Карты расположения подземных вод в Московской области
Экологические проблемы использования подземных вод
Подземные воды в значительно большей степени защищены от воздействия внешних факторов, по сравнению с поверхностными водами, однако загрязнение водоносных горизонтов все же происходит. По официальным данным госэпидемнадзора на 1999 в стране было зарегистрировано более 1800 очагов загрязнения подземных вод, из которых 78% расположено на территории европейской части России. По экспертным оценкам суммарный расход загрязненных подземных вод в 1999 г. составлял 5-6% от их общего количества, используемого для питьевого водоснабжения, и, к сожалению, с каждым годом эта цифра возрастает.
Для очистки воды от избыточного железа применяются различные способы. Наиболее доступным среди них является аэрация воды и обработка ее окислителями - хлором, перманганатом, озоном и др. Эффективно также применение фильтрации через ионообменные фильтрующие элементы.
ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЬI МОСКОВСКОЙ ОБЛАСТИ: ЭКОЛОГИЯ И САНИТАРНО-ГИГИЕНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА
· Общие экологические проблемы использования подземных вод для нужд хозяйственно-питьевого водоснабжения
Подземные воды в значительно большей степени защищены от воздействия внешних факторов, по сравнению с поверхностными водами, однако загрязнение водоносных горизонтов все же происходит. По официальным данным госэпидемнадзора на 1999 в стране было зарегистрировано более 1800 очагов загрязнения подземных вод, из которых 78% расположено на территории европейской части России. По экспертным оценкам суммарный расход загрязненных подземных вод в 1999 г. составлял 5-6% от их общего количества, используемого для питьевого водоснабжения, и, к сожалению, с каждым годом эта цифра возрастает.
В первую очередь загрязнению подвержены водоносные горизонты, расположенные над уровнем водоупорных горных пород. В густонаселенных районах загрязнения проникают и в более глубокие горизонты вследствие их интенсивной откачки. При этом образуются так называемые воронки депрессии, в которых происходит подпитка подземных вод из расположенных выше загрязненных горизонтов. Одна из таких воронок отмечена в Москве и прилегающих к ней территориях.
· Физико-географическая характеристика подземных вод Московской области
Подземные воды в Московской области имеют 5 уровней залегания:
· грунтовые воды
· межморенный полунапорный водоносный горизонт
· надъюрский напорный горизонт
· среднекарбоновый напорный горизонт
· нижнекарбоновый напорный горизонт
Первые три уровня находятся выше первого от поверхности земли водоупорного горизонта, глубина которого на территории Московской области весьма изменчива и колеблется от 1-3 до 70 м. Для грунтовых вод характерно отсутствие напора, резкие перепады глубины залегания и мощности водоносных горизонтов. Ниже горизонта грунтовых вод находится еще 2 водоносных горизонта, которые гидравлически связаны с грунтовыми водами, это межморенный полунапорный водоносный горизонт и надъюрский напорный горизонты.
Все три горизонта питаются преимущественно за счет атмосферных осадков и поверхностного стока. Пополнение запасов воды в них происходит преимущественно в весенний период. Выход на поверхность грунтовых вод происходит в долинах малых рек и ручьев, воды межморенного полунапорного горизонта просачиваются к поверхности через древние и современные песчаные отложения (аллювий) в речных поймах, воды надъюрского водоносного горизонта поступают на поверхность через крупные восходящие источники, расположенные в руслах рек.
Среднекарбоновый и нижнекарбоновый напорные водоносные горизонты залегают на глубине более 100 м в известняковых и доломитовых отложениях каменноугольного периода. Они характеризуются значительной мощностью - до 50-70 м и относительной гидравлической обособленностью от других водоносных горизонтов. Эти воды являются основным источником водоснабжения городов и поселков на территории Московской области.
· Химический состав подземных вод
В целом для подземных вод Московского региона характерна высокая степень минерализации, концентрация солей достигает 20 мг/л. Воды обладают повышенной щелочностью, обусловленной высоким содержанием гидрокарбонатов, а также жесткостью из-за обилия солей кальция и магния. В некоторых случаях отмечается превышение ПДК по содержанию железа и марганца, а также повышенная концентрация фтористых соединений.
Химический состав подземных вод обусловлен следующими факторами.
· типом питания
· составом горных пород
· степенью изоляции от поверхностного стока и других водоносных горизонтов
Грунтовые воды в Московской области относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу с небольшим содержанием сульфатов и хлоридов. В формировании их солевого состава основную роль играет инфильтрация атмосферных осадков через почву. С этим связана повышенная концентрация в них солей железа и марганца. Кроме того, под влиянием загрязненного поверхностного стока в отдельных случаях зарегистрировано повышенное содержание кадмия, алюминия, свинца, мышьяка, никеля, хрома, кобальта, ванадия.
Данные о превышении ПДК по одному или нескольким из этих показателей имеются для скважин в окрестностях г. Волоколамска, пос. Щербинка, г. Истры и др. крупных промышленных районов. В районах интенсивной сельскохозяйственной деятельности - в Можайском и Истринском районах, а также в окрестностях Звенигорода в грунтовых водах обнаружены фосфорорганические пестициды, а также повышенная концентрация биогенных элементов, в частности аммонийного азота.
Загрязнение грунтовых вод может быть связано не только с инфильтрацией тех или иных веществ через почвенные горизонты, но и с нарушением норм эксплуатации водозаборных сооружений и отсутствием строго охраняемых зон санитарной охраны. В частности этим обусловлено большинство случаев бактериального заражения подземных источников.
Воды межморенного полунапорного и надъюрского напорного горизонта по своим физико-химическим свойствам мало отличаются от грунтовых вод, так как в большинстве случаев связаны с ними гидравлически. Уровень их загрязненности уменьшается с глубиной. Наиболее глубоко залегающие воды среднекарбонового и нижнекарбонового напорного горизонта более минерализованы, чем грунтовые. Они практически повсеместно относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу с небольшой примесью сульфатов и хлоридов. Однако в некоторых местностях в солевом составе преобладают сульфаты.
Из-за наличия минералов целестина и стронцита в горных породах, образующих водоносные горизонты глубокого залегания, в подземных водах наблюдается повышенное содержание стронция (до 2-5 мг/л). Концентрация стронция в воде постепенно увеличивается с глубиной скважин. В водах среднего карбона часто наблюдается повышенное содержание фтористых соединений. В скважинах Можайского и Рузского районов концентрация фтора нередко превышает ПДК, равное 1,2 мг/л.
· Санитарно-гигиеническая характеристика подземных вод и методы их очистки
Подземные воды Московской области характеризуются повышенной жесткостью. Присутствие ионов кальция и магния обусловливает общую жесткость. Карбонатная жесткость зависит только от концентрации гидрокарбонатов и карбонатов этих элементов. Средняя общая жесткость воды в Московской области находится в пределах 4,2-5,7 мг-экв./л при нормативе 8,0 мг-экв./л. (нормальная общая жесткость воды, при которой у потребителя отсутствуют проблемы - 2,5-3,0 мг-экв./л).
Наиболее эффективным способом умягчения воды является метод ионного обмена. Его принцип заключается в свойстве некоторых веществ при контакте с водой замещать содержащиеся в растворе ионы нежелательных элементов безопасными ионами натрия, водорода и др. Обычно в технологии очистки воды используются фильтры, загруженные специальными полимерными ионообменными материалами. Эффективность их работы определяется ионообменной емкостью загрузки, которая в свою очередь зависит от режима эксплуатации и, в частности от скорости фильтрации.
Одной из наиболее актуальных проблем использования подземных вод Московской области в целях питьевого водоснабжения является повышенная концентрация железа и марганца. ПДК для этих элементов в соответствии с принятыми в 2001 г. санитарными правилами и нормами (СанПиН 2.1.4.1074-01) составляет 0,3 и 0,1 мг/л соответственно. Несмотря на отсутствие выраженного токсического эффекта, эти элементы важны в санитарно-гигиеническом отношении, так как их концентрация определяет интенсивность развития специфических микроорганизмов - железобактерий, колонии которых поселяются на внутренних поверхностях труб и металлоконструкциях. В процессе жизнедеятельности эти организмы выделяют окисляющие железо ферменты, что в десятки раз повышает скорость коррозионных процессов. При этом в воду выделяются нерастворимые продукты окисления, что повышает мутность воды и придает ей окраску.
Для очистки воды от избыточного железа применяются различные способы. Наиболее доступным среди них является аэрация воды и обработка ее окислителями - хлором, перманганатом, озоном и др. Эффективно также применение фильтрации через ионообменные фильтрующие элементы.
В некоторых районах Московской области в подземных водах отмечено повышенное содержание фтора. Этот элемент необходим для человеческого организма, где он играет важную роль в формировании эмали зубов. В то же время повышенная концентрация фтора приводит к поражению костной ткани, известному под названием флюороз.
Для удаления избыточной концентрации фтора используют фильтрацию через сорбенты - оксиды и гидроксиды алюминия и магния, фосфат кальция, основные соли алюминия.
Участившиеся в последнее время случаи загрязнения подземных вод делают актуальной проблему очистки от органических загрязнений и в частности от пестицидов. Большинство этих соединений обладает высокой токсичностью и их присутствие в питьевой воде крайне нежелательно. Для очистки воды от органики ее обрабатывают различными окислителями - хлором, перманганатом, озоном. Высокий эффект дает сорбция на фильтрах, загруженных активированным углем. Наиболее дешевым способом удаления органики является аэрация.
В. Лукин,
эколог, к.б.н.
Гидрогеология
ГИДРОГЕОЛОГИЯ (от гидро ... и геология), наука о подземных водах; изучает их состав, свойства, происхождение, закономерности распространения и движения, а также взаимодействие с горными породами
В состав гидрогеологических исследований входят следущие виды услуг:
--Изучение водных ресурсов для решения проблем водоснабжения
--Обоснование нормативов допустимого воздействия на окружающую среду (ОВОС, ПДС, допустимое изъятие подземных вод при оценке их эксплуатационных запасов)
--Создание систем мониторинга состояния недр, поверхностных и подземных водных объектов, водохозяйственных систем
--Изучение и прогнозирование техногенного воздействия на окружающую среду
--Информационное обеспечение управления природопользованием
--Решение водохозяйственных проблем горнодобывающих предприятий
--Консультационные услуги и экспертные заключения
Карта глубин для артезианских скважин
Карта глубин для скважин на второй водоносный песок и колодцы.
Условная гидрогеологическая схема МО
(основные водоносные горизонты)
· I район
2 горизонта: Клязьминско-Ассельский, местами - Касимовский
Lмакс, м - 150
Нмакс, м - 50
Клязьминско-Ассельский (вероятный дебит - 0,3…27 л/с)
Состав:
Fe (мг/л) - 0,2...0,7 (исключая Клин и Талдом)
F (мг/л) - 0,2…1
Ж - 4-7 м-э/л
HCO3-, SO4-2, Ca2+, Mg2+
Касимовский (вероятный дебит - 2…8 л/с)
Состав:
Fe (мг/л) - 0,3...0,4 (Дмитров, Ногинск, Орехово-Зуево,Павловский-Посад,Балашиха,Железнодорожный,Электрогорск,Электросталь,Электроугли,Дрезна,Купавна,Люберцы,Малаховка - 1,5…3,9)
F (мг/л) - до 3,6
Ж - 5,2…6 м-э/л
H2S (Дмитров) - до 0,003 мг/л
· II район
2 горизонта: Касимовский,Луховицкий,Домодедовский и Подольско-Мячковский
Касимовский (вероятный дебит - 0,5...7 л/с)
Lмакс, м - 20...125
Нмакс, м - 10...60
Состав:
Fe (мг/л) - 0,2...0,9 - до 5 (Орехово-Егорьевск,Шатура,Шатур-Торф,Воскресенск,Раменское,Бронницы Клин, Солнечногорск, Химки)
Ж - 3...7 м-э/л
HCO3-, Ca2+, Mg2+, Na+
Подольско-Мячковский -Гжель,Бронницы, Балашиха, Егорьевск, Химки (вероятный дебит - 0,5...7 л/с)
L, м - 25...180
Н, м - 20...90
Состав:
Fe (мг/л) - 0,1...1,0 - до 6 (Егорьевск,Орехово-Зуево,Павловский-Посад,Клин, Солнечногорск, Химки)
Ж - 3,5...7,2 м-э/л
HCO3-, Ca2+, Mg2+, Na+
· III район
2 горизонта: Подольско-Мячковский, Воскресенский,Раменский,Гжель,местами - Каширский, частично оба (вероятный дебит - 1,5...7 л/с)
Западная часть:
Lмакс, м - более 100
Н, м - более 100
Восточная часть:
L, м - 20...80
Н, м - 18...40
Состав:
Fe, мг/л - 0,5...2,3 - до 7,5 (Нарофоминск)
F, мг/л - 0,2...1,0 - до 4,8 (Можайск)
Ж, м-э/л - 5...7
H2S, мг/л - до 0,003 (местами)
· IV район
2 горизонта: Каширский и Окско-Протвинский (вероятный дебит - 0,7...7 л/с)
L, м - 80...160
Н, м - 80...100 (до 150)
Состав:
Fe, мг/л - 0,5...2,5
F, мг/л - 0,2...1,0 - до 4,8 (Можайск)
Ж, м-э/л - 5...7,5
СО32-, Ca2+, Mg2+ - 0,4 г/л
· V район
Окско-Протвинский горизонт (вероятный дебит - 0,1...4 л/с)
L, м - 20...80
Н, м - 15...30
Состав:
F, мг/л - 0,1...1,5
F, мг/л - 0,1...1,5
Ж, м-э/л - 4...7,7
СО32-, Ca2+, Mg2+ - 0,4 г/л
В пояснениях указаны L - глубина залегания известняка в метрах (по подошве), Н - напор воды в скважине (расстояние от поверхности земли до устоявшегося после откачки уровня воды), жесткость (Ж) и гидрогеохимические характеристики вод - ее солевой состав.
Химический состав подземных вод известняковых горизонтов - преимущественно гидрокарбонатный, кальциево-магниевый, часто с высоким содержанием железа и фтора. Предельно допустимые концентрации (ПДК) железа и фтора составляют соответственно 0.3 мг/л и 0.7-1.5 мг/л. Жесткость воды, определяется суммарным содержанием кальция и магния, выраженным в миллиграмм-эквивалентах на литр, формально не превышает уровень ПДК( 7 мг-э/л). Вместе с тем, для нормальной работы домашней водной техники и для питьевых целей жесткость должна быть снижена до уровня 2.5-3 мг-э/л.
Серьезную проблему может создавать растворенный в подземной воде сероводород, чей характерный запах (тухлые яйца) улавливается при концентрациях даже в тысячные доли мг/л.
Красные цифры на схеме - интервал залегания водоносных песков, голубая цифра под ними - вероятность (1=100%) присутствия воды (по фактическим данным бурения скважин компаниями Мосгеоплан).
А. Секисов,
гидрогеолог, д.т.н.
Известняки в подмосковном регионе
Древние известняки каменноугольного периода залегают в Подмосковье на глубинах от 20 метров (юг, юго-восток, до более двухсот метров (северо-восток). Отметки даны по подошве (нижней границе пласта).Слои известняков могут существенно менять свою мощность (толщину) и форму (представляя складки). Кроме того, внутри самих отложений известняков могут встречаться маломощные пропластки глин и окварцованные участки.