CC BY
41
Оценка хозяйственно-питьевого водоснабжения урбанизированных районов горно-складчатого Оренбуржья
Т.В. Леонтьева, ст. преподаватель, И.В. Куделина, ст. преподаватель, М.В. Фатюнина, ст. преподаватель, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГУ
Гидрогеологические условия хозяйственнопитьевого водоснабжения в регионе определяются развитием вод трещинного типа с классами трещинных вод зоны выветривания (Т6), развитых до глубины 10—60 м, трещинно-жильных вод зон тектонической трещиноватости (Т7) и трещиннокарстовых вод в карбонатных породах (Т8) [1]. Воды пластово-порового типа в межгорных прогибах развиты слабо. Водоснабжение населения базируется на водах аллювиального водоносного горизонта во взаимосвязи с трещинными водами палеозойских пород. Воды эти пресные сульфатного и карбонатного типов, формирующиеся в окислительной обстановке. Температура их составляет 4—6°С. Разломы с водами классов Т7 и Т8 прослежены до глубин 400—800 м, но открытая тектоническая трещиноватость функционирует несколько сот тысяч лет, подвергается кальматации и из водоносной превращается в водоупорную [2, 3]. Вдоль трещин формируются линейные коры выветривания, и трещины заполняются глинистыми продуктами. Обновляются трещины положительными неотектоническими движениями. Более водообильными являются воды класса Т8 на контакте карстующихся пород с некарстующимися. Массивы этих пород занимают более низкое положение. Воды классов Т6, Т7, Т8 разгружаются в речных долинах, питая водоёмы и воды аллювия, имеющие большое значение там, где аллювий имеет повышенную мощность и площадь развития.
Территория восточного Оренбуржья относится к аридным областям, где испарение преобладает над осадками, пресные и подземные воды формируются в крупных речных долинах. В этих районах население испытывает недостаток питьевой воды хорошего качества. Города Орск, Новотроицк, Гай
урбанизированы и испытывают техногенную нагрузку. За длительный период развития горнодобывающей промышленности, разработки месторождений накоплены сотни млн т разнообразных отходов производства в окружающей среде. В водоёмы сбрасываются недостаточно очищенные сточные воды, на некоторых водозаборах отсутствует или не выдержана санитарно-защитная зона. Учитывая сложные природные условия формирования вод зоны активного водообмена со значительной техногенной нагрузкой, актуальной становится проблема водообеспеченности региона и защита водных ресурсов от загрязнения и осолонения.
Объекты и методы исследования. Объект исследования составляли природные воды урбанизированного региона, формирующиеся под воздействием природных и техногенных факторов, предмет исследования — природные и техногенные процессы формирования поверхностных и подземных вод.
Цель — охарактеризовать гидрогеоэкологические условия горно-складчатого Оренбуржья и обосновать мероприятия по оптимизации водопользования и снижению негативного воздействия природных и техногеннных факторов на водные объекты. Достижению цели служили следующие задачи:
— дать характеристику факторов, определяющих состояние природных вод исследуемой территории;
— выявить закономерности формирования природных вод;
— разработать рекомендации по защите и рациональному использованию природных вод и стабилизации водохозяйственной ситуации.
Для изучения хозяйственно-питьевого водоснабжения был использован метод анализа фондовых и литературных источников. Были проанализированы литературные источники стран ближнего зарубежья, России и Оренбургской области, в которых описаны аналогичные условия формирования гидрогеологических условий водоснабжения.
С помощью этого метода были выделены вододефицитные районы с высокой техногенной нагрузкой, охарактеризованы факторы, определяющие состояние природных вод исследуемой территории. Определены закономерности формирования природных вод, разработаны рекомендации по защите и рациональному использованию поверхностных и подземных природных вод. Для определения химического состава вод водозаборов и водохранилищ выполняли химический анализ.
Результаты исследования. На формирование водного стока и гидрогеологической зональности восточного Оренбуржья оказывают влияние высотная поясность и широтная, ландшафтно-климатическая зональность. В результате исследования разработана модель стока региона в пределах макробассейна р. Урала (рис.).
По мере снижения абсолютных отметок и с переходом от лесостепной зоны к сухостепной уменьшается интенсивность водного стока, растёт минерализация вод и изменяется их химический состав. Карбонатный тип вод сменяется на сульфатный, а затем на хлоридный тип. Приподнятые в рельефе части территории соответствуют гидрогеологическим массивам с небольшими дебитами скважин и источников. Практически значимые
дебиты (до 10–30 л/с) выявлены для трещинножильных вод.
Хозяйственно-питьевое водоснабжение городов, районных центров и населённых пунктов горноскладчатого Оренбуржья осуществляется за счёт аллювиального водоносного горизонта, который почти повсеместно в центральной и восточной частях региона взаимосвязан с трещинными водами палеозойских пород [4]. Города региона Орск, Гай и Новотроицк обеспечиваются водой высокой поймы р. Урала. Воды этих водозаборов по минерализации близки к водам р. Урала (0,4—0,6 г/л). Качество воды по главным компонентам химического состава соответствует санитарным нормам. Но воды загрязнены органическими веществами, как и воды р. Урала, в которых повышено содержание железа, а местами отмечены повышенные концентрации нефтепродуктов. В ряде районов, например по речкам Губерле, Хмелевке и Чебакле, аллювиальные отложения не выдержаны и подземные воды палеозойских пород разгружаются в виде родников и пластовых выходов. Свойства пород неоднородны, дебиты скважин изменяются от 0,17 до 5,0 л/с при понижении 1,2—34,7 м. Мощность водоносной зоны составляет 70,0 м. Воды пресные, гидрокарбонатно-сульфатные. На ряде
Жл/ь.1шкмнв | А'кЛучмцмж'кий |՝ .֊.֊Л JLim
Рис. - Схема районирования водного стока региона (составители А.Я. Гаев и Т.В. Леонтьева)
водозаборов (в пос. Белошапка и др.) санитарные зоны не обеспечены. В зоне строгого режима существуют даже свалки.
Мощность аллювиальных отложений средних и мелких водотоков значительно уменьшается, особенно в пределах Центрально-Уральского и Восточно-Уральского поднятий. Так, при слиянии реки Губерли с правым притоком Чебаклой у пос. Казачья Губерля воды аллювия взаимосвязаны с трещинными водами палеозоя. Воды – безнапорные, с уровнем залегания на глубинах 3,65–4,20 м. Мощность водоносного горизонта составляет 16,0 м, а дебит скважин – 1,0–3,3 л/с при понижении 4,1–12,0 м. Воды – пресные (0,4–0,5 г/л), гидрокарбонатные сульфатно-натриевые с жёсткостью – 3,0–4,7 мг-экв/л. Они питаются за счёт паводковых вод, а в межень – за счёт трещинных вод палеозоя. Дебит скважин при этом, снижается до 0,5—2,0 л/с при понижении до 15,8 м. Воды остаются пресными со слабощелочной реакцией среды.
В западной части территории в долинах и поймах рек и на склонах большие площади распаханы, что интенсифицировало процессы эрозии и суффозии. В Западно-Уральской зоне складчатости породы палеозоя залегают моноклинально вплоть до пермских отложений. В их составе значительное участие принимают карбонатные и терригенно-карбонатные породы, с карстовыми и палеокарстовыми формами. Притоки к Бля-винскому карьеру вод классов Т7 и Т8 составили 1000 м3/сут. В Кувандыкском районе исследованы водозаборы Медногорска (Рамазановский и водозабор технических вод медно-серного комбината) и Кувандыка (Кувандыкский, Южно-Уральского криолитового завода и завода механических прессов), питающиеся за счёт аллювиальных вод Сакмары, Блявы и Кураганки. Воды имеют низкое качество [5, 6].
В пределах Центрально-Уральского и ВосточноУральского поднятий мощность аллювия водотоков меньше, чем в прогибах. Поэтому дебиты скважин снижаются до 1,0–3,3 л/с, особенно в межень – до 0,5—2,0 л/с при понижении до 15,8 м. На нарушенных землях интенсифицируется эрозия. Растительность сохранилась в долинах рек.
Гидрогеологические массивы габбро-перидотитов приурочены к водоразделам и слабо водоносны. Воды аллювиального водоносного горизонта над массивами карбонатных пород с мощностью русловой фации до 20 м обеспечивают удельные дебиты скважин до 5 л/с. Воды всех типов взаимосвязаны, образуя единый поток преимущественно безнапорных вод, которые дренируются зонами сосредоточения аллювиального водоносного горизонта и речной сети. К востоку породы палеозоя погружаются под образования Западно-Сибирской платформы с загипсованными суглинками и реликтами морского солевого комплекса. Минерализация вод растёт, уменьшается водный сток, а химический тип вод становится хлоридным.
В паводок происходит сток до 80—96% общего объёма вод. Средние многолетние минимальные модули стока не превышают 0,1 л/с • км2. Сульфаты нередко занимают ведущее место в анионном составе вод, приобретающих кислую реакцию среды и минерализацию до 9 г/л в связи с окислением сульфидов, которых вулканогенно-осадочные породы содержат больше 4%.
Водоснабжение населения осуществляется преимущественно за счёт аллювиального водоносного горизонта (табл.).
В восточном Оренбуржье запасы подземных вод являются основным источником питьевой воды. Максимальный водоотбор и техногенная нагрузка приводят к истощению и ухудшению качества подземных вод. Основные подходы в решении данной проблемы – это комбинированная система водоснабжения (КВС) и искусственное восполнение запасов подземных вод (ИВЗПВ).
КВС состоит из водозаборов. Как правило, их два – базовый и компенсационный, работающие по графику. Базовый водозабор может быть в любой форме – поверхностный (прямой отбор речной воды из русла) или подземный (водозаборные скважины вблизи русла). Он использует речной сток. Компенсационный (всегда подземный) включается периодически, в периоды понижения производительности базового. В результате производительность КВС остаётся на постоянном уровне, отвечающем существующей водопотребности.
Основные показатели качества вод восточного Оренбуржья (по районам)
Район Минерали¬ Жёсткость, Площадь Тип
зация, г/л мг-экв/л водосбора, км2
Гайский 0,4-0,6* 4,1 -- карбонатно-сульфатный
Новоорский, р. Урал 0,4-0,5* 4,1 -- сульфатно- хлоридный
Новоорский, р. Орь 0,89* 4,0 -- хлоридно-сульфатный
Новоорский, 0,4* 4,0 -- карбонатно-сульфатный
Ириклинское водохранилище
Адамовский 1,4-2,9* 9,6 65 карбонатный
Кваркенский 1,4-2,3* 9,6-14,0 -- карбонатно-сульфатный
Домбаровский 0,3-0,8* 3060 сульфатно-хлоридный
Ясненский 0,2-0,3* 1,3-3,1 1400 сульфатно-натриевый
Примечание: * – среднее значение по району за год
В России ИВЗПВ применяется с конца XIX в. (водозаборы г. Арзамаса, Винницы, Симферополя). У США долгая история освоения и использования схем ИВЗПВ (до 30% от общего хозяйственнопитьевого водопотребления). Приблизительно 15% питьевой воды Германии произведены методами ИВЗПВ. Израиль — одна из ведущих стран в исследовании ИВЗПВ. Используют метод инъекций (закачки, нагнетания), подпитывая водоносный слой из о. Киннерет. В настоящее время во многих странах с дефицитом подземных вод с помощью систем ИВЗПВ обеспечивается до 25—50% общего хозяйственно-питьевого водопотребления.
В Казахстане вопросами искусственного восполнения запасов подземных вод занимаются с середины прошлого века. Одним из первых этот вопрос исследовал Ф.В. Шестаков.
Выводы. На примере урбанизированной территории горно-складчатых районов Оренбуржья охарактеризованы гидрогеоэкологические условия и обоснованы мероприятия по оптимизации водо-
пользования и снижению негативного воздействия природных и техногенных факторов на водные объекты.
Очевидна необходимость внедрения комбинированной системы водоснабжения (КВС) населения и объектов народного хозяйства путём аккумулирования паводковых вод в водохранилищах, искусственного восполнения запасов подземных вод ИВЗПВ (магазинирование), части этих вод в аллювиальном водоносном горизонте. Предложенные решения помогут получать дополнительные ресурсы питьевой воды.
Литература
1. Абдрахманов Р.Ф., Мартин В.И., Попов В.Г. и др. Карст Башкортостана. Уфа: Информреклама, 2002. 384 с.
2. Буданов Н.Д. Гидрогеология Урала. М.: Наука, 1964. 304 с.
3. Кирюхин В.А. Региональная гидрогеология: учебник для вузов. СПб., 2005. 344 с.
4. Абдрахманов Р-Ф- Гидрогеоэкология Башкортостана. Уфа: Информреклама, 2005. 344 с.
5. Гаев А.Я. Гидрогеохимия Урала и вопросы охраны подземных вод. Свердловск: Изд-во Урал, ун-та, 1989. 368 с.
6. Гидрогеология СССР. М.: Недра, 1972. Т. 15. 344 с; 1972. Т. 43. 272 с.
