CC BY
38
УДК 911
МЕЛКОМАСШТАБНАЯ ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА ЗАЩИЩЕННОСТИ ГРУНТОВЫХ ВОД АЛТАЙСКОГО КРАЯ
Е.С. Орлова
Институт водных и экологических проблем, Барнаул, E-mail: morana-11@mail.ru
В статье приведен пример качественной оценки защищенности грунтовых вод Алтайского края. Метод основан на бальной оценке с использованием геоинформационных технологий. В работе использовались характеристики почвенного покрова и зоны аэрации. В результате была построена картосхема защитного потенциала грунтовых вод, которая позволяет дать предварительную характеристику природной защищенности грунтовых вод на всю территорию края, а также может использоваться как основа для планирования водохозяйственных мероприятий, выявления очагов потенциального загрязнения и в других аспектах развития региона.
Ключевые слова: защищенность грунтовых вод, природный защитный потенциал, геоинформационное картографирование, Алтайский край.
Дата поступления 21.02.2018
Одним из основных аспектов социально-экономического благополучия региона является обеспечение населения качественной питьевой водой, определяющей здоровье и уровень жизни населения. Особенно остро данная проблема стоит в сельской местности, где главным видом деятельности выступает производство и переработка сельскохозяйственной продукции. Села являются основным источником продуктов питания, являются гарантом продовольственной безопасности страны. В связи с этим качество жизни населения в сельской местности выступает важнейшим аспектом в развитии региона.
Алтайский край один из лидеров по производству сельскохозяйственной продукции в России. Земли сельскохозяйственного назначения занимают больше 60 % площади края. На начало 2015 г. число сельских поселений составляло 652, численность сельского населения - 44% [16]. В водообеспече-нии сельских населенных пунктов в крае основную роль играют подземные воды. Значительная часть районов не имеет пригодных для водоснабжения поверхностных вод. Из 69 муниципаль-
ных образований края в 46 используются только подземные воды. В связи с этим необходимо проводить гидрогеологические исследования и мониторинг подземных вод, а также разрабатывать и внедрять мероприятия по рациональному использованию водных ресурсов. Следует учесть, что большинство малых сел Алтайского края не обеспечены централизованным водоснабжением и население вынуждено использовать для хозяйственно-бытовых нужд грунтовые воды, как наиболее доступные.
Материалы и методы. Подземные воды по сравнению с поверхностными более защищены от загрязнений. Но внешние факторы, такие как атмосферные осадки, почвенный покров, деятельность человека и др., оказывают непосредственное влияние на качественное и количественное состояние водоносных горизонтов. В районах с высокой антропогенной нагрузкой существует риск загрязнения подземных вод. Первым от поверхности постоянно существующим водоносным горизонтом являются грунтовые воды. Характерной их особенностью выступает то, что они не перекрыты водоупорами и
сильно подвержены влиянию окружающей среды.
Возможность загрязнения грунтовых вод от внешних воздействий характеризуется степенью их защищенности от загрязнения. Под защищенностью понимается способность зоны, отделяющей водоносные горизонты от поверхностного воздействия, препятствовать проникновению загрязнений в подземные воды за счет ее природных характеристик [1]. В настоящее время разработан ряд методик оценки защищенности подземных вод от загрязнений. Основоположником одной из них является В.М. Гольберг [3]. Он предложил бальную оценку условий защищенности подземных вод. Данная методика получила дальнейшее развитие в работах А.П. Белоусовой, И.С. Зекцера, Г.Н. Ельциной, Г.С. Михневич, С.П. Пасмарнова, А.Я. Смирнова и других исследователей. За рубежом чаще всего применяется методика DRASTIC, использующая вес и ранг природных факторов уязвимости подземных вод. В региональном приложении защищенность подземных вод рассматривала В.И. Заносова [12].
Выделяют качественную и количественную оценку защищенности. Первая заключается в определении природных условий залегания грунтовых вод, фильтрационных свойств пород защитной зоны. Количественная же выполняется на основе определения промежутка времени, за которое загрязняющее вещество достигнет уровня грунтовых вод. При такой оценке необходимо учитывать физико-химические факторы веществ (свойства загрязняющих веществ, их миграционная способность, сорбируемость и др.) [3].
В данной работе приведена качественная оценка защищенности. Задача настоящего исследования - определить природный потенциал защищенности грунтовых вод Алтайского края, для выделения наиболее уязвимых к загрязнению территорий. Картирование защищенности грунтовых вод дает воз-
можность выявить наиболее неблагоприятные в этом плане участки, где необходимо проводить водоохранные мероприятия и рационально планировать хозяйственную деятельность. В первую очередь это касается размещения объектов спецназначения (полигоны ТБО, скотомогильники, поля фильтрации) и крупных промышленных предприятий.
Для качественной оценки защищенности грунтовых вод Алтайского края была построена мелкомасштабная картосхема потенциала защитной зоны. За основу взята методика, предложенная А.П. Белоусовой [1-3, 13], и применена с учетом природных особенностей края. Грунтовые воды по территории распространены не повсеместно и относятся преимущественно к Верхнеобскому артезианскому бассейну (равнинная часть края), а также к крупным водотокам Ал-тае-Саянской сложной гидрогеологической области. Горные территории исключены из оценки ввиду особенностей формирования подземных вод в трещиноватых породах. Значительное развитие здесь имеют трещинные воды, приуроченные, как правило, к аргиллитам, песчаникам, глинистым сланцам, известнякам, гранитам и др. и распространены неравномерно. В связи с этим определение защитного потенциала в мелком масштабе здесь затруднено.
Для характеристики защитной зоны использовались картографические материалы [5-6] и литературные источники [8-12]. Исходные картографические данные и оцениваемые на их основе показатели представлены в таблице 1. Оценка выполнена на основе сопоставления категорий защищенности, где каждая категория отличается индивидуальной суммой баллов, зависящей от показателя.
Методика заключается в оценке потенциала защитной зоны, которая состоит из двух уровней. Первый уровень - почвы, характеризуется их типом и литологическим составом. Почвенный
покров является буфером и определяет задерживающую способность почв по отношению к загрязняющим веществам. Ключевым фактором буферности выступает содержание гумуса в почве: чем его содержание больше, тем выше защитный потенциал. Второй уровень определяется литологическим строением зоны аэрации (характеристика грунтов, литологический состав) в зависимости от фильтрационных свойств пород и способности задерживать загрязняющие вещества (коэффициент фильтрации). Зона аэрации является буфером между атмосферой и подземными водами. Мощность защитной зоны определяется уровнем залегания первого от поверхности водоносного горизонта [3, 6, 13-15].
Для каждого уровня были составлены промежуточные картосхемы с помощью программного комплекса Мар1пЮ Первый и второй уровни защитной зоны сопоставлены путем наложения промежуточных карт друг на друга и выделены типовые участки. Для каждого участка были суммированы
Исходные материалы для составления
баллы по всем установленным категориям.
Результаты. Оценка показала, что на территории Алтайского края можно выделить 8 групп в зависимости от типа почв и 3 группы, соответствующие ли-тологическому составу почвы (табл. 2). При определении защитного потенциала эти группы были соотнесены и выделены следующие категории с присвоением баллов: 1 балл - чрезвычайно слабый, 2 - слабый, 3 - средний, 4 - сильный, 5 - очень сильный, 6 - чрезвычайно сильный, 0 баллов - отсутствует. На основе полученных данных составлена картосхема первого уровня защитной зоны (рис. 1а).
При анализе литологического строения выделены следующие категории защитного потенциала: 0 баллов - отсутствует (скальные, полускальные), 1 -очень слабый (галечниковый, гравийный), 2 - слабый (песчаные, супесчаные), 3 - средний (торфяные), 4 балла -сильный (глинистые и суглинистые). Категории выделены в зависимости от фильтрационных свойств грунтов [6, 14].
Таблица 1
ы-схемы защищенности подземных вод
Показатели защищенности Исходный материал и источники
Механический состав и генетический тип почв Характеристика грунтов, литоло-гическая характеристика Глубина залегания первого от поверхности земли водоносного горизонта Почвенная карта Алтайского края, м-б 1:2 500 000 [4] Гидрогеологическая карта, м-б 1:2 500 000 [5]; Оценка природных условий для строительства дорог, промышленного и гражданского строительства, м-б 1:1 600 000 [5] Инженерно-геологическая карта, м-б 1:1 600 000 [5]; Схема районирования территории Алтайского края по особенностям режима грунтовых вод, м-б 1:2 000 000 [10]
Таблица 2
Определение защитного потенциала по типам почв и литологическому составу на территории Алтайского края (составлена по [13])
Группы почв Литологический состав
песчано -супесчаные глинисто -суглинистые суглинки с песчаной подстилкой
Черноземы Торфяные Серые лесные Болотные и пойменные Солоди и солончаки Каштановые и горные Подзолистые очень слабый средний чрезвычайно слабый чрезвычайно слабый чрезвычайно сильный потенциал очень сильный слабый чрезвычайно слабый средний слабый слабый сильный чрезвычайно слабый слабый
Глубина залегания первого от поверхности земли водоносного горизонта зависит от рельефа местности. В равнинной части края глубина колеблется от 1 до 40 м, в предгорьях от 10 до 70 м. В связи с этим выделено 5 градаций: 1 балл - до 3 м, 2 балла - 3-5 м, 3 балла - 5-10 м, 4 балла - более 10 м, 0 - отсутствие данных.
На основе анализа литологического строения и глубин залегания грунтовых вод была построена картосхема второго уровня защитной зоны (табл. 3). В итоге получено 14 категорий, для каждой из которых суммировались баллы по вышеуказанным параметрам. В качестве промежуточного результата была составлена картосхема защитного потенциала отложений, перекрывающих первый от поверхности горизонт подземных вод (рис. 1б).
При сопоставлении первого и второго уровня защитной зоны были выде-
лены типовые участки. Для каждого участка были суммированы баллы по всем установленным категория. Минимальная сумма составила 1, максимальная - 14. Чем больше сумма баллов, тем выше потенциал защищенности грунтовых вод. При генерализации результатов полученные данные были объединены в 5 категорий потенциала защищенности: очень сильный, сильный, средний, слабый, очень (рис. 2).
Очень сильным защитным потенциалом обладает большая часть Бие-Чумышской возвышенности. Приобское плато имеет сильный и очень сильный потенциал. Слабая и средняя защищенность преобладает на террасах рек Оби, Бии, Чумыша. Очень слабый защитный потенциал имеют днища ложбин древнего стока, озерные котловины. Потенциал защищенности Кулундинской низменности варьирует от очень слабого до среднего.
Таблица 3
Сумма баллов по типам грунтов и глубинам залегания грунтовых вод
Характеристика грунтов Глубина залегания вод
до 3 м 3-5 м 5-10 м более 10 м отсутствие данных
Глинистые и суглинистые 5 6 7 8 4
Торфяные 4 5 6 7 3
Песчаные, супесчаные 3 4 5 6 2
Галечниковый, гравийный 2 3 4 5 1
Скальные, полускальные 1 2 3 4 0
Рис. 1. Первый и второй уровень потенциала защитной зоны
Рис. 2. Итоговая картосхема потенциала защищённости подземных вод на территории Алтайского края
Выводы. Мелкомасштабная оценка позволяет дать предварительную характеристику природной защищенности грунтовых вод. Итоговая картосхема потенциала защищенности подземных вод характеризует возможность защитной зоны противостоять загрязнению грунтовых вод и может использоваться как основа для планирования водохозяйственных мероприятий, хозяйственной деятельности и выявления очагов потенциального загрязнения. В комплексе с данными по антропогенной
Список литературы
нагрузке картосхему можно использовать для выявления проблемных участков в отношении водных ресурсов. Для целей территориального планирования необходимо учитывать защитный потенциал грунтовых вод при проектировании полигонов ТБО, скотомогильников, полей фильтрации и иных объектов спецназначения. Между тем методика качественной оценки не учитывает некоторые важные факторы, такие как места выхода подземных вод, незатампо-нированные скважины и др.
1. Белоусова А.П., Агеева И.В., Руденко Е.Э. Оценка защищенности подземных вод юга Европейской части России // Водн. ресурсы. - 2014. - Том 41. - № 2. - С. 131-141.
2. Белоусова А.П. Оценка защищенности подземных вод от загрязнения радионуклидами // Вода: химия и экология. - 2012. - № 5. - С. 11-17.
3. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. - М.: Недра, 1984. - 262 с.
4. Зекцер И.С. Направления региональных исследований пресных подземных вод // Изв. РАН. Серия географ. - 2009. - №3. - С. 62-71.
5. Национальный атлас почв РФ. - М.: АСТРЕЛЬ, 2011 [Электронный ресурс]. -URL: https://soilatlas.ru.
б. Алтайский край. Атлас. Т. 1. - М.-Барнаул: Главное управление геодезии и картографии при совете министров СССР, 19lS. - 222 с.
I. Государственный доклад «О состоянии и об охране окружающей среды в Алтайском крае в 2G15 г.». - Барнаул, 2G16. - 167 с.
S. Гидрогеология СССР. Том XVII. Кемеровская область и Алтайский край. Западно-Сибирское геологическое управление. - М.: Недра, 1972. - 399 с.
9. Ресурсы пресных и маломинерализованных подземных вод южной части Западно-Сибирского артезианского бассейна / И.М. Земскова, Ю.К. Смоленцев, М П. Полканов и др. - М.: Недра, 1991. - 262 с.
1G. Информационный бюллетень о состоянии геологической среды на территории Алтайского края за 2GG6 г. Вып. 9. - Барнаул, 2GGl.
II.Природное районирование Алтайского края. Т. 1. - М., 1958. - 212 с.
12. Заносова В.И., Макарычев С.В., Алёшина Н.И. Экологические аспекты сельскохозяйственного водопользования в Алтайском крае: монография. - Барнаул: Изд-во АГАУ, 2G12. - 388 с.
13.Белоусова А.П., Гавич И.К., Лисенков А.Б., Попов Е.В. Экологическая гидрогеология. - М.: ИКЦ «Академкнига», 2GG6. - 397 с.
14.Всеволжский В.А. Основы гидрогеологии. - М: Изд-во МГУ, 1991. - 351 с.
15.Справочное руководство гидрогеолога. Т.1 / В.М. Максимов, В.Д. Бабушкин, Н.Н. Веригин и др. - Л.: Недра, 1979. - 512 с.
16.География Сибири в начале XXI века. Т. 5. Западная Сибирь. - Новосибирск: Академическое изд-во «Гео», 2G16. - 447 с.
References
1. Belousova A.P., Ageyeva I.V., Rudenko Ye.E. Otsenka zashchishchennosti podzemnykh vod yuga Yevropeyskoy chasti Rossii // Vodn. resursy. - 2G14. - Tom 41. -№ 2. - S. 1З1-141.
2. Belousova A.P. Otsenka zashchishchennosti podzemnykh vod ot zagryazneniya radionuklidami // Voda: khimiya i ekologiya. - 2G12. - № 5. - S. ll-ll.
3. Goldberg V.M., Gazda S. Gidrogeologicheskiye osnovy okhrany podzemnykh vod ot zagryazneniya. - M.: Nedra, 19S4. - 2б2 s.
4. Zektser I.S. Napravleniya regionalnykh issledovany presnykh podzemnykh vod // Izv. RAN. Seriya geograf. - 2GG9. - №3. - S. 62-11.
5. Natsionalny atlas pochv RF. - M.: ASTREL, 2G11 [Elektronny resurs]. - URL: https://soilatlas.ru.
6. Altaysky kray. Atlas. T. 1. - M.-Barnaul: Glavnoye upravleniye geodezii i kartografii pri sovete ministrov SSSR, 191S. - 222 s.
I. Gosudarstvenny doklad «O sostoyanii i ob okhrane okruzhayushchey sredy v Altayskom kraye v 2G15 g.». - Barnaul, 2G16. - 161 s.
S. Gidrogeologiya SSSR. Tom XVII. Kemerovskaya oblast i Altaysky kray. Zapadno-Sibirskoye geologicheskoye upravleniye. - M.: Nedra, 1912. - З99 s.
9. Resursy presnykh i malomineralizovannykh podzemnykh vod yuzhnoy chasti Zapad-no-Sibirskogo artezianskogo basseyna / I.M. Zemskova, Yu.K. Smolentsev, M.P. Polkanov i dr. - M.: Nedra, 1991. - 262 s.
lG.Informatsionny byulleten o sostoyanii geologicheskoy sredy na territorii Altayskogo kraya za 2GG6 g. Vyp. 9. - Barnaul, 2GG1.
II. Prirodnoye rayonirovaniye Altayskogo kraya. T. 1. - M.: Izd-vo AN SSSR, 195S. - 212 s.
12.Zanosova V.I., Makarychev S.V., Alyoshina N.I. Ekologicheskiye aspekty selskokho-
zyaystvennogo vodopolzovaniya v Altayskom kraye: monografiya. - Barnaul: Izd-vo AGAU, 2G12. - З88 s.
H3eecmuH AO PW. 2018. № 2 (49)
13.Belousova A.P., Gavich I.K., Lisenkov A.B., Popov Ye.V. Ekologicheskaya gidroge-ologiya. - M.: IKTs «Akademkniga», 2006. - 397 s.
14.Vsevolzhsky V.A. Osnovy gidrogeologii. - M: Izd-vo MGU, 1991. - 351 s.
15.Spravochnoye rukovodstvo gidrogeologa. T.1 / V.M. Maksimov, V.D. Babushkin,
N.N. Verigin i dr. - L.: Nedra, 1979. - 512 s.
16.Geografiya Sibiri v nachale KhKhl veka. T. 5. Zapadnaya Sibir. - Novosibirsk: Akad-emicheskoye izd-vo «Geo», 2016. - 447 s.
SMALL-SCALE ASSESSMENT OF GROUNDWATER PROTECTIVENESS IN ALTAI KRAI E.S. Orlova
Institute for Water and Environmental Problems SB RAS, Barnaul, E-mail: morana-11@mail.ru
The article gives an example of the qualitative assessment of groundwater protective-ness in Altai Krai. The method is based on the point evaluation of groundwater protective-ness using the GIS technology. Soil cover and aeration zone characteristics were used in the evaluation. As a result, a schematic map of groundwater protectiveness in Altai Krai was constructed. The map allows a preliminary description of natural protectiveness of ground-water throughout the region. Besides, it can be used as a basis for planning the water management activities, identifying the hotspots of potential pollution as well as in other aspects of the region development.
Key words: groundwater protectiveness, natural protective potential, geoinformation mapping, Altai Krai.
Received Fabruary 21, 2018
