Геохимия грунтовых вод городских территорий

Наибольшее количество участков загрязнения подземных вод выявлено в Приволжском (37%), Сибирском (25%); Южном (11%) и Центральном (10%) федеральных  округах.

Структура загрязнения, то есть соотношение выявленных очагов с  разным химическим составом загрязняющих веществ и разными источниками  загрязнения, в течение последних  лет практически остается стабильной. Загрязняющими подземные воды веществами являются соединения азота (нитраты, нитриты, аммиак, соединения аммония), нефтепродукты, сульфаты и хлориды, тяжелые металлы (медь, цинк, свинец, кадмий, кобальт, никель, ртуть или сурьма, фенолы. Источниками загрязнения остаются промышленные предприятия, сельскохозяйственные и коммунальные объекты.

Загрязнение первого от поверхности  водоносного горизонта, не являющегося  в большинстве случаев источником централизованного водоснабжения, но широко используемого для нецентрализованного  и, кроме того, играющего важную экологическую  роль, широко развито в промышленно  освоенных регионах. Источниками  загрязнения служат накопители отходов  и сточных вод, крупные полигоны твёрдых бытовых отходов, нефтепромыслы  и нефтебазы, промышленные площадки и т.д. Участки загрязнения грунтовых  вод связаны с предприятиями  химической, энергетической, нефтехимической, нефтедобывающей и машиностроительной промышленности. Загрязнение более  глубоких водоносных горизонтов, используемых для централизованного водоснабжения, зависит от степени их защищённости. Из общего количества разведанных месторождений 15% относятся к надёжно защищённым, 42% – к защищённым, 43% – к незащищённым. На территории России выявлено около 500 водозаборов с постоянным или эпизодическим загрязнением подземных вод, 25% из которых – с производительностью более 1 тыс.куб.м/сут. В большинстве групповых водозаборов загрязнение подземных вод отмечается лишь в отдельных скважинах и по интенсивности относится к незначительному (1-10 ПДК).

На территории Курской, Брянской, южной части Калужской и Тульской областей стали проявляться последствия  Чернобыльской аварии в виде радиоактивных  осадков на поверхности, которые  со временем постепенно просачиваются  в грунтовые и подземные воды. Проблемы радиационной безопасности обозначились на территории Тверской, Ивановской, Московской, Смоленской, Рязанской, Белгородской и  Воронежской областей.

Наибольшую экологическую  опасность представляет загрязнение  подземных вод на водозаборах  питьевого водоснабжения. В основном это водозаборы, состоящие из одиночных  скважин с производительностью  менее 1 тыс.куб.м/сут. Проблемными в этом отношении являются водозаборы г.Липецк, в подземных водах которых обнаружено нитратное загрязнение. На водозаборах Курской городской агломерации подземные воды не соответствуют санитарным нормам по содержанию марганца, железа, фенола, нефтепродуктов. На некоторых водозаборах отмечено несоответствие качества воды требованиям радиационной безопасности. В Смоленской области на водозаборах крупных городов выявилась тенденция к увеличению минерализации, общей жёсткости, содержания железа, марганца, стронция. В Пермском крае на участке Сухореченского водозабора обнаружено загрязнение стронцием. Неблагополучная ситуация с качеством подземных вод складывается на водозаборах Омской, Новосибирской и Томской областей.

Следует отметить, что специальных  работ по изучению загрязнения подземных  вод на большей части территории России недропользователи не ведут. Оценка качества подземных вод осуществляется по результатам разовых и разновременных опробований и по ограниченному набору компонентов. Современное состояние качества пригодных для использования подземных вод свидетельствует о необходимости усилить контроль над ним на основе обязательного мониторинга на всех объектах, где возможно негативное воздействие на подземные воды.

4.1 Проблемы минерально-сырьевой базы питьевых подземных вод Российской Федерации

Анализ состояния ресурсной  базы подземных вод как источника  питьевого водоснабжения населения  и технологического обеспечения  водой объектов промышленности позволяет  сделать следующие выводы.

• Созданная ранее ресурсная база подземных вод в связи с изменившейся политической и экономической обстановкой в стране не отражает реальных возможностей перевода водоснабжения населенных пунктов и городов и, в первую очередь, крупных городов на защищенные подземные источники.
• В связи с этим в ряде регионов необходима переоценка общего ресурсного потенциала подземных вод и их прогнозных ресурсов. При этом требует решения вопрос об апробации и официальном учете прогнозных ресурсов.
• Одновременно необходимо выполнить работы по оценке состояния и возможности освоения месторождений нераспределенного фонда, переоценке запасов месторождений и снятию с государственного баланса запасов месторождений, освоение которых по каким-либо причинам будет признано невозможным. Результаты таких работ послужат основанием для обоснования и корректировки стратегических и ежегодных программ геологоразведочных работ на подземные воды и прогноза развития минерально-сырьевой базы подземных вод страны.
• Необходима разработка и реализация мер по приведению в соответствие с действующим законодательством Российской Федерации отбора подземных вод на участках недр, не имеющих запасов, прошедших государственную экспертизу и включенных в государственный учет (в количестве 15 млн куб.м/сут).
• Требуется корректировка новой Классификации запасов подземных вод и рекомендаций по ее применению, а также внесение изменений в порядок проведения государственной экспертизы запасов подземных вод на участках недр с действующими водозаборами (включая одиночные скважины) и в систему государственного учета ресурсной базы подземных вод.
• Для реализации закона «О недрах» необходима разработка нормативно-правовых документов, обеспечивающих резервирование источников питьевого водоснабжения, в том числе земель, на которых расположены резервные месторождения подземных вод, и выделение участков недр местного значения для геологического изучения и добычи подземных вод.

• Несмотря на неполное освоение разведанных ранее запасов подземных вод, для реального обеспечения водой населения и объектов промышленности требуется планомерное проведение геологоразведочных работ для создания ресурсной базы защищенных подземных источников крупных городов и других населенных пунктов.

Подземные воды распространены по всей территории России и являются одним  из источников питания рек. Большая  их часть непосредственно связана  с речным стоком н озерными котловинами. Объем естественных ресурсов подземных  вод оценивается в 787,5 км³/год, статические запасы составляют 28 тыс. км³.

На территории России разведано 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется лишь 48%. Эксплуатационные запасы разведанных месторождений  составляют 28,5 км³/год. Степень их использования в среднем по России не превышает 33%, около половины использованной воды расходуется на хозяйственно-питьевые нужды.

Суммарный отбор подземных вод  составляет всего лишь 4,5% от потенциальных  эксплуатационных ресурсов (около 230 км³/год), т.е., несмотря на достаточно большие запасы пресных подземных вод, их использование остается невысоким. Из общего объема эксплуатационных ресурсов около половины (113 км³/год) не связаны с речным стоком.

Загрязнение подземных вод в  большинстве случаев носит локальный  характер.

ИСТОЧНИК, естественный выход подземных  вод на земную поверхность. Подземные  воды находятся в полостях, порах  и трещинах горных пород в верхней  части земной коры. Верхняя граница  водонасыщенной зоны называется зеркалом, или уровнем, подземных вод. Там, где водоносные горизонты пересекаются с земной поверхностью, возникают источники. Поскольку глубина грунтовых вод меняется в зависимости от сезона и количества выпадающих осадков, источники могут внезапно исчезать, быть просачивающимися, капельными или бить ключом.

Источники на склонах холмов. В  районах с расчлененным рельефом часть воды, которая просачивается  в грунт в верхней части  холма, может снова выйти на поверхность  ниже по склону в виде источника, расположенного выше уровня водотока. Это происходит, если зеркало грунтовых вод находится  выше уровня водотока. Источники возникают  там, где вода при движении вниз встречает  водоупорный горизонт, а затем  выходит на поверхность в месте  обнажения водопроницаемых пород. Расход воды источников на склонах  холмов обычно невелик и изменчив.

Артезианские источники. Вода, поступающая  в пористые проницаемые слои, перекрытые водонепроницаемыми породами, может  под давлением фонтанировать  в низко расположенных выходах, образуя артезианский источник. Иногда артезианские водоносные горизонты  занимают значительную площадь, и тогда  артезианские источники имеют высокий  и довольно постоянный расход воды. Часть известных оазисов северной Африки приурочена к таким артезианским источникам. Там, где имеются разломы  в земной коре, артезианские воды поднимаются  из водоносных горизонтов вдоль линий  разломов. В период между сезонами дождей они нередко иссякают.

Карстовые источники. Крупнейшие в  мире источники часто связаны  с выходом вод из карстующихся известняков. Содержащие углекислый газ просачивающиеся воды способны растворять известняки, поэтому во многих районах, сложенных известняками, распространены карстовые пещеры и каналы. В таких районах довольно часто встречаются подземные реки и очень крупные карстовые источники.

Горячие источники. Большинство горячих  источников приурочено к вулканическим  областям, в которых вода нагревается  от горных пород, верхних слоев земной коры, расположенных вблизи вулканов, хотя, возможно, часть воды имеет  магматическое происхождение. В  некоторых горячих высокая температура  воды обусловлена подъемом воды с  больших глубин (ведь температура пород повышается примерно на 1° С с увеличением глубины на 30 м).

Минеральные источники. Вода минеральных  источников содержит значительное количество растворенных химических веществ. Теплые и горячие источники обычно имеют  более высокую минерализацию, поскольку  химические реакции протекают более  интенсивно при повышенных температурах.

5.Ландшафтные проблемы  городов

Природные проблемы связаны в основном с деградацией природных ландшафтов. Под городами изменяются все компоненты: геологическое строение и рельеф, поверхностные и подземные воды. Климат, почвенный покров, животный и растительный мир. Все живые  компоненты городской среды стараются  приспособиться к быстро меняющимся условиям ( в целом идёт сокращение видового разнообразия, сокращается и сама площадь земных насаждений). Казалось бы, городская среда меняется только на поверхности, а в глубине, под домами и асфальтом, всё остаётся без изменений, как и тысячелетия тому назад. 
Однако в современных городах коммуникации расположены до глубины несколько сот метров. Под землю в туннелях упрятаны реки, проложены линии метро, там протянуты различные трубопроводы, кабельные сети и пр. Все эти сооружения и коммуникации существенно изменяют гидроэкологические условия. Опускается уровень грунтовых вод, нарушается почвообразовательный процесс.

При застройке города строители широко применяют планацию (выравнивание) рельефа. Для этого засыпают овраги, долины небольших рек и ручьёв, пруды. Тем самым достигается увеличение площадей городских кварталов, дорог и проездов. Но при этом происходит нарушение естественных природных процессов. Оказывается затруднённым поверхностный сток, ухудшаются условия для отвода и опускания уровня грунтовых вод. Поэтому засыпание оврагов и речек сопровождается подтоплением подвалов домов, создаёт условия для размножения в них комаров. Подтопленными принято называть площади, на которых уровень грунтовых вод залегает не глубже трёх метров. Именно на такой глубине находятся подвалы и фундаменты зданий, электрические и телефонные кабели, водопроводные и канализационные трубы, другие коммуникации. Причиной подтопления является усиление фильтрации воды в поверхностные слои грунта. Подтопление разрушает фундамент, уменьшает их прочность, затрудняет прокладку трасс метрополитена, технических коллекторов и галерей, увеличивает коррозию трубопроводов и металлических конструкций. Подтопление усиливает многие геологические процессы и, прежде всего, оползни.

Города оказывают большое  влияние на природу и изменение  ландшафтов не только внутри себя, но и  далеко за пределами своих границ. В значительной степени это связано  с решением проблем водоснабжения. Обеспечение чистой питьевой водой  жителей городов и посёлков, водоснабжение  промышленных и коммунальных предприятий  относится к числу первостепенных экологических проблем городских  территорий. Оптимизация водоснабжения  предполагает решение целого комплекса  задач: наряду с удовлетворением  потребностей в питьевой воде обеспечить благоприятное санитарно-гигиеническое  состояние городской среды, развитие промышленного и жилищного строительства, создание лучших условий для разнообразных  видов отдыха людей.

В ряде городов мира нашей  страны для водоснабжения используются подземные воды. Но их усиленная  откачка сопровождается возникновением обширных вододепрессивных воронок, границы которых обычно уходят далеко за пределы городов.

В крупных городах водоснабжение, как правило, осуществляется не только за счёт подземных вод, но также и  поверхностными водами рек, озёр и водохранилищ. Но для этого приходится строить  сложные гидротехнические сооружения – каналы, шлюзы, очистные станции, а при постройке водохранилищ улучшаются экологические условия городов и пригородов. Чем крупнее город, тем большие гидротехнические объекты приходится создавать внутри него и за его пределами.