Подземные воды Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов

Селезнев, Константин Александрович

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Подземные воды Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Подземные воды Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов"

На правах рукописи

Селезнев Константин Александрович

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ОРЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ И ПРОГНОЗ ИХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ В РАЙОНЕ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ

Специальность 25.00.27 - Гидрология суши, водные ресурсы,

гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата географических наук

2 б А.ПР Ш

Воронеж - 2012

005019320

Диссертационная работа выполнена на кафедре защиты растений и экотоксикологии ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет»

Научный Лысенко Николай Николаевич - доктор сельскохо-руководитель: зяйственных наук, ФГБОУ ВПО «Орловский государственный аграрный университет», профессор

Официальные Бочаров Виктор Львович - доктор геолого-оппоненты: минералогических наук, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет», профессор

Корнилов Андрей Геннадьевич - доктор географических наук, ФГАОУ ВПО «Белгородский государственный национальный исследовательский университет, профессор

Ведущая ФГБОУ ВПО «Орловский государственный организация: университет»

Защита состоится 15 мая 2012 г. в 13:30 на заседании диссертационного совета ДМ 212.036.02 при Воронежском государственном педагогическом университете, по адресу: 394043 г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ауд. 408.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале библиотеки Воронежского государственного педагогического университета.

Автореферат разослан 14 апреля 2012 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) просим направлять по адресу: 394043 г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86. Естественно-географический факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.036.02. Факс: 8 (4732) 55-27-27, E-mail: shmvkov@vspu.ac.ru

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, ,

доцент я ///l'^'".^ В.И. Шмыков

> - ' (У

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Ресурсы подземных вод являются, как известно, основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения, Орловская область имеет значительные запасы этих вод. По данным Комитета природных ресурсов Орловской области, величина разведанных запасов на 01.01.2009 г. составляет 2590,7 тыс. м3/сут. Доля подземных вод в балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения -100%. Степень разведанностн прогнозных ресурсов подземных вод по состоянию на 01.01.2011 г. составляет 29,8%.

В регионах в условиях интенсивной хозяйственной деятельности, может происходить загрязнение подземных вод и соответственно ухудшение их качества.

На качество подземных вод Орловской области в значительной степени влияют животноводческие комплексы, природным загрязнителем является также стронций, поступающий в подземные воды в ходе миграции из обогащенных стронцием водовмещающих пород.

Поэтому изучение условий формирования подземных вод и оценка геологической защищённости верхних водоносных горизонтов от загрязнения, а также выбор математического аппарата и разработка программного обеспечения расчётов движения загрязнённых вод в районе животноводческих комплексов являются весьма актуальными для регионов с интенсивной хозяйственной деятельностью человека и недостаточной защищенностью верхних водоносных горизонтов от загрязнения, каковым является Орловская область.

Делю работы является изучение подземных вод Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов. В соответствии с этим поставлены следующие задачи:

- изучить условия формирования подземных вод и геологическую защищённость верхних водоносных горизонтов на территории Орловской области;

- осуществить мониторинг методом отбора проб подземной воды в водозаборных сооружениях животноводческих комплексов, являющихся потенциальными источниками загрязнения;

- провести химический анализ проб по основным показателям, при обнаружении загрязняющих веществ установить основные гидро-геодинамические показатели водоносных горизонтов;

-изучить гидрогеологические условия и составить гидрогеологические карты и разрезы водозаборов предприятий, в которых содержатся некондиционные подземные воды;

- установить генезис загрязнителей, форму миграции и пути их поступления в водозаборы животноводческих комплексов;

- разработать программно-аналитический комплекс, на основании которого рассчитать основные гидрогеодинамические параметры, необходимые для прогноза массопереноса загрязняющих веществ;

- произвести прогноз движения загрязняющих компонентов и отобразить полученные результаты графически.

Объект исследований: подземные воды Орловской области.

Предмет исследования: источники, характер, масштабы и динамика загрязнения водозаборов подземных вод в районе животноводческих комплексов.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды В.М. Гольдберга, В.М. Шестакова, И.Е. Жернова, JI. Лункера, В.А. Мироненко, A.A. Рошаля, J1.C. Язвина и других российских ученых посвященные моделированию и прогнозам загрязнения подземных вод. Работы С.Р. Крайнова, характеризующие качество подземных вод и рассматривающие геохимические модели прогноза. Труды Б.В. Боревского, Н.И. Дробнохода, H.H. Бинденмана посвященные определению основных гидродинамических параметров водоносных горизонтов. Работы A.A. Дубянского посвященные гидрогеологической и геологической характеристике Орловской и Курской областей.

Материалы и методы исследования. В основу диссертационной работы положены авторские результаты, а также анализ банка данных службы ГМСН Орловской области, ОАО «Геоцентр-Москва» -филиалы «Геоцентр-Брянск», ТЦ «Орелгеомониторинг». Использованы материалы филиала по Орловской области ФГУ "ТФГИ по ЦФО". Исследования проводились с использованием методов: мониторинга, картографического, полевых исследований, анализа и синтеза, матема-тико-картографического моделирования, ГИС-технологий.

Достоверпость результатов работы подтверждается использованием значительного объема исходных данных, которые получены в результате проведения мониторинга как собственно автором, так и при участии в работе службы ГМСН Орловской области ОАО, «Геоцентр-Москва» - филиал «Геоцентр-Брянск», ТЦ «Орелгеомониторинг». Также достоверность обеспечивается применением юстированных и нормируемых методов исследования и математической обработкой информации.

стронция в водоносном задонско-оптуховском комплексе. Разработанная модель позволяет отслеживать продвижение фронта стронция на любой период времени, входящий в предел 27 лет, и прогнозировать его появление в местах возможного бурения скважин для водоснабжения. Проведенный анализ позволяет более точно рассчитать глубину бурения с целью использования кондиционный воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения на территории распространения природной аномалии.

Изученные гидрогеологическая обстановка, конструкция скважин, а также причина попадания нитратов в рабочий водозабор ОАО «Орловская птицефабрика» делает возможным водопотребление на данном предприятии, исключающее некондиционные подземные воды.

Разработаны программные продукты, которые позволяют во всех организациях, которые занимаются гидрогеологическими исследованиями, проводить расчеты для геофильтрацонного моделирования, гидрогеологических расчетов коэффициента фильтрации, скорости фильтрации, как в латеральном, так и вертикальном направлениях.

Защищаемые положения:

1. Результаты изучения условий формирования и загрязнения подземных вод Орловской области.

2. Результаты оценки качества подземных вод и прогноз движения стронциевого загрязнения в районе водозаборов животноводческих комплексов на территории Орловской области.

3. Программное обеспечение «ГШегсотр1ех V 1.0», позволяющее оптимизировать вычислительный процесс моделирования загрязнения подземных вод.

4. Рекомендации по улучшению качества подземных вод в районе животноводческих комплексов Орловской области.

Апробация работы. Материалы диссертации представлены и доложены на региональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов «Неделя науки» Орел ГАУ (Орел, 2010, 2011); Региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области» (Орел, 2010); Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям» (Орел, 2011); XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2011» (Москва, ВВЦ, 2011); региональных выставках (Орел, 2010, 2011). Работа является победителем областного конкурса «Луч-

шая научно-исследовательская работа молодых ученых - 2011» (Орел, 2011).

Результаты исследований послужили основой для создания программного обеспечения «Filter Complex vl.O - расчет массопереноса в почвенном и водоносных горизонтах в условиях сельскохозяйственного производства в вертикальном и горизонтальном (латеральном) направлениях», представленного на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2011» (Москва, ВВЦ, 2011), где данная работа получила высокие отзывы и золотую медаль «Лауреат ВВЦ».

Личный вклад автора. Автором лично разработана программа и план проведения научных исследований, выполнен отбор и химический анализ проб подземных вод водозаборов на территории животноводческих комплексов. Проведено изучение гидрогеологических условий, составлены гидрогеологические карты и разрезы водозаборов с зафиксированным загрязнением. Создана геофильтрационная модель продвижения фронта стронциевого загрязнения провинции в северозападной части Орловской области с установленным превышением ПДК в 1,2-4,8 раза.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура II объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, предложений производству, общим объёмом 155 страниц текста. Содержит 11 таблиц, 18 рисунков, 23 приложения. Список использованной литературы включает 170 наименований, в том числе 29 источников на иностранных языках.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ

1. Результаты изучения условий формирования и загрязнения подземных вод в Орловской области.

Орловская область расположена на юго-западе Средне-Русской возвышенности. По своей морфологии эта территория является типичной холмистой, глубоко расчленённой равниной.

Среднее многолетнее количество осадков 590-650 мм, а испарение с речных бассейнов приблизительно равно 520-530 мм. Соответственно среднегодовое количество осадков на 12-14% превышает среднюю испаряемость, что создает сравнительно удовлетворительные условия для питания подземных вод путем инфильтрации атмосферных осадков.

По геолого-гидрогеологическим условиям область подразделяется на два объединённых гидрогеологических комплекса или водоносных этажа, часто имеющих общие условия водообмена и формирования подземных вод.

Первый от поверхности водоносный этаж охватывает гидрогеологические подразделения мезозойских и четвертичных образований, в той или иной степени гидравлически взаимосвязанные. Водоносный этаж полностью прорезан современными долинами. Подошва этажа располагается на 20-60 м выше уреза основных рек территории. Лишь на самом западе и юге речные долины врезаются в гидрогеологические подразделения верхнего этажа, что обусловлено общим погружением мезозоя в юго-западном направлении. Верхний водоносный этаж получает питание исключительно с поверхности, за счёт атмосферных осадков. На основной части рассматриваемой территории водосодер-жащие породы первого от поверхности водоносного этажа представлены слабопроницаемыми четвертичными пылеватыми суглинками, алевритами и тонкозернистыми глинистыми песками, что характеризует невысокие фильтрационные параметры.

Нижний, второй от поверхности водоносный этаж, включает в свой состав задонско-оптуховский и воронежско-ливенский водоносные комплексы, разделённые слабоводоносным задонским горизонтом. Водовмещающие породы водоносных гидрогеологических подразделений этажа по преобладанию представлены в различной степени трещиноватости известняками и доломитами. При этом в задонско-оптуховском, составляющей объединённого комплекса, водосодержа-щие известняки и доломиты активно закарстованны, а у воронежско-ливенского комплекса водовмещающие породы в нижней части являются существенно глинистыми.

Второй от поверхности водоносный этаж вскрьгг современной эрозионной сетью и находится под активным дренирующим воздействием местной речной сети, что определяет его слабую защищенность и возможность потенциального загрязнения.

Под защищенностью подземных вод от загрязнения понимается перекрытость водоносного горизонта отложениями, слабопроницаемыми и препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли в подземные воды. Защищенность определяется природными параметрами и характеризуется физическими, химическими и биологическими свойствами пород, которые контактируют с подземными водами и могут быть загрязнены. Стоит отметить, что оценка условий защищенности осуществляется только для ионных форм некондиционных вод. Для более сложных форм (комплексов и

др.) такие оценки нецелесообразны, так как для них необходимо знать процессы сложного химического взаимодействия «некондиционные воды - порода», которое можно определить только при детальных исследованиях. Оценка защищенности по категориям приведена на рисунке 1 (Тимошинов И.А 1997 г).

Рис. 1. Категории условий защищенности подземных вод Орловской области.

Условные обозначения

Г; 1 I до 5 гт~1 IV15-20

ГТП П 5-10 НГН V 20-25

ГзП Ш 10-15 VI > 25

(Цифрой указана сумма баллов данной категории защищенности)

Химический состав подземных вод во многом определяется химическим составом водовмещающей породы, временем контакта с ней, а также составом атмосферных осадков, выпадающих на площади питания фунтовых вод. Так, основные особенности химического состава

подземных вод Орловской области обусловлены присутствием сульфатов, а так же в составе водовмещающих пород - сидерита и железистых кварцитов, из-за которых в процессе выщелачивания повышается уровень содержания железа. Также в последнее время имеет место влияния стронциевой провинции, которая постепенно захватывает все большие площади запасов подземных вод и может давать фон превышающий 7 ПДК , а также и других природных загрязнителей (бром, бор), площади и концентрации которых незначительны..

2. Результаты оценка качества подземных вод и прогноз движения стронциевого загрязнения в этих водах в районе водозаборов животноводческих комплексов на территории Орловской области.

Исследования проводились в 2009 - 2011 гг. в рамках аспирантской подготовки. Работы по мониторингу животноводческих комплексов проводились по согласованию с ОАО «Геоцентр-Москва» - филиал «Геоцентр-Брянск», ТЦ «Орелгеомонигоринг».

Анализируя крупные животноводческие комплексы, можно выделить 12 предприятий с достаточным объемом образоваши отходов и имеющих лицензию на добычу подземных вод, либо получивших гидрогеологические заключения. Такое ограничение необходимо из-за отсутствия информации по геолого-технической конструкции скважин, а также по самому месту нахождения водозаборных скважин по множеству малых предприятий (уровень образования отходов которых не превышает 0,5-0,9 тыс.т./год) и вследствие этого невозможности продолжения исследования в качестве прогноза загрязнения и поиска генезиса загрязнителей.

Список объектов, соответствующих необходимым условиям, представлен в таблице 1.

Для исследования использовался следующий алгоритм мониторинга: региональное опробование всех существующих скважин на водозаборах выбранных предприятий; локальный отбор на водозаборах с установленными элементами превышающими предельно допустимую концентрацию; повторный отбор установленных элементов, превышающих предельно допустимую концентрацию.

Локальные исследования проводились с ежегодной периодичностью. Отбор проводился согласно ГОСТ Р 51593-2000 "Вода питьевая. Отбор проб". Требования, предъявляемые к качеству питьевой воды, а также нормативные показатели (предельно допустимые концентрации) содержатся в СанПиН 2.1.4.1074-01 «Вода питьевая. Ги-

гиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества».

Таблица 1

Крупные животноводческие комплексы Орловской области и объем образования ими отходов в 2009 г.

Наименование животноводческого комплекса Мощность (тыс.голов) Объем отходов (тыс.т./год) Количество скважин

ОАО А/Ф «Ливенское 14,8 25,2 1

ООО «Знаменский СГЦ» (Троснянский р- \ 108 183,6 3

ЗАО «Славянское» 0,5 3,8 1

ООО «Знаменский СГЦ» (Орловский р-н.) 26 44,2 3

ОАО АПК «Орловская Нива» Молочный комплекс СП «Сабурово» 2,2 16,5 1

ОАО АПК «Орловская Нива» ООО «Фабрика по производству мяса 505,8 17,0 1

ЗАО «тицефабрика «Орловская» 137,8 4,6 8

ОНООПХ 0,9 6,8 4

А/Ф «Мценская» ПК 0,5 3,8 1

ООО «Юпитер» 1,2 9 2

ООО «Знаменский СГЦ» (Верховский р-н.) 108 183,6 2

ЗАО «Орелсельпром» 108 183,6 3

Химические анализы также проводились в соответствии с нормативными документами (табл. 2).

Проведенный мониторинг водозаборов сельскохозяйственных предприятий выявил химические компоненты, превышающие ПДК (табл. 3).

Таблица 2

Анализируемые показатели и соответствующий ему нормативный документ.

Определяемый показатель и его количественная характеристика Нормативный документ

Температура в момент взятия пробы, иС ГОСТ 3351 -74

Запах при 20 иС качественно и в баллах ГОСТ 3351 - 74

Цветность (в градусах) ГОСТ 3351 -74

Мутность мг\дм3 ГОСТ 3351 - 74

Железо общее (Ре) мг\дм3 ГОСТ 4011 -72

Нитраты (Ж)3) мЛдм" ПНДФ 14.1:2:4 157-99

Нитриты (N02) мг\дм3 ПНДФ 14.1:2:4 157-99

Аммиак ионы аммония (ЫН+4) мг\дм3 ГОСТ 4192 - 82

Окисляемость перманганатная мг\дм3 ПНДФ 14.2:4 154 - 99

Хлориды (С1) мг\цм* ПНДФ 14.1:2:4 157-99

Сульфаты ($04) мг\дм3 ПНДФ 14.1:2:4 157-99

Сероводород (НгБ) мг\дм3 РД- 52.24 432 -95

Водородный показатель (рН) СанПиН2.1 .н. 1074- 01

Жесткость общая ГОСТ 4151 -72

Таблица 3

Животноводческие предприятия Орловской области, водозаборы которых имеют превышения ПДК.

Название предприятия Загрязни тель Значение мкг\дм3 ПДК мкг\дм3 Превышение, раз.

ЗАО «Орелсельпром» 8г/+ 34000 7000 4,8

Бг" 15000 7000 2,14

8600 7000 1,23

ЗАО «Птицефабрика «Орловская» N03" 51,29 45,0 1Д4

Ш3" 63,79 45,0 1,42

Геобщ. 0,77 0,3 2,57

Ре общ. 3,19 0,3 10,63

ГЄ обш. 0,61 0,3 2,04

На территории Орловской области стронций содержится в подземных водах задонско-оптуховского водоносного комплекса, отделенного от второго по значимости воронежско-ливенского комплекса слабоводоносным задонским горизонтом. Он является основным источником водоснабжения крупных предприятий и селитебных зон.

Основная часть стронциевой провинции находится вне пределов Орловской области. Значения стронция, превышающие ПДК, установлены только в Мценском, Волховском и Знаменском районах.

Для сравнения соседние Тульская и Калужская области имеет большие площади влияния стронциевой провинции и гораздо более высокие концентрации (рис. 2).

До 2009 года (к началу настоящего исследования) из-за недостаточной изученности влияние стронциевой провинции обнаружено не было, и высокие содержания стронция на территории Орловской области не фиксировались.

БРЯНСКАЯ

ИПЕЦ

•ЦКАдрБЛ

Рис. 2. Влияние стронциевой провинции на качество подземных вод в пределах Орловской области (по данным ОАО «Геоцентр-Москва»).

Условные обозначения

Содержание стронция по площади в мг/л -а ; Цйа жм

<2,6

I [ от 2,6 до 6,99

| | от 7 до 14

| | >1"»

__Линии изоконцентраций ПДК стронция - 7мг/л, фоновое значение - 2,6 мг/л

0,2

от 7 до 14 Опорные скважины (цифрой указаны

>14 содержания в мг/л

Основными используемыми водоносными комплексами согласно разрезу являются плавский и задонско-оптуховский (рис. 3).

Рис. 3. Гидрогеологический разрез по линии А-Б в районе водозабора ЗАО «Орелсельпром».

Водоносный плавский карбонатный комплекс (Озр1) распространён повсеместно. Водовмещающими породами служат серые трещиноватые, иногда закарстованные плитчатые доломиты мощностью до 65 м. Воды безнапорные. Питание комплекса осуществляется за счёт атмосферных осадков и перетока из вышележащих водоносных горизонтов, разгрузка - в современную овражно-балочную сеть. Водоносный комплекс изучен слабо, используется для водоснабжения совместно с задонско-оптуховским комплексом.

Водоносный задонско-оптуховский карбонатный комплекс (£>з Ы-ор) также распространён повсеместно. Водовмещающая толща сложена неравномерно трещиноватыми, а верхней части иногда закарсто-ванными светло-серыми известняками мощностью 100-132 м. Трещи-новатость и закарстованность карбонатных пород с глубиной резко уменьшается. В пойменных частях рек и ручьёв водоупорная кровля практически отсутствует. На водоразделах и их склонах этот комплекс

перекрывается глинистыми известняками и мергелями (киселёво-никольского относительного водоупора Взкзп). Водоупорным ложем служат плотные разности глинистых известняков и глин задонского горизонта (032с1) мощностью до 12 метров. Подошва и мощность горизонта устанавливались по скважине № 54200027 (номер согласно ГВК) глубиной 614 метров, с учетом падения 2,14 м на 1 км в сторону скважины 54200027 (расчеты проводились по аналогии с подошвой Лебедянского горизонта). Водоносный комплекс вскрыт и опробован в районе исследования многими эксплуатационными, разведочными и наблюдательными скважинами. Воды комплекса безнапорные. Коэффициент фильтрации изменяется от 1 до 15 м/сутки.

При изучении движения стронциевого фронта можно исходить из двух подходов. Первый, более простой, предусматривает механизм «поршневого вытеснения» и предполагает простое движение без образования «языков». Другой учитывает дисперсию между двумя жидкостями (менаду той, что содержит стронций и без него). Она обусловлена микронеоднородностью порового пространства. Такой процесс по В.М. Шестакову (1982 г.) называется фильтрационной диффузией.

Изученные гидрогеологические характеристики позволяют провести расчеты по принципу «поршневого вытеснения», с использованием основного закона фильтрации (Дарси), коэффициент фильтрации рассчитывался для безнапорного пласта в условиях установившейся фильтрации с учетом несовершенства скважины.

Продвижение фронта стронциевой провинции через 10000 суток (27 лет) составит 1058 метров. Результаты расчета для геофильтрационной модели с шагом 500 на 500 метров представлены на рисунке 4.

Оценка влияния диффузии на движение границы раздела стронциевых вод и вод в кондиционном состояшш проводилась согласно условиям плоско-паралельного прямолинейного движения по В.М. Шестакову. Результаты расчетов при максимуме и минимуме коэффициента молекулярной диффузии в пористой среде приведены в таблице 5.

В итоге при разных параметрах Б0 размах дисперсии будет составлять от 0,5 до 3,8 %. Следовательно, ошибка в оценке расстояния перемещения стронциевой границы будет незначительной.

Проведенный мониторинг состояния подземных вод, так же выявил загрязнение водозабора ЗАО «Птицефабрика Орловская» по показателям, представленным в таблице 3.

Нитрат (N03") и общее железо в количествах, превышающих ПДК, по данным ОАО «Геоцентр-Москва» - филиал «Геоцентр-

Брянск», ТЦ «Орелгеомониторинг» фиксируются с 2003 года. Но из-за перерыва в работе животноводческого комплекса с 2006 года отчетность по химическим пробам подземных вод не поступала. Нитратное загрязнение носит антропогенный характер.

—•• .__ 1Э-П

- ^ „

157 7

| с репге пьлрс < 3

350 \

ч N П"5

Цветом показана изменение ! 1 . ]-1 I |

коэффициента фильтрации: |_| 1 |_| Кф1-5[_| Кф 5-

Рис. 4. Геофильтрационная модель с прогнозируемым продвижением стронциевого фронта через 104 суток.

Таблица 4

Результаты расчетов для А1.

пт, м2/сут. О0, м. Д1, м Погрешность, %

1(Г3 0,001 40,2 3,8

10° 0,002 7,06 0,7

103 0,002 40,42 3,8

10° 0,001 5,7 0,5

Проведенный анализ показал, что основными эксплуатируемыми водоносными комплексами в районе водозабора являются карбонатные задонско-оптуховский (03/с1-ор) и воронежско-ливенский (03\Т-1У).

Водоносный лебедянско-плавский терригенный комплекс (Из1Ь-р1) распространен повсеместно. В толще водовмещающих пород выделяются две пачки. Верхняя пачка сложена отложениями плавской и ошуховской свит, представленных переслаивающимися трещиноватыми, часто закарстованными доломитами с прослоями глин, песков, реже песчаников, доломитовой муки, общей мощностью 11-45 м. Нижняя пачка сложена отложениями лебедянской свиты. Она представлена неравномерно трещиноватыми, часто глинистыми известняками с прослоями мергелей и глин мощностью от 11 до 25 м. Нижний региональный водоупор также отсутствует. Относительным водоупорным ложем для них служат плотные глинистые известняки нижней части лебедянской свиты. Воды горизонта широко используются для водоснабжения промышленных и сельскохозяйственных предприятий, как правило, совместно с елецким водоносным горизонтом.

Водоносный елецкий карбонатный горизонт (В3е1) распространен повсеместно. Водовмещающими породами являются трещиноватые, кавернозные, иногда закарстованные известняки мощностью 1013 м. Регионального верхнего и нижнего водоупоров нет. Относительной водоупорной кровлей служат плотные разности известняков с прослоями глин нижней части Лебедянского горизонта, подошвой -невыдержанные прослои глин в кровле задонского горизонта и плотные разности подошвы елецких известняков. Воды горизонта являются одним из важнейших источников централизованного водоснабжения хозяйственно-питьевого назначения. Ввиду отсутствия регионального водоупора водоносные елецкий и лебедянско-плавский водоносные горизонты в районе исследования составляют единый водоносный за-донско-оптуховский карбонатный фзЫ-ор) комплекс с общей свободной поверхностью залегания подземных вод, причем верхняя часть карбонатной толщи безводна.

Водоносный воронежско-ливенский карбонатный комплекс (Оз \>г-1х>) на участке исследования сложен в верхней части доломигазиро-ванными кавернозными известняками, в нижней - известняками с прослоями глин; кавернозность известняков к подошве горизонта затухает. Глубина залегания кровли водоносного комплекса 104-110 м. Общая мощность водоносного комплекса 68-75 м. Воды этого комплекса в естественных условиях обладают напором порядка 50-60 м.

На основе особенностей гидрогеологической обстановки, рассчитаны зоны захвата пресных подземных вод скважинами исследуемого водозабора, что позволяет судить об источнике загрязнения. Для расчета использована гадрогеодинамическая характеристика подземных вод ЗАО «Птицефабрика Орловская» приведенная в таблице 5.

Рассматривая гидрогеологический разрез (рис. 5), а также общую схему предприятия (рис. 6), на котором отображены очистные сооружения и направление сбросов сточных вод, можно установить участок с недостаточной защищенностью подземных вод, который находится ниже по направлению сброса.

Исходя из гидрогеологической обстановки и предположения о пути попадания нитратов в водозабор, можно произвести расчеты с целью нахождения истинного пути загрязнения. Гидрогеологический разрез показывает, что перекрывающий слой участка местности с наименьшей защищенностью в зоне захвата скважины с зафиксированным загрязнением ИОз" сложен суглинками мощностью 8 м„ а мощность водоносного горизонта составляет в среднем 37 м.

Таблица 5

Гидрогеодинамическая характеристика скважин в районе водозабора ЗАО «Птицефабрика Орловская».

№ скважины согласно ГВК Дебет м3/ сут. Расчетное время работы, сут. Эксплуатируемый горизонт Мощность водоносного горизонта, м. Пор и- стос ть

54200168(1) 380,16 13870 D3 zd-op 33 0,1

54200172(2) 345,60 12045 D3 vr-lv 56 0,1

54200169(3) 380,16 13870 D3 zd-op 37 0,1

54200173 (4) 190,08 12045 D3 vr-lv 56 од

54200170(5) 216,00 13870 D3 zd-op 35 0,1

54200171 (6) 216,00 13870 D3 zd-op 37 0,1

54200174 (7) 259,20 12045 D3 vr-lv 47 0,1

54200175 (8) 216,00 10950 D3 vr-lv 55 0,1

Расчеты времени фильтрации выполнены по формулам JI. Лун-кера и В.М. Шестакова (1986 г).

Процесс фильтраціга для суглинков рассматривается с полным заполнением пор водой, а под суглинками образуется зона инфильтрации с неполным заполнением пор. Время фильтрации через зону аэрации для однородного пласта определялось по формуле Цункера.

Просачивание в зоне инфильтрации вдет с постоянной скоростью и время просачивания на определенную глубину рассчитывалось по формуле H.H. Биндемана, принимая, что начальная влажность соответствует количеству связанной воды.

Рис. 5. Гидрогеологический разрез по линии А-Б в районе ЗАО «Птицефабрика Орловская».

Рис. 6. План расположения скважин и очистных сооружений ЗАО «Птицефабрика Орловская».

Значение коэффициента фильтрации для гидрогеологического комплекса устанавливаем для безнапорного пласта в условиях установившейся фильтрации с учетом несовершенства скважины. Произведя расчеты для верхнего горизонта, сложенного суглинками, по принятому математическому аппарату, время прохождения через суглинки толщиной 8 м составит 73,9 сут., а через зону инфильтрации мощностью 24 м - 17 сут. В общей сложности до контакта некондиционных вод с эксплуатируемым водоносным горизонтом составит t = 73,9+17 = 91 сутки.

При вертикальной фильтрации флюида, содержащего загрязнитель в виде ионов, необходимо учитывать сорбцию, влияние которой существенно замедляет движение. Нитраты в растворе представлены анионом NO/, который подвержен физической сорбции, особенно в глинах. Хемо-сорбция не рассматривается в силу того, что, как правило, породы заряжены также отрицательно, как и сам анион. Расчеты делались с допущением, что реакция сорбции происходит мгновенно, то есть не берется в расчет кинетика сорбции. Для учета сорбции вместо активной пористости, бралась эффективная, которая зависит от сорбционной емкости породы.

Исходя из этого, общее время контакта с эксплуатируемым водоносным горизонтом с учетом сорбции составит 1267 сут.

Время подтягивания к скважине некондиционных вод с учетом сорбции по пути движения (оценивалось работам В.М. Голъдберга, 1976 г), составит 11864 сут.

Согласно табл. 6 время работы скважины с начала бурения составляет 13870 сут, а расчетное время инфильтрации и время подтягивания с учетом сорбции 11864 сут. Следовательно, зона с самой слабой защищенностью является «окном» попадания нитратов в рабочий водозабор.

Также нельзя исключать «залив» флюида, содержащего нитраты, минуя фильтрацию, во время обильного выпадения осадков и смыва непосредственно в створ скважины. Исследование этого процесса требует дополнительных гидрогеологических изысканий и длительных натурных наблюдений.

3. Программное обеспечение «Filtercomplex v 1.0», позволяющее оптимизировать вычислительный процесс моделирования загрязнения подземных вод.

Практическим аспектом разработки проблематики исследования загрязнения подземных вод явилось создание компьютерной программы для ЭВМ «Filter Complex vl.O - расчет массопереноса в почвенном и водоносных горизонтах в условиях сельскохозяйственного производства в вертикальном и горизонтальном (латеральном) направлениях», которая позволяет существенно оптимизировать расчеты при моделировании движения подземных вод.

В основу программы заложены использованные в настоящей работе математические модели. «Filter Complex vl.O» (свидетельство о госу-

дарственной регистрации программ ЭВМ №2011614248). Структурно она состоит из двух частей:

- «RFilter v 1.0 - расчёт фильтрации загрязнителей почвенного и водоносных горизонтов» (свидетельство о государственной регистрации программ ЭВМ№2011613400);

- «MFilter v 1.0 - расчет массопереноса в почвенном и водоносных горизонтах в условиях сельскохозяйственного производства» (свидетельство о государственной регистрации программ ЭВМ №2011613401).

Применение программного комплекса оптимизировало процесс расчетной части в 2 раза, что сократило время вычислений до 0,25 чел./день, и общее отведенное время на этот вид работы снизилось до 3,60 чел./день (1 категория сложности) и 7,79 чел./день (2 категория сложности). Это позволило более рационально и эффективно распределять рабочее время. Распределение времени дает экономический эффект в виде экономии денежных средств: при расчетах зон санитарной охраны 1 категории сложности на 1373 рубля и 2 категории сложности на 1833 рубля. Затраты времени на проектирование взяты по аналогии с проектом на выполнение работ по объекту «Ведение государственного мониторинга состояния недр на территории ЦФО».

4. Рекомендации по улучшению качества подземных вод в районе животноводческих комплексов Орловской области.

Основываясь на анализе гидрогеохимической обстановки и данных, полученных в результате настоящего исследования, можно рекомендовать производству размещенному в зоне влияния стронциевой провинции, рекоменду ется использовать мощности локально залегающего плавского комплекса (D3pl), предварительно оценив запасы пресных подземных вод, из-за его низкой водообильности и недостаточной изученности. Использовать водоносные горизонты, залегающие ниже задонского-оптуховского комплекса (Djzd-op). Приблизительные высоты простирания кровли которого по Балтийской системе в районе водозабора ОАО «Орелсельпром» 150 м (рис.7). К таким комплексам относится воронежеко-ливенский и саргаевско-семилукский. Их использование как целевых для хозяйственно-питьевого водоснабжения осложняется общим погружением девона на север, в связи с чем абсолютные отметки залегания кровли водоносных комплексов также снижаются.

При выборе места строительства производственных комплексов, необходимо учитывать зону влияния стронциевой провинции. Проводить гидрогеологические работы с применением бурения для более детального определения местоположения и динамики стронциевого загрязнения, не зависимо от того, что расчеты показывают относительно незначительную скорость его продвижения. Уже существующим предприятиям, расположенным в северной части Орловской области, а именно в Волховском, Мценском, Корсаковском, Знаменском, Хотынецком районах, необходи-

мо провести опробование своих водозаборов на стронций, так как в перечень химических компонентов определяемых санитарно- эпидемиологической службой Орловской области этот элемент не входит.

Рис. 7. Гидрогеологический разрез по линии В-Г в районе водозабора ЗАО «Орелсельпром».

Исходя из анализа нитратного загрязнения, для дальнейшего функционирования водозабора ЗАО «Орловская птицефабрика» необходимо провести переоборудование очистных систем и использовать в дальнейшем более современное оборудование для водоподготовки, чтобы исключить влияние подтягивания некондиционных вод в эксплуатируемый водозабор для водоснабжения в хозяйственно-питьевых целях.

Необходимо использовать скважины, ориентированные на эксплуатацию только воронежско-ливенского водоносного комплекса, исключая участки, поражённые нитратным загрязнением. Данные рекомендации можно применить на любом предприятии Орловской области, имеющим нитратное загрязнение антропогенного характера, так как для большинства из них целевым источником водоснабжения является задонско-оптуховский карбонатный комплекс с недостаточной защищенностью. Однако существует большая вероятность каптировать воды с повышенным содержанием железа, обусловленным факторами химического формирования подземных вод.

В заключении приводятся основные выводы по результатам проведенных исследований:

1. Защищенность второго от поверхности водоносного этажа Орловской области, активно используемого для водоснабжения, недостаточна.

2. Зафиксированное превышение стронция до 4,8 ПДК (согласно СанПиН 2.1.4.1074-01) в водозаборе ОАО «Орелсельпром» имеет природный характер и связано с влиянием региональной стронциевой провинции, масштабы который в пределах Орловской области ранее недооценивались. Некондиционные воды с превышением по стронцию содержатся в задонско-ошуховском водоносном комплексе, залегающим повсеместно в районе водозабора ОАО «Орелсельпром», на глубине ниже 150 м.

3. Принятая математическая модель, анализ составленных гидрогеологических карт, геофильтрационной модели и разрезов позволяют прогнозировать продвижение стронциевого фронта на 1058 м за 27 лет (104 сут).

4. При расчете долгосрочного прогноза в условиях водозабора ОАО «Орелсельпром» (условия плоско-параллельного прямолинейного движения), эффект диффузии оказывает минимальное влияние, и отклонение составляет от 0,5 до 3,8% от общего пути продвижения.

5. Обнаруженное нитратное загрязнение в водозаборе ЗАО «Птицефабрика «Орловская» до 1,42 ПДК (согласно СанПиН 2.1.4.1074-01) носиг антропогенный характер и является причиной несовершенства применяемых на предприятии природоохранных мер (несоблюдение зон санитарной охраны). Попадание нитратов в эксплуатируемый водозабор происходит по причине существования зоны, на пути сброса отходов на рельеф от очистных сооружений до реки с самой слабой защищенностью перекрывающих слоев (в местах просачивания мощность покровных суглинков составляет не более 8 м).

6. Влияние процесса сорбции имеет решающие значение даже при условии, что сорбируется анион, имеющий одинаковый заряд с сорбирующей породой. Расчеты с учетом сорбции показали, что для просачивания флюида, содержащего нитрат (N03 ), через установленную слабо-защищенную зону и зону инфильтрации потребуется 1267 сут., что в 14 раз больше для времени без учета сорбции (91 сут.).

7. Разработанное программное обеспечение «Filter Complex vl.0» позволяет оптимизировать процесс расчетной части, что сокращает время расчетной части до 0,25 чел./день и общее отведенное время на этот вид работы снижается до 3,60 чел./день (1 категория сложности) и 7,79 чел./день (2 категория сложности), что позволило более рационально и эффективно распределять рабочее время и дает экономический эффект в виде экономии денежных средств, при расчетах зон санитарной охраны.

СПИСОК ОСНОВНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Селезнев, К А. Влияние крупных животноводческих комплексов на состояние подземных вод на примере ЗАО «Птицефабрика Орловская» / К.А. Селезнев, H.H. Лысенко // Веста. ОрелГАУ. - 2011. -№1(28).-С. 65-70.

2. Селезнев, К.А. Гидрологическое строение Орловской области и качество подземных вод / К.А. Селезнев.- Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным техногенным воздействиям. Сб. материалов Международной науч.-практич. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов.-Орел: ОрелГАУ, 2011,- С.296-299.

3. Селезнев, К.А. К вопросу о важности мониторинга и прогнозирования загрязнения окружающей природной среды отходами животноводства / К.А. Селезнев, H.H. Лысенко.-Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области.-Материалы региональной науч.-практич. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов.-Орел: ОрелГАУ, 2010,- С.279-282.

4. Селезнев, К.А. Особенности формирования химического состава подземных вод Орловской области / К.А. Селезнев, H.H. Лысенко, В.Т. Лобков, С.А. Плыгун // Вестн. ОрелГАУ. - 2011. - №2(29). - С. 48-61.

5. Селезнев, К.А. Прогноз продвижения стронциевой провинции в районе водозаборов сельскохозяйственных предприятий Орловской области / К.А. Селезнев, С.А. Плыгун // Вестн. ОрелГАУ. - 2011. -№3(30).-С. 69-72.

6. Селезнев, КА. Результаты мониторинга основных химических элементов в области водозабора подземных вод животноводческих комплексов Орловской области / К.А. Селезнев, H.H. Лысенко.-Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области.-Материалы региональной науч.-практич. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов.- Орел: ОрелГАУ, 2010.-С.282-284.

7. Селезнев, К.А. Стронций в подземных водах Орловской области / К.А. Селезнев,- Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным техногенным воздействиям. Сб. материалов Международной науч.-практич. конф. молодых ученых, аспирантов и студентов.-Орел: ОрелГАУ, 20И.-С.299-301.

8. Селезнев, К.А. Filter Complex vi.0 - расчет массопереноса в почвенном и водоносных горизонтах в вертикальном и латеральном направлениях в условиях интенсивного сельскохозяйственного производства / К.А. Селезнев, H.H. Лысенко, С.А. Плыгун, В.Т. Лобков // Электронный бюллетень «Программы для ЭВМ базы данных, топологии интегральных микросхем». - №3(76). - 2011. - С. 374. (RU ОБПБТ №3(76) 20.09.2011).

9. Селезнев, К.А. MFilter vi.О - расчет массопереноса в почвенном и водоносных горизонтах в условиях сельскохозяйственного производства / К.А. Селезнев, С.А. Плыгун// Электронный бюллетень «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем». -№3(76). -2011. - С. 174. (RU ОБПБТ№3(76) 20.09.201 ]).

10. Селезнев, К.А. RFilter vi .0 - расчёт скорости фильтрации загрязнителей почвенного и водоносных горизонтов в условиях сельскохозяйственного производства / К.А. Селезнев, С.А. Плыгун // Электронный бюллетень «Программы для ЭВМ, базы данных, топологии интегральных микросхем». - №3(76). - 2011. - С. 173-174. (RU ОБПБТ №3(76) 20.09.2011).

11. Селезнев К.А. Подземные воды Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов/ К.А. Селезнев, H.H. Лысенко, С.А. Плыгун // Russian Journal of Agricultural and SocioEconomic Sciences [Электронный ресурс]. - Орел: 2012. - №.2(2). URL http://www.ijoas.com/issue-2012-02/i002_article_2012_04.pdf (дата обращения: 12.01.2012).

Работы №1; №4; №5 опубликованы в ведущих рецензируемых изданиях,

соответствующих перечню ВАК РФ.

Подписано в печать 13.04.2012 г. Формат 60x90/16. Бумага офсетная. Гарнитура Тайме. Усл. печ. л. 1,0. Заказ 66. Тираж 100 экз.

Отпечатано в издательстве Орёл ГАУ, 2012, Орёл, бульвар Победы, 19

Текст научной работыДиссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Селезнев, Константин Александрович, Орел

61 12-11/124

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОРЛОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

Селезнев Константин Александрович

ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ОРЛОВСКОЙ ОБЛАСТИ И ПРОГНОЗ ИХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ В РАЙОНЕ ЖИВОТНОВОДЧЕСКИХ

КОМПЛЕКСОВ

Специальность 25.00.27 - Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук,

профессор Лысенко Н.Н.

Орел-2012

СОДЕРЖАНИЕ

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

1. Теоретические и методологические основы изучения загрязнения подземных вод...............................................................................................................10

1.1. Понятие о подземных водах.................................................................12

1.2. Загрязнение подземных вод, геологическая защищенность верхних водоносных горизонтов и методы прогноза их загрязнения........................15

1.3. Виды моделей, применяемых для прогноза загрязнения подземных вод........................................................................................................................21

1.4. Мониторинг качества подземных вод.................................................26

1.5. Методология изучения загрязнения подземных вод в районе животноводческих комплексов.......................................................................................29

2. Условия формирования подземных вод Орловской области, их загрязнение.......................................................................................................................33

2.1. Природные факторы..............................................................................33

2.2. Гидрогеологические условия и основные водоносные горизонты Орловской области.................................................................................................48

2.3. Факторы формирования химического состава подземных вод........66

2.4. Загрязнение подземных вод Орловской области...............................68

3. Природное загрязнение подземных вод стронцием в северных районах Орловской области.................................................................................................73

3.1. Генезис и виды мигрантов стронция в подземных водах.................75

3.2. Стронций в подземных водах района водозабора ОАО «Орелсельп-ром».....................................................................................................................77

3.3. Геологическое строение района водозабора «Орелсельпром».........78

3.4. Гидрогеологические условия района водозабора «Орелсельпром».83

3.5. Математический аппарат прогнозирования движения стронциевого фронта.................................................................................................................88

3.6. Оценка влияния диффузии на точность прогноза.............................95

4. Нитратное загрязнение подземных вод в районе ЗАО «Птицефабрика Орловская»............................................................................................................101

4.1. Нитратное загрязнение подземных вод в районе водозабора ЗАО «Птицефабрика Орловская»...........................................................................101

4.2. Геологическое строение района водозабора ЗАО «Птицефабрика Орловская»............................................................................................................102

4.3. Гидрогеологическая характеристика района водозабора ЗАО «Птицефабрика Орловская»........................................................................................106

4.4. Пути миграции загрязнения в район водозабора ЗАО «Птицефабрика Орловская».......................................................................................................115

4.5. Влияние сорбции на скорость продвижения некондиционных вод в районе водозабора ЗАО «Птицефабрика Орловская».................................127

4.6. Применение программного обеспечения «Filter Complex vl.O» для ускорения расчётов при моделировании движения подземных вод..............130

Заключение.......................................................................................................134

Предложения производству............................................................................136

Литература........................................................................................................138

Приложения......................................................................................................156

ВВЕДЕНИЕ

01.01.2009 г. составляет 2590,7 тыс. м/сут. Доля подземных вод в балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения - 100%. Степень разведанности прогнозных ресурсов подземных вод по состоянию на 01.01.2011 г. составляет 29,8%.

Целю работы является изучение подземных вод Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов. В соответствии с этим поставлены следующие задачи:

- провести химический анализ проб по основным показателям, при обнаружении загрязняющих веществ установить основные гидрогеодинамиче-ские показатели водоносных горизонтов;

- произвести прогноз движения загрязняющих компонентов и отобразить полученные результаты графически.

Объект исследований: подземные воды Орловской области.

Теоретической и методологической основой исследования являются труды В.М. Гольдберга, В.М. Шестакова, И.Е. Жернова, JI. Лункера, В.А. Мироненко, A.A. Рошаля, Л.С. Язвина и других российских ученых посвященные моделированию и прогнозам загрязнения подземных вод. Работы С.Р. Крайнова, характеризующие качество подземных вод и рассматриваю-

щие геохимические модели прогноза. Труды Б.В. Боревского, Н.И. Дробно-хода, H.H. Бинденмана посвященные определению основных гидродинамических параметров водоносных горизонтов. Работы A.A. Дубянского посвященные гидрогеологической и геологической характеристике Орловской и Курской областей.

Материалы и методы исследования. В основу диссертационной работы положены авторские результаты, а также анализ банка данных службы ГМСН Орловской области, ОАО «Геоцентр-Москва» - филиалы «Геоцентр-Брянск», ТЦ «Орелгеомониторинг». Использованы материалы филиала по Орловской области ФГУ "ТФГИ по ЦФО". Исследования проводились с использованием методов: мониторинга, картографического, полевых исследований, анализа и синтеза, математико-картографического моделирования, ГИС-технологий.

Достоверность результатов работы подтверждается использованием значительного объема исходных данных, которые получены в результате проведения мониторинга как собственно автором, так и при участии в работе службы ГМСН Орловской области ОАО, «Геоцентр-Москва» - филиал «Геоцентр-Брянск», ТЦ «Орелгеомониторинг». Также достоверность обеспечивается применением тестированных и нормируемых методов исследования и математической обработкой информации.

Научная новизна и практическая значимость. Впервые для подземных вод Орловской области установлен ранее неизвестный загрязнитель природного характера, обусловленный продвижением стронция в водоносном задонско-оптуховском комплексе. Разработанная модель позволяет отслеживать продвижение фронта стронция на любой период времени, входящий в предел 27 лет, и прогнозировать его появление в местах возможного бурения скважин для водоснабжения. Проведенный анализ позволяет более точно рассчитать глубину бурения с целью использования кондиционный

воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения на территории распространения природной аномалии.

Защищаемые положения:

1. Результаты изучения условий формирования и загрязнения подземных вод Орловской области.

3. Программное обеспечение «РШегсотр1ех V 1.0», позволяющее оптимизировать вычислительный процесс моделирования загрязнения подземных вод.

4. Рекомендации по улучшению качества подземных вод в районе животноводческих комплексов Орловской области.

молодых ученых, аспирантов и студентов «Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям» (Орел, 2011); XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2011» (Москва, ВВЦ, 2011); региональных выставках (Орел, 2010, 2011). Работа является победителем областного конкурса «Лучшая научно-исследовательская работа молодых ученых - 2011» (Орел, 2011).

Реализация работы. Полученные материалы исследований используются предприятием ОАО «Геоцентр-Москва» филиал «Геоцентр-Брянск» ТЦ «Орелгеомониторинг» (Приложение 1).

Личный вклад автора. Автором лично разработана программа и план проведения научных исследований, выполнен отбор и химический анализ проб подземных вод водозаборов на территории животноводческих комплексов. Проведено изучение гидрогеологических условий, составлены гидрогеологические карты и разрезы водозаборов с зафиксированным загрязнением. Создана геофильтрационная модель продвижения фронта стронциевого загрязнения провинции в северо-западной части Орловской области с установленным превышением ПДК в 1,2 - 4,8 раза.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, предложений производству, общим объёмом 155 страниц

текста. Содержит 11 таблиц, 18 рисунков, 23 приложения. Список использованной литературы включает 170 наименований, в том числе 29 источников на иностранных языках.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИЗУЧЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД.

Как известно химическое состояние подземных вод в естественных условиях зависит от основных природных закономерностей формирования подземных вод. Как правило, это происходит в региональном масштабе, и в течение длительного периода. Под воздействием техногенных факторов проявляются интенсивные изменения локального химического состояния подземных вод, что выражается в их загрязнении.

Загрязнение подземных вод - это такие изменения качества воды (физических, химических и биологических свойств), которые делают ее частично или полностью не пригодной для использования [33].

В наибольшей степени подвержены риску загрязнения грунтовые воды и подземные воды первых от поверхности водоносных горизонтов и комплексов, где происходит активный водообмен, к тому же сам процесс загрязнения происходит скрытно и обладает высокой степенью инертности.

Ограниченность запасов подземных вод, не только в регионах с аридным климатом, как по объему доступных ресурсов, так и по качеству выводит вопрос на мировой уровень. В некоторых странах например в Нидерландах остро стоит проблема осушения [49].

Одной из серьезных проблем, связанной с загрязнением подземных вод является попадание пестицидов и нитратов в верхние водоносные горизонты используемые для снабжения населения питьевой водой [151, 154, 158, 160]. Нитраты поступают из разных источников и могут быть обусловлены не только антропогенным воздействием, но и природными процессами.

Проведенный в Великобритании анализ влияния стока фермерских хозяйств показал рост загрязнения подземных вод различными загрязнителями [142, 144, 148, 155]. Выявленными причинами является интенсификация сельского хозяйства в целом, укрупнение животноводческих ферм, а вместе с ним рост поголовья скота, рост количества земель используемых под пашню,

на которой бесконтрольно используются пестициды и удобрения, ведется

О С/

строительство сельскохозяйственных перерабатывающих предприятии с недостаточным развитием очистных сооружений. Исследование проб подземных вод показало наличие И из 34 искомых пестицидов [148]. Анализ данных мониторинга, авторами этих работ, позволяет оценить масштабность проблемы, рассмотреть процессы происходящие в подземных горизонтах и комплексах, которые могут способствовать восстановлению качества воды, составить комплекс карт для геоэкологического анализа и прогноза загрязнения.

Работа Р.Т. Ахметова с соавторами [6] выполненная в НИИ ЮГГЕО по проблемам Центральной части Евразии, выявила многофакторные негативные изменения геологической среды, произошедшие в результате ирригационного земледелия. Следствием таких процессов являются сложившаяся проблема Аральского моря и прилегающих к нему территорий. Наряду с этим возрастает техногенные загрязнения региона, которым способствует слабая защищенность подземных вод региона от проникновения некондиционных вод, например в районах нефтеперерабатывающих комплексов. Региональный характер приобрело загрязнение тяжелыми металлами и радиоактивными изотопами.

Одна из работ В.М. Гольдберга [33] посвящена подтягиванию соленых морских вод в районе Мэриленд, Нью-Йорк, Джерси, которые постепенно замещают материковые. ИМ было установлено, что водозаборные сооружения г. Майами пришли в негодность еще в 1925 году. В районе Большого Майами до 1942г. скорость движения границы соленых вод в глубь материка составляла 70 м в год, а в засушливые годы до 270 м. Эта же проблемы существует и в Голландии, Англии, Италии, Японии, Германии, Канаде [44] в связи, с чем в этих странах заложена большая сеть режимных наблюдений. В этих странах разработаны программы по более рациональному распределению ресурсов подземных вод как основного источника водоснабжения.

С развитием техногеиеза и укрупнением производства, одновременно происходит увеличение водоотбора подземных вод на хозяйственно-питьевые нужды и объемов образования отходов, проявляющегося в новом качественном и количественном загрязнении, которое требует изучения с целью прогноза влияния некондиционных вод на качество эксплуатируемых водоносных горизонтов.

1.1. Понятие о подземных водах

Подз�

Информация о работе

Селезнев, Константин Александрович
кандидата географических наук
Орел, 2012
ВАК 25.00.27

Диссертация

Подземные воды Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы