Процессы накопления и миграции токсичных химикатов в почве

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Анализ литературных данных о процессах накопления и миграции токсичных химикатов в почве

1.1 Физические свойства почв

1.2 Основные типы почв в районе уничтожения химического оружия в п. Леонидовка

Глава 2. Проведение экспериментов по исследованию физических характеристик почв в районе уничтожения химического оружия в п. Леонидовка

2.1 Определение коэффициента фильтрации почвы методом трубок с постоянным водным напором

2.2 Определение полевой влажности почвы

2.3 Определение гигроскопической влажности почвы

2.4 Определение плотности почвы

2.5 Трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почвы

2.6 Пробоотборник почвы и грунта

Глава 3. Проведение экспериментов по исследованию физических характеристик почв в районе уничтожения химического оружия в п. Марадыковский

3.1 Определение коэффициента фильтрации почвы методом трубок с постоянным водным напором

3.2 Определение полевой влажности почвы

3.3 Определение гигроскопической влажности почвы

3.4 Определение плотности почвы

3.5 Предложения защитных мероприятий по предупреждению миграции загрязнителей в поверхностные и подземные воды

Заключение

Список использованных источников

Приложение А. Результаты полевых экспериментальных данных по определению коэффициента фильтрации почв

Приложение Б. Результаты полевых экспериментальных данных по определению полевой и гигроскопической влажности почв

Приложение В. Результаты полевых экспериментальных данных по определению плотности почв

ВВЕДЕНИЕ

Создание объектов по уничтожению химического оружия с нулевым риском, как и других сложных химико-технологических объектов, невозможно и вероятность аварий всегда остается [1-3]. В случае аварии в объекты окружающей природной среды может поступить большое количество токсичных химикатов, что приведет к поражению людей, заражению обширных территорий и потребует значительных затрат на ликвидацию последствий аварий [4].

Исследованиями последних лет показано [5], что для организации и проведения работ в зоне защитных мероприятий, а также для долгосрочного прогнозирования последствий возможных чрезвычайных ситуаций важное значение имеет информация о поведении токсичных химикатов в объектах окружающей среды и, прежде всего в почве, поскольку почва является основной депонирующей средой различных загрязнителей. Наибольшей буферной емкостью и способностью снижать негативное влияние загрязняющих веществ на растительные и животные организмы обладают почвы с высоким содержанием гумуса, с тяжелым гранулометрическим составом, высокой емкостью поглощения, обогащенные известковыми материалами [6]. Это придает почвам естественную устойчивость к воздействию токсикантов. К сожалению, природная сопротивляемость почв, их естественная буферность не беспредельны. Сопротивляемость почв химическому загрязнению также зависит от водного режима, водопроницаемости, преобладания нисходящих или восходящих токов влаги. Эти показатели, наряду с уровнем сорбционной способности почв, отражаются на защитных функциях почвы по отношению к гидросфере и атмосфере и влияют на накопление в почвах поллютантов.

Отсюда следует, что изучение физических и химических характеристик почво-грунтов является актуальной проблемой для описания миграции загрязнителей и их проверки на различных уровнях, включая экспериментальные и теоретические исследования. В связи с этим целю настоящей работы являлось: Изучить специфику миграции загрязнителей в почве с потоками воды и определить некоторые физические характеристики почвенного слоя в п. Леонидовка Пензенской области и в п. Марадыковский Кировской области.

Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

1. Провести анализ литературных данных по типам почв в районе хранения и уничтожения химического оружия в п. Леонидовка Пензенской области и в п. Марадыковский Кировской области.

2. Изучить методики определения: коэффициента фильтрации К_ф почвы методом трубок с постоянным водным напором; гигроскопической влажности почвы; полевой влажности почвы; плотности почвы.

3. Провести полевые и лабораторные эксперименты по исследованию физических характеристик почв в районе уничтожения химического оружия в п. Леонидовка и в п. Марадыковский Кировской области.

4. Разработать трубку для определения водопроницаемости и фильтрации почв позволяющая снизить потребляемое количество воды и пробоотборник почвы и грунта позволяющий отобрать вес пробы почв не нарушая его структуру.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ О ПРОЦЕССАХ НАКОПЛЕНИЯ И МИГРАЦИИ ТОКСИЧНЫХ ХИМИКАТОВ В ПОЧВЕ

1.1 Физические свойства почв

Почва как природное тело обладает рядом специфических свойств. К физическим свойствам можно отнести строение почв, их плотность, пористость (порозность), липкость, набухаемость и усадку, способность удерживать воду, управление движением воды (водопроницаемость, капиллярный подъем) т. пр. В последние годы к физическим свойствам относят также их магнитные и электрические свойства. Все свойства в большой степени зависят от гранулометрического состава почв, который можно считать базовым физическим свойством почв. Элементарные почвенные частицы представляют собой твердую фазу почвы [7, 8].

Для характеристики твердой фазы часто применяют такой физический параметр, как плотность. Плотность почвы - одно из основных, фундаментальных свойств почвы. Без знания этой величины невозможны никакие расчеты, никакая количественная оценка почв.

Влажность в почвоведении определяется как количество воды, приходящееся на единицу веса абсолютно сухой почвы. Оторфованные почвы, торфы, лесные подстилки, степной войлок зачастую имеют значение влажности более 100 %, что указывает на то, что вес абсолютно сухого вещества значительно меньше, чем вес влаги, вмещающейся в нем. Минеральные почвы имеют диапазон изменения влажности от долей до 50 % к весу [8].

Коэффициент фильтрации является фундаментальной гидрологической характеристикой, знание которой необходимо для любых количественных расчетов движения влаги в почве [8]. Поэтому К_ф является стабильной, отражающей основные свойства почв величиной. Поэтому рекомендуется определять именно эту величину, именно величина К_ф и используется во всевозможных гидрологических расчетах. На рисунке 1 представлен график, отражающий процесс впитывания и фильтрации.

Рисунок 1 - Изменение скорости водопроницаемости, отражающее две стадии процесса водопроницаемости - впитывание и фильтрацию

Из рисунка 1 видно, что в любой момент времени можно рассчитать поток влаги в почву как количество воды (Q, см³), прошедшее в почву в единицу времени (t, мин) через единицу площади экспериментального цилиндра (S, ): q_W = Q/St см/мин. Для соответствующих стадий этот поток будет равен коэффициенту впитывания (К_впит) и коэффициенту фильтрации (К_ф), так как градиент гидравлического давления близок к единице. Оба они будут иметь ту же размерность, что и поток влаги q_W, см/сут.

Впитывание воды - это начальная стадия водопроницаемости (инфильтрации) почвы. Поступление влаги в ненасыщенную водой почву под влиянием градиентов сорбционных и капиллярных сил и гидравлического напора. Как правило, рассматривают впитывание воды с поверхности почвы. Характеризуют коэффициентом впитывания К_впит - аналогом коэффициента фильтрации К_ф для начального периода движения воды в ненасыщенной почве, указывая, в какое время от начала эксперимента он определен [8-10].

Водопроницаемость - процесс поступления воды в почву при определенном напоре, который включает стадию впитывания (инфильтрации) - проникновение воды в ненасыщенную влагой почву и последующую стадию фильтрации - движение воды в насыщенной влагой почве [8-10].

Если все поровое пространство заполнено водой, то процесс движения влаги в такой двухфазной (только твердая и жидкая фазы) системе называется фильтрацией. При описании этого процесса считают, что по всем порам вода движется с одинаковой скоростью, формируя фильтрационный фронт в насыщенной водой почве. Такие условия в почве бывают не часто и в основном характерны для движения грунтовых вод, верховодки, при весеннем снеготаянии [10].

Почвы характеризуются коэффициентом фильтрации К_ф. Коэффициент фильтрации - это способность почвы проводить насыщенный поток влаги под действием градиента гидравлического давления. Обычно при градиенте давления, близком к единице [10, 11].

В таблице 1 приведены градации коэффициента фильтрации [12].

Таблица 1 - Классификационные градации коэффициента фильтрации почв (по Ф.Р. Зайдельману, 1985)

Класс коэффициента фильтрации	Наименование	Значение (см/сут)
I	Исключительно низкий (водоупор )	< 1
II	Очень низкий (для почвенных горизонтов - водоупорный)	1-6
III	Низкий	6-15
IV	Средний	15-40
V	Высокий	40-100
VI	Очень высокий	100-250
VII	Исключительно высокий	>250

Из данных, представленных в таблице 1 видно, что при коэффициенте фильтрации К_ф = 6 см/сут и ниже, то этот почвенный горизонт можно рассматривать как водоупорный, практически не проницаемый для воды вне зависимости от его гранулометрического состава и других свойств.

Если коэффициент фильтрации составляет К_ф = 250 см/сут и выше, то почвенный горизонт обладает исключительно высокой фильтрацией.

Песчаные почвы имеют обычно очень высокий коэффициент фильтрации > 500 см/сут. И если в этих почвах К_ф будет составлять по этой классификации высокие значения (40-100 см/сут), то следует говорить о невысоких для песчаных почв коэффициентах фильтрации. В связи с этим в таблице 2 приведены данные для различных по гранулометрическому составу песчаных почвенных объектов [12].

Таблица 2 - Диапазоны средних значений коэффициента фильтрации для различных по гранулометрическому составу почв

Почвенные объекты	Диапазон Кф, см/сут
Песчаные почвы	300-800
Суглинистые	20-100
Глины	1-50

По данным таблицы 2 можно сделать несколько уточняющих дополнений. Во-первых, даже глинистая почва может иметь коэффициент фильтрации более 60 см/сут, так как она может быть хорошо оструктуренной, и эта структура - водоустойчивой. Например, такие величины встречаются в черноземах на глинах, на карбонатных материнских породах, в ферраллитных почвах. Или напротив, песчаные почвы могут иметь очень низкий К_ф, до нескольких десятков или даже единиц см/сут. Это случается тогда, когда песчаные почвы слоисты, имеют прослойки более плотного (ожелезненного) песка или отличающиеся по гранулометрическому составу.

1.2 Основные типы почв в районе уничтожения химического оружия в п. Леонидовка

Почвы зоны защитных мероприятий представлены в основном серыми лесными почвами, отличающимися друг от друга по мощности гумусового горизонта и гранулометрическому составу (см. рисунок 2).

Для данной местности характерны светло-серые лесные супесчаные маломощные почвы, встречаются фибровые прослойки глин и галечника [13]. Поэтому их можно отнести к светло-серым лесным супесчаным щебнистым почвам. Условно можно выделить в данном разрезе шесть горизонтов:

1 - лесная подстилка;

2 - гумусовый горизонт;

3 - гумусово-элювиальный горизонт;

4 - элювиально-иллювиальный горизонт;

5 - иллювиальный горизонт;

6 - материнская порода.

Для смешанной растительности характерны светло-серые лесные маломощные супесчаные почвы. Морфологические признаки почвы сходны с светло-серыми лесными маломощными супесчаными щебнистыми почвами, отличаясь мощностью горизонтов, имея особенности структурного строения почвенных агрегатов, химического состава, наличия частиц твердых горных пород [14, 15].

Отличительной особенностью их является наличие в профиле признаков оподзоленности [15]. Плотности образцов светло-серых лесных почв колеблются в пределах 0,81-1,74 г/см³. Причём максимум в распределении плотности приходится на слои почвы, находящиеся в середине изучаемого пласта почвы - на глубине 20-30 см. Причиной тому служит то, что почвенные слои на данной глубине содержат высокую долю мелких частиц. Есть все основания предположить, что почвенные горизонты именно этих глубин понесут основную нагрузку по локализации фильтрующегося раствора.

Плотность твёрдой фазы почвы увеличивается с глубиной. Наибольшее значение параметра - 1,74 г/см³ - характерно для элювиально-иллювиального горизонта, который является наиболее плотным [16].

Данный факт означает, что верхние слои почвы насыщены органическим веществом, плотность которого невелика (плотность перегноя около 1,2 г/см³). С глубиной содержание органической компоненты почвы уменьшается, а минеральной - растет. Причем удельная масса у обломочных, породообразующих и глинистых минералов в среднем в 1,5-2,0 раза выше плотности почвенного органического вещества. Поэтому вполне объяснимо явление роста плотности твердой фазы почвы с глубиной.

Светло-серые лесные маломощные супесчаные щебнистые почвы обогащены органической составляющей. На это указывают более высокие значения плотности твердой фазы на всех глубинах, разница в значениях параметра колеблется в пределах от 10,3 до 24,4 %. Это вполне допустимо даже вопреки тому, что почвы обоих разрезов относятся к одному типу светло - серые лесные, т.к. содержание гумуса, впрочем, как и любой другой параметр почвы, сугубо индивидуален для конкретного места со своими особенностями почвообразования. Так, в зоне защитных мероприятий в верхнем гумусовом горизонте содержат 3,0 и 2,7 % органического углерода соответственно.

Таким образом, светло-серые лесные маломощные супесчаные щебнистые и светло-серые лесные маломощные супесчаные почвы отличаются очень неблагоприятными свойствами: они кислые, малогумусные и, соответственно, обладают низкой емкостью поглощения. Эти почвы характеризуются наименьшей буферной емкостью [17, 18].

ГЛАВА 2. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВ В РАЙОНЕ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ В П. ЛЕОНИДОВКА

2.1 Определение коэффициента фильтрации почвы методом трубок с постоянным водным напором

Экспедиция в п. Леонидовка Пензенской области проводилась в июне 2008 г.

Для проведения исследований физических характеристик почв были заложены два почвенных разреза (см. рисунок 3):

- разрез № 1 - 53°05.381^? с.ш., 45°08.666^? в.д.;

- разрез № 2 - 53°03.316^? с.ш., 45°11.623^? в.д.

Рисунок 3 - Координаты разрезов отбора проб

Как видно из рисунка 3, на данной территории проводилось уничтожение ХО открытым способом в 1950-60-е годы, поэтому почвы и грунтовые воды загрязнены продуктами разложения отравляющих веществ.

Отобраны пробы почв на каждом из разрезов по всем генетическим горизонтам, для определения их гранулометрического состава, детального агрегатного и микроагрегатного анализа, плотности твердой фазы, пористости, полевой и гигроскопической влажности, капиллярной влагоемкости.

Экспериментальное определение коэффициента фильтрации почв проводили по методике изложенной в работах [19-22].

Коэффициент фильтрации вычисляли по формуле [22]:

, (1)

где К_ф - коэффициент фильтрации почвы, см/сут.;

Q - объем влаги, поступающий из цилиндра в почву в единицу

времени, мл;

r - радиус трубок, r = 2,3 см;

Н - уровень воды (напор) в трубках, Н = 10 см.

Коэффициент фильтрации почвы широко варьирует в пределах одного почвенного горизонта, поэтому его определение требует повторностей. Расположение трубок при определении коэффициента фильтрации показано на рисунке 4.

Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на разрезах 1-2 приведены в таблицах 3-5.

Анализ данных, представленных в таблицах 3-5, показывает, что коэффициент фильтрации К_ф10, в зоне защитных мероприятий на объекте по УХО п. Леонидовка составляет от 75,87 до 263,38 см/сут. Сравнение с данными таблицы 1 по классификационным градациям коэффициента фильтрации почв показывает, что изученные почвы имеют классы коэффициента фильтрации от высокого (V) до очень высокого (VI). Определение коэффициентов фильтрации показало, что почти 50 % сопротивления потокам воды вниз по профилю почвы оказывает верхний слой почвы (25-30 см). Следовательно, в верхнем слое почвы процесс фильтрации играет определенную роль, в отличие от глубинных слоев, где преобладает проскок.

Таблица 3 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на первом разрезе (поляна в лесу)

№ трубки	Объем воды, налитые в мерные сосуды, мл	Объем оставшейся воды в сосудах, мл	Объем впитавшейся воды в почву, мл	Kф18, см/ч	Кф18, см/сут	Kф10, см/ч	Кф10, см/сут
1	800	50	750	6,91	165,84	5,57	133,74
2	800	50	750	6,91	165,84	5,57	133,74
3	800	50	750	6,91	165,84	5,57	133,74
4	500	74	426	3,92	94,08	3,16	75,87
5	800	50	750	6,91	165,84	5,57	133,74
6	600	30	570	5,25	126,00	4,23	101,61
7	500	58	442	4,10	98,40	3,31	79,35
8	600	80	520	4,79	114,96	3,86	92,71
9	600	50	550	5,10	122,40	4,11	98,71
Среднее значение	1,77	135,46	4,55	109,20

Исключение составляют песчаные почвы, где основной процесс - фильтрация, так как в данных почвах затруднено формирование постоянных макропор.

Таблица 4 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на втором разрезе (берег р. Сура)

№ трубки	Объем воды, налитые в мерные сосуды, мл	Объем оставшейся воды в сосудах, мл	Объем впитавшейся воды в почву, мл	Kф28, см/ч	Кф28, см/сут	Kф10, см/ч	Кф10, см/сут
1	1000	472	528	4,86	116,64	3,16	75,74
2	1250	180	1070	9,85	236,40	6,40	153,51
3	1000	122	878	8,08	193,92	5,25	125,92
4	2000	482	1518	13,98	335,52	9,08	217,87
5	2000	491	1509	13,89	333,36	9,02	216,47
6	1020	0	1020	9,39	225,36	6,10	146,34
7	2000	164	1836	16,90	405,60	10,97	263,38
8	1000	383	617	5,68	136,32	3,69	88,52
9	1000	0	1000	9,21	221,04	5,98	143,53
Среднее значение	10,20	244,90	6,63	159,06

Таблица 5 - Средние экспериментальные данные по фильтрации воды почвой на первом и втором разрезах

Номер трубки	Коэффициент фильтрации Кф10, см/сут
	первый разрез А0 (поляна в лесу)	второй разрез А0 (берег р. Сура)
1	2	3
1	133,74	75,74
2	133,74	153,51
3	133,74	125,92
4	75,87	217,87
5	133,74	216,47
6	101,61	146,34
7	79,35	263,38
8	92,71	88,52
9	98,71	143,53
Среднее значение	109,20	159,06
Классификационная градация, (см/сут)	75-133	75-263
Класс коэффициента фильтрации	V	VI

Таким образом, исследуемые почвы в санитарно-защитной зоне объекта по уничтожению химического оружия п. Леонидовка Пензенской области характеризуются быстрыми, «сквозными» потоками по макропорам, трещинам, крупным червоточинам и ходам муравьев. Именно по этим путям переносятся, практически не сорбируясь, различные загрязняющие вещества, попадая в грунтовые воды.

2.2 Определение полевой влажности почвы

Полевую влажность определяют весовым методом [19-22].

Результаты определения полевой влажности исследованных почв приведены в таблицах 6, 7.

Таблица 6 - Исходные и расчетные данные полевой влажности почвы первого разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы, г	Масса влаги, г	W, %	Wсред, %
0-5	1	101,14	88,43	12,71	14,37	17,50
	2	129,14	113,56	15,58	13,72
	3	141,20	121,57	19,63	16,15
	4	117,11	97,24	19,87	20,43
	5	115,72	94,23	21,49	22,81
6-11	1	130,57	114,70	15,87	13,84	14,19
	2	127,81	112,43	15,38	13,68
	3	120,66	105,14	15,52	14,76
	4	123,76	106,58	17,18	16,12
	5	121,78	108,17	13,61	12,58
30-36	1	138,67	106,31	32,36	30,44	30,93
	2	143,47	109,58	33,89	30,93
	3	134,15	102,16	31,99	31,31
	4	137,44	105,82	31,62	29,88
	5	125,39	94,93	30,46	32,07
40-46	1	136,58	102,87	33,62	32,68	30,85
	2	159,25	113,49	45,65	40,22
	3	129,17	99,43	29,74	29,91
	4	147,41	121,92	25,49	20,91
	5	139,48	106,84	32,64	30,55

Анализ данных представленных в таблицах 6, 7 показывает, что средняя полевая влажность составляет от 14,19 до 30,93 %; от 15,35 до 48,72 %; в разрезах 1, 2 соответственно. В первом разрезе с глубиной по профилю влажность почвы увеличивается. Это связано с тем, что в состав почв входят глиняные прослойки, которые являются естественным водоупорным слоем.

Таблица 7 - Исходные и расчетные данные полевой влажности почвы второго разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы, г	Масса влаги, г	W, %	Wсред, %
0-5	1	140,12	119,81	20,31	16,95	16,86
	2	130,64	109,12	21,52	19,72
	3	140,15	120,43	19,72	16,37
	4	147,06	127,61	19,45	15,24
	5	151,79	130,83	20,96	16,02
13-18	1	178,52	158,69	19,83	12,50	15,35
	2	171,43	150,57	20,86	13,85
	3	185,02	158,63	26,39	16,64
	4	195,23	170,32	24,91	14,63
	5	191,20	160,54	30,66	19,10
57-60	1	128,11	88,12	39,99	45,38	48,72
	2	125,72	88,91	36,81	41,40
	3	122,45	93,12	29,33	31,50
	4	109,41	71,07	38,34	53,95
	5	90,94	53,06	37,88	71,39

Во втором разрезе на глубине 57-60 см влажность почвы достигает до 49 %. В указанной глубине генетического горизонта почва состоит из среднего гранулометрического состава и обладает более высокой емкостью поглощения, чем в первом разрезе.

2.3 Определение гигроскопической влажности почвы

Гигроскопическая влажность выражается в процентах от массы сухой почвы. Это значение используется в аналитической практике для вычисления массы сухой почвы или коэффициента перерасчета результатов анализа воздушно-сухой почвы на сухую [22].

Гигроскопическую влажность почвы определяют весовым методом. Допустимое расхождение в массе не должно превышать 0,003 г [19-22]. Результаты определения гигроскопической влажности изученных почв приведены в таблицах 8, 9.

Таблица 8 - Гигроскопическая влажность почвы первого разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы, г	Масса влаги, г	W, %	Wсред, %
0-5	1	5,070	4,952	0,118	2,38	2,60
	2	5,032	4,924	0,108	2,19
	3	5,264	5,127	0,137	2,67
	4	5,356	5,141	0,215	4,18
	5	5,158	5,012	0,146	2,91
6-11	1	5,123	4,951	0,172	3,47	3,08
	2	5,098	4,948	0,150	3,903
	3	5,230	5,064	0,166	3,28
	4	5,058	4,923	0,135	2,74
	5	5,131	4,987	0,144	2,89
30-36	1	5,028	4,821	0,207	4,29	6,19
	2	5,022	4,734	0,288	6,08
	3	5,0562	4,744	0,318	6,70
	4	5,027	4,693	0,334	7,12
	5	5,067	4,746	0,321	6,76
40-46	1	5,091	4,828	0,263	5,45	3,66
	2	5,014	4,864	0,150	3,08
	3	5,044	4,891	0,153	3,13
	4	5,036	4,942	0,094	1,90
	5	5,352	5,109	0,243	4,76

Таблица 9 - Гигроскопическая влажность почвы второго разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы, г	Масса влаги, г	W, %	Wсред, %
1	2	3	4	5	6	7
0-5	1	5,024	4,952	0,072	1,45	2,08
	2	5,282	5,211	0,071	1,36
	3	5,025	4,864	0,161	1,33
	4	5,126	5,025	0,101	2,01
	5	5,054	4,942	0,112	2,27
13-18	1	5,176	5,054	0,122	2,47	3,51
	2	5,233	5,108	0,125	2,45
	3	5,290	5,116	0,174	3,40
	4	5,425	5,247	0,178	3,39
	5	5,062	4,782	0,280	5,86
57-60	1	5,151	5,058	0,093	1,84	1,94
	2	5,237	5,116	0,121	2,37
	3	5,116	5,042	0,074	1,47
	4	5,135	5,014	0,121	2,41
	5	4,994	4,914	0,080	1,63

Анализ данных, приведенных в таблицах 8, 9 показывает, что гигроскопическая влажность почвы первого разреза составляет 2,60-6,19 %, второго - 1,94-3,51 %. На глубине 30-36 cм первого разреза гигроскопическая влажность почвы высокая и составляет 6 %. На этой глубине залегают глинистые почвы, которые характеризуются высоким содержанием влаги.

2.4 Определение плотности почвы

Плотность ненарушенной почвы определяют в полевых условиях, путем взвешивания образца отобранного буром заданного объема. Пробы для определения плотности ненарушенной почвы берут пробоотборником почвы и грунта по пять образцов с каждого генетического горизонта почвенного разреза.

Результаты определения плотности исследованных почв приведены в таблицах 10, 11.

Таблица 10 - Плотность почвы ненарушенного строения первого разреза

Горизонт почвы, см	Масса почвы m, г	Объём почвы V, см3	Плотность почвы d, г/см3	Общая влажность, %	Плотность сухой почвы, г/см3
0-5	101,12	100	1, 01	20,26	0,81
6-11	124,75	100	1,24	17,27	1,03
30-36	135,62	100	1,35	36,95	0,86
40-46	142,14	100	1,42	34,45	0,93
70-76	194,53	100	1, 94	12,59	1,70

Как видно из таблиц 10, 11, что плотности образцов песчаных горизонтов (первый и второй разрез) во многом оказались идентичны и составляют 0,81-1,74 г/см³, несмотря на огромное разнообразие окрасок и оттенков. В первом разрезе разброс плотности ненарушенной почвы высок и составляет 0,81-1,70 г/см³.

Таблица 11 - Плотность почвы ненарушенного строения второго разреза

Горизонт почвы, см	Масса почвы m, г	Объём почвы V, см3	Плотность почвы d, г/см3	Общая влажность, %	Плотность сухой почвы, г/см3
0-5	141,97	100	1,42	18,50	1,16
13-18	184,33	100	1,84	18,28	1,51
57-60	115,32	100	1,15	50,11	0,58
67-72	191,73	100	1,92	9,18	1,74

Это связано сложением генетических горизонтов. Во втором разрезе верхний слой почвы является равновесным и типичная для культурной в свежевспаханной пашни. Второй и четвертый горизонты относятся сильно уплотненным аллювиальным горизонтам и преимущественно подзолистым почвам и солодям (1,51-1,74 г/см³).

Таким образом, полученные результаты представляют интерес при обустройстве санитарно-защитных зон объектов по безопасному хранению и уничтожению химического оружия, а также при проведении защитных мероприятий по предупреждению миграции загрязнителей в поверхностные и подземные воды.

2.5 Трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почвы

На основе полевых натурных экспериментов нами разработана трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почвы [23]. К настоящему времени все известные и существующие приборы имеют недостатки. В связи с этим задачей разработанной трубки является расширение эксплуатационных свойств его, повышение точности измерений, снижение трудоемкости процесса для широкого диапазона почв и грунтов ненарушенного сложения. Устройство простое в изготовлении и эксплуатации и является переносным.

Трубка предназначена для полевого метода определения водопроницаемости и фильтрации с постоянным водным напором почвы и грунта ненарушенного сложения с поверхности и по отдельным генетическим горизонтам или слоям с большим числом повторностей. Устройство для определения водопроницаемости и фильтрации почв состоит из полихлорвиниловой трубки 1 внешним диаметром 5 см, водомерного диска 2, смотрового окна 3 и опорного кольца 4 внешним диаметром 9 см, соединенного корпусом трубки клеевым соединением или специальной сваркой полихлорвиниловой трубки (см. рисунок 5).

1 - корпус; 2 - водомерный диск; 3 - смотровое окно; 4 - опорное кольцо

Рисунок 5 - Трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почвы

2.6 Пробоотборник почвы и грунта

Пробоотборник относится к устройствам для отбора незараженных и зараженных РВ, ОВ, БС и различными загрязнителями почвы и грунта ненарушенной структуры (для определения объема, веса, плотности) с целью проведения различных анализов в научно-исследовательских интересах [24].

К настоящему времени известны разнообразные по типу и предназначению пробоотборные устройства, но все они имеют недостатки. К их числу можно отнести невозможность точно отобрать вес пробы уплотненных горизонтов и торфяных почв не нарушая его структуру, а затем и определить их плотность, пористость (порозность), липкость, набухаемость и усадку, способность удерживать воду (водопроницаемость, капиллярный подъем) и гранулометрический состав, который является базовым физическим свойством.

Технический результат, который может быть получен при использовании устройства, заключается в возможности использования пробоотборника в любом его рабочем положении при отборе проб уплотненных горизонтов, торфяных почв и грунтов ненарушенной структуры.

Предложенный пробоотборник почвы и грунта состоит из высекателя 1, воротка 2, выталкивателя пробы 3 с пуансоном, в конце которого имеется отверстие, цилиндрического стакана 4, соединенного с высекателем, стопорного диска 5, приваренного стакану высекателя с внешней стороны, втулки 6, возвратной пружины 7 и чеки 8 (см. рисунок 6).



1 - высекатель; 2 - рукоятка; 3 - выталкиватель; 4 - стакан; 5 - стопорный диск; 6 - втулка; 7 - пружина; 8 - чека

Рисунок 6 - Пробоотборник почвы и грунта

Преимуществом предложенного пробоотборника почвы и грунта является возможность точно отобрать пробу почвы не нарушая его структуру, соответственно объем и вес из уплотненных горизонтов и торфяных почв.

Пробоотборник прост в изготовлении и эксплуатации и является переносным.

ГЛАВА 3. ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ ПО ИССЛЕДОВАНИЮ ФИЗИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВ В РАЙОНЕ УНИЧТОЖЕНИЯ ХИМИЧЕСКОГО ОРУЖИЯ В П. МАРАДЫКОВСКИЙ

3.1 Определение коэффициента фильтрации почвы методом трубок с постоянным водным напором

Для проведения исследований физических характеристик почв в п. Марадыковский Кировской области были заложены три почвенные разрезы (см. рисунок 5):

Рисунок 7 - Координаты разрезов отбора проб

- разрез № 1 - берег р. Вятка (58°19.720^? с.ш., 48°36.183^? в.д.);

- разрез № 2 - вблизи вахтового городка (58°19.324^? с.ш., 48°37.750^? в.д.);

- разрез № 3 - п. Мирный (берег пруда на р. Погиблица) (58°17.589^? с.ш., 48°31.206^? в.д.).

Отобраны пробы почв на каждом из разрезов по всем генетическим горизонтам, а также пробы болотной почвы вблизи Вахтового городка (58°19.321^? с.ш., 48°37.748^? в.д.), торфа в районе Пищальского торфопредприятия (58°17.396^? с.ш., 48°36.596^? в.д.) и почвы за периметром объекта по УХО (58°19.816^? с.ш., 48°41.010^? в.д.) для определения их гранулометрического состава, детального агрегатного и микроагрегатного анализа, плотности твердой фазы, пористости, полевой и гигроскопической влажности, капиллярной влагоемкости.

Экспериментальное определение коэффициента фильтрации почв проводили по методике изложенной в работах [19-22].

Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на разрезах 1-3 приведены в таблицах 12-18.

Таблица 12 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на первом разрезе (пойма реки)

№ трубки	Всего	Осталось	Ушло	Kф43, см/ч	Кф43, см/сут	Kф10, см/ч	Кф10, см/сут
1	400	186	214	1,97	47,28	0,99	23,76
2	400	208	192	1,77	42,42	0,89	21,32
3	400	208	192	1,77	42,42	0,89	21,32
4	400	264	136	1,25	30,05	0,63	15,10
5	400	296	104	0,96	22,98	0,48	11,55
6	400	-	-	-	-	-	-
7	400	219	181	1,67	39,99	0,84	20,10
8	400	109	291	2,68	64,30	1,35	32,31
9	400	168	232	2,14	51,26	1,07	25,76
Среднее значение	1,77	42,59	0,89	21,40

Таблица 13 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на первом разрезе на глубине 25 см

№ трубки	Всего	Осталось	Ушло	Kф30, см/ч	Кф30, см/сут	Kф10, см/ч	Кф10, см/сут
1	2	3	4	5	6	7	8
1	400	260	140	1,29	30,93	0,81	19,33
2	400	113	287	2,64	63,41	1,65	39,63
3	400	146	254	2,34	56,12	1,46	35,08
4	400	300	100	0,92	22,10	0,58	13,81
5	400	30	370	3,41	81,75	2,13	51,10
6	400	205	195	1,80	43,09	1,12	26,93
7	400	113	287	2,64	63,41	1,65	39,63
8	400	156	244	2,25	53,91	1,40	33,70
9	400	0	400	3,68	88,38	2,30	55,24
Среднее значение	2,33	55,90	1,46	34,94

Таблица 14 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на втором разрезе (лес)

№ трубки	Всего	Осталось	Ушло	Kф30, см/ч	Кф30, см/сут	Kф10, см/ч	Кф10, см/сут
1	1000	463	537	4,94	118,65	3,21	77,05
2	500	134	366	3,37	80,87	2,19	52,51
3	1000	188	812	7,48	179,42	4,85	116,50
4	1000	329	671	6,18	148,26	4,01	96,27
5	500	393	107	0,99	23,64	0,64	15,35
6	1500	411	1089	10,03	240,62	6,51	156,25
7	1500	118	1382	12,72	305,36	8,26	198,29
8	1000	86	914	8,41	201,95	5,46	131,14
9	2000	24	1976	18,19	436,61	11,81	283,51
Среднее значение	8,03	192,82	5,22	125,21

Таблица 15 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на третьем разрезе (луг)

№ трубки	Всего	Осталось	Ушло	Kф28, см/ч	Кф28, см/сут	Kф10, см/ч	Кф10, см/сут
1	500	129	371	3,42	81,97	2,22	53,23
2	500	68	432	3,98	95,45	2,58	61,98
3	500	258	242	2,23	53,47	1,45	34,72
4	500	339	161	1,48	35,57	0,96	23,10
5	500	320	180	1,66	39,77	1,08	25,83
6	500	200	300	2,76	66,29	1,79	43,04
7	500	201	299	2,75	66,07	1,79	42,90
8	500	13	487	4,48	107,61	2,91	69,87
9	500	113	387	3,56	85,51	2,31	55,53
Среднее значение	2,92	70,19	1,90	45,58

Таблица 16 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой на третьем разрезе на глубине 30 см (луг)

№ трубки	Всего	Осталось	Ушло	Kф23, см/ч	Кф23, см/сут	Kф10, см/ч	Кф10, см/сут
1	300	21	279	2,57	61,65	1,85	44,35
2	300	276	24	0,22	5,30	0,16	3,82
3	400	54	346	3,19	76,45	2,29	55,00
4	300	219	81	0,75	17,90	0,54	12,88
5	300	151	149	1,37	32,92	0,99	23,69
6	300	228	72	0,66	15,91	0,48	11,45
7	300	110	190	1,75	41,98	1,26	30,20
8	300	121	179	1,65	39,55	1,19	28,45
9	300	215	85	0,78	18,78	0,56	13,51
Среднее значение	1,44	34,49	1,03	24,82

Таблица 17 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой

№ трубки	Коэффициент фильтрации Кф10, см/сут по разрезам
	Первый разрез (пойма реки) 0-5 см	Первый разрез (пойма реки), глубина - 25 см	Второй разрез (хвойный лес) 0-5 см
1	23,76	19,33	77,05
2	21,32	39,63	52,51
3	21,32	35,08	116,50
4	15,10	13,81	96,27
5	11,55	51,10	15,35
6	-	26,93	156,25
7	20,10	39,63	198,29
8	32,31	33,70	131,14
9	25,76	55,24	283,51
Среднее значение	21,40	34,94	125,21
Значение классификационной градации (см/сут)	15-40	15-40	100-250
Класс коэффициента фильтрации	IV	IV	VI

Анализ данных, представленных в таблицах 3-9, показывает, что коэффициент фильтрации Кф₁₀, составляет от 21,40 до 125,21 см/сут. Сравнение с данными таблицы 1 по классификационным градациям коэффициента фильтрации почв показывает, что изученные почвы имеют классы коэффициента фильтрации от среднего до очень высокого

Таблица 18 - Экспериментальные и расчетные данные по фильтрации воды почвой

№ трубки	Коэффициент фильтрации Кф10, см/сут по разрезам
	Третий разрез (луг) 0-5 см	Третий разрез (луг) глубина - 30 см
1	53,23	44,35
2	61,98	3,82
3	34,72	55,00
4	23,10	12,88
5	25,83	23,69
6	43,04	11,45
7	42,90	30,20
8	69,87	28,45
9	55,53	13,51
Среднее значение	45,58	24,82
Значение классификационной градации (см/сут)	40-100	15-40
Класс коэффициента фильтрации	V	IV

Определение коэффициентов фильтрации показало, что почти 50 % сопротивления потокам воды вниз по профилю почвы оказывает верхний слой почвы (25-30 см). Следовательно, в верхнем слое почвы процесс фильтрации играет определенную роль, в отличие от глубинных слоев, где преобладает проскок.

Исключение составляют песчаные почвы, где основной процесс - фильтрация, так как в данных почвах затруднено формирование постоянных макропор.

Исследуемые почвы в санитарно-защитной зоне объекта по уничтожению химического оружия п. Марадыковский характеризуются быстрыми, «сквозными» потоками по макропорам, трещинам, крупным червоточинам и ходам муравьев. Именно по этим путям переносятся, практически не сорбируясь, различные загрязняющие вещества, попадая в грунтовые воды.

3.2 Определение полевой влажности почвы

Результаты определения полевой влажности изученных почв приведены в таблицах 19-21.

Таблица 19 - Исходные и расчетные данные по определению полевой влажности почвы первого разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы в, г	Масса влаги а, г	W, %	Wсред, %
0-5	1	101,23	88,58	12,65	14,28	17,38
	2	129,07	113,48	15,59	13,74
	3	141,00	121,61	19,39	15,94
	4	117,22	97,38	19,84	20,37
	5	115,76	94,46	21,30	22,55
6-11	1	130,51	114,72	15,79	13,76	14,20
	2	127,77	112,14	15,63	13,94
	3	120,75	105,8	14,95	14,13
	4	123,88	106,54	17,34	16,28
	5	121,98	108,04	13,94	12,90
30-36	1	138,57	106,37	32,20	30,27	30,92
	2	143,56	109,67	33,89	30,90
	3	134,13	102,04	32,09	31,45
	4	137,40	105,73	31,67	29,95
	5	125,37	94,95	30,42	32,04
40-46	1	136,62	102,96	33,66	32,69	30,83
	2	159,09	113,6	45,49	40,04
	3	129,12	99,41	29,71	29,89
	4	147,31	121,93	25,38	20,82
	5	139,48	106,7	32,78	30,72
70-76	1	184,74	164,83	19,91	12,08	12,09
	2	204,84	182,82	22,02	12,04
	3	195,00	172,42	22,58	13,10
	4	200,10	178,05	22,05	12,38
	5	188,70	170,21	18,49	10,86

Анализ данных представленных в таблицах 19-21, показывает, что средняя полевая влажность составляет от 12,09 до 30,92 %; от 6,02 до 7,82 %; от 8,83 до 48,70 % в разрезах 1, 2 и 3 соответственно.

Таблица 20 - Исходные и расчетные данные по определению полевой влажности почвы второго разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы в, г	Масса влаги а, г	W, %	Wсред, %
0-5	1	143,72	133,15	10,57	7,94	7,82
	2	130,80	123,02	7,78	6,32
	3	131,69	121,01	10,68	8,83
	4	167,48	154,55	12,93	8,37
	5	137,23	127,49	9,74	7,64
6-20	1	138,56	130,22	8,34	6,40	6,02
	2	159,90	151,69	8,21	5,41
	3	159,35	150,82	8,53	5,66
	4	158,79	149,76	9,03	6,03
	5	166,47	156,14	10,33	6,62
21-51	1	171,39	160,07	11,32	7,07	7,21
	2	180,12	168,19	11,93	7,09
	3	181,39	169,30	12,09	7,14
	4	181,70	169,21	12,49	7,38
	5	177,74	165,55	12,19	7,36

Таблица 21 - Исходные и расчетные данные по определению полевой влажности почвы третьего разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы в, г	Масса влаги а, г	W, %	Wсред, %
1	2	3	4	5	6	7
0-5	1	140,13	119,79	20,34	16,98	16,86
	2	130,67	109,09	21,58	19,78
	3	140,19	120,50	19,69	16,34
	4	147,10	127,64	19,46	15,25
	5	151,76	130,88	20,88	15,95
13-18	1	178,58	158,75	19,83	12,49	15,34
	2	171,45	150,63	20,82	13,82
	3	185,09	158,65	26,44	16,67
	4	195,29	170,39	24,90	14,61
	5	191,24	160,56	30,68	19,11
57-60	1	128,15	88,17	39,98	45,34	48,70
	2	125,69	88,90	36,79	41,38
	3	122,44	93,13	29,31	31,47
	4	109,40	71,03	38,37	54,02
	5	90,92	53,08	37,84	71,29
67-72	1	186,23	172,77	13,46	7,79	8,83
	2	189,44	174,25	15,19	8,72
	3	-	168,91	-	-
	4	198,34	181,83	16,51	9,08
	5	192,90	175,79	17,11	9,73

В первом разрезе с глубиной по профилю влажность почвы увеличивается. Это связано с тем, что в состав почв входят глиняные прослойки, которые являются естественным водоупорным слоем. Во втором разрезе влажность почвы с глубиной не меняется, так как грунт состоит из однородной подзолистой почвы легкого гранулометрического состава и поэтому обладает низкой емкостью поглощения. В третьем разрезе на глубине 57-60 см влажность почвы достигает до 49 %. В указанной глубине генетического горизонта почва состоит из среднего гранулометрического состава и обладает более высокой емкостью поглощения, чем во втором разрезе.

3.3 Определение гигроскопической влажности почвы

Результаты определения гигроскопической влажности изученных почв приведены в таблицах 22-24.

Таблица 22 - Исходные и расчетные данные по определению гигроскопической влажности почвы первого разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы в, г	Масса влаги а, г	W, %	Wсред, %
1	2	3	4	5	6	7
0-5	1	5,080	4,948	0,132	2,67	2,88
	2	5,041	4,927	0,114	2,31
	3	5,254	5,124	0,130	2,54
	4	5,352	5,149	0,203	3,94
	5	5,150	5,002	0,148	2,96
6-11	1	5,111	4,953	0,158	3,19	3,07
	2	5,092	4,945	0,147	2,97
	3	5,229	5,067	0,162	3,20
	4	5,062	4,920	0,142	2,89
	5	5,136	4,982	0,154	3,09
30-36	1	5,026	4,826	0,200	4,14	6,03
	2	5,026	4,738	0,288	6,08
	3	5,054	4,749	0,305	6,42
	4	5,024	4,699	0,325	6,92
	5	5,060	4,748	0,312	6,57
40-46	1	5,089	4,835	0,254	5,25	3,62
	2	5,015	4,865	0,150	3,08
	3	5,049	4,896	0,153	3,13
	4	5,032	4,939	0,093	1,88
	5	5,349	5,107	0,242	4,74
70-76	1	5,514	5,484	0,030	0,55	0,50
	2	5,295	5,269	0,026	0,49
	3	6,547	6,516	0,031	0,48
	4	5,870	5,840	0,030	0,51
	5	5,155	5,132	0,023	0,45

Таблица 23 - Исходные и расчетные данные по определению гигроскопической влажности почвы второго разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы в, г	Масса влаги а, г	W, %	Wсред, %
1	2	3	4	5	6	7
0-5	1	6,405	6,374	0,031	0,49	0,48
	2	5,006	4,984	0,022	0,44
	3	5,100	5,075	0,025	0,49
	4	5,119	5,095	0,024	0,47
	5	5,025	5,000	0,025	0,50
6-20	1	5,072	5,043	0,029	0,58	0,49
	2	5,026	5,005	0,021	0,42
	3	5,161	5,137	0,024	0,47
	4	5,185	5,157	0,028	0,54
	5	5,528	5,504	0,024	0,44
21-51	1	5,092	5,076	0,016	0,32	0,26
	2	5,276	5,261	0,015	0,29
	3	5,798	5,785	0,013	0,22
	4	5,652	5,637	0,015	0,27
	5	5,591	5,579	0,012	0,22

Таблица 24 - Исходные и расчетные данные по определению гигроскопической влажности почвы третьего разреза

Слой, см	Образец	Масса влажной почвы, г	Масса сухой почвы в, г	Масса влаги а, г	W, %	Wсред, %
0-5	1	5,004	4,913	0,091	1,85	1,64
	2	5,275	5,189	0,086	1,66
	3	5,013	4,926	0,087	1,77
	4	5,108	5,035	0,073	1,45
	5	5,032	4,958	0,074	1,49
13-18	1	5,190	5,087	0,103	2,02	2,94
	2	5,211	5,119	0,092	1,80
	3	5,293	5,123	0,170	3,32
	4	5,410	5,282	0,128	2,42
	5	5,041	4,795	0,246	5,13
57-60	1	5,144	5,066	0,078	1,54	1,41
	2	5,195	5,129	0,066	1,29
	3	5,113	5,066	0,047	0,93
	4	5,127	5,029	0,098	1,95
	5	4,989	4,923	0,066	1,34
67-72	1	5,227	5,212	0,015	0,29	0,35
	2	5,210	5,192	0,018	0,35
	3	5,590	5,570	0,020	0,36
	4	5,059	5,039	0,020	0,40
	5	5,175	5,156	0,019	0,37

Анализ данных, приведенных в таблицах 22-24 показывает, что гигроскопическая влажность почвы первого разреза составляет 0,50-6,03 %, второго - 0,26-0,48 % и третьего - 0,35-1,41 %. На глубине 30-36 cм первого разреза гигроскопическая влажность почвы высокая и составляет 6 %. На этой глубине залегают глинистые почвы, которые характеризуются высоким содержанием влаги.

3.4 Определение плотности почвы

Результаты определения плотности изученных почв приведены в таблицах 25-27.

Как видно из таблиц 25-27, что плотности образцов песчаных горизонтов (второй разрез) во многом оказались идентичны и составляют 1,30-1,65 г/см³, несмотря на огромное разнообразие окрасок и оттенков. В первом разрезе разброс плотности ненарушенной почвы высок и составляет 0,81-1,70 г/см³.

Таблица 25 - Исходные и расчетные данные по определению плотности почвы ненарушенного строения первого разреза

Горизонт почвы, см	Масса почвы m, г	Объём почвы V, см3	Плотность почвы d, г/см3	Общая влажность, %	Плотность сухой почвы, г/см3
0-5	101,23	100	1,01	20,26	0,81
6-11	124,98	100	1,25	17,27	1,03
30-36	135,81	100	1,36	36,95	0,86
40-46	142,32	100	1,42	34,45	0,93
70-76	194,68	100	1,95	12,59	1,70

Таблица 26 - Исходные и расчетные данные по определению плотности почвы ненарушенного строения второго разреза

Горизонт почвы, см	Масса почвы m, г	Объём почвы V, см3	Плотность почвы d, г/см3	Общая влажность, %	Плотность сухой почвы, г/см3
0-5	142,18	100	1,42	8,30	1,30
6-20	156,61	100	1,57	6,51	1,46
21-51	178,47	100	1,78	7,47	1,65

Таблица 27 - Исходные и расчетные данные по определению плотности почвы ненарушенного строения третьего разреза

Горизонт почвы, см	Масса почвы m, г	Объём почвы V, см3	Плотность почвы d, г/см3	Общая влажность, %	Плотность сухой почвы, г/см3
0-5	141,97	100	1,42	18,50	1,16
13-18	184,33	100	1,84	18,28	1,51
57-60	115,32	100	1,15	50,11	0,58
67-72	191,73	100	1,92	9,18	1,74

Это связано сложением генетических горизонтов. В третьем разрезе верхний слой почвы является равновесным и типичная для культурной в свежевспаханной пашни. Второй и четвертый горизонты относятся сильно уплотненным аллювиальным горизонтам и преимущественно подзолистым почвам и солодам (1,51-1,74 г/см³).

Таким образом, полученные результаты представляют интерес при обустройстве санитарно-защитных зон объектов по безопасному хранению и уничтожению химического оружия, а также при проведении защитных мероприятий по предупреждению миграции загрязнителей в поверхностные и подземные воды.

3.5 Предложения защитных мероприятий по предупреждению миграции загрязнителей в поверхностные и подземные воды

Для предупреждения миграции поллютантов и продуктов их деструкции в поверхностные и подземные воды нами предложены проведение следующих защитных мероприятий:

1 Установление водоохранных зон водных объектов и их прибрежных защитных полос, проведение недорогостоящих природоохранных мероприятий и установление на территории водоохранных зон и прибрежных защитных полос специального режима хозяйственной и иной деятельности является одной из первостепенных задач по охране и восстановлению поверхностных водных объектов, улучшению их гидрологического режима и санитарного состояния [25-28].

При обустройстве водоохранных зон водных объектов и их прибрежных защитных полос в районах хранения и уничтожения химического оружия целесообразна глубокая (до 80 см) десятирядная обработка почвы плантажными плугами с внесением большого количества торфа, минеральных удобрений, извести (на кислых почвах) или гипса (на засоленных почвах) под лесопосадки, а также применение биотехнологии очистки почвы на основе фиторемедиации [29-31].

2 Для предупреждения попадания загрязнителей в поверхностные воды на пути движения поверхностного стока необходимо создавать защитные экраны. Такой барьер представляет собой траншею, заполненную предложенными сорбентами. Траншею располагают перпендикулярно направлению потока загрязнителя в местах его наибольшей интенсивности [32].

Целесообразно применять ИГБ также для предотвращения загрязнения подземных вод на наиболее уязвимых местах зоны защитных мероприятий объектов по ХУХО. Для этого необходима глубокая обработка почвы с внесением большого количества сорбентов, исключающая достижение токсикантом зеркала подземных вод [33-36].

Применение композиционного материала, полученного с использованием торфа и соли железа. Гидрофобизация такого материала специально подобранными реагентами повышает эффективность защиты подземных вод, загрязненной фосфор- и мышьякорганическими поллютантами [37-39]. Применение опоки и древесного угля для сорбции токсичных химикатов и продуктов их разложения. Сорбент из опоки получают специальной термической обработкой. Получают высокопористый сорбент, обладающий большой удельной поверхностью (200 м²/г) и повышенной прочностью. Обычный древесный уголь имеет развитую поверхность 160-400 м²/г и является хорошим сорбентом высокотоксичных ксенобиотиков. Уголь готовят из древесных отходов, отбирая куски размером 30-50 мм. При плотности древесного угля 0,26-0,42 г/см³ необходимо его принудительное погружение в воду для эффективной сорбции токсикантов [40].

Таким образом, [41, 42] применение сорбентов, полученных из торфа, опоки и древесных отходов, перспективно для проведении защитных мероприятий по предупреждению миграции загрязнителей в поверхностные и подземные воды.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Проведено исследование впитывания и скорости фильтрации почв на объектах по безопасному хранению и уничтожению химического оружия в п. Леонидовка Пензенской области и в п. Марадыковский Кировской области. Установлено, что исследованные типы почв на объектах по безопасному хранению и уничтожению химического оружия обладают высоким и очень высоким коэффициентом фильтрации и составляет от 75 до 263 см/сут, при этом 50 % сопротивления потокам воды вниз по профилю почвы оказывает верхний слой почвы (25-30 см). Наибольший коэффициент фильтрации относится к светло-серым лесным маломощным супесчаным почвам, расположенным вдоль реки Сура в п. Леонидовка Пензенской области.

2. Проведен анализ литературных данных по типам почв в районе хранения и уничтожения химического оружия в п. Леонидовка Пензенской области и п. Марадыковский Кировской области. Установлено, что основными видами почв для зоны защитных мероприятий являются светло-серые лесные супесчаные маломощные почвы, встречающиеся с фибровыми прослойками глин и галечника.

3 Изучены методики и экспериментально в натурных условиях определены коэффициент фильтрации Кф почвы, полевая и гигроскопическая влажность почвы, плотность почвы. Для определения коэффициента фильтрации выбран метод трубок с постоянным водным напором, т. к. данный метод по сравнению с другими методами менее трудоемок и не требует большого количества воды. Полевая влажность составляет от 6,02 до 7,82 %, гигроскопическая влажность - от 1,94 до 6,19% , плотность почвы - от 0,81 до 1,70 г/см³.

4. Проведены полевые и лабораторные эксперименты по исследованию физических характеристик почв в районе уничтожения химического оружия в п. Леонидовка Пензенской области и в п. Марадыковский Кировской области. Установлено, что исследованные типы почв обладают высоким и очень высоким коэффициентом фильтрации. 50 % сопротивления потокам воды вниз по профилю почвы оказывает верхний слой почвы (25-30 см). Наибольший коэффициент фильтрации относится к светло-серым лесным маломощным супесчаным почвам, расположенным вдоль реки Сура.

5. По материалам работы получено 2 патента на полезную модель и более 10 рационализаторских предложений.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Маршалл В. Основные опасности химических производств. - М.: Мир, 1989. - 672 с.

2. Холстов В.И., Тарасевич Ю.В., Григорьев С.Г. Пути решения проблемы безопасности объектов по уничтожению химического оружия //Ж. Росс. хим. об. им Д.И. Менделеева. - 1995. - Т. 39. - № 4. - С. 65-73.

3. Горский В.Г., Моткин Г.А., Петрунин В.А. и др. Научно-методические аспекты анализа аварийного риска. - М.: Экономика и информатика, 2002. - 260 с.

4. Критерии оценки экологической обстановки территории для выявления зон экологического бедствия. Министерство охраны окружающей среды и природных ресурсов Российской Федерации. М., 1992

5. Ашихмина Т.Я. Научно-методологические основы системы комплексного экологического мониторинга объектов хранения и уничтожения химического оружия. - Киров: Вятка, 2001. - 473 с.

6. Пачепский Я.А. Полевые и лабораторные методы исследования физических свойств почв/Под ред. Е.В. Шейна. М.: Изд-во Моск. ун-та, 2001.

7. Учебное руководство к полевой практике по физике почв. Под ред. А.Д. Воронина. - М.: МГУ, 2001. - 90 с.

8. Шеин Е.В., Гончаров В.М. Агрофизика. - Ростов-на-Дону: Феникс, 2006. - 400 с.

9. Об утверждении «Методических указаний по проектированию водоохранных зон водных объектов и их прибрежных защитных полос». - Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 21.08.98 г. № 198.

10. Химия: Энциклопедия /Под ред. И.Л. Кнунянц. - М.: Большая Российская энциклопедия, 2003. - 972 с.

11. Глобус А.М. Экспериментальная гидрофизика почв. - Л.: Гидрометеоиздат, 1969. - 355 с.

12. Зайдельман Ф.Р. Гидрологический режим почв Нечерноземной зоны. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

13. Шудегов В.Е. К вопросу о выполнении Российской Федерацией обязательств по уничтожению запасов химического оружия. Научно-технический журнал «Промышленная и экологическая безопасность».- 2007. - № 5(7). С.5-6.

14. Михайлов Н.В. и др. Военная экология: Учебник. - М.: МО РФ, 2000.

15. Маршалл В. Основные опасности химических производств - М.: Мир, 1989. - 672 с.

16. Глобус А.М. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 279 с.

17. Пачепский Я.А. Математическое моделирование физико-химических процессов в почвах. - М.: Наука, 1990. - 188 с.

18. Израэль Ю.А. Экология и контроль состояния природной среды. - М.: Гидрометеоиздат, 1984. - 360 с.

19. Пачепский Я.А. Поверхностные силы в тонких плеках. - М.: Наука, 1979.

20 Судницин И.И. Передвижение почвенной влаги и влагопотребление растений. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1979.

21 Хэнкс Р. Дж., Дж. Л. Ашкрофт. Прикладная физика почв /Пер. с англ. - Л.: Гидрометеоиздат, 1985. - 151 с.

22. Учебное руководство к полевой практике по физике почв. Под ред. А. Д. Воронина. - М.: МГУ, 1988. - 90 с.

23. Патент на полезную модель № 81803 РФ, МПК G01N 15/08. Трубка для определения водопроницаемости и фильтрации почвы /Б.В. Серебренников, В.В. Гелясов, Л.Ф. Щербакова, А.Г. Скоробогатов, И.А. Власов, Н.В. Сотников, А.А. Попов, М.В. Ферезанова. - 2008150923/22: Заявл. 22.12.2008; Опубл. 27.03. 2009. Бюл. № 9.

24. Патент на полезную модель № 82762 РФ, МПК Е21В 49/02, Е02D 1/04, G01N1/02. Пробоотборник почвы и грунта /Б.В. Серебренников, В.В. Гелясов, Л.Ф. Щербакова, А.Г. Скоробогатов, И.А. Власов, Н.В. Сотников, А.А. Попов. - 2008150924/22: Заявл. 22.12.2008; Опубл. 10.05. 2009. Бюл. № 13.

25. Черных Г.С. Методы оценки экологической обстановки. - М.: Военная академия им. М.В.Фрунзе, 1993.

26. Методические рекомендации по комплексной оценке воздействия на окружающую среду военных объектов. - М.: Аналитический центр геологического института РАН, 1995.

27. Исаков В.И. и др. Военная экология: Учебник. - М.: МО РФ, 2005.

28. Горский В.Г., Швецова-Шиловская Т.Н., Кирсанов В.В., Терещенко Г.Ф. Анализ аварийного риска и обеспечение безопасности химически опасных объектов // Химическая промышленность. - 2002. - №4. - С. 1-14.