Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Исследование условий загрязнения и разработка рекомендаций по рациональному использованию и охране подземных вод в Цзининском районе (КНР)

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Исследование условий загрязнения и разработка рекомендаций по рациональному использованию и охране подземных вод в Цзининском районе (КНР)"

к 4 . ^ Я Я

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ШКОЛЫ И ТЕШШЕСКОЙ ПОЛИТИКИ Р» КОМИТЕТ ПО ВЫСШЕЙ ШКОЛЕ МОСКОВСКИЙ ОЩИА ТРУДОВОГО КРАСНОП) ЗНАМЕНИ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ инстгатг им. СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

На правах рукописи

СЮЕ ПЭЙ СИАНЬ

"ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЙ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И РАЗРАБОТКА РЕКОМЕНДАЦИЙ ПО РАЦИОНАЛЬНОМУ ИСПОЛЬЗОВАНИЮ И ОХРАНЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЦЗИНИНСКОМ РАЙОНЕ (КНР)-.

■ Специальность 04.00.06 - 1йдро геология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата г в о ло го -шиерал о гич е с ких наук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Трудового Красного Зна -меня геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе.

Научные руководители - кандидат ге алого-минералогических наук, додент Э.А.Бочко - кандидат геолого-минералогических наук, доцент В.М.Кононов

Официальные оппоненты:

- доктор ге олого-минералогических наук, профессор Г.А.Голева

- кандидат геолого-минералогических наук Н.Г.Петрова

Ведущая организация - ВНИИЗарубежгеояогия. .

Защита состоится "21" пая 1992 года в 15 часов на заседании Специализированного совета К.063.55.04 в Московском геологоразведочном институте имени Серго Орджоникидзе по адресу: 117485, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Отзывы в двух экземплярах просим направлять в адрес института на имя ученого секретаря совета.

Автореферат разослан "ХУ апреля 1992 года.

Ученый секретарь специализированного

совета, к.г.-ы.н., допент В.М.Кононов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тгробяеш, Е постановлении .Совета Министров КНР "О законе охраны о^ужавдей среды в страна", принятом в мае 1990 года, подчеркнуто, что особое внимание при осуществлении природоохранной деятельности доляпо быть обращено на обеспзчение благоприятной экологической обстановка в регионах с высокой кокизнтра-цпей добивающей и перерабатывающей промышленности и сельскохозяйственного производства.

Проблема рационального использования ц охраны подземных вод з Цзгнннсксм районе из года а год приобретает всё более острый характер, в. особенности из-за того, что в данном района сбрасывались и продолжают сбрасываться экологически токсичные элементы. Формирование хииачаского сосгева подземных вод в этом районе определяется как техяогвннкуи.так и природными факторами. Таким образом, только на основе комплексного и детальном изучения влияния этих факторов на природу, возкозгаа качественная и количественная оценка загрязнения подземйжс еод и предотзттдашхе его в будущем.

В Цзгшшском'ргйопз учебные, проягв-аогзввшге а кпучкие организация зштешсь-а аанвмагяся гооеогзчзсгсэе, гидрогеологичеекг-ш и дрзптаа исследованиями /Бая Еип - чишь, Ли И - Ян ТэЙ -ньи, Ban Бао - юнь, Ш Шек - пей/.

Однако остаются нэрепенкцма вопроси прогнозной оцзнки качест-: ва подземных вод, обоснования мероприятий .по зх садате о? загряз-нэк'ч и истощения и слхпмзсапки водоегборов подземных бод в Цзн-шгаском районе. Актуальность резсЕШ! указанных вопросов не зазывает сомнения.

Цель работы. Изучение условий и интенсивности' загрязнения подземных вод в Цзишшскоы районе, прогноз развития загрязнения и разработка на этой основе рекомендаций по их рациональному использованию в народном хозяйстве.

Задачами диссертационной работы являются:

- сбор и анализ материалов о геолого-гидрогеологических условий района, климатических, техногенных и других факторов загрязнения подземных вод;

- определение главных причин, выявление искусственных факторов и источников загрязнения подземных вод;

- выявление основных факторов и источников загрязнения подземных вод;

- выявление основных путей поступления загрязнений в подземные воды и изучение проиессоЕ их загрязнения;

- количественная опенка интенсивности загрязнения подземных вод и прогноз изменения их уровня и качества с целью обоснования мероприятий по их защите от загрязнения и истощения;

- разработка рекомендаций по рациональному использованию и охрана подземных вод для улучшения экологической обстановка в Шэнминской области.

Методика исследований.

1. Анализ и обобщение литературных источников и фондовых материалов по исследуемой тематике.

2. Полевые гидрогеологические методы исследований, т.е. откачки из одиночных скважин, кустовые и групповые откачки и др. с сопутствующими им лабораторными работами для определения гидрогеологических параметров.

3. Химический анализ проб поверхностных и подземных вод для

определения концентраций химических элементов и изучения химического состава.

4. Оиенка загрязнения подземных вод, их гидрогеологическое районирование и прогноз загрязнения подземных вод на основе численного моделирования.

Научная новизна заключается в следующем.

1. В результате комплексного исследования условий техногенпо-го загрязнения Цзиньнского района установлено, что загрязнение подземных вод района тесным образом связано с ухудшением экологической обстановки Шенминской области в целом.

2. Впервые проведено гидрогеологическое районирование по интенсивности загрязнения подземных вод в связи с охраной окружающей среды в Цзининском районе. Оно доказывает, что распространение сильно загрязненных зон подземных вод обусловлено расположением промышленных обьекгоз (источников загрязнения).

3. Выявлены непосредственные связи мекду интенсивностью во-доотбора и загрязнением подземных вод.

4.'Определены оптимальные всдоотбсрн подземных вод в Цзининском районе в связи с возможным их истощением и изменением их. качества.

Защищаемые научные положения следующие.

1. Установлено наличие связей между поверхностными к подземными водами, способствующих поступлению загрязняющих веществ з водоносный горизонт, в результате чего загрязнение подземннх вод Цз/ ".'некого района является следствием ухудшения экологической об-стансК'-и Шекминской области.

2. Установлено, что в промналенно развивающемся районе, главными источниками загрязне^з<1 подземных", водявляются промыа-."

ленные сточные воды, содержащие высокие концентрации токсичных и других химических элементов.

3. Установлены закономерности распространения загрязнений в связи с развитием дзпрессионкых воронок. Это доказывает, что интенсивные отборы подземных вод играют важную роль в процессе распространения загрязнений подземных вод.

4. Предложены методики оценки загрязнения подземных вод по интенсивности и прогнозирования изменений уровня подзекшх вод и их качественных показателей.

5. Разработаны теоретические предпосылки предотвращения загрязнений подземных вод в Цзининском районе, т.е. необходимость использования научно-обоснованных технологий в промышленных производствах и оптимизация водоотбора в рассматриваемых районах.

Предлоаенные методики позволят количественно оценивать степень загрязнения подземных вод и прогнозировать его развитие в водоносных горизонтах во времени, разрабатывать рекомендации по рациональному использованию и охране подземных вод в прОмыиленно развивающихся районах. Они применимы в идентичных гидрогеологических районах, в связи с чем работа имеет большое практическое значение.

В данной диссертация использованы материалы геологических и гидрогеологических исследований, выполненных: Зоологическим факультетом Пекинского Университета, Первым гидрогеологическим отрядом Шацдуньской провинти, Комитетом водных ресурсов Цзининского района и другими организациями.

В 1988 и 1989 годах автор диссертации принимал участие в работе по численному прогнозированию изменения уровня подземных вод и их качества в Цзининском районе.

Структура и объем работы. Диссертапионнач работа объемом 125 стр. состоит из введения, 5 глав, основных выводов и списка литературы, содергзкт 25 таблиц и 23 рисунка.

Автор выражает - глубокую благодарность научным руководителям донепту Э.А.Бочко и доценту В.М.Кононову за шогокртное обсуждение результатов исследований, постоянную поддержку, ценные замечания и предложения, а таете профессору В.М.Ивеиу и всем сотрудникам кафедры за помощь при выполнении диссертационной работы.

В первой главе рассмотрена экологическая обстановка в Шенмин-ской области, отмечено, что с развитием сельскохозяйственного и промышленного производства и ростом населения, она все более и более ухудшается.

В Шенминской области расположены разнообразные заводы, фабрики и предприятия. В последнее время особенно после принятия закона о предприятиях области, появилось га;ого новых предприятий, куда 'перешли на работу местные крестьяне. Из-за отсутствия на этих предприятиях квалифицированных специалистов и современного оборудования экологическая' обстановка в области под влиянием хозяйственной деятельности, человека, продолжает ухудшаться. Анализ литературных и экспериментальных данных позволил выделить три основные сфэри загрязнения: атмосферу, гидросферу к литосферу, мзаду которыми существует тесное взаимодействие,

Подземные воды являются одним иг каяболев данзмвчнда гомга-нептов гидросферы. Загрязнение атмосферы а литосферы воздействует на :"грязнение подземных вол з той илл и:?ой степени, сдлако прежде вс^лэ оно сказывается на поверхноотких водах, почвах и зоне аэрации. Атмосферу атмосферьие осадки преследуемой области модно рассматрлйать; ¡з; да'лзстзе .-.аишя?;.: ¡¿рьфйдкых факторов-,.. загрязняю-

щих подземные воды. В Шэнминской области основными техногенными веществами, загрязшшцими подземные воды являются промышленные отходы, бытовые отходы, воды шахтного и рудничного водоотливов, сельскохозяйственные отхода, природные некондиционные поверхностные воды. Промышленные отходы подразделяются на твердые и жидкие. Основное значение в загрязнении подземных вод имеют жидкие отходы - промышленные сточные воды, которые характеризуются большими расходами и разнообразием состава.

Загрязнение подземных вод рассматриваемой территории весьма сложно, поскольку связано с разнообразными источниками загрязнения и процессами поступления загрязняющих веществ в водоносные горизонты, закономерностями движения загрязняющих веществ в подземных водах и другими факторами. Таким образом, при исследовании условий загрязнения подземных вод необходимо учитывать как техногенные, так и антропогенные факторы. Только через такой комплексный подход можно достоверно оценить загрязнение подземных вод.

Во второй главе охарактеризованы физико-географические /климат, рельеф, гидрография/ и геолого-гидрогеологические условия Шэнминской области, а также гидрогеологические условия Цзининско-го района.

В климатическом отношении она относится к умеренно-контитен-тальной зоне с теплым жарким летом и прохладной зимой. Поверх- , ность этой области носит равнинно-холмистый характер. Рзчная сеть относительно развита в рассматриваемой области, она, как правило, | имеет сезонный характер, атмосферные осадки служат главным факто- 1 ром, влияющим на величину стока рек.

В исследуемой области распространены породы архейского,

кембрийского, ордовикского, неогенового и четвертичного возрастов. Магматические породы представлены архейскими и пос'тархейскими интрузиями. Выходы коренных пород, в основном встречаются на севере и востоке данной территории, а на юге и западе они распространены локально.

В геоморфологическом отношении область представляет собой в основном аккумулятивную слабо наклонную в юго-западном направлении равнину, предгсрная часть которой характеризуется пролювиаль-но-аллювиальными образованиям:!. В центральной и юго-западных частях - аллювиальными отложениями реки Хуанхэ.

Гидрогеологические условия Шэнминской области весьма разнообразны, что обусловлено влиянием метеоролого-гидрогеологических, геоморфолого-геологических, искусственных и других факторов. При этом геоморфолого-геологические условия и литологический состав горных пород играют определенную роль в условиях залегания подземных вод и закономерностях их распространения. В естественных условиях питание водоносных горизонтов происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков и паводковых разливов реки, а в условиях эксплуатации - в основном за счет инфильтрации и привлечения речных вод. В естественных условиях подземные воды в водовмещаю-щих породах движутся с северо-востока на юго-запад, а в результате интенсивного водоотбора а западном районе направление движения подземных вод изменяется. По условиям залегания подземных зод з области можно выделить следующие основные водоносные комплексы.

I. Поровый водоносный комплекс четвертичных отложений.

2- Порово-трещинный водоносный комплекс неогеновых отложений.

3. Трезшшо-карстовпй водоносный комплекс кембрийских и ордовикских отложений.

4. Трещинный водоносный комплекс архейских отложений.

Нике дается их краткая характеристика. '

I. Поровый водоносный комплекс четвертичных отложений имеет широкое распространение. Мощность водоносных отложений постепенно уменьшается от предгорных частей к равотне. В то ке время глубина залегания их подошвы увеличивается. Лйтологический состав водоносных слоев изменяется от крупнозернистых до ¡тонкозернистых песков. Структура водоносных слоев изменяется от однородных слоев до многослойных. Типы подземных вод также изменяется от грунтовых вод в предгорных частях до напорных вод в долина. Глубина залегания уровня подземных вод в этом направлении соответственно уменьшается. На рассматриваемой территории четвертичные отложения изменяются от делювиальных в восточной части и пролшкалышх в предгорной части до аллювиальных в западной части. Как гидрогеодинами-ческие, так и гидрогеохимические условия ухудшаются от восточной части к западной, в связи с изменением диалогического состава водовмещающах пород и геоморфологических условий, а по вертикали они ухудшаются с увеличением глубины залегания водоносных слоев (замедление водообмена, увеличение минерализации). Использование подземных вод лоровых четвертичных отложений имеет большое эначе,-ние в народном хозяйство для различных целей в сеязи с широким распространением водоносных горизонтов и удобством их эксплуатации. К недостаткам относится их легкая подверженность загрязнению ввиду их неглубокого залегания к существование тесной гидравлической взаимосвязи между подземными и поверхностными водами, а также между отдельными водоносными горизонтами, водообмен осуществляется как в вертикальном, так1и в горизонтальном направлениях.

■ 2. Порово-трещинный водоносный комплекс неогеновых отложений имеет локальное распространенно в рассматриваемой области. Выходы пород на поверхность встречаются только в северо-восточной части области. Водоносные слои небольшой мощности имеют неглубокое залегание. Водообильность слабая в связи с незначительно развитой трещиноватостью. Питание водоносных горизонтов происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, а их разгрузка в виде испарения и перетекания в соседние водоносные горизонты. Вщ>о геодинамические условия неблагоприятны для формирования подземных вод.

3. Грещинно-карстовый водоносный комплекс ордовикских и кембрийских отложений имеет повсеместное распространение на датой территории. В северной части области он выходит на поверхность (мощность порядка 100-200 м), а в кшгай части он имеет большую мощность и залегаег на глубине от 100 до 250 м. Водообильность водоносных горизонтов уменьшается сверху вниз с уменьиением трещино-ватостп и закарстованюсти пород, за исключением зон геотектонических разломов. Гидрогеодинамические условия весьма разнообразны, поэтому трудно выделить общее направление подземных потоков. Общая минерализация.подземных вод меньше'I г/л, по своему качеству они могут быть использованы для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

4. Трещишшй водоносный комплекс архейских отложений имеет локальное распространение в северной и восточной частях области. Подземные воды залегают на глубине от I до 6 м, мощность Водонос-ног. комплекса колеблется в пределах 2-10 м. В связи со слабым распространением коры выветривания и трещиноватости, его водообильность относительно слабая. Сезонные факторы оказывают существенное влияние на колебания уровня подземных вод; условия в цв-

лом неблагоприятны для формирования подземных вод. Их общая мане-рализация менее I г/л. Подземные воды комплекса имеют небольшое практическое значение.

Цзшшнский район расположен в тной части Шэнмииской области. Границей исследуемого района на востоке является река Бэнфун-хэ, на западе канал Пекин-Хойчжоу. Данный район занимает площадь около 40 км^ между этими водотоками. В структурном отношении Цзшшнский район относится к зоне преобладающего опускания. В геоморфологическом отношении он представляет собой нижнюю часть пролювиально-аллювиального конуса реки Сахэ и Вэнхэ. При этом данная территория сложена слоистыми четвертичными отложениями. Их общая мощность достигает до 450 м. Как было отмечеЕШ выше, их литологический состав очень разнообразен в зависимости от их генезиса. Поэтому водоносный комплекс имеет слоистое строение. Мощность отдельных пластов достигает 20 метров, местами до 25 метров. Глубина залегания подземных вод находится в пределах от 8 до.13 метров. Главным источником разгрузки подземных вод является их водоотбор. В последнее время резкое увеличение водоотбо-ра привело к значительному снижению уровня подземных вод. Максимальное снижение достигает до 15 метров. При этом на рассматриваемой территории уже образовались обширные депрессионные воронки подземных вод. Направление движения подземных вод увязывается с величиной водоотбора, что также вызывает ухудшение гидрогеологических условий (появление токсичных элементов, увеличение концентраций других компонентов). Поэтому охрана подземных вод от истощения и загрязнения имеет большое значение дам Цзининского района.

В третьей главе изложена методика гидрогеологического райони рования загрязнения природной среды. Затем описывается источники загрязнения подземных вод и пути поступления.загрязняющих веществ в водоносные горизонты.

Районирование загрязнения подземных вод является основой для оценки и прогнозирования масштабов загрязнения. Как было отмечено, в разных районах существуют разные источники загрязнения, что обуславливает появление таких токсичных компонентов, гак мышьяк, хром шестивалентный, ртуть, фенол, цианистые соединения. Появление этих веществ влечет за собой опасные последствия для данного района, поскольку подземные воды представляют здесь важнейший источник питьевого водоснабжения. С экологической точки зрения нагл следует исследовать соотношение менду разнил: веществами в питьевых водах и влияние их на здоровье челозека, сравнивая их с ПДК. Ечияние какого-то вещества на здоровье человека называется коэффициентом вредности; который определяют по следующей формуле:

где 1>,1>п - коэффициент вредности присутствующего вещества;

Р( - отдельный показатель ПДК (мг/л); Рт - суммарный показатель ПДК (мг/л). •

В Цзининскогл районе для оценки загрязнения подземных вод приняты показатели, такие как сомножитель оценки загрязнения подземных вод, хлоридов, сульфатов, нитратов, мышьяка, ртути, хрома шестивалентного, фенола, цианистых соединений. Изменение-величины . лффипиента вредности находится в зависимости от количества : прж;.'ых показателей; но и этот козфриииент не изменяется в за-:виси1лости 'от'гидрогеологотесгш:: условий.

В работе -коэффициент' 'загрязнения в каждом'водопункте опре-

делен по формуле (3), на его основе оценивается интенсивность загрязнения подземных вод в данном районе

V/ = 2 1>м ' (3)

где V/ - коэффициент загрязнения; "ЭС^ - реальная концентрация;

"ЗС0 - исходная концентрация; 1)и - коэффициент вредности;

I - принятые компоненты оценки загрязнения подземных вод, т.е. фенол, мышьяк, хром, цианистые соединения, нитраты, сульфаты, ртуть, общая жесткость. Применение, определяемого таким образом "коэффициента загрязнения"позволяет решить поставленную задачу районирования территории по интенсивности загрязнения

Источниками загрязнения подземных вод на рассматриваемой территории являются промышленные и ирригационные воды, имеющие либо косвенные, либо непосредственные гидравлические связи с подземными водами.

Исследования показали, что из обследованных 51 заводов, в сточных водах, 50-ти заводов содержится фенол с максимальной концентрацией до 8,0 мг/л. Максимальная концентрация цианистых соединений достигает до 19,6 мг/л, ртути - 0,01418, хрома - 41, мышьяка - 0,55, сульфатный соединений - 104,8, свинца - 0,223, бензола - 15,5 мг/л.

Как отмечалось выше, в Цзининском районе водоносные горизонты представлены четвертичными пролювиально-аллювиальными отложениями. В настоящее время грунтовые воды вследствие интенсивного водоотбора уже истощены, а напорные воды залегают на глубинах от 30 до 150 м, как правило, почвы и зона.аэрации выполняют защитные функции по отношению к водоносным горизонтам. Однако на исследуемой территории существуют гидрогеологические окна, водоупорные

слои имеют характер слабопроницаемых отложений, многочисленные неликвидированные скважины также могут способствовать проникновению загрязнений.

Процессы поступления загрязшшцих веществ в водоносные горизонты весьма сложные. Загрязняющие вещества поступают в водоносные горизонты на рассматриваемой территории следующими основными путями.

1. Путем боковой и вертикальной фильтрации загрязненных поверхностных вод.

2. Путем фильтрации с полей, орошаемых сточными водами.

Первому пути загрязнения способствует расположенный в этом

районе старый канал Кйхо и пруд Ванияо, второму - сельскохозяйственные участки, где дня орошения используются сточные воды.

Результаты лабораторных химических анализов по определению сульфатов, хлоридов, нитратов, общей жесткости, фенолов, ртути, мышьяка, хрома,' цианистых соединений позволили выполнить следующие виды районирования территории.

1. Районирование по отдельному компоненту загрязнения.

2. Районирование по интенсивности загрязнения подземных вод.

К первому виду относятся карты изолиний концентрации отдельных компонентов. Согласно этим картам в данном районе существуют три участка,на которых концентрация рассматриваемых компонентов высокая. Это участки совпадают ориентировочно с местами распространения депрессионной воронки подземных вод.

Второй вид районирования выполняется на основе определяемого коэффициента загрязнения, в результате чего рассматриваемый район можно разделить на три зоны по интенсивности загрязнения подземных вод:

I). Сильно загрязненная зона, в которой коэффициент превышает 100; 2). Средйе загрязненная зона, в которой коэффициент находится в пределах от 30 до 100; 3). Слабо загрязненная зона, в которой коэффициент ниже 30.

Гидрогеологическое районирование загрязнения подземных вод в связи с охраной природной среды показывает, что положение сильно загрязненной зоны, находящейся в юго-западной части Цзининско-го района, совпадает с расположейием промышленных объектов и с местами нахождения депрессионной воронки подземных вод. Это доказывает, что главными источниками загрязнения подземных вод в рассматриваемом районе являются промышленные отходы. Поэтому загрязнение подземных вод отражает ухудшение экологической обстановки.

В четвертой главе проанализированы методы прогноза загрязнения подземных вод. На основе полевых экспериментов и наблюдений путем применения численного моделирования сделан прогноз изменения уровня подземных вод и их качества в Цэишшском районе.

Переходя к численному моделированию прогноза массопереноса, начнем с анализа наиболее распространенных сеточных моделей, реализуемых в рамках "этодов конечных разностей и методов конечных элементов. Преимущества метода конечных элементов над методом конечных разностей при решении фильтрационных задач подземных вод обычно незначительны, а при решении задач миграции загрязняющих веществ - ощутимы.

Как отмечалось выше, в Цзининском районе загрязняющие вещества разнообразны,''изменения их концентраций в подземных водах . имеют непосредственные связи "с изменением уровня -подземных вод. ■ В результате.этого для решения задач загрязнения подземных вод необходимо прогнозировать изменения уровня'подземных вод.

Применение метода конечных элементов дал решения задачи прогноза изменений уровня подземных вод и концентрации загрязняющих веществ имеет тесные связи с некоторыми гидрогеологическими параметрами, такими как водопроводимосгь пласта, коэффициент упруго-емкости пласта и коэффициент дисперсии, которые непосредственно влияют на точность прогноза.

Определение коэффициента дисперсии относится к одной из наиболее сложных задач в гидрогеологии. В Цзииинском районе водоио-сцие горизонты представляют собой четвертичные пористые отложения, з которых молекулярной диффузией пренебрегают. При этом движение индикатора в водоносных горизонтах будет соответствовать закону механической дисперсии и гидродинамике (коэффициент дисперсии определен индикаторным методом при использовании изотопов 3 ).

В данной работе на основе моделирования выполнен прогноз изменения уровня подземных вод, при этом реализовано дифференциальное уравнение вида (4) при граничных условиях (5)

где V/ - поперечный водообмен; ,Р • - первая и вторая граница.

Проверка результатов моделирования проведена путем сравнения расчетных уровней с наблюденными уровнями подземных вод. В данном районе выделены два контрольных периода, т.е. IX.1986 - 1У.1981, 1У.1981 - IX.1987. Сопоставление результатов расчетных и наблюдаемых уровней подземных вод показывает, что выполненное моделиро-

(4)

"г, -У »

гг

(5)

вание отвечает требуемой точности, его можно применять для прогно за изменения уровня подземных вод.

Такие показатели качества подземных вод, как минерализация, общая жесткость, концентрация хлоридов в значительной степени отражают интенсивность загрязнения подземных вод. Поэтому эти показатели выбраны нами в качестве основных доя прогноза качества подземных вод. При моделировании подземные воды рассматривались как однородная жидкость,изменения ее плотности, вязкости и температуры в процессе загрязнения не учитывались.

В результате выполненного моделирования установлено развитие площадей загрязнения подземных вод (см. табл.1) по основным рассматриваемым показателям качества.

Таблица I

Прогноз развития площадей загрязнения в км®

Год оощая жесткость выше 30 мг.экв/л минерализация выше I г/л Концентрация хлоридов выше 0.2 г/л

1987 6,04 9,71 9,51

1995 14,35 15,42 16,42

2000 15,52 10,51 17,60

Следует отметить, что с 1987 по 1995 гг. загрязнение подземных вод развивается заметно быстрее по сравнению с периодом 1995-2000 гг. Как было сказано выше, в настоящее время в рассматриваемом районе существуют три депрессиошше воронки подземных вод. Эти три воронки с течением времени развиваются и в условиях интенсивного водоотбора превращаются в одну воронку. В результате гидрогеодикамяческие условия существенно изменяются. В то же время под влиянием гидрогеодинамических условий конвективная диспер-

сия загрязненных Ееществ развивается к центру быстрее чем по другим направлениям.

3 пятой главе определены оптимальные водоогооры с учетом снижения уровня подземных вод и изменения их качества, разработаны рекомендации по охране и рациональному использованию подземных вед в Цзининском районе.

Главным стратегическим направлением охраны и защиты подземных зод для перспективного развития всех отраслей является разработка и внедрение в практику новых технологий безотходного производства. При этих условиях рекомендуется в период восьмой и девятой пята-теток принимать необходшлыв мероприятия, построить очистные сооружения при следующих главных зздодах: антибиотехнический завод, тепловая злектростанция, завод удобрений, первый химический завод и фабрика по производству краски (50$ промышленных стоков поступает с этих заводов). Таким.образом, ликвидация этих промышленных стоков является первоочередной мерой в деле защиты подземных вод.

Необходима рекультивация земель на тех участках Цзининского района, где сооружены хранилища отходов, так как загрязнённые ■ грунты даже при ликвидации накопителей и отстойников могут в течение длительного времени оставаться дополнительным источником загрязнения подземных вод. Мероприятия по защите подземных вод тесно связаны с общим комплексом мер по. защите и охране окружающей среды, в связи с чем в рассматриваемом района должны быть осуществлены следующие мероприятия:

I) Запрещено дальнейшее строительство хранилищ промышленных сточных вод в центральной зоне района. 2) Ликвидированы существующие накопители (новые накопители должны создаваться как нефиль-труюияе и экранированные). 3) Полностью прекращен сброс сточных

вод в поверхностную водную систему, то есть реку, канал, пруд. 4) Резко сокращено загрязнение атмосферы, путем применения новых технологий в производстве. 5) Запрещено строительство новых грязе-емких промышленных и сельскохозяйственных объектов (например, животноводческих ферм) и ограничены любые виды строительства и освоения территории, ведущие к ее загрязнению.

Рациональное использование подземных вод в Цзининском районе представляет собой важнейшую задачу нашей работы. В связи с этим мы разделяем Цзининский район на пять зон, характеризующихся определенными особенностями и характеристиками. Ниже в таблипа 2 приведет данные,которые показывают потребность в воде и оптимальный водоотбор в условиях контроля понижения уровня подземных вод и изменения их качества в каждой зоне. В результате этого можно разработать более реальные рекомендации по охране подземных вод и их рациональному использованию.

Таблица 2

Данные о потребностях в воде и оптимальных водоотборах

Зоны Потреоность в воде х I07 т/г Оптимальный водоотоор X Ю7 т/г

Первая зона 5,139 0,473

Вторая зона 2,732 0,654

Третья зона 1,890 0,815

Четвертая зона 1,613 1,450

Пятая зона 3,226 6,990

В первой зоне существуют поверхностные вода, их можно использовать для сельскохозяйственного орошения и в про::ышленности для охлаждения. Их годовые ресурсы составляют около 1,13 х I07 м3. В данной зоне можно использовать новые водозаборы, где отбор под-

земных вод составит окаю 2,7 х ГО7 т/г. Вместе с тем основным направлением охраны и рационального использования водных ресурсов в этой зоне (со множеством заводов) является применение ресурсосберегающих технологий и жесткого режима экономии водных ресурсов. Таким образом, з период 1995-2000 годы при условии контроля за отбором подземных вод, годовая скорость снижения уровня подземных вод не превысит 0,3 м, в период 2000-2005 гг., проектная потребность в воде увеличится, по после применения рекомендуемых мероприятий отбор .подземных вод стабилизируется, поэтому к 2005 г. общее понижение уров!1Я подземных вод не превысит 3,0 м, в результате чего прекратится ухудшение гидрогеологических условий.

Во второй зоне не существует поверхностных вод, поэтому необходимо использовать новые водозаборные скважины, годовой водоотбор из которых составит около 0,5 х К7 м3. Как в первой, так и во второй также можно экономить водные ресурсы. Здесь это мероприятие имеет особое значение в связи с тем, что в данной зоне подземные воды сильно загрязнены и других водных ресурсов не существует. Поэтогу необходимо контролировать добычу подземных вод. Если применить рекомендуемые выше мероцриятия, годовая скорость понижения уровня подземных вод составит около 0,3 м. К 2005 году подземные воды будут залегать на глубинах от Г4,5 до 17,5 м. В результате этого возможно прекращение истощения и дальнейшего ухудшения качества подземных вод.

В третьей зоне не существует заводов и фабрик, которые требуют больших ресурсов, фактически новые водозаборные скважины в ближайшее время не могут быть реализованы. В этой зоне можно использовать поверхностные воды,частично для удовлетворения промышленных нужд, частично для сельскохозяйственного орошения. Поэтому

в период 1995-2000 гг. качество подземных вод не будет ухудшаться Среднее годовое понижение уровня подземных вод составит около 0,4 м. К 2000 г. подземные воды будут залегать на глубинах от 8,5 до 12,5 м. В период 2000-2005 гг. можно увеличить использование поверхностных и.очищенных вод. Глубина залегания уровня:под-земных вод будет изменяться от 12,5 до 16,5 м. В результате этого можно контролировать истощение и дальнейшее ухудшение подземных вод.

В четвертой зоне можно в ближайшее время использовать новые водозаборные скважины, однако имеющиеся водные ресурсы не могут удовлетворить общие потребности в воде, а поверхностные годы в этой зоне отсутствуют. Следует подчеркнуть, что в этой зоне очень развито сельскохозяйственное производство, что требует значительных водных ресурсов. Если для этих целей использовать сточные во-

п

ды, то можно сэкономить водные ресурсы в количестве 2,08 х 10 м3/г. Подземные воды в этой зоне залегают относительно неглубоко.-К 2000 г. уровень подземных вод будет находиться около 16 м, В период 2000-2005 гг. необходимо поддерживать среднегодовую скорость понижения уро_ая подземных вод в пределах 0,923 м. Только • при этих условиях мокко удовлетворить водные потребности пред-сркягЕй не ухудшая гидрогеологических условий,

В пятой зоне использование подземных вод имеет большие перспективы. Как в четвертой, так и в пятой зонах не существует поверхностных водных ресурсов, потребности промышленных объектов в воде здесь ограничены. В связи с этим возможно в ближайшее время использовать новые водозаборные скважина, они могут смягчить острую потребность в воде для второй зоны. В то же время потребности сельскохозяйственных производств могут быть удовлет-

ворены, осла использовать очистные воды для орошения. Таким сбра-

7

зом в этой зоне можно сэкономить водные ресурсы около 1,5 х 10 м3/г. Гидрогеологические условия этой зоны позволяют дальнейшее использование подземных вод. К 2000 году глубина залегания подземных вод составит около 15 м.

К 2005 г. глубина залегания подземных вод составит около 20 м и на произойдет истощения подземных вод.

Такт; образом, в Цзининском районе проектные потребности в воде составляют около 14,5 х Ю7 м3/г, а при условии контроля понижения уровня подземных вод п изменения их качества, оптимальный отбор подземных вод составит около 9,92 х Ю7 м3/г. Но если использовать в ближайшее время поверхностные и очищенные воды для удовлетворения сельскохозяйственных и промышленных производств, возможна зконогиия водных ресурсов, в результате чего можно избежать истощения водных ресурсов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проблема охраны подземных вод от загрязнения и их р тональное использование в условиях интенсивного техногенного воздействия- является одной из сложных проблем как в области теоретических исследований, так и в решении присланных задач. В результате выполненных исследований автором установлены следующие положения:

I. Геологическая среда представляет собой часть экологической системы, поэтому геологические и гидрогеологические исследования в связи с охраной окружающей среды имеют большую практическую значимость. Загрязнение подземных вод в Цзининском районе является следствием ухудшения экологической обстановки Шеньминской области. Результаты выполненных исследований могут служить базой для решения проблем охраны подземных вод от загрязнения и их рационального использования.

2. Изучение источников загрязнения подземных вод и исследования путей поступления загрязнящих веществ в водоносные горизонты в Цзанинском районе занимают особое место в решении проблемы охраны подземных вод от загрязнения. Рззультаты такого изучения позволяют объяснить закономерности процессов загрязнения подземных вод в рассматриваемом районе. В данном районе наличие связи между поверхностными и подземными водами способствует появлению загрязняицих элементов в подземных водах и их распространению.

3. Гидрогеологическое районирование в сеязи с загрязнением подземных вод в Цзининском районе показывает, что загрязнение подземных вод в данном районе имеет непосредственные связи с'интенсивники водоотборами; распространение силькозагрязненных'зон совпадает с расположением загрязненных объектов, т.е. промышленных объектов. Необходимо отметить, что появление токсичных, элементов

в подземных водах представляет" собой опасность для. использования подземных вод для питьевых целей. -

4. Применение численного моделирования представляет собой попытку количественно, оценивать и прогнозировать изменение уровня подземных вод и ¿.ониентрацзш загрязняющих веществ в подземных водах во времени. Эти результаты показывают, что к центру депрес-сиокной воронки концентрация загрязняющих веществ увеличивается. Это доказывает, что контроль понижения уровня подземных вод в Цзининском районе играет большую роль в борьбе с загрязнением подземных воз и их истощением.

5. Исследование условий загрязнения подземных вод и прогноз его дальнейшего развития показывает, что загрязнение подземных вод в рассматриваемом, районе.обусловлено- следующими.факторами:.

'-проЦ;Цзнй?,;сйч!дае ;воды • явдттсй-Ъладньши. ичтр'чникаьа

загрязнения, интенсивные водоотборы способствуют распространению этих загрязнений. В связи с этим рекомендуется:

- разработать и внедрить малоотходные технологии в промыпиен-ных производствах, одновременно контролировать сбросы сточных вод в поверхностные воды и другие природные компоненты, которые влияют на загрязнение подземных вод.

- в условиях контроля понижения уровня подземных вод и ¡изменения их качества необходимо регулировать добычу подземных вод в Цзининском районе. То есть, в северной и восточной-зонах района реализовать новые водозаборные скважины, а в западной и южной зонах необходимо сократить использование подземных вод;

- необходимо использование очищенных сточных вод в сельскохозяйственных производствах, потому что в Цзининском районе сельскохозяйственные ирригации требуют больших водных ресурсов при дефиците подземных вод;

- необходимо принимать' совместные мероприятия, в том числе подключение правовых регулирований, т.е. строго соблюдет* государственные стандарты сбросов и размещения твердых и жидких отходов. В случае нарушения этих правил, следует практиковать экономические и правовые наказания.