Экологическая гидрогеология (стр. 5 )

Таким образом, воды по качеству разделены на две основные группы: соответствующие и не соответствующие нормам ГОСТа. Среди удовлетворяющих нормам ГОСТа вод выделяются воды высокого и очень высокого (рекомендуемого) качества. Последнему будут соответствовать воды с минерализацией 0,2 - 1,0 г/л, с величиной жесткости 1,5 - 7,0 мг-экв/л и содержанием фтора 0,5 - 1,5 мг/л.

Качество не соответствующих нормам ГОСТа вод подразделяется на три категории: среднее, удовлетворительное и плохое. К водам среднего качества относятся те, которым требуется простая очистка аэрированием (от сероводорода, радона или легко окисляемого железа). К удовлетворительного качества водам относятся те, что требуют обеззараживания (с повышенным содержанием колититра). К плохим по качеству водам относятся те, которым требуется комплексная, сложная очистка.

Крапом предусмотрено выделение площадей с аномальным содержанием тех или иных загрязняющих компонентов. Под аномальными, с концентрацией таких компонентов ниже ПДК, подразумеваются содержания выше фоновых, но ниже ПДК.

Информация о дебите конкретных действующих водозаборов, минерализации и общей жесткости воды, наличии и средней концентрации обнаруженных загрязняющих компонентов выносится в виде цифр и букв рядом с условным знаком водозабора.

Кроме того, на карте указываются границы месторождений пресных подземных вод, основные направления движения подземных вод и площади, где отсутствуют пресные подземные воды, пригодные для централизованного водоснабжения.

Лист 4. Перспективность хозяйственного использования подземных вод основных эксплуатируемых водоносных горизонтов.

Перспективность использования определяется косвенно. На карту выносятся все данные, на основании которых потенциальный пользователь мог бы оценить перспективность хозяйственного использования подземных вод исходя из своих конкретных задач. Цветом на карте отображается соотношение объема эксплуатации и прогнозных ресурсов в пределах выделенных месторождений подземных вод. В пределах выделенных цветовых полей цифрами в рамке указываются конкретные значения суммарного расхода всех действующих водозаборов и прогнозные ресурсы или эксплуатационные запасы, определенные по категории С2. На основании этой информации пользователь может судить об интенсивности использования подземных вод на данной территории и возможности увеличения степени их эксплуатации.

Также на данную сводную карту выносится сводная информация с листов 2 и 3, при этом в обобщенном виде показывается степень защищенности подземных вод и наличие в них аномалий с содержанием загрязняющих компонентов ниже и выше ПДК.

Информация о дебите конкретных действующих водозаборов и качестве эксплуатируемой воды наносится цифрами рядом с условным знаком водозабора. Кроме того, на карте указываются границы месторождений пресных подземных вод, основные направления движения подземных вод и площади, где отсутствуют пресные подземные воды, пригодные для централизованного водоснабжения.

В последнее время все большее распространение получают методики составления компьютерных эколого-гидрогеологических карт. Это связано с широким внедрением в различных отраслях науки и народного хозяйства технологии GIS (геоинформационные системы). По данной технологии компьютерная база данных сопряжена с электронной картой, в результате у пользователя появляется возможность показать в заданном масштабе графическую развертку любых имеющихся в базе данных эколого-гидрогеологических параметров или их производных. При создании компьютерных карт намного увеличивается диапазон накопления исходных данных, возможности их обработки, интерпретации и визуализации, несомненным достоинством данных карт является также возможность оперативного внесения дополнительной информации, связанной с изменением ситуации на картируемой территории.

IV.3. Прогнозные модели

Модели, используемые для прогноза распространения загрязнений в экологической гидрогеологии, условно можно разделить на два типа: гидродинамические и гидрогеохимические. Гидродинамические модели довольно полно описывают перемещение подземных вод в водоносных системах, но недостаточно учитывают взаимодействие этих вод с вмещающими их породами и загрязненных вод с незагрязненными. Смешение растворенных веществ с водами вмещающих пород описывается обобщенными коэффициентами дисперсии; взаимодействие с водовмещающими породами — с помощью коэффициентов сорбции [8, 25, 47]. При использовании этих моделей геохимическое поведение растворенных веществ оказывается неизвестным, и основное их применение связано с исследованием и прогнозом распространения инертных загрязняющих веществ.

В гидрогеохимических моделях основное внимание уделяется моделированию процессов, протекающих в системе вода — порода. При этом используется один из двух типов модельных представлений о природе раствора (межионное взаимодействие или ассоциация — гидратация ионов) и два типа математических описаний систем (методы минимизации свободной энергии или классические методы расчета ионных равновесий) [37]. Методические подходы каждой из пар не пересекаются, но вполне уместны и обладают собственными преимуществами и недостатками.

Гидрогеохимическое моделирование используется в экологической гидрогеологии для решения различных задач. Полную оценку качества воды, заключение о стабильности данных показателей (защищенности водоносного горизонта), целенаправленное изменение химического состава воды невозможно сделать без применения современных методов гидрогеохимического моделирования. В гл. II отмечалось, что биохимическое действие биологически активных элементов изменяется в зависимости от формы их нахождения в растворе. Большинство биологически активных элементов является комплексообразователями (Mg, Cu, Fe, Co, Zn, Ni, Mn) или анионогенными элементами (Mo, Se, As, I, F). Многие из них могут иметь в подземных водах различную валентность (Fe[+2,+3]; Mn[+2,+3,+4]; As[-3,+3,+5]; Se[+4,+6]; Cr[+3,+6]; Cu[+1,+2]) и, следовательно, находиться в виде различных миграционных форм. Действительный состав раствора, включающий, в отличие от брутто-состава, все устойчивые миграционные формы, в общем случае не определяется аналитически, а вычисляется. Необходимость такой расчетной работы, помимо сказанного выше, определяется еще и хорошо известным фактом зависимости поведения растворенных веществ в миграционных процессах от их распределения по разным миграционным формам (имеются в виду процессы ионного обмена и адсорбции, осаждения и растворения минералов, окисления и восстановления и т. д.). Задача определения неизвестного действительного состава воды по ее заданному брутто-составу состоит в моделировании (численной имитации) всех возможных в ней ионных равновесий. Применительно к природным гидрохимическим системам она была сформулирована около 30 лет назад (Россия) и Г. Хелгесоном (США). Высокая степень сложности соответствующих расчетов исключает возможность эффективного решения задачи без применения современных компьютеров.

Еще одной областью применения гидрогеохимического моделирования является мониторинг качества подземных вод. При определенных рН - Еh условиях некоторые нормируемые элементы не могут находиться в жидкой фазе в сколько-нибудь значительных концентрациях. Таким образом, после определения макрокомпонентного состава воды и рН - Еh параметров водоносного горизонта с помощью программы, моделирующей формы миграции микроэлементов и пределы растворимости их соединений в данных условиях, можно существенно сократить список определяемых в воде нормируемых элементов. В условиях постоянного роста цен на химико-аналитические работы такой подход дает значительный экономический эффект.

И, наконец, весьма перспективной областью применения гидрогеохимического моделирования является разработка технологий управления качеством воды целенаправленным искусственным воздействием на распределение элемента по миграционным формам прямо в водоносном горизонте (путем создания геохимических барьеров и т. д.). Более подробно с методами гидрогеохимического моделирования можно познакомиться в работe [31].

Наиболее перспективным направлением разработок в области прогнозного моделирования процессов, связанных с эксплуатацией и загрязнением подземных вод, является соединение в одной программной системе "гидродинамической" и "гидрогеохимической" моделей. В настоящее время уже имеются первые варианты таких программ [38].

IV.4. Минимизация отрицательного воздействия на подземную гидросферу

Основой для уменьшения отрицательного антропогенного воздействия на подземные воды является их рациональное использование. Практика использования природных вод в настоящее время отличается отсутствием количественных оценок целесообразности той или иной формы эксплуатации водных ресурсов и, как следствие, расточительным расходованием материальных и природных ресурсов. Так, на территории России для питьевого и хозяйственного водоснабжения часто используются пресные поверхностные воды. При достаточном объеме качество поверхностных вод почти повсеместно является неудовлетворительным, вследствие чего затраты на водоподготовку стремительно возрастают. Вместе с тем, значительные запасы чистых пресных подземных вод используются недостаточно.

Обострение внимания к проблеме охраны окружающей среды, все возрастающее использование математических методов для решения задач управления качеством и рационального использования природных, в том числе и водных, ресурсов, привело к широкому применению в экологической гидрогеологии информационных технологий. Процесс внедрения информационных технологий в решение практических и научных задач ускоряется развитием вычислительной техники, позволяющей детально проанализировать большое количество вариантов природопользования за ограниченное время. В свою очередь, развитие вычислительной техники побуждает математиков к разработке новых и развитию существующих методов компьютерной обработки данных и математического моделирования.

Одним из основных методов решения вопросов, связанных с рациональным использованием подземных вод, является применение компьютерных информационных систем, которые позволяют оценить качество природных вод, используемых в различных целях, наличие месторождений минеральных и питьевых вод и выдать рекомендации по их рациональному использованию. Такие системы необходимы административным и планирующим организациям, предпринимателям и водопользователям, природоохранным органам, исследователям, занимающимся проблемами гидрологии, гидрогеологии, экологии, медицинской географии, рационального использования ресурсов. Данные информационные (экспертные) системы представляют собой программы управления базами данных, которые помимо предоставления информации позволяют проводить численное прогнозное моделирование (вычислительный эксперимент) на основе введенных в компьютер данных о том или ином варианте водопользования. Однако для достоверного решения задач управления водными ресурсами на практике требуется системный подход, учитывающий все необходимые стороны изучаемого процесса. В настоящее время внедрение системного анализа на основе математического моделирования в практику принятия решений часто сдерживается не отсутствием математических методов и соответствующего компьютерного обеспечения, а недостаточной информированностью лиц, принимающих подобное решение. Преодоление подобных трудностей и является основной задачей при внедрении экспертных компьютерных систем, позволяющих оперативно решать часто встречающиеся задачи по управлению природными водными ресурсами, такие, как:

извлечение (добыча) воды из водоносного горизонта;

естественное и искусственное пополнение запасов подземных вод;

химический состав и загрязнение подземных вод;

совместное управление запасами подземных и поверхностных вод;

влияние подземных вод на инженерные сооружения;

различные комбинации перечисленных проблем.

Таким образом, учитывается как количественная (объем водоотбора), так и качественная (распространение загрязнений) стороны водопользования. Кроме того, информационные системы предоставляют возможность получить статистическую информацию о состоянии природных вод, эксплуатационных запасах, имеющихся загрязнениях, экологическом качестве природных вод, произвести оценку защищенности подземных вод.

Зная потребнсть в воде по районам и отраслям, можно дифференцировать ее потребление по качеству: на технические и производственные нужды забирать воду худшего качества, хорошую же воду использовать только для питьевого водоснабжения. Но административным указом и штрафами, как показывает опыт, потребителя не заставить регламентировать водоотбор. Одним из наиболее эффективных инструментов регулирования интенсивности антропогенного воздействия на подземные воды является экономическое стимулирование рационального водоотбора и экологически безопасного размещения производства. Известно, что население закономерно реагирует на изменение цен на воду. Поэтому отдельной, и весьма актуальной, задачей является установление оптимальных размеров водопользовательских платежей. Стоимость природных вод должна способствовать внедрению оптимальной схемы водопользования в регионе. Необходимо также анализировать альтернативные пути использования ресурсов подземных вод в качестве лечебных, промышленных, мелиоративных.

Рациональное использование подземных вод не только уменьшит отрицательное воздействие на подземную гидросферу, но и даст необходимые средства для проведения различных природоохранных мероприятий.

Л и т е р а т у р а

1. , , С. Микроэлементозы человека. М., 19с.

2. Основы гидрохимии. Л., 19с.

3. Вода: контроль химической, бактериальной и радиационной безопасности по международным стандартам: Справ изд./Под ред. . М., 19с.

4. , К вопросу об оценке качества пресных подземных вод//Вестн. СПб. ун-та. СерВып. 4.

5. Вредные химические вещества:Справ. изд./Под ред и др. Л., 1Т

6. Гидрогеодинамика. М., 19с.

7. Экологическая минералогия и геохимия месторождений полезных ископаемых. СПб., 19с.

8. Гидрогеодинамические расчеты на ЭВМ /Под ред. . М., 19с.

9. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Л., 19с.

10. М. Гидрогеологические прогнозы качества подземных вод на водозаборах. М., 19с.

11. , Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. М., 19с.

12. , , Подземное захоронение промышленных сточных вод. М., 19с.

13. , , Гигиеническое нормирование химических элементов в воде с учетом минерального обмена//Гигиена и санитария. 1992. №1.

14. , , Современное биотестирование вод, требования к тест-организмам и тест-функциям с позиций сравнительной физиологии и физиологии адаптационных процессов //Журнал эволюционной биохимии и физиологии. Т.№ 4.

15. Загрязнение грунтовых вод органическими веществами в районах свалок провинции Онтарио //Водные ресурсы. 1992. № 2.

16. Е. К вопросу об оценке химического состава питьевой воды//Гигиена и санитария. 1964. №8.

17. , , С. К обоснованию ПДК железа в воде//Там же. 1992. №11-12.

18. , , Гидрогеохимия. М., 19с.

19. Влияние изменений гидрогеологических условий на окружающую среду. М., 19с.

20. Геохимическая среда, здоровье, болезни//Физиологическая роль и практическое применение микроэлементов. Рига, 1976.

21. , Эколого-гидрогеологическое картирование территории Ижорского плато с целью рационального использования водных ресурсов //Вестн. СПб. ун-та. СерВып.4.

22. , Геохимия подземных вод водохозяйственно-питьевого назначения. М., 19с.

23. , , Влияние низких концентраций кальция и магния в питьевой воде на транспорт одновалентных катионов и кальция в эритроцитах нормотензивных крыс// Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 1991. №5.

24. , , Численное моделирование геофильтрации. М., 19с.

25. Моделирование миграции подземных вод. М., 19с.

26. , Гигиеническая оценка питьевых вод гидрокарбонатного класса группы кальция //Гигиенические аспекты опреснения воды. Шевченко, 1988.

27. Химический состав воды и здоровье населения// Гигиена и санитария. 1992. №1.

28. Методические рекомендации по выявлению и оценке загрязнения подземных вод /Отв. ред. . М.,19с.

29. Методические рекомендации по геохимическому изучению загрязнения подземных вод / , , и др. М., 19с.

30. Методы биотестирования качества водной среды: Сб. ст./Под ред. . М., 19с.

31. Методы геохимического моделирования и прогнозирования в гидрогеологии /, , и др. М., 19с.

32. Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения/Под ред. . М., 19с.

33. Динамика подземных вод. М., 19с.

34. , , Г. Изучение загрязнения подземных вод в горнодобывающих районах. Л.,19с.

35. Минеральный обмен. М., 19с.

36. , Нарушение микроэлементного обмена и пути его коррекции. М., 19с.

37. Гидрогеохимическое моделирование на ЭВМ, состояние и перспективы //Применение ЭВМ при гидрогеохимическом моделировании: Тезисы докл. Всес. семинара. Л., 1991. ,

38. , Компьютерные моделирующие системы для прогноза и предотвращения экологических последствий переноса загрязнений подземными водами // Тезисы докл. Всерос. совещ. "Многоцелевые гидрогеохимические исследования в связи с поисками полезных ископаемых и охраной подземных вод". Томск, 1993.

39. Основные свойства нормируемых в водах органических соединений /Отв. ред. , . М., 1987.

40. Геохимия. М., 19с.

41. Подземные воды - наше богатство. М., 19с.

42. Техногенные изменения гидрогеологических условий. М., 19с.

43. , А. К вопросу о научном содержании нового экологического направления современной гидрогеологии //Водные ресурсы. 1991. №5.

44. , , Научно-методические основы экологической гидрогеологии. М., 19с.

45. , И. О совершенствовании санитарного законодательства и контроля в области гигиены питьевого водоснабжения//Гигиенические аспекты опреснения воды. Шевченко, 1988.

46. А, , И. Гигиенические требования и классификация категорий качества бутылированных питьевых вод: Матер. междунар. когресса "Вода: экология и технология". М., 1994. Т.4.

47. Решение задач охраны подземных вод на численных моделях /, , и др. М., 19с. ,

48. Руководство по контролю качества питьевой воды. Т. 1-3. Женева, 1994.

49. Современные проблемы инженерной геологии и гидрогеологии территорий городов и городских агломераций/ Тез. докл. III Всес. семинара. М., 19с.

50. Гидрогеохимия техногенеза. М., 19с.

51. Человек. Медико-биологические данные: Доклад рабочей группы комитета МКРЗ. М., 19с.

52. В, Водообеспечение экипажей космических кораблей//Проблемы космической биологии. Т. ХХ1V. М., 1973.

53. Keller W. D. Drinking water: A geochemical factor in human health //Geological Sociery of America bulletin. №3. 1978. Vol. 89.

ББК 26.326

Ш 33

Р е ц е н з е н т  канд. геол.-минер. наук

(С.-Петерб. ун-т)

Печатается по постановлению

Редакционно-издательского совета

Санкт-Петербургского университета

Ш 33  Экологическая гидрогеология: Учебное пособие.- СПб.:

Изд-во С.-Петербургского университета, 199с.

ISBN -0

Рассмотрен широкий круг вопросов, касающихся  влияния состояния подземных вод на экосистему человека, особенностей формирования химического состава пресных подземных вод, значения  качества воды при ее использовании.  Дана классификация подземных питьевых вод по качеству. Изложены сведения об основных эколого-гидрогеологических процессах,  возникающих в условиях техногенного воздействия на подземную гидросферу.  Приведены виды и методы эколого-гидрогеологических исследований.

Предназначается для студентов и специалистов в области гидрогеологии, инженерной геологии, геоэкологии и охраны окружающей  среды.

ББК 26.326

ISBN -0   , 1996

-Петербургского  университета, 1996

Алексей Аркадьевич Шварц

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ. Учебное пособие

Зав. редакцией  Г. Ч е р е д н и ч е н к о

Редактор  М. Ю д о в и ч

Техн. редактор  Л. И в а н о в а

Лицензия ЛР № 000 от 01.01.2001 г.

Подписано в печать с оргинала-макета 25.11.96. Ф-т 60х84/16.

Печать офсетная. Усл. печ. л. 3,49. Уч.-изд. л. 3,42. Тираж 250 экз.  Заказ №  .

Редакция оперативной подготовки изданий Издательства СПбГУ.

199034. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9.

Центр оперативной полиграфии СПбГУ.

199034. С.-Петербург, наб. Макарова, 6.

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5