Экологические особенности подземных вод Нюксенского района

Растительность Нюксенсокого района типична для средней тайги. Леса занимают около 2/3 территории области, в основном еловые. Общая площадь лесного фонда составляет 461,3 тыс. га. Общий запас древесины всего - 68 377,5 тыс. куб. Значительная часть лесов избыточно увлажнена. Леса лесничества представлены одним массивом, разделенным рекой Сухоной, внутри которого находятся земли сельскохозяйственного назначения. Нелесные земли составляют 11,6 % общей площади лесничества и представлены в основном болотами (10,8 %) [16].

Еловые леса. Древостои, в основном, разновозрастные. Это обусловлено эколого-биологическими свойствами ели и наличием многочисленных вырубок, в том числе выборочных. Основными типами еловой формации здесь являются ельники травянистые, которые составляют 12 % всей площади территории, и ельники черничные, занимающие четыре % площади территории. Доминантом в древесном ярусе является ель, постоянно присутствует в нем береза, реже сосна и пихта. Большая часть травянисто-кустарничкового покрова представлена лесными кустарничками, такими как брусника и черника и травами, такими как кислица, папоротники, хвощи [19].

Сосновые леса представлены, в основном, сосняками черничными и занимают лишь два % от всей площади. Древесный ярус состоит из сосны обыкновенной с единичными елями, березами. Высота сосен в среднем 15-20, сомкнутость крон 0,5-0,6, в подлеске отмечаются кусты можжевельника, шиповника, ивы, рябины обыкновенной. Подрост состоит из ели, сосны, березы высотой до четырех м. Травяно-кустарничковый ярус в основном состоит из брусники и черники. Из трав встречаются луговик извилистый, вейник наземный, иван-чай, плауны и сфагнумы. На территории района произрастает 89 охраняемых растений и 35 стоящих на биологическом контроле [Там же].

Подлежат охране: медуница неясная, волчье лыко, молиния голубая, жимолость голубая, плаун колючий, телиптерис буковый, щитовник мужской, звездчатка дубравная, ясменник красильный, пальчатокоренник пятнистый, костяника хмелелистная, фиалка коротковолосистая, липа мелколистная, волчеягодник, княжик сибирский, гутайера ползучая, лиственница сибирская, звездчатка дубравная, любка двулистная, горошек лесной, белокрыльник болотный, дуб черешчатый, башмачок настоящий, вяз шершавый, ива грушанколистная, ива мохнатопобеговая, лещина обыкновенная, в том числе растения занесенные в Красную книгу Российской Федерации: малина хмелелистная, пихта сибирская и лобария легочная, пальчатокоренник Траунштейнера [19].

Растительность является важным фактором формирования химического состава грунтовых вод в аридных климатических условиях. Транспирируя огромное количество влаги, растительность вызывает интенсивное понижение уровня, увеличение минерализации грунтовых вод и, связанное с ним, изменение их химического состава. Ввиду избирательного поглощения ионов растениями, в результате указанного процесса, может измениться рН и химический тип воды. Избирательная способность растений накапливать химические элементы состоит в том, что отдельные виды растений способны поглощать из раствора и накапливать в своих тканях большое количество каких-нибудь определенных химических элементов [14].

Среди растений выделяется группа фреатофитов, наиболее тесно связанная с грунтовыми водами. К этой группе растений относятся рогозы, осоки, тростник, камыш, а также целый ряд видов древесной и кустарниковой растительности. Все виды фреатофитов обладают хорошо развитой корневой системой, проникающей на глубину до 20-30 м [15].

На территории района встречаются Кедр, искусственно посаженный в долине рек и единичные экземпляры лиственницы. Они обладают способностью аккумулировать кальций. После их отмирания кальций не возвращается в воду, а удерживается почвой, обусловливая появление азональных почв. Растительность оказывает влияние на характер почвенных реакций. Хвойные леса способствуют усилению кислотности, благодаря кислым свойствам их органических остатков. Лиственные леса и травянистая растительность, наоборот, благоприятствуют накоплению оснований в почвенных растворах. Смена хвойных лесов лиственными сопровождается изменением рН грунтовых вод [Там же].

3.3 Геологическое строение

Территория Нюксенского района в геологическом отношении исследовалась не однажды. Коренные породы были исследованы еще в 1840 году экспедицией Мурчисона; на основании полученных им данных была установлена новая геологическая система - «пермская» [19].

В основу характеристики геологического строения района положены материалы исследований прошлых лет и наблюдения, касавшиеся главным образом, ледниковых и послеледниковых наносов. В геологическом строении района принимают участие отложения четвертичной и пермской системы. В нижней части характеризуемого разреза залегают породы верхнего подъяруса татарского яруса верхней перми (P2t2) (рисунок 3.4). В подошве залегают мергели плотные доломитизированные с прослоями алевролитов, песчаников и глин. Прикровельная часть на прирусловых участках водотоков представлена известняком тонкокристаллическим в верхней части сильнотрещиноватыми [22].

Верхнепермские отложения, вскрытые Бобровской скважиной, имеют мощность 198 метров и представлены известняками, алевритами, мергелями, песчаниками с тонкими прослоями гипса [Там же].

Нижнепермские отложения мощностью 360 м состоят из ангидрита крупнокристаллического, доломито-ангидрита с прослоями известняка и белого гипса. Аналогичные горные породы пермского возраста вскрыты в д. Бобровское, д. Угол, д. Вострое. При построении профиля между Бобровской и Угловской скважинами определено, что глубина залегания перечисленных горных пород в районе расположения озер составляет от шести до 40 метров от дневной поверхности [Там же].

Верхнетатарские отложения повсеместно перекрываются толщей среднечетвертичных отложений. Общая мощность четвертичного покрова составляет 35-55 метров. Четвертичные отложения представлены суглинками, супесями и песками водно-ледникового генезиса с включением гравия, гальки, валунов. Пески, как правило, приурочены к средней и нижней частям разреза. Мощность песков составляет от пяти до 20 метров [22].

Рисунок 3.4 - Геологическое строение Нюксенского район (М 1: 500 000)

В разрезе четвертичных отложений района по результатам региональных геолого-съемочных работ выделяются следующие основные стратиграфо-генетические типы отложений:

1. Среднечетвертичные ледниковые отложения вологодского горизонта (g II vl);

2. Среднечетвертичные межморенные флюфиогляциальные, озерно-ледниковые, аллювиальные нерасчлененные отложения (f, lg, a II vl-bb);

3. Среднечетвертичные ледниковые отложения бабушкинского горизонта (g II bb)

4. Среднечетвертичны озерно-ледниковые отложения бабушкинского горизонта (lg II bb)

5. Средне-верхнечетвертичные озерные, озерно-ледниковые, флювиогляциальные, аллювиальные нерасчлененные отложения бабушкинского и валдайского горизонтов (l, lg, f, a II bb - III vd);

6. Верхнечетвертичные-современные озерные, озерно-аллювиальные, аллювиальные и озерно-ледниковые нерасчлененные отложения (l, la, a, lg, III-IV);

7. Современные аллювиальные отложения (a IV);

8. Современные болотные отложения (b IV) [21].

Отложения вологодского горизонта (g II vl) в пределах района работ распространены локально и залегают непосредственно на отложениях верхнетатарского подъяруса верхней перми. Представлены плотными моренными суглинками с включением грубообломочного материала (гравий, галька, валуны осадочных и изверженных пород) до 15-20 %. Глубина залегания кровли отложений изменяются от 30-40 до 50-55 метров. Мощность отложений достигает 40-65 метров. На участках развития погребенных речных долин и ложбин стока талых ледниковых вод отложения чаще всего практически полностью уничтожены эрозионной деятельностью водных потоков [23].

Межморенные отложения (f, lg, a II vl-bb) мощностью от единиц до 30 и более метров залегают на отложениях днепровской морены, на участках где эти отложения отсутствуют - непосредственно на дочетвертичных породах. Глубина залегания кровли изменяется от 1-20 до 30-40 метров. Мощность отложений, вскрытая скважинами изменяется от единиц до 30 метров. Литологический состав межморенных отлежений в пределах участка работ достаточно однороден - разнозернистые пески с примесью гравийно-галечного материала. Характерно так же наличие базального горизонта мощностью не более метра сложенного валунно-галечными отложениями [23].

Ледниковые отложения бабушкинского горизонта (g II bb) распространены повсеместно, являясь рельефообразующими в рассматриваемом районе, и слагают обширные площади водораздельных пространств отсутствуя лишь в пределах прирусловой частей основных водотоков. Отложения представлены плотными моренными суглинками буровато-коричневого и темно-серого цвета с включением грубообломочного материала до 10-20 % с линзами песка и песчано-гравийных отложений. Мощность отложений составляет 5-30 метров. На участках, где эти отложения заполняют глубокие эрозионные врезы мощность их может достигать 40-50 метров и более [Там же].

Среднечетвертичные озерно-ледниковые отложения бабушкинсого горизонта (lg II bb) распространены достаточно широко и залегают с поверхности на отложениях бабушкинской морены на различных гипсометрических отметках. Литологический состав довольно пестрый - от глин, суглинков и супесей до разнозернистых песков и гравийно-галечных отложений. Общая мощность отложений изменяется чаще всего в пределах от 0,5 до 2,0 метров, иногда достигая 9,5 метров [Там же].

Средне-верхнечетвертичные озерные, озерно-ледниковые, флювиогляциальные и аллювиальные нерасчлененные отложения бабушкинского и валдайского горизонтов (l, lg, f, a II bb - III vd) распространены на ограниченных участках долин рек Сухоны, Уфтюги и Нюксеницы. Залегают эти отложения с поверхности, чаще всего на отложениях бабушкинской морены и представлены разнозернистыми песками, часто с включением гравийно-галечного материала. Общая мощность отложений не превышает четыре м [Там же].

Верхнечетвертичные-современные озерные, озерно-аллювиальные, аллювиальные и озерно-ледниковые нерасчлененные отложения (l, la, a, lg, III-IV) слагают поверхности комплекса высоких террас, имеющих относительную высоту более 17-19 метров. Литологические отложения представлены песками различной зернистости - от грубозернистых до тонкозернистых с подчиненными прослоями глин, супесей и суглинков. Общая мощность отложений не превышает 20 м, составляя в среднем 2-7 метров [23].

Современные аллювиальные отложения (a IV) распространены в долинах основных водотоков в границах террасового комплекса с относительным превышением поверхностей террас до 17-19 метров для рек Сухоны и Уфтюги и до четырех-семи метров для рек низших порядков. Отложения представлены песками от тонко - до грубозернистых, переслаивающихся с супесями и суглинками, реже - галечниками. Мощность аллювиальных отложений изменяется от долей метра до десяти метров [Там же].

Современные болотные отложения (b IV) распространены в районе болот в основном на водораздельной поверхности рек Сухоны и Уфтюги. Отложения представлены торфами различной степени разложения, залегающими, в основном, на озерно-ледниковых и ледниковых отложениях бабушкинского горизонта. Мощность торфяников составляет 1,6-4,0 метра, достигая в отдельных случаях девять м [Там же].

Геологическая структура определяет динамичность, а вместе с ней минерализацию и состав подземных вод. Значение геолого-структурных форм в распределении подземных вод по минерализации и составу наглядно проявляется при сравнении структурных элементов по раскрытости, проточности, промытости или интенсивности водообмена. Подземные воды закрытых структурных элементов бывают наиболее минерализованными, а по составу преимущественно хлоридными натриевыми или кальциевыми. В раскрытых структурных элементах подземные воды наименее минерализованы и имеют обычно гидрокарбонатный кальциевый состав [15]

Вещественный состав пород - прямой фактор первостепенного значения. Влияние состава пород на состав подземных вод особенно ярко заметно, когда пресная вода взаимодействует с легкорастворимыми минералами и породами: галитом, гипсом, доломитом, известняком. Галит даёт хлоридные натриевые воды, гипс - сульфатные кальциевые, доломит - гидрокарбонатные магниево-кальциевые, известняк - гидрокарбонатные кальциевые. Однако, такие же гидрокарбонатные воды, как в известняках, могут залегать и очень часто залегают в кварцево-полевошпатовых песках. В этом случае ионы Са2+ и НСО3- появляются в водах за счёт углекислого выветривания полевых шпатов, в то время как в известняках - за счёт растворения кальцита (СаСО3) [15].

Наиболее минерализованные рассолы (320-600 г/л) встречаются только в тех толщах, выше которых залегают формации каменной и калийной солей. Когда же на месте этих хлоридных солей присутствуют гипсы и ангидриты, минерализация рассолов под ними обычно не превышает 260 г/л. Это связано с тем, что в осадочных комплексах, залегающих под соляными породами, гипсами и ангидритами, содержатся подземные рассолы, которые представляют собой преобразованные материнские рассолы (рапу) вышележащих солеродных (или эвапоритовых) бассейнов [15].

Эти материнские рассолы проникают в подстилающие отложения путём гравитационного стекания или отжима из эвапоритовых отложений. Но поскольку эвапоритовые минералы в ходе сгущения морской воды в солеродном бассейне осаждаются при определённой минерализации рассола (например, гипс (CaSO4 · 2Н2О), начиная со 140 г/л, галит (NaCl) - с 260-280 г/л, сильвин (KCl) - с 350-360 г/л), то в зависимости от того, какими минералами (породами) представлена эвапоритовая толща, будет и минерализация подземных рассолов под этой толщей. Здесь мы мимоходом коснулись одного грандиозного процесса, имеющего место на Земле, -эвапоритового процесса или галогенеза. Он обычно не выделяется в качестве фактора формирования состава подземный вод, потому что может быть представлен более простыми физико-географическими факторами: гидрологией, климатом, рельефом [Там же].

Но надо иметь в виду, что площадь распространения только солевых (без учёта гипсо-ангидритовых) отложений достигает 34 % территории континентального блока Земли. Эвапориты есть во всех геологических системах от докембрия до антропогена. Поэтому галогенез играет огромную роль в формировании состава подземных вод: как посредством растворения водой эвапоритовых пород, так и посредством вовлечения в недра огромных количеств рассолов, образующихся на поверхности Земли при испарительном концентрировании [15].



3.4 Гидрогеологиечкие условия

Согласно общей схеме гидрогеологического районирования России Нюксенский район расположен в южной части Северо-Двинского артезианского бассейна второго порядка, являющегося северо-восточной частью Среднерусского артезианского бассейна первого порядка. В разрезе участка работ выделены следующие гидрогеологические подразделения [23]:

1. Водоносный верхнечетвертичный - современный горизонт аллювиальных, озерно- аллювиальных, озерно-ледниковых отложений (a,al, lg QIII-IV);

2. Водоупорный локально-слабоводоносный среднечетвертичный водно-ледниковый (lg, g QII bb);

3. Водоносный среднечетвертичный межморенный флювиальный горизонт (f, lg, a QII vl-bb);

4. Водоупорный среднечетвертичный - верхнепермский комплекс (P2-QII vl);

5. Водоносный верхнетатарский терригенно-карбонатный комплекс (P2t2) .

Водоносный верхнечетвертичный-современный горизонт распространен в границах террасового комплекса основных водотоков района и протягивается полосой шириной до двух км вдоль реки Сухона и ее притоков. Водовмещающими породами являются разнозернистые пески с подчиненными прослоями супесей, суглинков и глин. Общая мощность водовмещающих пород не превышает 20 м, чаще составляет два - семь м. Подстилающим водоупором являются среднечетвертичные ледниковые суглинки бабушкинского и вологодского горизонтов, реже - глинистые верхнепермские отложения. Горизонт безнапорный, глубина залегания уровня полностью контролируется рельефом дневной поверхности и положением относительно водотоков его дренирующих, составляя от долей метра в пределах пойменных террас до 8-12 м и более в бровках и уступах высоких уровней террас. Фильтрационные параметры водовмещающих пород изменяются в широких пределах. Коэффициенты фильтрации составляют 0,1-23,0 м/сут. Основа питания грунтовых вод горизонта - атмосферные осадки, инфильтрующиеся практически на всей площади распространения. Уровенный режим полностью зависит от метеорологических факторов. Разгрузка грунтового потока осуществляется гидрографической сетью. Дебиты родников достигают 2-3 л/с. По химическому составу подземные воды гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией 0,1-0,6 г/дм3.Водоносный горизонт практически не защищен от поверхностного загрязнения. Подземные воды горизонта довольно широко используются для децентрализованного водоснабжения. Эксплуатация осуществляется при помощи шахтных колодцеы глубиной до 15 м и родников [23].

Водоупорный локально-слабоводоносный среднечетвертичный водно-ледниковый комплекс имеет повсеместное распространение с поверхности и приурочен к озерно-ледниковым отложениям бабушкинского горизонта. Водоупорные породы представлены суглинками моренными мощностью от пяти до 40 см с содержанием гальки, гравия и валунов до 20 % и озерно-ледниковыми глинами, суглинками и супесями. Коэффициент фильтрации водоупорных пород составляет от тысячных до десятитысячных долей м/сут. Водовмещающие породы представлены песками, мощностью от трех до семи м, залегающих в виде прослоев и линз в толще практически водоупорных суглинков. Содержащиеся в них подземные воды пресные гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией 0,3-0,5 г/дм3. Коэффициент фильтрации составляет 0,1-6,5 м/сут. В толще водоупорных суглинков на глубине два-пять м встречены песчаные прослои, которые содержат подземные воды [Там же].

Водоносный среднечетвертичный межморенный флювиальный горизонт распространен в пределах пониженных участков дочетвертичного рельефа - предположительно погребенных речных долин и ложбин стока талых ледниковых вод. Глубина залегания водовмещающих отложений составляет 20-40 метров. Водовмещающие породы представлены хорошо промытыми разнозернистыми песками с незначительной примесью гравино-галечного материала. Подземные воды преимущественно напорные. По мере приближения к основной дрене (р.Сухона) горизонт приобретает безнапорный характер [23].

Уровень грунтовых вод горизонта устанавливается на глубине 1-26 м, величина напора составляет 4-40 м. Дебиты отдельных родников, приуроченных к этому горизонту достигают пяти л/с. Коэффициент фильтрации изменяется от сотых долей м/сут до 20 м/сут и более. Коэффициент водопроводимости водовмещающих пород горизонта составляет свыше 600 м2 /сут. Подземные воды данного горизонта, как правило, гидрокарбонатные, редко - сульфатно-гидрокарбонатные, с минерализацией 0,2-0,7 г/л. Содержание растворенного железа изменяется от 0,40 до 1,15 мг/л. На всей площади распространения водовмещающие породы перекрыты толщей слабопроницаемых суглинков мощностью до 60-70 м, надежно защищающих рассматриваемый горизонт от проникновения загрязнения с поверхности [Там же].

Водоупорный среднечетвертичный-верхнепермский горизонт распространен практически повсеместно и придставлен плотными валунными суглинками вологодской морены и аргиллитоподобными глинами верхней перми. Мощность горизонта составляет около пяти м. В гидродинамической системе района этот горизонт играет разделяющую роль между зонами свободного и затрудненного водообмена и в значительной степени контролирует положение в разрезе границы распространения подземных вод повышенной минерализации. На цчастках относительно повышенной проницаемости водоупорных пород горизонта при благоприятных гидродинамических условиях, характерных для днища долины р.Сухона и приустьевых частей наиболее крупных её притоков отмечены процессы засоления зоны свободного водообмена и сокращение мощности зоны развития пресных подземных вод [23].

Водоносный верхнетатарский терригенно-карбонатный комплекс распространен в районе повсеместно. Кровля комплекса залегает на глубине 35-55 м на абсолютных отметках 75-95 мБС. Наиболее перспективной в плане возможного обнаружения практически значимых скоплений пресных подземных вод питьевого качества является верхняя часть комплекса ( до абсолютной отметки 80 мБС), приуроченная, как правило, к сильнотрещиноватым породам. Мощность зоны вероятного развития пресных вод в разрезе характеризуемого водоносного подразделения составляет не более двух-трех м. Ниже залегают плотные мергели с прослоями глин, алевролитов, песчаников. Водопроницаемость верхней части комплекса составляет от единиц до первых десятков метров. Дебиты скважин составляют 1,1-1,7 л/с при понижениях 26,3-10,0 м соответственно. Подземные воды комплекса напорные, напор составляет 15-35 м. По химическому составу подземные воды прикровельной части комплекса гидрокарбонатно-сульфатные и сульфатно-гидрокарбонатные натриевые с минерализацией 0,5-0,8 г/дм3. С глубиной минерализация повышается, уже на глубине 60 -70 м вскрыты подземные воды с минерализацией свыше два г/дм3 [Там же].

3.5 Техногенные источники загрязнения подземных вод

Основными источниками техногенных нагрузок в Нюксенском районе являются предприятия по производству и распределению электроэнергии (Нюксенское линейно-производственное управление магистральных газопроводов ООО «Газпром Трансгаз Ухта», нефтеперекачивающая станция “Нюксеница” ОАО «Северные магистральные нефтепроводы», Северный филиал ООО «Газпромэнегро», «Нюксеница электро-теплоснабжение»), предприятия пищевой промышленности, предприятия лесной и деревообрабатывающей отрасли, предприятия коммунального хозяйства (таблица 3.1) [24].

Из перечисленных источников антропогенного загрязнения окружающей природной среды Нюксенского района, сбросы в водоемы осуществляют северный филиал ООО «Газпромэнерго» и Нюксенское ЛПУМГ ООО «Газпром Трансгаз Ухта». Наибольшая доля сбросов - 98% приходится на ООО «Газпромэнерго» и всего 2% на долю Нюксенского ЛПУМГ ООО «Газпром Трансгаз Ухта».

Таблица 3.1 - Антропогенное воздействие субъектов хозяйственной деятельности на окружающую среду района 2013 год [24].

Наименование природопользователя	Фактические объемы, т
	сбросов в водоемы	Выбросов от стационарных источников	Размещения отходов
Нюксенское ЛПУМГ ООО «Газпром Трасгаз Ухта»	1,33	18448,745	-
Нюксенское ДРСУ ОАО «Вологдавтодор»	-	9,909	-
ООО «Нюксенские ЭТС»	-	110,690	-
НПС «Нюксеница» ОАО «Северные магистральные нефтепроводы»	-	16,322	-
СПК «Колос»	-	-	158,001
ИП Шушков Александр Иванович	-	-	1,760
Северный филиал ООО «Газпромэнерго» (участок ЭГВС №2)	64,02	1,186	-
ООО «Агроремтехснаб»	-	-	6,300
ИП Трапезникова Нина Михайловна	-	6,418	-
ИП Конюхова Валентина Васильевна	-	1,348	-
ИП Попов Сергей Савватиевич	-	1,104	-
ООО «Городищенское ЖКХ»	-	19,809	0,100
ИП Чежин Виталий Леонидович	-	-	124,000
ИП Бритвин Сергей Николаевич	-	-	11,000
ИП Бычков Владимир Викторович	-	9,113	-
СПК (колхоз) «Заря»	-	0,262	-
ИП Бураков Юрий Михайлович	-	0,121	-

На территории Нюксенского района насчитывается 12 источников выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух. Наибольшая доля выбросов (99 %) приходится на Нюксенсое ЛПУМГ ООО «Газпром Трансгаз Ухта», наименьшая доля (0,0006 %) - на ИП Булгакова Юрия Михайловича.

Размещение отходов на территории Нюксенского района осуществляет шесть предприятий. Наибольшая доля по размещению отходов приходится на СПК «Колос» - 158 тонн, что составляется 52 % от общей доли размещения отходов на территории района.

Меньше всего отходов размещает ООО «Городищенское ЖКХ». На его долю приходится 0,03 % от общего объема размещаемых отходов.

Проанализировав все вышесказанное можно выделить, что основными факторами формирования подземных вод являются физико-географическе (климат, гидрология, рельеф), биологические факторы (почвы, растительность), геологическое строение.

Климат является важнейшим косвенным фактором формирования химического состава подземных вод. К основным метеорологическим составляющим, влияющим на состав природных вод, относятся испарение, температура воздуха и осадки. В гидрологическом факторе существенное значение имеет густота речной сети, режим и химический состав речных и озерных вод. Рельеф является так же косвенным фактором формирования химического состава подземных вод. В связи с разнообразием форм рельефа на территории района отмечается пестрота минерализации и состава грунтовых вод. Влияние почв на режим подземных вод проявляется прежде всего в том, что различные генетические типы почв обладают разной структурой и строением, которые определяют величину водопроницаемости этих почв, а следовательно, определяют размеры питания и колебаний уровней грунтовых вод.

Геологическая структура определяет динамичность, минерализацию и состав подземных вод. Влияние состава пород на состав особо ярко заметно, когда пресная вода взаимодействует с легкорастворимыми минералами и породами: гипсом, галитом, известняком, доломитом.



4. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НЮКСЕНСКОГО РАЙОНА

гидрогеологический подземный вода

4.1 Качество подземных вод Нюксенского района

Использование подземных вод района может рассматриваться в двух направлениях: как ресурсы пресных вод питьевого и хозяйственного назначения и как минеральные воды в лечебных и профилактических целях для наружного и внутреннего применения.

В настоящее время в Нюксенском районе в качестве источника водоснабжения используется преимущественно верхнетатарский комплекс. Скважины на верхнетатарский комплекс по индивидуальным проектам в период с 50 по 90 годы прошлого века пробурены как в селе Нюксеница, так и в ближайших населенных пунктах. В целях питьевого водоснабжения может использоваться вода меньшей половины скважин, пробуренных на территории района (рисунок 4.1). Большинство пробуренных скважин вскрыли подземные воды повышенной минерализации.

- местоположение скважин питьевого водоснабжения

Рисунок 4.1 - Схема скважин, которые могут быть использованы для питьевого водоснабжения

Также было пробурено несколько скважин, оборудованных на четвертичные отложения. Эти скважины вскрыли пресные подземные воды, но в силу малодебитности скважин, последние практически не используются для водоснабжения.

Показатели качества воды подразделяются на: физические (температура, содержание взвешенных веществ, цветность, запах, вкус и другие), химические (жесткость, щелочность, окисляемость, сухой остаток), биологические и бактериологические [25].

Качество воды для хозяйственно-питьевых нужд определяется целым рядом показателей (физических, химических и санитарно-бактериологических), предельно допустимые значения которых, задаются соответствующими нормативными документами. По абсолютному большинству компонентов подземные воды продуктивного пласта отвечают требованиям, предъявляемым к источникам хозяйственно питьевого водоснабжения, имеются лишь некоторые отклонения по железу, минерализации и жесткости. Именно эти показатели я буду рассматривать в своей работе.

Минеральные воды. Минеральными называются такие природные воды, которые обладают лечебными свойствами. Кроме того, минеральной принято считать воду, в которой содержание растворенных веществ составляет более одного г/л. Однако этот критерий до сих пор клиническими и экспериментальными данными не обоснован, то есть установлен произвольно [26].

Территория района в отношении выявления минеральных вод является перспективной. Наиболее перспективными для поиска минеральных лечебных вод являются долины рек Городищны, Бобровки, в районе поселка Нюксеница, где в одном разрезе могут быть встречены воды разных типов.

На территории Нюксенского района находится 30 скважин с минерализацией превышающей ПДК (более 1000 мг/л) (рисунок 4.2). Все эти скважины приурочены к татарским отложениям верхней перми. В районе представлены следующие типы минеральных вод: Ашхабадский, Краинский, Ижевский, Кашинский, Угличкий (приложение 1). Так же были выявлены уникальные редкие типы воды, не имеющие аналогов. Несмотря на такое разнообразие минеральных вод в Нюксенском районе не существует ни одной линии розлива.

- Местоположение скважин с повышенной минерализацией

Рисунок 4.2 - Схема скважин с минерализацией превышающей норму

Железо. Концентрация железа в воде зависит от рН и содержания кислорода в воде. Железо в воде колодцев и скважин может находится как в окисленной, так и в востановленной форме, но при отстаивании воды всегда окисляется и может выпадать в осадок. По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 содержание железа общего допускается не более 0,3 мг/л [27].

На территории Нюксенского района в 20 скважинах обнаруживается повышенное содержание железа (от 0,33 до 3,6 мг/л) (рисунок 4.3). Железосодержащие воды встречаются в различных по литологии и возрасту водовмещающих породах, но чаще приурочены к четвертичным межморенным образованиям, содержащим полуразложившуюся органику, которая способствует образованию восстановительной гидрогеохимической обстановки, благоприятной для перехода железа в раствор. По анионам железосодержащие воды относятся к гидрокарбонатному и хлоридному типам. По катионному составу это воды кальциевые и магниевые.

- местоположение скважин с содержанием железа, превышающего ПДК

Рисунок 4.3 - Схема скважин с содержанием железа, превышающего ПДК для хозяйственно - питьевых вод

Длительное употребление человеком воды с повышенным содержанием железа негативно влияет на репродуктивную функцию организма, может привести к заболеванию печени, увеличивает риск инфарктов. Такая вода неприятна на вкус, причиняет неудобства в быту [28] .

На многих промышленных предприятиях, где вода употребляется для промывки продукта в процессе его изготовления, в частности в текстильной промышленности, даже невысокое содержание железа в воде приводит к браку продукции [Там же].

Жесткость. Жесткость воды определяется содержанием в воде солей жесткости (кальция и магния). Она выражается в миллиграмм-эквивалентах на литр (мг-экв/л) (Таблица 4.2). Различают карбонатную (временную) жесткость, некарбонатную (постоянную) жесткость и общую жесткость воды.

Вода	Жесткость, мг-экв/л
очень мягкая вода	до 1,5 мг-экв/л
мягкая вода	от 1,5 до 4 мг-экв/л
вода средней жесткости	от 4 до 8 мг-экв/л
жесткая вода	от 8 до 12 мг-экв/л
очень жесткая вода	более 12 мг-экв/л

Таблица 4.2 - Жесткость воды

Жесткость подземных вод зависит от глубины и расположения горизонта водоносного слоя и годового объема осадков. На территории Нюксенского района распространены разные по жесткости воды, от вод средней жесткости до очень жестких вод (рисунок 4.4). По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 жесткость питьевой воды должна быть не выше семи мг-экв/л, (или не более 350 мг/л).

Жесткая вода просто неприятна на вкус, в ней излишне много кальция. Постоянное употребление внутрь воды с повышенной жесткостью приводит к снижению моторики желудка, к накоплению солей в организме, и, в конечном итоге, к заболеванию суставов (артриты, полиартриты) и образованию камней в почках и желчных путях [25].

Хотя очень мягкая вода не менее опасная, чем излишне жесткая. Самая активная - это мягкая вода. Мягкая вода способна вымывать из костей кальций. У человека может развиться рахит, если пить такую воду с детства, у взрослого человека становятся ломкие кости. Есть еще одно отрицательное свойство мягкой воды. Оно заключается в том, что проходя через пищеварительный тракт такая вода, не только вымывает минеральные вещества, но и полезные органические вещества, в том числе и полезные бактерии. Вода должна быть жесткостью не менее 1,5-2,0 мг-экв/л [Там же].

Использование воды с большой жесткостью для хозяйственных целей также нежелательно. Жесткая вода образует налет на сантехнических приборах и арматуре, образует накипные отложения в водонагревательных системах и приборах. В первом приближении это заметно на стенках, например, чайника [28].

- местоположение скважин с жесткостью превышающей ПДК

- местоположение скважин с жесткостью менее 1 мг-экв/л

Рисунок 4.4 - Схема расположения скважин с жесткостью превышающей ПДК и скважин с жесткостью менее 1 мг-экв/л

При хозяйственно-бытовом использовании жесткой воды значительно увеличивается расход моющих средств и мыла вследствие образования осадка кальциевых и магниевых солей жирных кислот, замедляется процесс приготовления пищи (мяса, овощей), что нежелательно в пищевой промышленности. Во многих случаях использование жесткой воды для производственных целей (для питания паровых котлов, в текстильной бумажной промышленности, на предприятиях искусственного волокна) не допускается, так как это связано с рядом нежелательных последствий [Там же].

В системах водоснабжения - жесткая вода приводит к быстрому износу водонагревательной технике (бойлеров, батарей центрального водоснабжения). Соли жесткости (гидрокарбонаты Ca и Mg), отлагаясь на внутренних стенках труб, и образуя накипные отложения в водонагревательных и охлаждающих системах, приводят к занижению проходного сечения, уменьшают теплоотдачу. Не допускается использовать воду с высокой карбонатной жесткостью в системах оборотного водоснабжения [28].

4.2 Расчет потенциального риска здоровью населения

Потенциальный риск развития неспецифических токсических эффектов, связанный с регулярным потреблением загрязненной питьевой воды целесообразно проводить в соответствии с уравнением:

где Risk- вероятность развития неспецифических токсических эффектов при хронической интоксикации ( от 0 до 1 );

ПДК - норматив;

Кз - коэффициент запаса, обычно принимаемый равным 10 (для ряда примесей он может быть иным-для свинца, например, 3)

С-концентрация примеси в питьевой воде.

Скважины с повышенным содержанием железа в воде отмечены в нескольких населенных пунктах Нюксенского района. ПДК для железа-0,3 мг/л. Произведем расчет риска здоровья населения для каждого из пунктов:

д. Дворище. Содержание железа в воде составляет 1,0 мг/л.

Risk = 0,054

д. Заболотье. Содержание железа в воде составляет 1,5 мг/л.

Risk = 0,079

д. Космаревская Кулига. Содержание железа в воде составляет 3,6 мг/л

Risk = 0,18

д. Звяглинец. Содержание железа в воде составляет 2,9 мг/л

Risk = 0,15

д. Вострое. Содержание железа в воде составляет 1,0 мг/л

Risk = 0,054

д. Дмитриево. Содержание железа в воде составляет 1,0 мг/л

Risk = 0,054

д. Гора. Содержание железа в воде составляет 1,0 мг/л

Risk = 0,054

Величину потенциального риска следует оценивать по следующим критериям:

Риск немедленного действия.Риск немедленного действия в пределах до 0,02 следует рассматривать как приемлемый риск. При нем практически исключается рост заболеваемости населения, связанный с воздействием оцениваемого фактора, а состояние дискомфорта может проявляться только в единичных случаях у особо чувствительных людей [29].

Величину риска немедленного действия в пределах 0,02 до 0,16 принято рассматривать как удовлетворительную. При этом риске хотя и возможны случаи жалоб населения на различные комфортные состояния, связанные с воздействием оцениваемого фактора, например, неприятные запахи, тенденция к росту общей заболеваемости, обычно отслеживаемая по данным медицинской статистики как правило не носит достоверного характера [29].

Величину риска немедленного действия в пределах от 0,16 до 0,50 принято рассматривать как неудовлетворительную. Так как при такой величине риска возможны систематические случаи жалоб населения на различные дискомфортные состояния, связанные с действием оцениваемого фактора при тенденции к росту заболеваемости, которая носит достоверный характер [Там же].

Величину риска немедленного действия в более чем 0,5 принято оценивать как опасную, так как при такой величине возможны массовые случаи жалоб населения на различные дискомфортные состояния, связанные с воздействием оцениваемого фактора при достоверной тенденции к росту заболеваемости, а также появлению других эффектов неблагоприятного воздействия, таких как появление патологии, отказ от использования питьевой воды [Там же].

В том случае, если величина риска немедленного действия близка к единице, то такую ситуацию стоит оценивать как чрезвычайно опасную, так как загрязнение окружающей среды в данном случае перешло в иное качественное состояние, (возможны появление случаев острого отравления, изменение структуры заболеваемости), которое должно оцениваться с использованием иных, более специфических моделей [Там же].

Риск длительного (хронического) воздействия. Риск хронического воздействия до 0,05 оцениваемого по эффектам неспецифического воздействия, рассматривается как приемлемый. При данной ситуации, как правило, отсутствуют неблагоприятные медикоэкологические тенденции [Там же].

Риск хронического воздействия в пределах 0,05-0,16 оцениваемого по эффектам неспецифического воздействия рассматривается как вызывающий опасение. При данной ситуации, как правило, возникает тенденция к росту неспецифической патологии [Там же].

Риск хронического воздействия в пределах 0,16-0,50 оцениваемого по эффектам неспецифического воздействия рассматривается как опасный. При данной ситуации возникает достоверная тенденция к росту неспецифической патологии при появлении единичных случаев специфической патологии [29].

Риск хронического воздействия в пределах 0,50-0,84 оцениваемого по эффектам неспецифического воздействия рассматривается как чрезвычайно опасный. При данной ситуации возникает достоверный рост неспецифической патологии при появлении значительного числа случаев специфической патологии, а также тенденция к увеличению смертности населения [Там же].

В том случае, если риск хронического воздействия оказывается близким к 100 % , то такую ситуацию следует оценивать как катастрофическую, так как загрязнение окружающей среды в данном случае перешло в иное качественное состояние, которое должно оцениваться с использованием иных более специфических моделей [Там же].

Риск специфического воздействия. Риск специфического воздействия оценивается в зависимости от типа воздействующего фактора и типа вызываемой патологии. Так, при оценке патологии канцерогенного типа приемлемым риском считается риск в пределах одного до десяти случаев дополнительных заболеваний в течение жизни человека на 1000000 человек [Там же].

Таким образом, в шести населенных пунктах из семи, где было обнаружено превышение предельно-допустимой концентрации железа, ситуацию стоит оценивать как удовлетворительную. При этом хотя и возможны частые случаи жалоб населения на различные дискомфортные состояния, связанные с воздействием оцениваемого фактора (неприятные запахи, рефлекторные реакции и прочее), тенденция к росту общей заболеваемости как правило не носит достоверного характера.

И только в одном из семи населенных пунктов, где было обнаружено превышение предельно-допустимой концентрации железа, ситуацию стоит оценивать как неудовлетворительную.

4.2 Методы обезжелезивания воды

Обезжелезивание подземных вод осуществляют фильтрованием в сочетании с одним из способов предварительной обработки воды:

- упрощенная аэрация

- метод «сухого» фильтрования

- коагуляция и осветление

- введение таких реагентов - окислителей, как хлор, гипохлорид натрия или кальция, озон, перманганат калия [30].

Упрощенная аэрация

В процессе аэрации кислород воздуха окисляет двухвалентное железо, при этом из воды удаляется углекислота, которая ускоряет процесс окисления и последующий гидролиз с образованием гидроксида железа. Метод основан на способности воды, содержащей двухвалентное железо и растворенный кислород, при фильтровании через зернистый слой выделять железо на поверхности зерен загрузки, образуя каталитическую пленку из ионов и гидроксидов двух- и трехвалентного железа. Пленка активно интенсифицирует процесс окисления и выделения соединений железа из воды. При поступлении в фильтр первых порций очищаемой воды в начале процесса обезжелезивания на поверхности наполнителя формируется мономолекулярный слой соединений железа. Поверхностный слой химически более активен, чем чистый наполнитель, и это ускоряет процесс осаждения железа. Значение истинной поверхности пленки соединений железа более 200 м2/г, что определяет ее свойства как сильного адсорбента губчатой структуры. Эта пленка одновременно служит катализатором окисления двухвалентного железа. Каталитические свойства пленки зааметно ухудшают ряд примесей в очищаемой воде, таких как свободная углекислота, сероводород, аммиак, коллоидная кремниевая углекислота [31].

Упрощенную аэрацию можно реализовать путем излива воды в карман или в центральный канал открытых фильтров с высоты 0,5-0,6 м над уровнем воды. При использовании напорных фильтров воздух вводят непосредственно в подающий трубопровод на расстоянии, равном не менее десяти диаметров трубопровода, с нормой расхода два литра на один грамм железа (Fe2+). Если в исходной воде более 40 мг/л свободной углекислоты и более 0,5 мг/л сероводорода, то воздух в трубопровод не вводят. В этом случае перед напорным фильтром необходимо установить промежуточную емкость со свободным изливом воды и повысительный насос. Используя характеристики конкретного наполнителя фильтра можно выполнить расчет фильтровальной станции. Необходимо, чтобы продолжительность работы фильтров между промывками при нормальном режиме составляла не менее 8-12 ч, а при форсированном режиме или полной атоматизации промывки фильтра - не менее шести [30]

Аэрация в специальных устройствах Аэрация в специальных устройствах осуществляется, когда необходимо удалить из воды железо при концентрации его в воде более десяти мг/л и увеличить значение рН более 6,8. Для этого используют дегазаторы или контактные градирни с естественной вентиляцией. Исходная вода подается в верхнюю часть вентиляторной градирни, заполненной керамической насадкой (кольца Рашига). Навстречу потоку воды с помощью вентилятора направляют воздух. В процессе аэрации выделяется углекислота, вода обогащается кислородом и происходит окисление железа. Затем вода подается в фильтр, где в объеме наполнителя завершается образование хлопьев гидроксида трехвалентного железа и их задержание [Там же].

Метод «сухого» фильтрования

Метод заключается в фильтровании воздушноводной эмульсии через «сухую» зернистую загрузку путем создания в фильтре вакуума или нагнетания большого количества воздуха с последующим отсосом из поддонного пространства. На поверхности фильтрующей загрузки образуется адсорбционно-каталитическая пленка из соединений железа, повышая эффективность процессов обезжелезивания и деманганации. В качестве загрузки обычно используются винипласт, антрацит, керамзит, песок и другие. Особенность процесса - образование дегидратированной пленки на зернах загрузки, состоящей из гетита, магнетита, гематита и сидерита. Указанные соединения имеют плотную структуру, а объем их в пять раз меньше, чем у гидроксида железа. Поэтому невысок темп прироста потерь напора в загрузке при такой схеме процесса [30].

Коагулирование, осветление, флокулирование

Из поверхностных вод необходимо удалить взвеси и коллоидно-дисперсные вещества, включающие соединения железа. Освобождение воды от взвеси и коллоидных веществ возможно осуществить только путем ввода специальных реагентов-коагулянтов. Коагулянт образует в воде хлопья, которые адсорбируют на своей поверхности коллоиды и выделяются в виде осадка [30].

В качестве коагулянтов применяют:

- сульфат алюминия (глинозем) Al12(SO4)3 · 18 H2O при рН исходной воды 6,5-7,5;

- сульфат железа (железный купорос) FeSO4 · 7 H2O при рН воды 4-10;

- хлорное железо FeCl3 · 6 H2O для воды с рН = 4-10;

- полигидроксихлорид алюминия Al2(OH5)Cl

Для интенсификации процесса коагуляции в воду дополнительно вводят флокулянты (наиболее распространен полиакриламид), которые способствуют укрупнению осадка и ускоряют процесс слипания осаждаемых коллоидных и взвешенных частиц [Там же].

Bведение реагентов-окислителей

Обработка воды хлором и его производными. Реагенты-окислители, в первую очередь хлор, с целью обеззараживания, а также удаления железа, используются в России с начала ХХ в. После обработки разных вод этим методом содержание железа во всех случаях становится меньше 0,1 мг/л, причем метод эффективен, когда другие приемы не работают. Под действием хлора происходит разрушение гуматов и других органических соединений железа и переход их в форму неорганических солей трехвалентного железа, которые легко гидролизуются. В результате гидролиза выпадает осадок или гидроксида железа, или продуктов неполного гидролиза - основных солей железа различного состава. По стехиометрии на окисление один мг двухвалентного железа расходуется 0,65 мг хлора, при этом щелочность уменьшается на 0,019 ммоль/л. Хлор также окисляет двухвалентный марганец, разрушая органические вещества и сероводород. Доза хлора в зависимости от содержания железа может составлять 5-20 г на один м3 воды при контакте, по крайней мере, в течение 30 мин [30].

Обработку воды хлором осуществляют с помощью хлораторов, в которых газообразный хлор абсорбируют водой. Хлорную воду из хлоратора подают к месту потребления. Этот метод обладает целым рядом недостатков, хоть и является наиболее распространенным. Главный его недостаток связан со сложной транспортировкой и хранением больших объемов жидкого высокотоксичного хлора. В качестве альтернативного варианта в последние годы все шире используют обработку воды раствором гипохлорита натрия (NaClO), причем этот метод находит применение как на больших станциях водоподготовки, так и на небольших объектах, в том числе и в частных домах. При расчете дозы гипохлорита натрия на обезжелезивание нужно обязательно учитывать его расход на деманганацию, удаление сероводорода (если марганец и сероводород присутствуют в обрабатываемой воде) и - когда это требуется - обеззараживание. В процессе окисления железа гипохлоритом натрия не происходит подкисления воды, а это очень важно для процесса фильтрации. Кроме того, раствор гипохлорита натрия (как товарный, так и электрохимический) - щелочной [Там же].

Обработка воды перманганатом калия. Метод окисления двухвалентного железа используется путем введения в исходную воду перед фильтрами раствора перманганата калия KMnO4 - марганцовки. Последний может также вводиться в сочетании с гипохлоритом натрия с целью обработки сложных вод и экономии перманганата калия - достаточно дорогостоящего окислителя. На окисление одного мг Fe2+ тратится 0,71 мг (практически один мг) пермангната калия, а щелочность воды уменьшается на 0,036 ммоль/л. Для приготовления рабочих растворов следует руководствоваться данными по растворимости перманганата калия в воде:

при температуре 20 0С - 6,34 г KMnO4 на 100 г воды;

при температуре 60 0С - 22,2 г KMnO4 на 100 г воды [30].

Совместный ввод реагентов позволяет экономить до 80 % перманганата калия. Введение этого реагента перед подачей в воду гипохлорита натрия разрушает органические вещества, вступающие в реакцию с хлором. В результате образуются продукты с резким запахом, например, фенолы. Если ввод реагентов осуществить в другой последовательности, то перманганат калия будет разрушать бразованные хлорпродукты [30].

Обработка воды озоном. Один из перспективных методов окисления железа - озонирование. Озон (О3) - один из самых сильных окислителей. Одновременно с обеззараживанием идут процессы окисления двухвалентных железа и марганца, обесцвечивание воды, а также ее дезодорация и улучшение органолептических свойств [Там же].

По сказанному в главе можно сделать следующие выводы: в Нюксенском районе не все подземные воды для хозяйственно - питьевого водоснабжения соответствуют нормам ПДК. Наблюдаются воды с повышенной концентрацией железа, жесткости и минерализации. На исследуемой территории насчитывается 20 скважин с повышенным содержанием железа, 24 скважины с жесткой водой, и 30 скважин с минерализацией более 1000 мг/ л.

Длительное употребление воды с повышенным содержанием железа негативно влияет на репродуктивную функцию организма, увеличивает риск инфарктов, может привести к заболеванию печени. Такая вода имеет неприятный привкус, причиняет неудобства в быту.

Поэтому на территории Нюксенского района имеет смысл использовать очистку вод перед их использованием. Возможные методы обезжелезивания приведены выше.

Так же был рассчитан потенциальный риск здоровью населения, вследствие употребления загрязненнои питьевой воды. Было определено, что в шести из семи населенных пунктах, где было обнаружено превышение предельно-допустимой концентрации железа, ситуацию следует оценивать как удовлетворительную. То есть тенденция у росту общей заболеваемости как правило не носит достоверного характера.

И только в одном из семи населенных пунктов, где было обнаружено превышение предельно-допустимой концентрации железа, ситуацию стоит оценивать как неудовлетворительную. То есть тенденция к росту заболеваемости, как правило, носит достоверный характер и возможны систематические случаи жалоб населения на различные дискомфортные состояния.



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В своей дипломной работе я оценила качество подземных вод Нюксенского района в целях использования их для хозяйственно - питьевого водоснабжения

В результате настоящего исследования установлено:

В настоящее время в Нюксенском районе в качестве источника водоснабжения используется преимущественно верхнетатарский комплекс. В питьевых целых могут использоваться воды меньшей половины скважин, пробуренных на территории района.

На территории района из всех 80 действующих скважин насчитывается 20 скважин с повышенной концентрацией железа - более 0,3 мг/л. Такую воду не рекомендуется использовать для хозяйственно - питьевого водоснабжения. По анионам железосодержащие воды относятся к гидрокарбонатному типу. По катионному составу это воды магниево - кальциевые.

На территории района распространены разные по жесткости воды, от очень мягких вод, до очень жестких. По нормам СанПиН 2.1.4.1074-01 жесткость питьевой воды должна быть не выше семи мг-экв/л. В 25 скважинах были обнаружены подземные воды с жесткостью, превышающей ПДК. В трех скважинах жесткость воды составила менее одного мг-экв/л.

На территории района было выявлено 30 скважин с минерализацией превышающей ПДК (более 1000 мг/л). Все эти скважины приурочены к татарский отложениям верхней перми. Минеральные воды представлены как столовыми водами так и лечебными. В районе были выявлены следующие типы вод: Ашхабадский, Краинский, Кашинский, Угличский, Ижевский. Так же встречаются редкие воды, не имеющие аналогов. Не смотря на такое разнообразие типов минеральных вод, в Нюксенском районе не существует ни одной линии розлива. В связи с этим я бы хотела дать рекомендации в администрацию организовать линию розлива минеральных вод различных типов.