CC BY
74
Мязина Н.Г., Пономарева П.А.
Оренбургский государственный университет E-mail: [email protected], [email protected]
ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЕРГЕНИНСКОГО АЛЛЮВИАЛЬНОГО ВОДОНОСНОГО ГОРИЗОНТА (ЦИМЛЯНСКИЙ АРТЕЗИАНСКИЙ БАССЕЙН)
В статье рассмотрены основные закономерности формирования и размещения пресных и минерализованных подземных вод ергенинского аллювиального водоносного горизонта Цимлянского артбассейна. Исследован качественный состав подземных вод горизонта. Проанализированы результаты минерализации, ионно-солевого состава, общей и карбонатной и постоянной жесткости. Выявлена вертикальная зональность изменения ионно-солевого состава с глубиной. Обоснована возможность комплексного использования гидроминеральных ресурсов ергенинского горизонта.
Ключевые слова: Цимлянский артезианский бассейн, водозабор, водоносный горизонт, пресные воды, минеральные воды, минерализация, общая жесткость, временная жесткость.
В 1992 г. Генеральная ассамблея ООН провозгласила 22 марта Международным днем водных ресурсов, в дальнейшем Международным днем воды. ООН и другие международные организации неоднократно обращались к проблеме водных ресурсов нашей планеты. Весь 2008 г. был объявлен годом Воды. Проблема воды выделена как первая и самая главная. Многие страны испытывают большие трудности в связи с нехваткой пресных вод питьевого назначения. Практически во всех странах существует проблема качества питьевых вод. Не исключением является южные районы Волгоградской области. По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), 80% заболеваний связано с плохим качеством питьевых вод. В 1985 г. ЮНЕСКО провозгласило, что пресные подземные воды являются последним резервом человечества. Геннадий Онищенко на открытии Российской недели здравоохранения (2013 г.) отметил, что качество среды обитания является важным критерием здоровья населения. «В России более 17% заболеваемости и 11% смертности было связано с вредным воздействием факторов среды обитания».
Жесткость одна из важных характеристик качества воды. Общая жесткость определяется как суммарное содержание солей кальция и магния и выражается как сумма карбонатной и некарбонатной жесткости. Карбонатная (устранимая) жесткость характеризуется содержанием в воде гидрокарбонатов кальция и магния при нагревании или кипячении воды разлагается на практически нерастворимые карбонаты и углекислый газ. Такая жесткость называется временной жесткостью, ее можно наблю-
дать при кипячении воды в чайнике. Некарбонатная жесткость складывается из некарбонатных солей кальция и магния, сульфатов, хлоридов, нитратов, при нагревании или кипя-че-нии они остаются в растворе.
В природе нет совершенно чистой воды. Вода - отличный растворитель. При длительном кипячении воды, обладающей карбонатной жесткостью, в ней появляется осадок, состоящий главным образом из СаС03 и MgCO3, и одновременно выделяется углекислый газ (СО2). Оба эти вещества появляются вследствие разложения гидрокарбоната кальция, именно поэтому карбонатную жесткость называют временной жесткостью. В процессе подготовки воды для питьевых целей, а также для использования в банях и бассейнах рекомендуется уменьшать жесткость воды ниже
1,5 ммоль/л (при этом кальция должно быть не менее 30 мг/л, а магния - не менее 10 мг/л). Такое содержание солей жесткости позволит укрепить сердечнососудистую систему человека, а также предотвратить негативное влияние на оборудование системы водоснабжения благодаря исключению коррозии материалов, из которых оно выполнено.
Постоянное употреблении внутрь жесткой воды без умягчения приводит к снижению моторики желудка к накоплению солей в организме, заболеванию суставов и образованию камней в почках и желчных путях также как карбонат кальция (известь) откладывается на стенках посуды.
Самым распространенным используемым в домашних условиях способом умягчения воды является нагрев до определённой температуры.
Другие технологии умягчения воды направлены главным образом на удаление имен-но карбонатной жёсткости как наиболее опасного явления.
Карбонатная жёсткость устраняется при кипячении. Соли, растворённые в воде (гидрокарбонаты кальция и магния Са(НС03)2, Mg(HCO3)2 легко распадаются при нагревании на карбонат кальция (известь) и карбонат магния образует воду и углекислый газ:
Mg(HCO3)2 = MgCO3+H2O+CO2
Са(НС03)2 = СаС03+Н20+С02
Твердый осадок представляет собой вещество от аморфного порошка до твердого кристаллического образования.
Материалы и методы
Для изучения пресных подземных вод были использованы следующие методы:
1) Анализ фондовых и литературных источников, выполнены химические анализы.
2) Для определения химического состава подземных вод был проведен сокращенный химический анализ который производится в целях получе-ния подробной характеристики состава по окончании бурения разведочно-эксплуатационных скважин, в конце опытных откачек для общей характеристике качества питьевых вод.
3) Систематизация подземных вод по химическому составу произведена на базе классификации Алекина-Посохова. В соответствии с ней выделено четыре типа вод (I - содовый, 11а -магнезиальный; 11б - гипсовый; Ша - хлормаг-ниевый). Наименование водам дается по преобладающим анионам и катионам. Преобладающими считаются ионы, содержащиеся в количестве 20% и более при условии, что сумма анионов и катионов равна 100% в отдельности.
4) Для характеристики химического состава подземных вод в работе также используется формула Курлова, представляющая собой псевдодробь, в числителе которой в убывающем порядке указывается процентное содержа-ние анионов, а в знаменателе - катионов.
Результаты и их обсуждение
Ергенинский аллювиальный водоносный горизонт является основным источником питьевого водоснабжения для жителей населенных
пунктов Светлоярского, Октябрьского, Котель-никовского районов.
Согласно региональному гидрогеологическому районированию ВСЕГИНГЕО, изучаемая территория южных районов Волгоградской области между правобережьем Цимлянского водохранилища и Прикаспийской впа-диной относится к Цимлянскому бассейну подземных вод III порядка безнапорно-субнапорных вод, Донецко-Донского бассейна II порядка, Днеп-рово-Донецкой провинции I порядка.
Расчлененность рельефа и близкое залегание к поверхности водопроницаемых неогеновых пород создают благоприятные условия для формирования пресных подземных вод в неогеновых отложениях, а где водообмен затруднен формируются минерализованные воды. Разгрузка ергенинского водоносного горизонта происходит по долинам больших и малых рек и овражно-балочной системы.
Основным объектом практического значения, а значит и изучения, являются пресные и минерализованные подземные воды ергенинс-кого водоносного горизонта.
Вышеперечисленные южные районы расположенные на Ергенинской возвышенности находятся в менее благоприятных условиях. Однако и здесь эксплуатационные запасы пресных подземных вод полностью обеспечивают существующие потребности сельского хозяйства и населенных пунктов.
Водоносный ергенинский аллювиальный горизонт (aN2er) широко распространен на территории Цимлянского бассейна. Кровля горизонта залегает на глубине 0,5-82 м, подошвой являются водоупорные отложения майкопской и киевской серий, реже проницаемые или водоупорные осадки более древних отложений (по кампан-ские включительно) препятствующими водообмену с нижележащими горизонтами палеогена.
Мощность водоносного горизонта изменяется от 30-120 м на севере бассейна и в центре территории, до 200-300 м - на юге. А мощность обводненных песков изменяется от 3 до 38 м к югу от Волго-Донского канала и увеличивается в южном направлении. Восточнее с. Плодовитое, а также на отдельных участках в центральной части территории ергенинские пески пол-ностью сдренированы или отсутствуют.
На большей части территории воды безнапорные или слабонапорные, гидравлически свя-
занные с подстилающими и перекрывающими отложения-ми. Горизонт преимущественно безнапорный. Уровень подземных вод устанавливается на глубинах от нескольких метров в долинах рек до 40-80 м на водоразделах. Дебит скважин изменяются в широких пределах от 0,2 до 20 л/с, родников - от 0,05 до 0,7 л/с; коэффициент фильтрации песков 1-35 м/сут, водопро-водимость - 20-460 м2/сут.
На севере территории Цимлянского АБ вдоль Волго-Донского канала распространены пресные воды гидрокарбонатного кальциевого, хлоридно-гидрокарбонатного кальциевого-на-триевого состава (табл.1 №6) с минерализацией до 1 г/л (I тип). Южнее преобладают хло-ридно-сульфатные и хлоридные натриевые воды с минерализацией 1-10 г/л и более.
Минерализация и химический состав подземных вод пестрый. Пресные воды с минерализацией от 0,2 до 1 г/дм3 распространены преимущественно в северо-западной части территории, где ергенинские пески нередко выходят на дневную поверхность или залегают на небольшой глубине. На юго-востоке территории, где водоносный горизонт перекрыт слабопроницаемыми или водоупорными суглинками и глинами, преобладают солоноватые воды с минерализацией от 1-3 до 4-6 г/дм3.
Основным источником формирования запасов подземных вод первого от поверхности ергенинского горизонта являются атмосферные осадки, на инфильтрацию которых оказывают влияние литологический состав пород зоны аэрации, глубина залегания водоносных горизонтов, геоморфологические и геоструктурные особенности территории. Междуречные пространства перекрыты в большей своей части мощным чехлом слабопроницаемых суглин-ков и водоупорных глин, препятствующих инфильтрации атмосферных осадков. Пресные воды формируются преимущественно в долинах балок и рек, а также на участках выхода водовмещающих пород на дневную поверхность или неглубокого их залегания.
Проанализируем параметры жесткости в некоторых отдельных водозаборах и водозаборных скважинах. Для водоснабжения южных районов Светлоярского, Октябрьского, Котель-никовского используются подземные пресные и минерализованные воды с общей жесткостью более 7 мг-экв/дм3 [5].
На месторождении Гремячинского Гока на юге Волгоградской области (Котельниковский р-н) подземные пресные воды выведены с глубины 80-90 м из ергенинского аллювиального водоносного горизонта. Водозабор эксплуатируется в поясе недостаточного увлажнения тип воды IIa, IIIa (О.А. Алекину) [3], [4]. Здесь пресные подземные воды формируются в условиях аридизации и континентального засоления по химическому составу сульфатно-хлоридно-гид-рокарбонатные натриево-кальциевые с минерализацией 0,7-0,9-1,0 г/дм3, общей жесткостью 7,5-10,8 мг-экв/дм3. В отдельных скважинах водозабора превышение ПДК общей жесткости достигает 4 раз к данным Всемирной организации здравоохранения.
Из скважины №10158 Гремячинского водозабора выведены пресные воды с минерализацией 0,88 г/дм3. Состав вод смешанный сульфатно-гидрокарбонатно хлоридный натриевокальциевый.
М 0,88 ° 43HCO336SO.21 рн 7.2
Ca2+ 43Na43Mgl4
В солевом составе Ca(HCO3)2 - 36%, CaSO4 - 7%, MgSO4 - 14%, NaCl - 43%, тип воды Нб (гипсовый) [3], [4]. Воды по генезису инфильтрогенные.
Общая жесткость составляет 8,0 мг-экв/дм3, карбонатная 4,90 мг-экв/дм3, некарбонатная 3,10 мг-экв/дм3. Воду в сыром виде необходимо пить после умягчения.
Из скважины №10182 Гремячинского водозабора выведены пресные воды с минерализацией 0,69 г/дм3. Состав вод смешанный суль-фатно-хлоридно-гидрокарбонатный натриевокальциевый.
HCO344Cl 33SO423 М 0,69 Ca2+ 59Na23Mgl8 рН 1Л
В солевом составе Ca(HCO3)2 - 44%, CaSO4 - 15%, MgSO4 - 10%, MgCl2 -10, NaCl -23%, тип воды Ша (хлормагниевый тип воды)
[3], [4]. Воды по генезису инфильтрогенные. Общая жесткость составляет 10,80 мг-экв/дм3, карбонатная 6,20 мг-экв/дм3, некарбонатная 4,60 мг-экв/дм3.
Для водоснабжения с. Гончаровское, Октябрьского района используются слабоминерализованные воды скважины №744 с минерализацией 1,20 г/дм3. Состав вод смешанный гид-
136 ВЕСТНИК 0ГУ№6 (167)/июнь '2014
Таблица 1. Геохимическая характеристика подземных вод ергенинского водоносного горизонта Цимлянского АБ
№ по рис. Название и местонахождение родников Глубина отбора, м Литология и индекс возраста водовмещающих пород Т°С pH Минера- лизация г/л Катионы и анионы, мг/дм3, мг-экв/дм3 Общая жесткость карбонатная постоянная мг-экв/л Формула химического состава Тип воды по О.А. Алекину-Е.В.Посохову/аналог минеральной воды
НСОз' S042' Cl' Са2+ Mg2+ Na++K +
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Пресные и слабосолоноватые воды используемые для питьевого водоснабжения
1 Участок питьевого водозабора Котельниковский р-н, х, Пимено-Черни , скв 10182 80-90 Песок, №ег 11-12 7,4 0,69 378,20 6,20 128,0 2,66 163,3 4,60 168,3 8,40 29,20 2,40 75,7 3,29 10,80 6,20-4,60 НСОі44 С133 SOj23 Ca59Na23 Mgl8 Ilia
2 Участок питьевого водозабора на Гремячинском ГОКе, Котельниковский р-н, скв 10158 80-90 Песок, №ег 11-12 7,2 0,88 298 4,9 118,6 2,47 185,0 5,21 120,4 6,0 19,5 1,60 138 6,0 м. 4,90-3,10 Cl 43 НСОіЗб SOj21 Ca43(K+Na)43 Mgl4 116
3 Скв.597, п.Прудовой, Светлоярского района 44-49 Песок, №ег 12 7,8 2,1 347,7 4,70 973 ,6 20,3 241,1 6,8 92,2 4,60 66,3 5,45 523,0 22,75 10,05 5,70-4,35 SOj62 C121 НСОЛ7 (K+Na)69 Mgl7 Cal4 На, Анапский
4 Скв. 744, с. Гончаровское, Октябрьского района 24-30 Песок, №ег 12 8,1 1,20 317,29 5,20 290,52 6,05 276,53 7,80 81,16 4,05 38,89 3,20 275,8 12,0 7.25 5,20-2,05 C140SO,i32 HCO,28 (K+Na)62 Ca21 Mg 17 Ha
5 Участок питьевого водозабора на Гремячинском ГОКе, Котельниковский р-н, скв 1а 127-140 Песок, №ег 12 6,6 0,697 280,7 4,60 113,6 2,37 187,9 5,30 112,2 4, 60 31,6 2,60 94,1 4,09 8.20 4, 6-3,6 Cl 43HCOs37 S0j20 Ca46(K+Na)33 Mg21 Ilia
6 Скв.2 (водяная) Привольненская площадь 50-58 Песок, №ег 12 7,1 0,29 134 2,20 28 0,58 39 1,09 32 1,6 7 0,6 43 1,87 2.20 2,20 НСОі58 С128 SO.il4 Na46 Ca40 Mgl4 I
7 Скв. 739. с. Абганерово, Светлоярский р-н 24-31 Песок, №ег 12 7,6 1,6 276,0 4,52 524,2 10,91 358,1 10,10 172,3 8,58 49,8 4,09 297,4 12,92 12.7 3,0-9,7 SOj43 С139НСОЛ8 Na50 Ca34 Mgl6 116 Иркутский
8 Ск.743. с.Гончаровское, Октябрьский р-н 25-32 Песок, №ег 12 8,4 3,2 320,34 5,25 1235,32 25,74 652,34 18,4 197,39 9,85 94,18 7,75 736,82 32,05 17.6 5,35-12,26 SOj52 С137НСОЛ1 Na64 Ca20 Mgl6 116 Угличский
9 Скв.З (водяная) Привольненская площадь 109-119 Песок, №ег 12 7,7 4,1 281 4,6 1301 27,1 1192 33,58 473 23,6 158 12,99 660 28,69 41,68 4,6-37,08 C151 SOj42 HCO,7 Na44 Ca36 Mg20 Ilia Хиловский
Экология ландшафтов
рокарбонатно-сульфатно-хлоридный кальциево-натриевый.
С14050432НС0328
М 1,2 рН 8.1
Ш62Са 21Mg17
В солевом составе Са(НС03)2 - 21%, Mg(HCO3)2 - 7%, MgSO4 - 10%, Na2SO4 - 10%, №С1 - 40%, тип воды 11а (магнезиальный тип воды) [3], [4]. Воды по генезису инфильтроген-ные. Общая жесткость составляет 7,25 мг-экв/дм3, карбонатная 5,20 мг-экв/дм3, некарбонатная
2,05 мг-экв/дм3.
Для водоснабжения с. Прудового, Светло-ярского района используются слабоминерализованные воды скважины №597 с минерализацией 2,10 г/дм3. Воды по химическому составу хлоридно-сульфатные натриевые.
Б0Л62С121НС0317 М 2,1 ~ы0б9М^У^а\4 рН 8Л
В солевом составе Са(НС03)2 - 14%, Mg(HCO3)2 - 3%, MgSO4 - 14%, №^04 - 48%, NaCl - 21%, тип воды 11а (магнезиальный) [3],
[4]. Воды по генезису инфильтрогенные. Общая жесткость составляет 10,05 мг-экв/дм3, карбонатная 5,70 мг-экв/дм3, некарбонатная 4,35 мг-экв/дм3. Эти воды являются близким аналогом Анапского типа минеральных вод в соответствии с ГОСТом.
Ергенинский водоносный горизонт, который является основным источником для питьевого водоснабжения с минерализацией до 1 г/дм3 и выше содержат подземные воды от средней жесткости до жестких 6-12 мг-экв/л.
В соответствии с принятой классификацией лечебного применения в ергенинском аллювиальном водоносном горизонте встречаются минеральные воды группы без «специфичес-ких« компонентов и свойств по классификационной схеме Иванова-Невраева.
Минеральные воды без «специфических» компонентов и свойств холодные, минерализация их колеблется от 1-2 до 15 г/дм3 (питьевые). По химическому составу воды ергенинского горизонта преимущественно сульфатно-хлоридные, хло-ридно-сульфатные, по газовому составу кислородно-азотные. Они встречаются на всей территории Цимлянского артезианского бассейна [6].
Лечебное воздействие вод этой группы определяется основным ионно-солевым составом и минерализацией. Она занимает доминирующее
положение как по числу относящихся к ней типов, так и по их распространенности в регионе.
Формирование химического состава минеральных вод без «специфических» компонентов и свойств осуществляется под влиянием общих гидро-геохимических процессов, таких как химическое выветривание пород (растворение и выщелачивание, гидролиз, окисление), катионного обмена в системе вода-порода, процессов смешения и др.
В классе кислородно-азотных сульфатно-хлоридных вод выявлен магниево-кальциевонатриевый подкласс. Воды этого класса встречаются на Привольненской площади. Глубина залегания вод от 90 м до 120 м. Минерализация их составляет 4,1 г/дм3 (табл.1., №9). Реакция среды - слабощелочная (рН=7,7). Давление Р - (0,1МПа). Температура 10-12°. В солевом составе вод преобладают №С1 (44%) и существенная роль принадлежит также CaS04 (до 29%) и MgS04 (13%), Са(НС03) (2-7%), MgCl2 (7%). Природа вод инфильтро-генная г№ / гС1 =1,16. Подземные воды являются аналогом Хиловского типа минеральных вод [7]. В России воды такого состава широко используются.
В классе кислородно-азотных хлоридно-сульфатных вод выявлены два подкласса натриевый, кальциево-натриевый, (табл. 1., №3, 7, 8). Воды залегают на глубине от 24 до 50 м. Минерализация вод варьирует от 1,6 до 3,2 г/дм3. Минерализация вод натриевого 2,1 г/дм3, кальциево-натриевого 1,6, 3,2 г/дм3. Реакция среды щелочная (рН 7,6-8,4). Температура 12°.
В солевом составе преобладают №^04 (от 25 до 52%), №С1 (от 21-39%) и присутствуют CaS04, MgS04. Генетический коэффициент г№ / гС1>1. Подземные воды являются аналогом Анапского, Иркутского, Угличского типов [7].
В России и странах СНГ воды такого состава нашли широкое применение.
Проведенные исследования позволили сделать следующие выводы:
1) По химическому составу пресные воды ергенинского аллювиального водоносного горизонта Цимлянского артезианского бассейна, -в основном воды смешанного состава, трехкомпонентные от сульфатно-хлоридно-гидрокарбо-натных до гидрокарбонатно-сульфатно-хлорид-ных, натриевого, натриевого-кальциевого соста-
ва. Воды обладающие наилучшим качеством относятся к гидрокарбонатному классу I типа.
2) Систематизация и типизация вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения на базе классификации Алекина-Посохова и Н.И. Толстихина выявила умеренно пресные (0,3-0,5 г/дм3) и пресноватые (0,5-1,0 г/дм3)
подземные воды и четыре химических типа воды I, 11а, 11б, 111а.
3) По типизации вод по ГОСТу для использования в качестве источника минеральных вод, выявлены аналоги в классе сульфатно-хлорид-ных и хлоридно-сульфатных: Анапский, Иркутский, Угличский, Хиловский типы.
22.02.2014
Список литературы:
1.Гидрогеология СССР. Поволжье и Прикамье. Том XIII / под редакцией Афанасье-ва Т. П. М.: Недра, 1970. 800 с.
2. СанПиН 2.1.41074-01 Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества М.: Издательство стандартов, 2001 г. 67с.
3. Алекин О.А. Основы гидрохимии. Л: Гидрометеоиздат. - 1953. 296 с.
4. Посохов Е.В. Общая гидрогеохимия. Л: Недра. - 1975. 208 с.
5. Мязина Н.Г. Формирование подземных вод хозяйственно-питьевого назначения на территории Нижнего Поволжья / Н.Г. Мязина // Водные ресурсы. - Екатеринбург, №3.-2013. - С 81-85.
6. Мязина Н.Г. Закономерности формирования и распространения минеральных вод в гидрогеологических структурах Волгоградской области [монография];- Волгоград: Изд-во ВолГУ, 2008. -212 с.
7. ГОСТ Р 54316-2011 «Воды минеральные природные питьевые».- М.: Стандартин-форм, 2011. 65с.
Сведения об авторах:
Мязина Наталья Григорьевна, доцент кафедры геологпп геолого-географпческого факультета Оренбургского государственного университета, кандидат геолого-мпнералогпческпх наук 460018. г.Оренбург, пр-т Победы 13, кафедра геологпп, ауд. 3207, тел. (3532) 372543
E-mail: [email protected]
Пономарева Полина Александровна, старший преподаватель кафедры химии, химикобиологического факультета Оренбургского государственного университета 460018. г. Оренбург, пр-т Победы 13, кафедра химии, ауд. 3330, тел. (3532) 372543
E-mail: [email protected]
