CC BY
26УДК 556.383/388:504(571.1)
особенности мелкомасштабной оценки защищенности подземных вод от загрязнения
© 2015 г. А.п. Белоусова
Институт водных проблем Российской академии наук, Москва
Ключевые слова: защищенность подземных вод, защитная зона, природный защитный потенциал, картирование.
Рассмотрены подходы к мелкомасштабной оценке защищенности подземных вод от загрязнения на территории крупных регионов страны. В зависимости от решаемых задач при оценке защищенности подземных вод использованы разные методические аспекты. Мелкомасштабная оценка в основном базируется на качественных подходах, но в ряде случаев применяют простые расчеты интенсивности миграции нейтральных загрязняющих веществ через защитную зону, а также экспериментальные данные о скорости миграции загрязняющих веществ при оценке защищенности подземных вод. Для крупных регионов, включающих территории с различными географическими условиями, используют только качественные характеристики различных геолого-гидрогеологических особенностей территорий.
^Зв'
А.П. Белоусова
По мере увеличения загрязнения окружающей среды роль подземных вод, включая грунтовые, как основных жизнеобеспечивающих систем регионов будет возрастать. Несмотря на их относительную по сравнению с поверхностными водами защищенность, подземные воды будут также иметь тенденцию к загрязнению и истощению, о чем уже ярко свидетельствуют процессы, происходящие с подземными и особенно грунтовыми водами на Европейской территории страны. В связи с этим актуальной является региональная мелкомасштабная оценка защищенности подземных вод от загрязнения.
Основные положения, которые, на наш взгляд, следует учитывать при оценке и картировании защищенности грунтовых вод от загрязнения различного масштаба, представлены в [1-4]. Дадим авторские определения оцениваемых показателей.
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
водное хозяйство России
Защитная зона - это зона, отделяющая подземные воды от поверхностного загрязнения и имеющая двухуровенное строение: почвы и породы зоны аэрации.
Защищенность - способность защитной зоны препятствовать проникновению загрязнения в подземные воды в течение определенного времени.
Природный защитный потенциал - способность геологической среды (почв и пород зоны аэрации) удерживать загрязнение в защитной зоне, зависящий от литологических, фильтрационных и сорбционных свойств почв и пород.
Отношение реальной техногенной нагрузки изучаемой территории к естественной защищенности подземных вод называется их уязвимостью к загрязнению. Под способностью подземных вод к самоочищению понимаются природные особенности водоносных горизонтов, способствующие выносу загрязняющих веществ.
Оценка защищенности подземных вод от загрязнения является необходимым этапом прогноза водообеспеченности регионов, т. к. она характеризует опасность загрязнения подземных вод в условиях антропогенных нагрузок на водоносные горизонты.
Карты защищенности носят оценочный, приближенный характер. Для мелкомасштабных оценок защищенности подземных вод для крупных регионов следует использовать преимущественно качественные оценки природного защитного потенциала защитной зоны без учета физико-химических процессов, протекающих в ней. В связи с этим обозначенные выше карты могут быть использованы для приближенной оценки развития экологической ситуации и выработки предварительных инженерных решений.
В данной статье рассмотрены три подхода к мелкомасштабной оценке защищенности подземных вод для различных крупных регионов страны:
1. Оценка защищенности подземных вод в бассейне р. Волга в масштабе 1: 2500000 с целью рационального использования ресурсов пресных вод.
2. Оценка защищенности подземных вод юга Европейской территории России в масштабе 1:1500000 с целью оценки перспектив использования подземных вод для питьевого водоснабжения, охраны и предварительной оценки их экологического состояния, а также выявления основных тенденций развития негативных процессов загрязнения.
3. Оценка защищенности подземных вод в бассейне р. Днепр в пределах Российской Федерации в масштабе 1:1000000 с целью оценки их возможного загрязнения радионуклидами чернобыльского происхождения.
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
мелкомасштабная оценка защищенности подземных вод
бассейна реки волги
Мелкомасштабная оценка (1:2500000) защищенности подземных вод из-за ограниченности исходного материала для этого масштаба изучения состоит из построения карты защитной зоны, отделяющей подземные воды от поверхностного загрязнения и способности подземных вод к самоочищению.
Для построения карты защитной зоны были подготовлены промежуточные карты: карта первого уровня защитной зоны (почв) и карта второго уровня защитной зоны (аэрации). Типы почв на этих картах генерализованы в группы почв с учетом их литологического строения, сорбционных свойств в зависимости от содержания в них гумуса и по мере убывания их защитного потенциала. Для построения карты второго уровня защитной зоны (аэрации) осуществлена генерализация основных типов отложений, основу которых составляли литологическое строение пород и их фильтрационные свойства.
На карте защитной зоны бассейна Волги выделены территории с различным защитным потенциалом, характеризующиеся разной природной способностью защищать подземные воды от проникновения поверхностного загрязнения: I - сильный; II - средний; III - слабый; IV - чрезвычайно слабый; V - отсутствует.
Карту защищенности подземных вод от загрязнения строили путем наложения карты защитной зоны и карты интенсивности проникновения нейтрального несорбируемого мигранта через защитную зону.
Защищенность грунтовых вод от любого загрязняющего вещества зависит от времени достижения фронтом загрязненных инфильтрационных вод водоносного горизонта (£з ). Время прохождения растворенным в воде несорбируемым веществом толщи почв и пород зоны аэрации мощностью М вычисляли с использованием модели поршневого вытеснения [3]
. ме.
1з = V ;
где V, м/сут - скорость просачивания инфильтрационного потока [5]
(1)
(2)
0 - естественная влажность пород (в долях единицы), Ж - инфильтрационное питание, м/сут; к ф - коэффициент фильтрации, м/сут.
По соотношению градаций защитного потенциала (отсутствует, чрезвычайно слабый, слабый, средний и сильный) и интенсивности продвижения (низкая, средняя, сильная и очень сильная) выделены следующие катего-
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
V
рии: защищенность подземных вод практически отсутствует (чрезвычайно слабая - время продвижения загрязняющих веществ через защитную зону составляет 0-5 лет); слабо защищенные подземные воды (время продвижения 5-10 лет); средне защищенные (время продвижения загрязняющего вещества 10-30 лет) и условно защищенные подземные воды (время продвижения более 30 лет). Таким образом, по своему содержанию карта защищенности подземных (грунтовых) вод является прогнозной, т. к. оценивает временные изменения защищенности подземных вод от загрязнения.
Для грунтовых вод оценивали их способность к самоочищению на качественном уровне. Для этого использовали данные соответствующего масштаба о литологическом строении, фильтрационных свойствах водо-вмещающих пород и способности их к задержанию (сорбированию) загрязняющих веществ с одной стороны, с другой - о минерализации подземных вод. Оценку способности подземных вод к самоочищению проводили с учетом литологического состава водовмещающих пород, определяющего их фильтрационные свойства, способствующие выносу из водоносных горизонтов загрязняющих веществ и сорбционных свойств, напротив способствующих задержанию загрязняющих веществ в водоносных горизонтах. Кроме этого особое внимание уделяли химическому составу и минерализации подземных вод, контролирующих пригодность их для питьевого водоснабжения. Авторами предложены следующие типы способности подземных вод к самоочищению: I - очень высокая; II - высокая; III - средняя; IV - низкая; V - очень низкая; VI - отсутствует.
В целом, большая часть бассейна Волги (около 70 %) характеризуется строением защитной зоны, соответствующим изменению защитного потенциала от слабого до полного его отсутствия и только расположенные севернее Прикаспийской низменности районы отличаются преимущественно средним, а лишь незначительная территория сильным защитным потенциалом. Наиболее неблагоприятным строением защитной зоны характеризуются левобережная часть бассейна Волги севернее р. Камы и районы Прикаспийской низменности.
Грунтовые воды с наиболее высокой способностью к самоочищению отмечены в восточной части бассейна р. Волги (Урал). Здесь же, в Уральском регионе, а также в северных и южных областях бассейна распространены подземные воды, у которых способность к самоочищению отсутствует. Основная, центральная часть бассейна Волги, характеризуется наличием подземных вод со средней, низкой (в основном) и очень низкой способностью к самоочищению.
Грунтовые воды находятся в менее благоприятных природных условиях, определяющих их способность к самоочищению, чем зона, защищающая
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
их от поверхностного загрязнения. защитная зона в некоторых регионах (севернее Прикаспийской низменности) обладает средним защитным потенциалом, грунтовые воды здесь имеют низкую и очень низкую способность к самоочищению.
Формирование грунтовых вод происходило главным образом за счет взаимодействия с процессами, развивающимися в атмосфере и защитной зоне, а также с нижезалегающими водоносными горизонтами, имеющими иногда высокую минерализацию.
оценка защищенности подземных вод юга европейской территории россии
Для решения поставленной задачи выполнен комплект карт в масштабе 1:1500000: схематическая карта защитной зоны (базовая); схематическая карта степени влияния гидрогеологических факторов на защищенность подземных вод от загрязнения (промежуточная); схематическая карта защищенности подземных вод от загрязнения (результирующая) с использованием ГИС-технологий.
Для мелкомасштабных оценок расчет времени проникновения загрязняющих веществ является нецелесообразным из-за грубой генерализации всех картируемых величин, контуров их распространения, сильной изменчивости всех свойств в пределах крупных регионов, включающих территории с различными географическими условиями и рельефом (от равнин до гор), и невозможности обеспечения расчетных формул всеми входящими в них параметрами. В рассмотренном выше примере оценку проводили для крупного региона с преобладанием на его территории равнинного рельефа, что позволило использовать простой математический аппарат для расчета времени проникновения загрязняющего нейтрального вещества в подземные воды (с большой степенью условности). Поэтому в данном примере основой мелкомасштабной оценки являются исходные картографические данные, позволяющие на качественном уровне установить иерархию картируемых величин и дать экспертную характеристику степени защищенности подземных вод.
Для построения карт защищенности грунтовых вод от загрязнения необходимо иметь комплект карт, последовательность построения которых отражена ниже.
Схематическая карта защитной зоны построена для юга Европейской территории России (рис. 1). При построении карты защитной зоны [1-4] первый уровень защитной зоны отражается на почвенной карте, где показаны тип почв и их механический состав. Второй уровень характеризуется двумя картами: глубин залегания грунтовых вод и литологического строе-
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
Потенциал защитной зоны
рис. 1. Схематическая карта защитной зоны юга Европейской территории России.
ния зоны аэрации. Для построения использованы изданные карты [6-8]. Наиболее сильной генерализации подвергнуто строение почвенного покрова и литолого-генетическое строение второго уровня защитной зоны.
Изучаемый регион отличается многообразием в строении почвенного покрова, здесь отмечаются почвы от аллювиальных, болотных, бурых, каштановых, черноземов, лесных, горных до солонцов, солодей, солончаков
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
и др. Для построения почвенной карты проведено обобщение почв по трем показателям: генетическому типу, литологическому строению и содержанию гумуса. На карте показано 26 типовых почв, сгруппированных в пять типов, к которым добавлен еще один тип - природнозасоленнные почвы с различным содержанием гумуса.
При построении карты литологического строения зоны аэрации также была проведена довольно сильная генерализация геологического строения. На карте выделено 9 типовых литологических подразделений пород, слагающих зону аэрации.
Карта глубин залегания грунтовых вод или мощности защитной зоны (промежуточная) характеризуется следующими интервалами глубин: 0-3, 3-5, 5-10, 10-20 и > 20 м.
Схематическая карта защитной зоны построена путем наложения почвенной карты, отображающей строение первого уровня защитной зоны, и карт, характеризующих строение второго уровня защитной зоны (глубин залегания и литологического строения зоны аэрации). Карта является схематической из-за грубой генерализации литологического строения и мощности защитной зоны. На ней выделяются типовые участки, характеризующиеся определенным строением первого и второго уровней защитной зоны, глубиной залегания грунтовых вод (описание типовых участков приведено в экспликации к карте). Всего выделено 182 типовых участка.
По соотношению литологического строения первого и второго уровней защитной зоны и глубине залегания грунтовых вод на качественном уровне были установлены следующие категории потенциала защитной зоны: очень слабый защитный потенциал (4-6 баллов); слабый защитный потенциал (7-9 баллов); средний защитный потенциал (10-12 баллов); высокий защитный потенциал (13-15 баллов).
Определение категорий (слабый, средний, высокий и др.) здесь и далее носит исключительно качественный характер и основано на экспертных (авторских) оценках: например, слабый - не способный противостоять проникновению загрязнения; высокий - способный противостоять; остальные - промежуточные категории.
Наличие в разрезе защитной зоны (в двух ее уровнях) проницаемых пород при малой глубине залегания грунтовых вод обусловливает ее низкие защитные свойства; по мере увеличения глубины залегания грунтовых вод и появления в разрезе слабопроницаемых пород защитный потенциал этой зоны усиливается и продвижение загрязняющих веществ через нее замедляется.
Карта защитной зоны является базовой для построения карт защищенности и грунтовых вод от любых загрязняющих веществ. Эта карта характеризует возможности геологической среды противостоять загрязнению подземных вод.
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
Кроме этого была оценена степень влияния гидрогеологических условий на защищенность подземных вод от загрязнения. Для мелкомасштабной оценки использовали следующие гидрогеологические особенности изучаемого региона (в скобках приведены баллы для каждого фактора):
- величина инфильтрационного питания подземных вод [9]: > 300 мм/год - очень высокое (1); 150-300 мм/год - высокое (2); 90-150 мм/год - среднее (3); 30-90 мм/год - слабое (4); 3-30 мм/год - очень слабое (5); < 3 мм/год - практически отсутствует (6);
- минерализация подземных вод: <3 мг/л (1), 1-3 мг/л (2), <1 мг/л (3) [9];
- скорость движения (устанавливалась на качественном уровне в зависимости от рельефа местности и уклонов потоков подземных вод): очень малая - Прикаспийская впадина (1); малая - равнинная территория (2); средняя - предгорные территории (3); высокая - горные территории (4);
- тип водообмена: инфильтрационный - долины рек (1); инфильт-рационно-стоковый - предгорья (2); инфильтрационно-испарительный -равнины (3); испарительный - Прикаспийская низменность (4); стоковый -горы (5).
Таким образом, для построения схематической карты степени влияния гидрогеологических факторов на защищенность подземных вод от загрязнения (промежуточной) использовали четыре фактора, для каждого полигона на карте также рассчитывали сумму баллов по этим факторам. На карте выделены следующие степени влияния: очень сильная (5-8); сильная (9-12); средняя (13-16); слабая (> 16).
На схематической карте степени влияния гидрогеологических факторов на защищенность подземных вод от загрязнения выделено 828 участков с различными гидрогеологическими характеристиками, описание каждого участка приведено в экспликации к карте.
Схематическая карта защищенности подземных вод от загрязнения является синтетической и строится путем наложения друг на друга схематической карты защитной и схематической карты степени влияния гидрогеологических факторов на защищенность подземных вод от загрязнения (рис. 2).
Для оценки степени защищенности подземных вод от загрязнения разработаны следующие категории защищенности: очень слабая; слабая; средняя; сильная; очень сильная.
Следует отметить две особенности в формировании защитного потенциала зоны, защищающей подземные воды от поверхностного загрязнения.
- Наличие на изучаемой территории Прикаспийской низменности, занимающей примерно треть ее площади, характеризующейся небольшими глубинами залегания грунтовых вод и природнозасоленных почв и пород
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
рис. 2. Схематическая карта защищенности подземных вод от загрязнения юга Европейской территории России.
зоны аэрации, обусловивших формирование преимущественно очень слабого защитного потенциала или даже его отсутствие.
- За пределами Прикаспийской низменности в долинах рек при малой глубине залегания грунтовых вод защитный потенциал также очень слабый, на склонах долин в разрезе почвенного покрова присутствуют способствующие ухудшению защитных свойств защитной зоны природ-нозасоленные почвы, наличие в почвенном покрове черноземов и других высокогумусных почв способствовало формированию на водораздель-
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
ных пространствах среднего защитного потенциала, увеличивающегося до высокого на Ставропольском поднятии и других равнинных и горных участках территории.
характеристика степени влияния гидрогеологических факторов на защищенность подземных вод от загрязнения
Оценку влияния гидрогеологических факторов проводили по четырем показателям: инфильтрационное питание, минерализация подземных вод, тип водообмена, скорость подземных вод.
Влияние гидрогеологических факторов на защищенность подземных вод на большей части изучаемой территории сильное, а в дельте р. Волги очень сильное, т. е. оно может значительно ухудшить степень защищенности подземных вод. На севере территории в долине р. Дон влияние гидрогеологических факторов ослабевает (среднее) за счет уменьшения инфиль-трационного питания и распространения природных пресных подземных вод. На равнинной части Краснодарского края наблюдается аналогичная картина. В высокогорных районах степень влияния средняя до слабой на фоне высоких значений инфильтрационного питания, но при значительных скоростях движения подземных вод, аналогичная картина складывается и в долинах горных рек.
Схематическая карта защищенности подземных вод от загрязнения (см. рис. 2) построена путем совмещения схематических карт защитной зоны и степени влияния гидрогеологических факторов на защищенность подземных вод от загрязнения. Анализ схематической карты защищенности показал следующее. В целом более 50 % изучаемой территории характеризуется слабой защищенностью подземных вод от загрязнения, к 30 % территории приурочены очень слабо защищенные подземные воды, 19 % - степень защищенности подземных вод средняя и только порядка 1 % составляет площадь распространения сильно защищенных подземных вод. К наиболее защищенным и перспективным для водоснабжения подземным водам можно отнести участки их распространения в северной и западной частях Волгоградской области, в северной равнинной части Краснодарского края, Ставропольского поднятия Ставропольского края, горных районов Краснодарского края и Карачаево-Черкесской, Кабардино-Балкарской Республик, Адыгеи, Северной Осетии-Алании, Чеченской и Ингушской Республик и Дагестана.
Таким образом, только на 20 % площади изучаемой территории распространены средне защищенные от поверхностного загрязнения подземные воды, которые могут использоваться для хозяйственно-питьевого водоснабжения.
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
мелкомасштабная оценка защищенности подземных вод в бассейне реки днепр в пределах российской федерации
Анализ радиационной обстановки показал наличие загрязнения грунтовых вод радионуклидами на пострадавших от Чернобыльской аварии территориях Российской Федерации, которое не превышает предельных уровней и ПДК. Рассмотрим на примере радиоактивного загрязнения методику оценки защищенности и уязвимости грунтовых вод к этому типу загрязнения.
Оценку защищенности и уязвимости грунтовых вод к загрязнению масштаба 1:1000000 на Российской территории бассейна Днепра проводили по аналогии с методикой мелкомасштабной оценки 1:2500000. Отличительной особенностью этого подхода является меньшая детальность и большая генерализация природных особенностей территории, а также использование качественных методов оценки с элементами полуколичественных приемов.
Построение схематической карты защитной зоны осуществляли путем наложения промежуточных карт: почвенной, инженерно-геологической, карты глубин залегания грунтовых вод. В качестве первоосновы промежуточных карт использованы изданные карты [6-8]. Карта имеет схематический характер и названа, как и все построенные на ее основе карты, схематической из-за того, что при ее построении использовали разномасштабные исходные данные. Предварительно на каждой промежуточной карте проведена генерализация контуров.
- На почвенной карте - по генезису и литологическому строению почв. В результате выделены следующие генетические типы почв: аллювиальные, болотные, подзолистые, лесные и черноземные. Эти почвы по литологиче-скому составу разделены на песчаные, торфяные, супесчаные, суглинистые и глинистые.
- На инженерно-геологической карте - по генезису и литологическому составу пород зоны аэрации. В результате выделены следующие генетические типы пород зоны аэрации с преобладающим литологическим строением: аллювиальные, водно-ледниковые и озерные отложения (пески с гравием и галькой с прослоями супесей, суглинков и торфов); болотные, озерно-болотные отложения (торф, супеси, суглинки); ледниковые отложения (суглинки с галькой и валунами); делювиальные покровные отложения с выходами дочетвертичных отложений в бортах рек и балок (суглинки лессовидные, супеси, пески).
- На карте глубин залегания грунтовых вод проведена генерализация по установленным интервалам глубин залегания. Выделены следующие интервалы глубин залегания: 0-5, 5-10, 10-20 и более 20.
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
В результате совмещения промежуточных карт с использованием ГИС-технологий получена базовая карта, на которой выделены типовые участки с определенным строением защитной зоны (с выделением особенностей строения ее первого и второго уровней) и показаны категории защитного потенциала. На схематической карте защитной зоны выделено 68 типовых участков и четыре категории защитного потенциала: чрезвычайно слабый; слабый; средний и высокий защитный потенциал.
На российской территории бассейна Днепра в долинах рек Днепр, Десна, Сож, Ипуть, Судость, Сейм, Псел, Ворксла защитный потенциал защитной зоны чрезвычайно слабый, здесь распространены преимущественно песчаные аллювиальные почвы, песчаные аллювиальные отложения надпойменных террас этих рек, а грунтовые воды залегают на небольшой глубине.
На значительной части территории Смоленской области защитная зона характеризуется средним защитным потенциалом, что обусловлено распространением на этой территории суглинистых подзолистых почв, суглинистых ледниковых отложений при глубине залегания грунтовых вод 10-20 м. Только на территории южнее г. Ельни и севернее Рославля защитный потенциал снижается до слабого за счет появления в разрезе защитной зоны супесчаных почв, песчаных аллювиальных и водно-ледниковых отложений.
На территории Брянской области потенциал защитной зоны на большей ее части средний (супесчаные и суглинистые подзолистые почвы, а в районе г. Стародуба и черноземы залегают на суглинистых ледниковых отложениях при глубине залегания 10-20 м). В районах городов Брянск, Жуковка, Дятьково, Навля, Трубчевск, Новозыбков защитный потенциал ухудшается до слабого из-за изменения строения защитной зоны, где песчаные подзолистые почвы залегают на песчаных аллювиальных и водно-ледниковых отложениях; в излучине р. Десна напротив г. Брянска защитный потенциал возрастает до высокого (суглинистые лесные почвы залегают на покровных суглинках, а глубина залегания грунтовых вод превышает 20 м). На территории Калужской области (в границах бассейна Днепра) в центральной ее части защитная зона характеризуется слабым потенциалом (песчаные подзолистые почвы, песчаные аллювиальные и водно-ледниковые отложения), на остальной территории защитный потенциал усиливается до среднего (почвы супесчаные и суглинистые подзолистые, суглинистые ледниковые отложения).
Наиболее высоким потенциалом обладает защитная зона на территории Курской, Орловской и Белгородской областей, это обусловлено в первую очередь тем, что здесь распространены лесные суглинистые и черноземные почвы, разрез зоны аэрации представлен покровными суглинками, а глубина залегания грунтовых вод превышает 20 м. Только вдоль берегов
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
рек Сейм и Псел потенциал защитной зоны ухудшается до среднего из-за появления в разрезе зоны аэрации песчаных аллювиальных и водно-ледниковых отложений.
Подводя итог, следует отметить, что на территории Брянской области защитная зона, отделяющая грунтовые воды от поверхностного загрязнения, обладает худшими природными защитными свойствами по отношению к другим областям российской территории бассейна Днепра.
защищенность грунтовых вод от загрязнения 9^г. Оценка защищенности грунтовых вод осуществляется для предельных условий, когда предполагается, что загрязнение данным радионуклидом распространяется на всю исследуемую территорию. Оценку защищенности грунтовых вод от загрязнения 90Бг проводили по упрощенной схеме расчета. В пределах типовых участков, выделенных на базовой картосхеме защитной зоны, в которых защитная зона представлена песчаными и супесчаными аллювиальными и подзолистыми почвами, песчаными аллювиальными и водно-ледниковыми породами рассчитывали время миграции радионуклидов через защитную зону. Расчет проводили путем определения времени проникновения загрязнения через защитную зону до уровня грунтовых вод (глубину проникновения определяли как среднее значение интервала глубин залегания грунтовых вод в пределах каждого типового участка) со средней скоростью миграции загрязняющего вещества. Скорость миграции была установлена по данным экспериментальных исследований в рамках проекта [10]. Для 90Бг скорость миграции принята 10 см/год (максимальная скорость миграции радионуклида, полученная в эксперименте). На карте защищенности грунтовых вод выделены следующие градации степеней защищенности:
- незащищенные грунтовые воды: Ь < Т; Ь < 30 лет;
- слабо защищенные грунтовые воды: Т < Ь < 3Т; 30 лет < Ьз < 100 лет;
- условно защищенные грунтовые воды: Ьз > 3Т; Ьз >100 лет,
где Т - период полураспада радионуклида (~30 лет); Ьз - время миграции радионуклида через защитную зону в подземные воды.
Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения 90Бг показала, что в долинах рек Днепр, Десна, Сож, Остер, Ипуть, Судость, Сейм, Псел, Ворксла и их притоков, там, где защитная зона характеризуется чрезвычайно слабым защитным потенциалом, грунтовые воды не защищены от загрязнения 90Бг, время достижения фронтом загрязненных вод уровня грунтовых менее 30 лет. На небольших участках, прилегающих преимущественно к левым берегам рек Десна, Ипуть и на незначительных участках в долинах других рек, там, где защитный потенциал защитной зоны слабый, а в ее разрезе развиты преимущественно песчаные отложения, грунтовые воды слабо защищены от загрязнения 90Бг (время продвижения радионук-
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
лида составляет 30 - 100 лет). На остальной значительной части российской территории бассейна Днепра распространены условно защищенные грунтовые воды. Следует отметить, что при оценке не учитывалась возможность проникновения радионуклидов по быстрым путям миграции, которые могут быть обусловлены как техногенными, так и природными особенностями территории.
Анализируя защищенность грунтовых вод от загрязнения 90Sr, можно сделать следующее заключение: наиболее подверженные к загрязнению 90Sr грунтовые воды распространены на территории Брянской области; на территории остальных областей опасные с точки зрения загрязнения 90Sr грунтовые воды распространены только в долинах рек, за исключением участков на территории Смоленской области в верховьях Днепра, Десны и Калужской в районе г. Кирова, которые находятся на удалении от долин этих рек.
защищенность грунтовых вод от загрязнения 137Cs. Оценку защищенности грунтовых вод от загрязнения137С8 проводили аналогично оценке по 90Sr. Максимальная скорость миграции радионуклида была принята равной 3 см/год [10]. По отношению к загрязнению 137Cs грунтовые воды на российской территории бассейна Днепра находятся в более благоприятной ситуации, только в долинах рек Днепр, Десна, Ипуть, Сож, Остер, Снов, Судость, Сейм, Псел, Ворксла и их притоков распространены слабо защищенные грунтовые воды (время миграции радионуклида изменяется от 30 до 100 лет), на остальной территории залегают условно защищенные грунтовые воды - время миграции 137Cs превышает 100 лет.
уязвимость грунтовых вод к загрязнению 137Cs. Оценку уязвимости грунтовых вод проводили по реальному загрязнению и осуществляли путем наложения карты техногенной нагрузки по 137Cs на карту защищенности грунтовых вод от загрязнения 137Cs. Карта техногенной нагрузки по 137Cs представляет карту распределения поверхностного загрязнения почвы 137Cs в результате аварии на Чернобыльской АЭС на территории Белорусской ССР, РСФСР и Украинской ССР, изданной Международным агентством по атомной энергии [11]. На карте приведены следующие градации плотности загрязнения поверхности 137Cs в Ku/км2: менее1, 1-5, 5-15, 15-40 и более 40. К сожалению, плотность загрязнения в диапазоне от ПДУ (предельно допустимы уровень) до 1 Ku/км2 на карте не приведена.
Наиболее загрязненные территории 137Cs распространены в западной части Брянской области в районах городов Новозыбков и Клинцы. Поверхностное загрязнение здесь изменяется от 15 до 40 Ки/км2 по мере приближения к государственной границе. Между городами Стародуб и Трубчевск, в районе городов Навля, Дятьково, Карачев поверхностное загрязнение составляет 1-5 Ки/км2. На юге территории Калужской обла-
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
сти южнее г. Кирова поверхностное загрязнение составляет 1-5 Ки/км2 и на одном участке 5-15 Ки/км2. На территории Курской области в районе г. Дмитриев-Льговский и на территории Орловской области поверхностное загрязнение варьирует в пределах 1-5 Ки/км2.
Для характеристики уязвимости грунтовых вод от загрязнения 137С8 авторами разработана категоризация степени уязвимости по соотношению техногенной нагрузки по 137С8 к защищенности грунтовых вод от загрязнения13^ (см. таблицу).
таблица. Характеристика степени уязвимости грунтовых вод к загрязнению 137С8
Степень защищенности грунтовых вод от загрязнения Плотность загрязнения поверхности земли 137Cs (в Ки/км2)
> 40 15 - 40 5 - 15 1 - 5 < 1
Слабо защищенные Очень сильно уязвимые Сильно уязвимые Уязвимые Условно неуязвимые
Условно защищенные Уязвимые Слабо уязвимые Неуязвимые
В долине реки Ипуть в Брянской области, на территории севернее р. Ипуть у государственной границы распространены очень сильно и сильно уязвимые к загрязнению 137С8 грунтовые воды; в долине р. Сож и ее притоков грунтовые воды преимущественно сильно уязвимые и уязвимые с отдельным участком очень сильно уязвимых. Восточнее г. Ста-родуб распространены уязвимые грунтовые воды, а от линии западнее городов Сураж, Унеча, Трубчевск до государственной границы - слабо уязвимые к загрязнению 137С8 грунтовые воды. На севере Брянской области от г. Дятьково и вдоль границы области степень уязвимости грунтовых вод к загрязнению137С8 изменяется от уязвимых до слабо уязвимых. В долинах рек распространены условно неуязвимые грунтовые воды, на остальной территории - неуязвимые к загрязнению 137С8 грунтовые воды.
На территории Калужской области вдоль ее границы с Брянской областью грунтовые воды слабо уязвимые и уязвимые к загрязнению 137С8. В долинах рек распространены условно неуязвимые грунтовые, на остальной территории - неуязвимые грунтовые воды.
На территории Курской области, на ее границе с Брянской областью, отмечены слабо уязвимые и уязвимые к загрязнению 137С8 грунтовые воды, в долинах рек грунтовые воды условно неуязвимые, а на большей территории
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
области грунтовые воды неуязвимые к загрязнению 137Cs. Грунтовые воды на территории Орловской области на ее границе с Брянской слабо уязвимые к загрязнению 137Cs.
Белгородская область на российской территории бассейна Днепра не подверглась загрязнению 137Cs, грунтовые воды на ее территории практически неуязвимы к загрязнению 137Cs.
Следует отметить, что наиболее уязвимые к загрязнению 137Cs грунтовые воды (от слабо уязвимых до очень сильно уязвимых) распространены только в пределах Брянского выступа на западе Брянской области. Вдоль восточной границы Брянской области и пограничных с ней территориях Калужской, Орловской и Курской областей распространены слабо уязвимые и уязвимые к загрязнению 137Cs грунтовые воды.
выводы
Оценка защищенности подземных вод от загрязнения является необходимым этапом прогноза водообеспеченности регионов, она характеризует опасность загрязнения подземных вод в условиях антропогенных нагрузок на водоносные горизонты.
Карты защищенности носят оценочный, приближенный характер. Они могут быть использованы для перспективной оценки развития ситуации и принятия предварительных инженерных решений, а также являются основой для проектирования исследований более крупного масштаба и построения геофильтрационной и геомиграционной моделей защитной зоны для дальнейших прогнозных расчетов изменения загрязнения в ней и грунтовых водах.
Автор выражает благодарность И.В. Агеевой и Е.Э. Руденко за подготовку картографического материала.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Белоусова А.П. Качество подземных вод. Современные подходы к оценке. М.: Наука, 2001. 340 с.
2. Белоусова А.П. Основные принципы и рекомендации по оценке и картированию защищенности подземных вод от загрязнения // Водные ресурсы. 2003. Т. 30. № 6. С. 667-677.
3. Белоусова А.П. Ресурсы подземных вод и их защищенность от загрязнения в бассейне реки Днепр и отдельных его областей (Российская территория). М.: ЛЕНАНД, 2005. 168 с.
4. Белоусова А.П., Гавич И.К., Лисенков А.Б., Попов Е.В. Экологическая гидрогеология. Учебник для вузов. М.: Академкнига, 2006. 397 с.
5. Биндеман Н.Н. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод. М.: Госгео-техиздат, 1963. 203 с.
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
6. Государственная почвенная карта СССР. Масштаб 1:1000000. Академия наук СССР. Почвенный институт им. В.В. Докучаева. М.: Главное управление геодезии и картографии МВД СССР, 1953.
7. Карта глубин залегания грунтовых вод Европейской части России. Масштаб 1:15000000. Гл. редактор А.Н. Семихатов. Министерство геологии и охраны недр СССР, ВСЕГИНГЕО, 1955.
8. Карта четвертичных отложений Европейской части СССР и прилегающих территорий. Масштаб 1: 15000000. Редактор И.И. Краснов. Министерство геологии СССР, ВСЕГЕИ, 1971.
9. Карта подземного стока Центральной и Восточной Европы. Масштаб 1:15000000. Министерство геологии СССР, ВСЕГЕИ, 1981.
10. Оценка и прогноз качества воды в районах, пораженных в результате Чернобыльской аварии (Брянская область) (1997-2001 гг.). Окончательный отчет по проекту. М.: ПРООН, 2001.
11. Карта распределения поверхностного загрязнения почвы цезием-137 в результате аварии на Чернобыльской АЭС на территории Белорусской ССР, РСФСР и Украинской ССР (декабрь 1989 г.). Масштаб 1:1000000. Международное агентство по атомной энергии, Вена, 1991.
Сведения об авторе:
Белоусова Анна Павловна, д-р геогр. наук, профессор, главный научный сотрудник ФГБУН «Институт водных проблем Российской академии наук», 119333
Москва, ул. Губкина 3; e-mail: anabel@aqua.laser.ru
Водное хозяйство России № 2, 2015 г.
