Большая часть всемирных запасов пресной воды находится не в реках и озёрах, а под землёй, однако интенсивная эксплуатация природных ресурсов, растущие города, производственная и сельскохозяйственная деятельность человека нарушают экологическое равновесие и наносят запасам подземных вод серьёзный ущерб.
Не следует забывать, что подземные воды — полезное ископаемое, особенно ценное своей возобновляемостью в естественных условиях и в процессе эксплуатации. Как сохранить эти скрытые природные богатства? Какие меры необходимо принять по совершенствованию управления подземными водами земного шара?
Человек и вода
Бурное развитие промышленности в ХХ в. привело к созданию крупных индустриальных районов и промышленно-городских агломераций, на территории которых находятся энергетические комплексы, многочисленные предприятия, технологические производства (в том числе, токсичных веществ), фабрики, места складирования отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды, в первую очередь — водоносных горизонтов. Негативное влияние на химический состав подземных вод (особенно верхних, неглубоко залегающих пластов) оказывают стоки нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, поля фильтрации, шламонакопители, отвалы, хранилища химических отходов и удобрений. Поэтому неудивительно, что среди загрязняющих веществ преобладают фенолы, тяжёлые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Свалки и животноводческие комплексы ухудшают биологические показатели качества воды. Ежегодно в мире в окружающую среду попадает около 50 млн. т нефти. Соответственно, одними из „лидеров“ среди загрязнителей в настоящее время, наряду с ксенобиотиками, стали нефть и нефтепродукты, в том числе и нефтяные углеводороды.
Крупные водозаборы, обычно располагавшиеся рядом с населёнными пунктами и промзонами, по мере разрастания последних попадали в черту города или промышленного объекта, что ещё больше осложняло ситуацию. Под влиянием техногенных факторов происходило площадное загрязнение подземных вод, менялась структура питания водоносных горизонтов, территории подтапливались и заболачивались (рис. 1). Но при этом, как правило, условия их эксплуатации и водоотбора оставались неизменными, а оценка ресурсов базировалась не столько на качественных (химический состав, бактериальные и органолептические свойства), сколько на количественных показателях (производительность водозаборов). Запасы подземных вод, в том числе и загрязнённых, продолжали использоваться водозаборами промышленного типа для хозяйственного и питьевого водоснабжения, что привело к снижению качества питьевой воды, в которой обнаруживается повышенное содержание солей железа, марганца, фтора, йода, селена, стронция и т. д. Во многих случаях содержание этих компонентов значительно превышает так называемые „предельно допустимые концентрации“ (ПДК).
По данным Информационного бюллетеня о состоянии недр Российской Федерации, в 2004 г. содержание нормируемых компонентов на групповых водозаборах подземных вод ряда субъектов РФ достигает значений (в единицах ПДК): по железу — до 74,0, марганцу — 36,0, брому — 14,0, фтору — 4,17, кадмию — 5,0, мышьяку — 2,12, нефтепродуктам — 59,0, фенолам — 69,2 и др. Высокие содержания отдельных элементов, проникающих в организм с пищей, водой или воздухом, могут представлять серьёзную опасность для человека.
Исследованиями сотрудников лаборатории геохимии окружающей среды Института геохимии КНР выявлено, что допустимое содержание фтора в воде составляет 1 мг/л, и уже при содержании 4 мг/л необходимо использование специальных фильтров. Для Китая, где 240 млн. человек проживают в районах с повышенным содержанием фтора в воде (достигающим 20 мг/л и приводящим к заболеваниям кариесом, искривлению костей и другим болезням), подобные исследования и рекомендации имеют огромное значение.
Для обеспечения экологически безопасного, бесперебойного гарантированного водоснабжения и водопотребления необходимо проведение комплекса специальных полевых, лабораторных и теоретических исследований.С этой целью была принята программа „Разработка технологий оценки загрязнения и ресурсов подземных вод техногеннонагруженных территорий России“.
Методы исследований
В большинстве стран мира — и Россия в этом отношении не исключение — управление ресурсами, прогноз и оценка загрязнения подземных вод, как правило, проводятся в рамках конкретного объекта или участка эксплуатации, что, в отличие от региональных исследований и мониторинга, в большинстве случаев не позволяет выявить и учесть все факторы, определяющие формирование ресурсов, состава и качества подземных вод. В связи с этим для техногеннонагруженных территорий с наличием многочисленных участков эксплуатации подземных вод, объектов недропользования, промышленных предприятий, мест складирования отходов и других объектов, с которыми могут быть связаны процессы истощения и загрязнения подземных вод, наиболее перспективным является изучение условий формирования и оценка ресурсов, состава и качества подземных вод на территориальном уровне (в границах субъекта РФ).
Исследования административного района, проводимые в масштабах 1:100 000–1:200 000 (в сложных условиях исследования могут выполняться в более крупных масштабах), дают возможность наиболее полно учитывать как геолого-гидрогеологические и геохимические особенности территории, так и специфику существующего и планируемого техногенного воздействия, что принципиально для условий распределения, расходования и восполнения запасов пресных подземных вод при существующей схеме их эксплуатации субъектом РФ, а также её оптимизации и расширения. Подобный подход поможет разработать научно-обоснованную систему экологически безопасной эксплуатации подземных вод и обеспечить их рациональное хозяйственно-питьевое использование с учётом как перспектив развития данного региона, так и состояния конкретных объектов. С этой целью разрабатываются методики построения региональной балансово-гидродинамической модели территории субъекта РФ с оценкой распределения территорий с естественными условиями формирования состава подземных вод и их качества; вод, состав которых в той или иной мере изменён процессами техногенеза; аномальных участков с интенсивным загрязнением подземных вод.
Объектами исследований стали Калужская область и ряд промышленно-городских агломераций, крупных городских водозаборов, эксплуатирующих подземные воды, предприятия химической и нефтегазовой промышленности, а также полигоны захоронения твёрдых и жидких радиоактивных отходов.
Для оценки и переоценки запасов подземных вод, прогноза формирования их химического состава, качества и управления водоотбором используются данные разведки месторождений, гидрогеологического мониторинга, а также результаты контрольных обследований и специальной обработки имеющейся гидрогеологической информации. Однако для того чтобы получить объективную картину и оценить состояние и перспективу эксплуатации водных ресурсов, необходимо совершенствование гидрогеологического мониторинга как на территориальном (Калужская область) уровне (рис. 2), так и на конкретных химических и нефтегазовых комплексах, объектах недропользования, промышленных предприятиях, действующих крупных городских водозаборах, в том числе Воронежа, Курска, Твери, Санкт-Петербурга, Петрозаводска, Архангельска и Кировска. Дополненный комплексом специальных обследований, направленных на оптимизацию работы крупных городских водозаборов, модельно- и эксплуатационно-ориентированный мониторинг помогает не только оценить реальное положение дел на объектах, но и прогнозировать их дальнейшие развитие и рациональное использование.
Опытно-фильтрационные, гидрологические, геофизические и изотопные исследования и согласование результатов, осуществляемое в рамках геофильтрационных моделей, дают возможность предоставить достоверные оценки запасов подземных вод и разработать схемы экологически безопасной эксплуатации их месторождений.
Экологически безопасная эксплуатация подземных вод
Оценка, прогноз, управление загрязнением и экологически безопасная эксплуатация подземных вод осуществляются на основе обобщения данных систематических наблюдений (мониторинга) с разработкой системы вложенных гидрогеологических (телескопических) моделей разного масштаба. Если генеральная модель включает территорию района, подверженного техногенному воздействию (практически до естественных границ фильтрационных потоков), то вложенная модель низшего уровня (врезка) имеет более точные поля фильтрационных параметров. Такой подход позволяет учитывать все работающие в районе водозаборы и другие объекты, влияющие на состояние подземных вод.
Обоснованные санитарно-гигиенические требования по органолептическим, химическим и микробиологическим показателям могут лечь в основу экологически безопасной эксплуатации месторождений подземных вод. Для этого прежде всего необходим отбор приоритетных показателей их качества, т. к. нормы, действующие сейчас в РФ, не всегда согласуются с требованиями ВОЗ и директивами Совета Европы. Отбор необходимых характеристик позволит выявлять вариабельность химического состава подземных вод, давать комплексные оценки и прогнозы изменения качества подземных вод, регистрировать миграцию химических элементов, бактерий и вирусов, оценивать гидрогеохимические процессы, определяющие защищённость подземных вод от загрязнения.
На основе проведённых исследований будет концептуально разработана общая стратегия контроля, прогноза и реабилитации качества подземных вод на загрязнённых территориях в условиях, когда риск от воздействия загрязнения остаётся минимальным. Главная задача такого рода исследований — оценка защищённости подземных вод на водозаборах, в частности, обоснование размеров и границ зон их санитарной охраны (ЗСО). На водозаборах, находящихся в стадии разведки, предварительные оценки позволят выявить круг наиболее важных гидрогеологических, в частности, миграционных параметров, подлежащих первоочерёдному опытному изучению. На действующих водозаборах такие оценки дадут возможность корректировки ранее назначенных ЗСО в условиях прогрессирующего загрязнения, а также прогнозирования изменения качества отбираемых вод и разработки дополнительных контрольных водоохранных мер.
Человек и вода
Бурное развитие промышленности в ХХ в. привело к созданию крупных индустриальных районов и промышленно-городских агломераций, на территории которых находятся энергетические комплексы, многочисленные предприятия, технологические производства (в том числе, токсичных веществ), фабрики, места складирования отходов, что приводит к загрязнению окружающей среды, в первую очередь — водоносных горизонтов. Негативное влияние на химический состав подземных вод (особенно верхних, неглубоко залегающих пластов) оказывают стоки нефтяных промыслов, предприятий горнодобывающей, металлургической, химической промышленности, поля фильтрации, шламонакопители, отвалы, хранилища химических отходов и удобрений. Поэтому неудивительно, что среди загрязняющих веществ преобладают фенолы, тяжёлые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, никель, ртуть), сульфаты, хлориды, соединения азота. Свалки и животноводческие комплексы ухудшают биологические показатели качества воды. Ежегодно в мире в окружающую среду попадает около 50 млн. т нефти. Соответственно, одними из „лидеров“ среди загрязнителей в настоящее время, наряду с ксенобиотиками, стали нефть и нефтепродукты, в том числе и нефтяные углеводороды.
Крупные водозаборы, обычно располагавшиеся рядом с населёнными пунктами и промзонами, по мере разрастания последних попадали в черту города или промышленного объекта, что ещё больше осложняло ситуацию. Под влиянием техногенных факторов происходило площадное загрязнение подземных вод, менялась структура питания водоносных горизонтов, территории подтапливались и заболачивались (рис. 1). Но при этом, как правило, условия их эксплуатации и водоотбора оставались неизменными, а оценка ресурсов базировалась не столько на качественных (химический состав, бактериальные и органолептические свойства), сколько на количественных показателях (производительность водозаборов). Запасы подземных вод, в том числе и загрязнённых, продолжали использоваться водозаборами промышленного типа для хозяйственного и питьевого водоснабжения, что привело к снижению качества питьевой воды, в которой обнаруживается повышенное содержание солей железа, марганца, фтора, йода, селена, стронция и т. д. Во многих случаях содержание этих компонентов значительно превышает так называемые „предельно допустимые концентрации“ (ПДК).
По данным Информационного бюллетеня о состоянии недр Российской Федерации, в 2004 г. содержание нормируемых компонентов на групповых водозаборах подземных вод ряда субъектов РФ достигает значений (в единицах ПДК): по железу — до 74,0, марганцу — 36,0, брому — 14,0, фтору — 4,17, кадмию — 5,0, мышьяку — 2,12, нефтепродуктам — 59,0, фенолам — 69,2 и др. Высокие содержания отдельных элементов, проникающих в организм с пищей, водой или воздухом, могут представлять серьёзную опасность для человека.
Исследованиями сотрудников лаборатории геохимии окружающей среды Института геохимии КНР выявлено, что допустимое содержание фтора в воде составляет 1 мг/л, и уже при содержании 4 мг/л необходимо использование специальных фильтров. Для Китая, где 240 млн. человек проживают в районах с повышенным содержанием фтора в воде (достигающим 20 мг/л и приводящим к заболеваниям кариесом, искривлению костей и другим болезням), подобные исследования и рекомендации имеют огромное значение.
Для обеспечения экологически безопасного, бесперебойного гарантированного водоснабжения и водопотребления необходимо проведение комплекса специальных полевых, лабораторных и теоретических исследований.С этой целью была принята программа „Разработка технологий оценки загрязнения и ресурсов подземных вод техногеннонагруженных территорий России“.
Методы исследований
В большинстве стран мира — и Россия в этом отношении не исключение — управление ресурсами, прогноз и оценка загрязнения подземных вод, как правило, проводятся в рамках конкретного объекта или участка эксплуатации, что, в отличие от региональных исследований и мониторинга, в большинстве случаев не позволяет выявить и учесть все факторы, определяющие формирование ресурсов, состава и качества подземных вод. В связи с этим для техногеннонагруженных территорий с наличием многочисленных участков эксплуатации подземных вод, объектов недропользования, промышленных предприятий, мест складирования отходов и других объектов, с которыми могут быть связаны процессы истощения и загрязнения подземных вод, наиболее перспективным является изучение условий формирования и оценка ресурсов, состава и качества подземных вод на территориальном уровне (в границах субъекта РФ).
Исследования административного района, проводимые в масштабах 1:100 000–1:200 000 (в сложных условиях исследования могут выполняться в более крупных масштабах), дают возможность наиболее полно учитывать как геолого-гидрогеологические и геохимические особенности территории, так и специфику существующего и планируемого техногенного воздействия, что принципиально для условий распределения, расходования и восполнения запасов пресных подземных вод при существующей схеме их эксплуатации субъектом РФ, а также её оптимизации и расширения. Подобный подход поможет разработать научно-обоснованную систему экологически безопасной эксплуатации подземных вод и обеспечить их рациональное хозяйственно-питьевое использование с учётом как перспектив развития данного региона, так и состояния конкретных объектов. С этой целью разрабатываются методики построения региональной балансово-гидродинамической модели территории субъекта РФ с оценкой распределения территорий с естественными условиями формирования состава подземных вод и их качества; вод, состав которых в той или иной мере изменён процессами техногенеза; аномальных участков с интенсивным загрязнением подземных вод.
Объектами исследований стали Калужская область и ряд промышленно-городских агломераций, крупных городских водозаборов, эксплуатирующих подземные воды, предприятия химической и нефтегазовой промышленности, а также полигоны захоронения твёрдых и жидких радиоактивных отходов.
Для оценки и переоценки запасов подземных вод, прогноза формирования их химического состава, качества и управления водоотбором используются данные разведки месторождений, гидрогеологического мониторинга, а также результаты контрольных обследований и специальной обработки имеющейся гидрогеологической информации. Однако для того чтобы получить объективную картину и оценить состояние и перспективу эксплуатации водных ресурсов, необходимо совершенствование гидрогеологического мониторинга как на территориальном (Калужская область) уровне (рис. 2), так и на конкретных химических и нефтегазовых комплексах, объектах недропользования, промышленных предприятиях, действующих крупных городских водозаборах, в том числе Воронежа, Курска, Твери, Санкт-Петербурга, Петрозаводска, Архангельска и Кировска. Дополненный комплексом специальных обследований, направленных на оптимизацию работы крупных городских водозаборов, модельно- и эксплуатационно-ориентированный мониторинг помогает не только оценить реальное положение дел на объектах, но и прогнозировать их дальнейшие развитие и рациональное использование.
Опытно-фильтрационные, гидрологические, геофизические и изотопные исследования и согласование результатов, осуществляемое в рамках геофильтрационных моделей, дают возможность предоставить достоверные оценки запасов подземных вод и разработать схемы экологически безопасной эксплуатации их месторождений.
Экологически безопасная эксплуатация подземных вод
Оценка, прогноз, управление загрязнением и экологически безопасная эксплуатация подземных вод осуществляются на основе обобщения данных систематических наблюдений (мониторинга) с разработкой системы вложенных гидрогеологических (телескопических) моделей разного масштаба. Если генеральная модель включает территорию района, подверженного техногенному воздействию (практически до естественных границ фильтрационных потоков), то вложенная модель низшего уровня (врезка) имеет более точные поля фильтрационных параметров. Такой подход позволяет учитывать все работающие в районе водозаборы и другие объекты, влияющие на состояние подземных вод.
Обоснованные санитарно-гигиенические требования по органолептическим, химическим и микробиологическим показателям могут лечь в основу экологически безопасной эксплуатации месторождений подземных вод. Для этого прежде всего необходим отбор приоритетных показателей их качества, т. к. нормы, действующие сейчас в РФ, не всегда согласуются с требованиями ВОЗ и директивами Совета Европы. Отбор необходимых характеристик позволит выявлять вариабельность химического состава подземных вод, давать комплексные оценки и прогнозы изменения качества подземных вод, регистрировать миграцию химических элементов, бактерий и вирусов, оценивать гидрогеохимические процессы, определяющие защищённость подземных вод от загрязнения.
На основе проведённых исследований будет концептуально разработана общая стратегия контроля, прогноза и реабилитации качества подземных вод на загрязнённых территориях в условиях, когда риск от воздействия загрязнения остаётся минимальным. Главная задача такого рода исследований — оценка защищённости подземных вод на водозаборах, в частности, обоснование размеров и границ зон их санитарной охраны (ЗСО). На водозаборах, находящихся в стадии разведки, предварительные оценки позволят выявить круг наиболее важных гидрогеологических, в частности, миграционных параметров, подлежащих первоочерёдному опытному изучению. На действующих водозаборах такие оценки дадут возможность корректировки ранее назначенных ЗСО в условиях прогрессирующего загрязнения, а также прогнозирования изменения качества отбираемых вод и разработки дополнительных контрольных водоохранных мер.
Обсуждения Подземные воды