CC BY
13
Л. С. Зиновьева
К вопросу об изучении режима подземных вод
Из Научно-исследовательского санитарного института имени Эрисмана
За последние годы в отделе гигиены воды Института имени Эрисмана были проведены обобщающие работы по изучению режима артезианских вод каменноугольных отложений центральной части Подмосковной палеозойской котловины (верхнего, среднего и нижнего карбона).
На основании гидрогеологического материала по 1 ООО с лишним скважинам и данных свыше 7 ООО химических и 6 ООО бактериологических анализов по 420 скважинам были сделаны практические выводы об использовании подземных вод для питьевого водоснабжения, а также освещены некоторые теоретические положения.
В проделанной работе подтверждается известное положение о постоянстве состава подземных вод, защищенных с поверхности водоупорными перекрытиями.
Анализы воды скважины тегулиферинового водоносного горизонта производились в плановом порядке в Институте имени Эрисмана в течение всего 1939 г. Анализы наглядно показывают отсутствие или незначительность сезонных колебаний солевого состава воды скважины. Этот водоносный горизонт характеризуется постоянством состава на протяжении ряда лет, с 1928 по 1951 г., т. е. за 23 года; щелочность воды за этот период колебалась ¡в десятых долях миллилитра, общая жесткость в пределах менее Г (табл. 1).
Таблица 1. Данные анализов воды скважины тегулиферинового горизонта
верхнего карбона
Дата Температура воды Цветность Прозрачность в см РН Щелочность в мл кислоты Жесткость общая Сухой остаток Са" М8" 30'4 С1' Ре Азот аммиака со. левого
в мг/л
По се зонам
31/1 +•7° 3° >30 7,66 6,45 17,6° 355,2 78,0 29,2 10,0 1,6 0,09 0,28
27/1У 7,5° 5° >30 7,71 6,41 17,6* 356,0 78,0 28,9 9,6 0,9 0,08 0,00
15/УН 7° V >30 7,64 6,50 17,6* 340,0 77,2 29,4 9,9 0,8 0,12 0,41
15/Х 6е 11° >30 7,77 6,48 17,5° 349,6 77,3 29,2 8,9 0,8 0,15 0,37
По годам
1928 — 5" 3,5' 7,51 6,18 17,3° 354,0 76,7 30,5 12,4 1,2 0,70 0,22
1939 — 4,7° >30 7,71 6,50 17,1° 318,3 77,1 29,2 9,4 1,08 0,12 0.36
1951 — 2» >30 8,10 6,51 17,6° 343,2 77,8 29,2 8,9 2,5 0,11 0,34
Постоянство состава и органолептических свойств воды тегулиферинового горизонта обусловливается отдаленностью его области питания от данной местности, защищенностью водоупорными перекрытиями и за-
1 Пробная откачка.
трудняемой вследствие этого инфильтрацией атмосферных осадков вглубь; удовлетворительная конструкция скважины является существенно важным сопутствующим обстоятельством.
Для среднего карбона приводятся в качестве примера постоянства состава воды данные по 4 скважинам.
Таблица 2. Постоянство состава среднекаменноугольных вод (подмосковный
артезианский бассейн)
ч Жесткость Сухой остаток Азот
Годы рн ' 03 — я- н о д О 5 н 4 <и о о общая карбонат- Са" Мй" 50% сг Ре аммиака солевого
па а м ная в мг/л
1930 7,46 6,14 18,2° 17,2° 376,8 67,5 37,4 30,6 5,1 0,45 0,39
1950 7,90 6,23 17,5° 17,4° 372,0 62,6 38,1 34,7 4,0 0,22 0,28
1933 7,85 4,11 13,5° 11,5° 330,0 36,3 36,1 56,9 6,0 1,38 0,43
1950 7,90 4,32 13,1° 12,1° 303,6 33,9 33,2 54,8 4,0 0,04 0,34
1934 8,11 5,66 16,5' 15,8° 338,0 48,0 42,5 24,2 3,8 0,05 0,47
1951 8,24 5,56 15,4° 15,8° §38,0 45,3 39,1 27,3 4,2 0,08 0,05
1933 7,93 4,72 14,2° 13,2° 249,0 36,4 39,4 27,3 4,7 1,28 0,45
1951 Ь ,20 4,86 13,8° 13,6° 302,5 37,1 37,1 29,3 2,1 0,30 0,01
В табл. 2 сравниваются анализы за промежуток времени в 17—20 лет. Защищенность водоносного горизонта водоупорными четвертичными и юрскими глинами, а также глинами верхнего карбона обеспечивает и здесь постоянство состава с незначительными колебаниями величин щелочности, общей жесткости, кальция, магния, хлоридов, сульфатов. Исключением является повышенное содержание железа в двух случаях (1,28 и 1,38 мг/л) в пробах воды, взятых при откачках после сооружения скважин.
Наиболее защищенным из трех изученных водоносных горизонтов карбона является нижнекаменноугольный, перекрытый, кроме четвертичных, юрских, верхнекаменноугольных отложений, еще и слоем верейских красных глин среднего карбона. Табл. 3 характеризует постоянство состава воды этого горизонта в одном из районов.
Таблица 3. Постоянство состава нижнекаменноугольных вод (артезианская
скважина глубиной 200 м)
ч я Жесткость Сухой остаток 4. о 3 и
Дата РН ¿«3 |й§ " ° я общая карбонатная Са" М8" БО"« СГ Ре Азот 1 миака солев<
3 Я * в мг/л
30/Ш 1926 7,90 3,20 15,4° 9,0° 433,6 58,5 31,3 154,1 0,7 0,41 0,29
3/Х 1930 7,83 3,24 16,2° 9,1е 436,8 62,5 31,8 155,4 6,1 0,35 0,30
28/1 1940 7,65 3,20 15,2° 8,9е 440,0 54,9 32,3 153,4 6,2 0,30 0,30
12/1V 1950 7,92 3,40 15,2" 9,5е 414,0 53,9 33,2 153,1 6,0 0,50 0,25
Особенностью незащищенных горизонтов являются сезонные и годовые колебания солевого состава воды и неустойчивость бактериальных показателей. Примером могут служить данные анализов воды мелких скважин, эксплуатирующих аллювиальный водоносный горизонт, приведенные в табл. 4.
Таблица 4. Данные анализов воды аллювиального водоносного горизонта
(незащищенного)
Дата рН ч ~ га ^ ¡г н о л о Ч н ч си о и л н о к О га Ьй 3 5 ю щ Сухой остаток Са" ¡Ац" БО"4 с г Окисля-емость в мг02 Число колоний
§ О * в мг/л
28/Н 1941 7,00 5,20 16,7" 381,0 98,4 12,1 24,6 16,0 1,84 145
29/1V 1941 6,80 5,10 15,6° 348,8 96,1 9,2 56,8 16,0 1,04 18
29/УИ 1941 7,00 5,10 15,8° 312,8 100,8 7,1 36,1 22,0 1,28 —
30/1X 1941 - 5,30 15,1° 364,0 100,7 4,3 30,6 18,0 1,68 6
По данным 1941 г. можно проследить сезонные колебания состава воды скважин незащищенного горизонта. В последующие годы (1945—1948) наблюдаются уже более значительные колебания общей жесткости и солевого состава. В данном случае водоносный горизонт является ненадежным в санитарном отношении (что особенно подтверждают колебания бактериального состава) и требуются специальные более строгие мероприятия по организации зон санитарной охраны и постоянное хлорирование воды.
Под влиянием неблагоприятных санитарных, гидрогеологических и санитарно-технических факторов наблюдается отклонение от постоянства состава артезианских вод даже защищенных водоносных горизонтов. В качестве примера приведем данные отклонений солевого состава защищенных среднекаменноугольных вод.
Таблица 5. Качество и состав среднекаменноугольных вод
.N1 скважины Годы Цветность Прозрачность в см Щелочность в мл кислоты Жесткость общая Сухой остаток Б О СГ Ре Азот аммиака солевого Окисля-емость в мг О.,
в мг'л
320 1930—1931 — >30 5,06 16,5° 374,5 62,7 4,2 0,12 0,40 0,88
1939—1942 3,4° >30 5,02 15,1° 415,2 54,1 8,1 0,08 0,14 1,30
1945-1950 10,7° 25-30 5,79 19,7" 441,4 77,3 33,1 0,47 0,25 2,42
764 1941 — 1949 20° 0-7,7 13,02 58,2' 1295,0 325,7 220,4 9,55 2,36 6,18
463 1933—1950 38,9° До 3,5 6,76 37,3° 1549,1 376,5 177,0 5,30 0,79 7,76
В скважине 320 за 1930—1931 гг. не отмечалось отклонений от обычного состава среднекаменноугольных вод данного района. В период 1939—1942 гг. появляются первые признаки изменения качества воды—■ повышение содержания хлоридов и сухого остатка. В 1945—1950 гг. повышается содержание железа, сульфатов, щелочность, общая жесткость и цветность воды.
В таких случаях предполагается возможность подтока в скважину посторонних вод, очевидно, грунтовых, которые на территории данного объекта загрязнены с давних пор отходами производства и начали проникать в скважину вследствие изношенности стенок обсадных труб и их коррозии. Необходимо было произвести техническое обследование скважины, чтобы прекратить процесс ее разрушения путем соответствующей реконструкции. Таким образом, замеченные по анализам отклонения солевого состава и органолептических свойств воды скважины служат сигналом для принятия необходимых мер по улучшению санитарного состояния скважины.
В той же табл. 5 приведены примеры более значительных отклонений органолептических свойств и солевого состава воды скважин 764 и 463. Сильное ухудшение качества воды этих скважин связано со значительным загрязнением территории, где они находятся: в одном случае отмечается наличие поглощающих ям для нечистот, в другом — расположение скважины во дворе старой суконной фабрики, рядом с неблагополучной скважиной, которая служила проводником загрязнений в водоносный горизонт.
Проведенные нами работы показали, что перекрытие ненарушенными водоупорными породами водоносных горизонтов надежно защищает подземные воды от поверхностного загрязнения и обеспечивает постоянство их состава. Имеющиеся в литературе указания на то, что через водоупорные глины происходит фильтрация вод, которая может оказать влияние на качество глубоких артезианских вод, не вполне убедительны. В частности, приводимый в статье Я. А. Могилевского1 пример Люберецких полей фильтрации не может служить доказательством влияния этого массивного фактора загрязнения, так как из нескольких скважин, расположенных на полях фильтрации, только одна стала давать с течением времени воду с признаками значительного изменения солевого состава, а в трех скважинах на том же горизонте таких изменений не было обнаружено.
Оценивая влияние полей фильтрации на глубокие артезианские воды, автор не учитывал, повидимому, местных факторов загрязнения, ближайшее антисанитарное окружение скважины; не была произведена также техническая проверка состояния скважин полей фильтрации, а потому не исключена возможность наличия связи грунтовых и артезианских вод по затрубным пространствам или в результате коррозии стенок обсадных труб.
Наши работы показали, что существуют защищенные и незащищенные водоносные горизонты подземных вод. При организации зон санитарной охраны санитарные врачи должны предъявлять к ним различные требования, но это не значит, что для подземных защищенных водоисточников надо отменить II пояс зоны санитарной охраны, как это предлагает инженер Н. Ф. Гуляев в книге «Зоны санитарной охраны подземных источников водоснабжения». II пояс зоны санитарной охраны для защищенных подземных источников водоснабжения необходим; в его пределах должны проводиться соответствующие мероприятия, и в этом отношении совершенно прав Я. А. Могилевский. При определении границ II пояса зоны санитарной охраны подземных водоисточников, повидимому, главным основанием будет служить депрессионная воронка, обусловливающая возможность подтока загрязнений к скважине.
Особенно актуальное значение приобретает вопрос об организации зон санитарной охраны в связи с ростом в нашей стране промышленности и накоплением отходов производств, которые могут вызывать загряз-
1 Я. А. Могилевский, Гигиена и санитария, 1953, № 1.
2 Гигиена и санитария, № 11
нение даже глубоких подземных вод и ухудшение их органолептических свойств. Вместе с тем до последнего времени при изучении режима подземных вод гигиенисты уделяли наибольшее внимание химическому составу воды и бактериальным показателям, недостаточно оценивая орга-нолептические свойства подземных вод.
В настоящее время на опыте последних работ отдела гигиены воды Института имени Эрисмана можно было убедиться, что ухудшение органолептических свойств артезианских вод играет иногда главную роль при решении вопроса о возможности их эксплуатации. Известен пример, когда из 30 скважин одного района многие выбыли из эксплуатации вследствие появления в воде постороннего запаха нефтепродуктов, причем в 15 скважинах вода имела посторонний запах до 3—5 баллов» и лишь одна скважина сохранила свое питьевое значение.
Надо отметить, что в этом случае, кроме органолептических свойств* ухудшался также и химический состав воды.
Таблица 6. Ухудшение качества воды скважин вследствие загрязнения
нефтепродуктами
J3 X о Л
3 я я Характер запаха £ ™ о ч X я ю о 5 и к да а ' о JJ и 3 о Н Жесткость XS о о £ £ н Н О о s
й та ш ^ m я п -О о о к ч Я" и о я к А к >1 о U о О со и © О) N go
И о Годы 22 х s £ СО т £ с я ч я о со ю о о я О X О. н аз «3 bi X в мг/л a s О о
С р е дни й к а р б о н
498 1938 Землистый . . — > 30 2,69 8,5° 7,5° 204,4 33,4 5,6 0,08 1,0
498 1944 Отсутствует >30 3,28 10,9° 8,9* — — 5,0 0,16 1,8
498 1950 Смазочных масел . . . 4 22,5 4,53 18,3° 12,7° 504,5 103,9 45,6 1,9 2,59
498 1952 Нефти . . . 4 28 4,41 18,3° 12,3* 493,0 95,6 58,2 0,96 4,40
Н и жни й к а р б о н
333 1944 Отсутствует — > 30 3,38 15,4° 9,2° — — 9,0 2,5 1,3
333 1950 Смазочных масел . . . 4 >30 2,95 13,6* 8,3е 438,0 192,3 8,3 0,13 0,6
333 1952 То же ... . 4 5 5,06 25,1° 14,2' 723,0 170,2 99,3 9,9 8,6
Проникновение нефтепродуктов происходит во все артезианские горизонты карбона; глубина окважин среднего карбона до 150 м; нижнего — до 200 м.
Санитарное обследование в 1952 г. показало, что условия окружения скважин, состояние зон санитарной охраны, оборудование устьев неудовлетворительны; на близких расстояниях от скважин находятся емкости для нефтепродуктов и желоба для сточных вод; почва пропитана нефтью.
Грунтовые воды в районе обследования характеризуются неудовлетворительными органолептическими свойствами (цветность до 80°, прозрачность до 0), высоким содержанием железа (до 137,5 мг/л), бактериальным загрязнением (титр кишечной палочки 10, число колоний до 1 230 в 1 мл).
В настоящее время в результате создавшегося положения распоряжением городской санитарно-эпидемиологической станции времени»
приостановлено сооружение новых скважин на обследованной территории.
Каким образом загрязненные грунтовые воды проникают вглубь?
Гидрогеологический разрез обследованного района показывает, что водоносный горизонт среднего карбона перекрыт здесь глинами юры и верхнйт» карбона, а нижний карбон еще и слоем красных верейских глин Таким образом, по природным условиям глубокие артезианские воды здесь достаточно надежно защищены. Но местами перекрытия пробиты насквозь обсадными трубами артезианских скважин, некоторые из них имеют только одну колонну обсадных труб, возможно, подвергшихся коррозии вследствие давности существования скважины. По затрубному пространству или через неплотности стенок загрязненные грунтовые воды проникают в водоносный горизонт среднего карбона, а затем и нижнего, так как в скважинах эти горизонты сообщаются между собой.
Такое объяснение не отвечает, однако, на вопрос, почему одна из скважин предприятия, на территории которого нет скоплений нефтепродуктов и нет их в производстве, все же дает воду с запахом нефти и смазочных масел даже после изоляции в ней среднего карбона от грунтовых и верхнекаменноугольных вод? В этом случае можно предполагать, что вне территории завода, но в пределах воронки депрессии скважины имеются поглощающие или заброшенные скважины на средний карбон, который загрязняется через них грунтовыми водами поймы протекающей здесь грязной речки, что приводит к загрязнению всего водоносного горизонта среднекаменноугольных известняков на данном участке.
В 1952 г. при обследовании было обнаружено несколько заброшенных скважин, в частности, неподалеку от скважины, о которой идет речь. Принимаются меры к выявлению всех поглощающих и бездействующих скважин района и ликвидации их после технической проверки.
Для разрешения вопроса, на какое расстояние по горизонтали и на какую глубину может проникать загрязнение нефтепродуктами через различные породы, предполагается провести специальные исследования совместно с техническими организациями: сооружение шурфов и разведочных скважин с производством анализов грунтов и вод по программе, составленной в отделе гигиены воды Научно-исследовательского санитарного института имени Эрисмана.
Выводы
1. В целях планомерного изучения режима подземных вод большое значение имеет производство в лабораториях санитарно-эпидемиологических станций систематических анализов подземных вод, которые могут характеризовать постоянство состава и пределы его природных колебаний в различных областях страны.
Результаты проводимых работ позволят своевременно определять начавшиеся изменения качества подземных вод и проводить мероприятия по их санитарной охране.
2. Очередной задачей изучения подземных вод в гигиеническом отношении является постановка экспериментальных исследований для решения вопросов, на какое расстояние и на какую глубину могут проникать загрязнения через различные породы — глины, пески, трещиноватые известняки — и вызывать ухудшение качества подземных вод.
Результаты таких работ могут служить материалом к обоснованию границ зон санитарной охраны и санитарных мероприятий по охране подземных водоисточников.
£ -¿г -й-
