Подземные воды в условиях изменения окружающей среды (В.Л. Злобина)

Подземные воды в условиях изменения окружающей среды

ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ЗЕМЛИ И ИНТЕНСИВНОСТЬ ВОДООБМЕНА

(по данным 1974.- Львович –Соколов)

Виды гидросферы

Объем,тыс.км3 Объем,% Возобновление запасов, годы

Мировой океан 1 370 323 93 - 96.5 2 600Атмосфера 12.9-14 0.0009-0.001 0.027Ледники и снег 24 000 1.65-1.74 10 000Повенная влага

85 0.006 0.9

Речные воды 1.2 -2.2 0.0001 0.033Озера -водохранилища

176.4 -280 0.013 -0.019 1 -9 лет

Болота 10.3 0.0007 -ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ

23400 – 60 000 1.3-4.12 5 000

СПЕКТР ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВА

ОТРАСЛИ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА

ХИМИЧЕСКАЯ CI-, HCO3-, Fe 3+. NH3, NH 4,+, NO2-,NO3-,Cа 2+,Mg

2+., F-,Na+, Zn 2+,Cu 2+, Ni 2+,Cr(YI),Cr(III), Mn 2+,Hg 2+,Co 2+, H4SiO4 , H2S,CO3

2-,сульфиды, PO4 3, Pb2+-

НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ нефтепродукты, CI-, H2S, Na+, Cu 2+, Pb2+,- NH3, фенолы, ароматические углеводороды, сульфиды

МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ SO4 2-, Mn 2+, CI-, H4SiO4 , Na+, K+. Ca 2+,Mg 2+, Fe 3+.

Fe 2+

,. As(III), Cu 2+

МАШИНОСТРОЕНИЕ CI-, SO4 2-, F-, H4SiO4, Mo(YI),Ti 4+, NH3, NH4,+,

Ni2+, Cu 2+, Pb2+ ,Zn2+,Co2+,Cr(YI),Cr(III), Fe 3+. Fe 2+,цианиды

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Fe 3+. Fe 2+ , CI-, SO4 2-, Na+, Cu 2+

ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ SO4 2-, CI-, PO4

3, Na+, Ca 2+, S203 2-, CO3

2- ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ

ОБОГАЩЕНИЕ РУД фенолы, нефтепродукты, сульфиды, цианиды, роданиды, H4SiO4 , Cа 2+, Fe 3+. Fe 2+, Mn2+, Mo(YI), Co 2+, Ni2+, Zn2+, Pb2+ , As(III)

Величина антропогенной нагрузки по сульфатам для РФ

Классификация потенциальных источников воздействия на подземную гидросферу

№п/п Класс воздействия Потенциальные источники воздействияI Механическое Буровые скважины, Котлованы, карьеры,

горные выработки, шахты, МетрополитенНаземные сооружения, ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ

II Физическое Шахты,ТЭС, ГРЭС,ТЭЦ,АЭС (выбросы)Шламохранилища, Закачки, промстокиМелиорация, Водоотбор, Полигоны ТБОУтечки, Метрополитен

III Химическое Объекты промышленностиСельское хозяйствоСточные водыНефтехранилища

IY Физико-химическое Шахты, ТЭС, ГРЭС,ТЭЦ,АЭС (выбросы)Шламохранилища, Закачки, промстоки,МелиорацияВодозаборы, Полигоны ТБО, Утечки, Метрополитен,Водоотбор

Y Биологическое Сточные водыYI Радиоактивное АЭС, захоронение промстоков

Геохимические провинции в подземных водах

Основные геолого-гидрогеологические составляющие подземной гидросферы

Составляющие

подземной гидросферы

Основные компоненты

Водовмещающая среда Условия залеганияТип водовмещающих пород и состав минераловВодно-физические свойства

Подземные водыУсловия питания, фильтрации и разгрузки Взаимодействие водоносной системы с поверхностными и подземными водами Химический тип и состав подземных водЩелочно-кислотные и окислительно-восстановительные условияИнтенсивность водообмена

Процессы Геохимические процессы (ионный обмен, комплексообразование и др.) Гидродинамические (подтопление, суффозия и др.)Микробиологические

Взаимосвязь изменения гидродинамического режима, рН и геохимических процессов в грунтовых водах при

инфильтрации атмосферных осадков

Характеристика источников наземного и подземного воздействия для составления карты-схемы мониторинга подземной гидросферы

№п/п Разновидности воздействия Характеристика воздействия

1 Положение источника воздействия

НаземноеПодземное

2 По размерам воздействия Точечное (м2)Линейное (м2, км 2)Площадное (м2, км 2 )Объемное (м3)

3 По интенсивности антропогенной нагрузки

МинимальнаяСредняяМаксимальная (г/м2)

4 По времени воздействия Эпизодическое (часы) Временное (сутки)Постоянное (года)

5 Категории риска Низкая Средняя Высокая

6 По обратимости ОбратимыеНеобратимые

7 Класс воздействия ХимическийМеханическийФизическийФизико-химическийБиологическийРадиоактивный

Разновидности мониторинга подземной гидросферы№п/п Вид мониторинга Системы мониторинга Цель

1 Иерархический уровень Локальный (фоновый)РегиональныйФедеральныйНациональныйГлобальный (спутниковый)

Воздействие- реакция

2. Период наблюдений ЭкстренныйКраткосрочный (оперативный)Долгосрочный (режимный)

Воздействие- реакция

3. Видовой(отраслевой)

ГидрогеологическийГидрогеохимическийМикробиологический (Биомониторинг)ЛитомониторингГеоэкологическийРадиологическийАэрокосмическийМелиоративныйСанитарно-токсилогический

Нагрузка - воздействие- реакция

4. Мониторинг факторов(Factor monitoring)

Источники загрязнения (Рассредоточенные и локальные)Геотемпературный режимИнтрузия соленых вод

Нагрузка - воздействие- реакция

5 Прицельный мониторинг(Target monitoring)

КомплексныйИнгредиентный

Воздействие- реакция

6. Мониторинг процессов ПодтоплениеКарстово-суффозионныеЭкзогенные процессыВыщелачивание

Воздействие- реакция

Функциональная схема мониторинга подземной гидросферы

Блок наблюдений

Блок оценки результатов

Блок прогнозов

Управление и регулирование состояния подземной гидросферы

Сбор информации

Обоснование структуры наблюдений

Методы исследований (аналитические методы и приборы)

Идентификация источников воздействия

Факторы воздействия

Методика оценки результатов

Оценка состояния системы, реакция на воздействие

Методы прогнозирования

Прогнозные оценки

Методы улучшения свойств подземной гидросферы

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ ВОДА-ПОРОДАВ ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЕ

• SrCO3 + CO2 +H2O = Sr 2+ + 2HCO3

• • SrCO3 + H+ = Sr 2+ + HCO3

• • Миграционные формы Sr 2+ - SrSO4 , SrNO3 , Sr HCO3 , SrOH+• • • • HCO3 + H+ = H2O + CO2,

• • CaCO3+H2O +CO 2= Ca 2+ +2 HCO3

-

• • CO2 H2O• • CaCO3 + H+ = Ca 2+ + HCO3

-.

Природные

Климатические условия

Переувлажнение территории

Геолого-гидрогеологические условия

Высокие фильтрационные свойства водовмещающей среды

Распространение процессов растворения и выщелачивания

Гидрокарбонатный тип вод

Содержание минералов Sr2+ в водосодержащих породах

Антропогенные

Загрязнение атмосферных осадков

Водоотбор подземных вод

Усиление гидравлической взаимосвязи с поверхностными водами

Нарушение природных равновесий в системе вода -порода

Нейтрализующая емкость водоносной системы

Степень трансформации грунтовых вод в Национальном парке «Лосиный Остров» на. 1989г. и 2009г.

Химические ингредиенты в термодинамической модели

Расчетные программы

Учтенные химические ингредиенты Количество миграционных форм

1pH,Сa+2,Mg+2,Na+,K+, Fe+2,Fe+3,NO-3,HCO-3,Cl-,SO42-,Si, Sr+2,Al+3.

77

II pH, pH,Сa+2,Mg+2,Na+,K+, Fe+2,Fe+,3NO-3,HCO-3,Cl-,SO42-,Si, Sr+2,Al+3, Pb+2, Cd+2,Co+2,Cu+2.

123

III pH, pH,Сa+2,Mg+2,Na+,K+, Fe+2,Fe+,3NO-3,HCO-3,Cl-,SO42-,Si, Sr+2,Al+3, Pb+2, Cd+2,Co+2,Cu+2,Mn+2,Ni+2.

144

СИСТЕМА ВОДА - ПОРОДА

СaCO3

CaMg(CO3)2

SrCO3

SrSO4

Диапазоны изменения величины рН и концентраций макроэлементов в составе грунтовых вод

Химический

Ингредиент

Водоносные горизонты

1 2 3 4 5 6 7

РН 3.5-

7.09

3.79-

6.59

5.8-6.69 4.3-7.19 4.69-7.04 5.5-7.34 5.5-6.65

НСОз-, мг/л. 1-44 1-288 86-288 6-778 9-527 61-413 49-228

SO4 2- , мг/л 3-189 4-100 31-228 3-500 11-139 3.7-242 37-82

Сl- ,мг/л 18-

1037

42-4085 35-246 21-2009 28-1491 5-65 53-1442

Общая

жест.,мг-экв /л

3.24-

17.2

5.07-

82.3

5.57-9.72 1.83-15.4 1.49-28.4 3.25-6.98 5.15-

17.2

Ca 2+, мг/л 33.7-

201

60.5-

1217

73.7-130.6 14.4-385.3 21.6-405 8.9-104 80.5-

203.4

Mg2+ мг/л 19-71 5-262 11-39 6-111 5-99 2-31 10-86

Na+, мг/л 6-153 27.4-237 26-51 8.5-346.8 9-415 5.7-152 50-

448.5

ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА ТЕРРИТОРИИ Г.МОСКВЫ

Название округа Геохимический тип вод

Центральный SO4 – Са, НСО3-Са

Юго-Восточный СI-Na , НСО3-Са

Восточный SO4 –Са, НСО3-Са

Южный SO4 –Na, НСО3-Са

Северо-Западный SO4 – Na, НСО3-Mg, НСО3-Са

Северо-Восточный СI-Na, НСО3-Са

Северный SO4 –Na, НСО3-Nа

Западный НСО3-Са, SO4 – Na,

Юго-Западный НСО3-Са

Характер изменения геохимических критериев ив подземных водах водозабора по данным наблюдений за 1975 – 2000 гг.

Год наблюдений

КонцентрацииSO4

2-, мг-/лГеохимические критерии

HCO3-/ SO4

2 Ca 2+ + Mg 2+ -/ SO4 2

1981 11 28.3 29

1985 29 11.4 12.5

1995 51 6.96 7.54

2006 87 4.27 4.83

Результаты термодинамического моделирования результатов гидрохимических наблюдений на инфильтрационных водозаборах ( Калужская обл.)

№ водозабора

Расстояние от реки, м

Величина водоотбора,

тыс.м3-/час

Н+моль-/кг

SСаСО3

на 1993г. на 2003г.

1 10 40 12.3 0.18 -0.33

2 1500 65 11.1 0.029 -0.15

3 2500 180 13.8 0.19 -0.22

Последствия изменения процессов энерго- и массобмена•- ухудшение условий защищенности подземной гидросферы•усиление интенсивности водообмена•изменение режима подземных вод•трансформация гидродинамического режима в водоносных системах•активизация ряда негативных процессов•изменение химических, тепловых и биологических свойств подземных вод.

Признаки трансформации свойств подземных вод•нарушение гидрогеохимической зональности•изменение геохимических циклов и возникновение новых•образование геохимических полей•усиление химических и физико-химических взаимодействий •смена состава и типов подземных вод•проявление процессов комплексообразования•увеличение концентраций макро- и микроэлементов•изменение щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий•усиление процессов выщелачивания и растворения и др.