. Антипову, вед. инженеру Г.А.Каргиной за творческую помощь, постоянную поддержку и внимание при проведении работ.

Особую признательность автор выражает научному руководителю, профессору Г.С.Вартаняну.

Заключение Диссертация по теме "Гидрогеология", Госк, Эдмунд Мечислав

Основные выводы

Исходя из международного опыта в области экологии и гидрогеологии, были разработаны новые принципы оценки состояния подземных вод. Эти принципы учитывают концепцию "динамической уязвимости". Под динамической уязвимостью понимается способность системы изменять (ухудшать) свои характеристики под воздействием внешних (преимущественно техногенных) нагрузок. Динамическая уязвимость - в отличие от "первичной» уязвимости - определяется для конкретного сценария, при котором на систему задается определенный тип техногенной нагрузки и рассчиты-вется поле потока в пределах этой системы. Конценпция динамической уязвимости может объединять в себе различные площадные параметры водоносных систем для экологических оценок.

Чтобы оценить экологическое состояние месторождений подземных вод и определить их уязвимость к истощению и загрязнению, была разработана методика картирования.

Было доказано, что трехмерные геологические и гидрогеологические модели намного облегчают построение карт динамической уязвимости и увеличивают достоверность результатов.

Карты динамической уязвимости вместе с многослойной гидрогеологической моделью и картой «горячих точек», построенных для изученной территории, дают мощный инструмент для планирования экологических задач, таких как: проектирование сети мониторинга подземных вод; предварительное определение мест для размещения загрязняющих производств; оценка риска загрязнения различных частей первого от поверхности водоносного горизонта; прогноз распределения стока и скорости миграции загрязняющих веществ, случайно попадающих в водоносный горизонт.

Карты динамической уязвимости были составлены для Ногинского района, и в настоящее время похожие карты готовятся для террритории Донбасса (Украина).

Составленные для Ногинского района карты динамической уязвимости иллюстрируют, что Тимоховская свалка, завод «Акрихин» и г. Ногинск расположены в самых уязвимых местах.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата геолого-минералогических наук, Госк, Эдмунд Мечислав, п. Зеленый, Московской обл.

1. Андерсен Jl.Е., Е.М.Госк. Применимость карт уязвимости. Environmental Groundwater Science, том. 13. №. 1, стр. 39-43, 1989.

2. Бабаев М.В., Галецкий Л.С., Госк Э.М. и др. Качество подземных вод на территории Донбасса (Украина): Определение источников загрязнения и планирование и управление водными ресурсами. Труды Конференции по водным ресурсам, Minneapolis, 2000 г.

3. Гидрогеологическая уязвимость подземных вод при транспортировке ряда опасных материалав: Флорида, США. Hydrogeological vulnerability of hazardous materials transportation corridors in Florida /Padgett David AM Environ. Prof. -1992. -14, N1. -C. 70-76.

4. Гольдберг B.M. Природные и техногенные факторы защищенности грунтовых вод. "Бюлл. Моск. об-ва испытателей природы", М.: 1983, №2, с. 103-110.

5. Госк Э.М., 1994: Примеры оценки уязвимости подземных вод. Руководство по изучению уязвимости подземных вод. / Vrba, J. (red.); Zoporozec, A. (red.). Hannover: Verlag Heinz Heise, 1994. - (International contributions to hydrogeology, 16), 101-106.

6. Госк Э.М., 1997: Концепция уязвимости ugly duckling of environmental research: Международная Конференция по достижениям в гидрогеологии -Декада прогресса, 16-20 ноября 1997 г., Американский институт гидрологии.

7. Жуков B.T., Новаковский Б.А., Чумаченко A.H. Компьютерное геоэкологическое картографирование//М.: Научный мир, 1999. С. 85.

8. Ландшафтная защищенность грунтовых вод от загрязнения /Селезнев А.Н. // Геоэкол.: пробл. и решения: Тез. докл. и сообщ. Всес. науч.-техн. конф., Москва, 26 30 апр., 1990. Ч. 2. Гидрогеол. аспекты в экол. -М.,1991. - С. 219-221.

9. Методика составления карт защищенности подземных вод на примере Воронежской области /Смирнова А.Я., Григорьев А.И.// Изв. вузов. Геол. и разведка. -1992. -N1. -С.105-115.

10. Оценка условий защищенности подземных вод и построение карт защищенности /В монографии "Гидрогеологические основы охраны подземных вод". М.: 1984, Центр междунар.проектов ГКНТ.

11. Труфанов А.А., Новаковский Б.А., Савельев А.Ф., Прасолов C.B., Прасолова А.И. Экологическое состояние Ногинского района Московской области // Экология и промышленность России. 1996, декабрь. С. 28-32.

12. Экспресс-метод оценки защитных свойств зоны аэрации при загрязнении подземных вод. / Ларичева С.Г., Романенко Н.П., Чубаров

13. B.Н // Применение геофиз. методов для решения геоэкол. задач. / ВНИИ гидрогеол. и инж. геол. ( ВСЕГИНГЕО ). М„ 1991. - С. 96 - 103.

14. Bishop, P.K, E. Gosk, D.N. Lerner& M.W. Burston, 1991: Level-determined groundwater sampling from open boreholes. Quarterly Journal of Engineering Geology. 1992:25, 145-157.

15. Bull, N., E. Gosk & L.J. Andersen, 1983: Labelled Slug Test. Proceeding from: Methods and Instrumentation for the Investigation of Groundwater Systems, International Symposium i Noordwijkerhout, The Netherlands, May 1983.

16. Lerner, D.N.; Gosk, E.; Bourg, A.C.M.; Bishop, P.K.; Burston, M.W.; Mouvet,

17. C.; Degranges, P.; Rasmussen, R., 1993: Postscript: summary of the Coventry Groundwater Investigation and implications for the future. Journal of hydrology 1993:149(1/4), 257-272.

18. Novakovsky B.A., Prasolova A.I., Prasolov S.V. and others. Atlas "The Results computer geoecological mapping of the Noginsky region of Moskow oblast", Noginsk-Moskow. 1997. 57 p.

19. Spalvins A., R.Janbickis, J. Slangens, E. Gosk. Hydrogeological Model for Evaluating Groundwater Resources of the Central Region of Latvia // Proc. of the 10. Symposium on "Simulationstechnik", Dresden, 1996, p 349-354.

20. Spalvins A.; I. Semjonovs, E. Gosk, J. Gobins, O. Aleksans, 2000:

21. Development of a Mathematical Model for Contamination Migration in the Area of the Sulphur Tar Sludge Waste Pool in Incukalns, Latvia. 16th IMACS World Congress Lausanne, Switzerland, August 2000.

22. Spalvins, A., Slangens, J., Janbickis, R. Lace, I. & Gosk, E. 2000. Methods for improving verity of groundwater modelling, Proc. of 16-th IMACS Congress, Lausanne, 21-25 August 2000.

23. Vartanyan G.S., Gosk, E., 1997: HGD-field a new frontier of hydrogeological research: International Conference on Advances Ground-Water Hydrology A Decade in Progress, November 16-20,1997, American Institute of Hydrology.

24. Spalvins A., J. Slangens, R. Janbickis,I. Lace, E. Gosk, L. Loukiantchikova, 2001. New simulation technologies applied for creating hydrogeological model of Noginsk District, Russia.