CC BY
36Роль бассейновой организации территории в формировании гидрохимического состава подземных вод в районе Хову-Аксынского арсенидно-кобальтового
месторождения (Тыва) The role of basin organization in the formation of the hydrochemical composition of groundwater in the Khovu-Aksy arsenide-cobalt deposit (Tuva)
Ь Л МОСКОВСКИЙ ■ p ЭКОНОМИЧЕСКИЙ
«УРНА/1
УДК 504.75; 556.3 + 551.4 DOI 10.24411/2413-046Х-2019-11057
Работа выполнена при поддержке РФФИ. Грант № 17-45-170588-р_а «Экогеохимическая модель трансформации вещества Co-Ni-Cu-арсенидных отходов обогащения руд месторождения Хову-Аксы (комбинат «Тувакобальт», Республика Тыва) с разработкой схемы рекультивации территорий» Кальная Ольга Ивановна, кандидат географических наук, гидрогеолог, старший научный сотрудник лаборатории геодинамики, магматизма и рудообразования, Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН
Kalnaya Olga Ivanovna, candidate of geographical Sciences, senior researcher of the laboratory of geodynamics, magmatism and ore formation, Tuvinian Institute for the exploration of natural resources SB RAS
Платонова Софья Григорьевна,
кандидат геолого-минералогических наук, доцент, старший научный сотрудник лаборатории ландшафтно-водноэкологических исследований и
природопользования, Институт водных и экологических проблем СО РАН
Platonova Sofia Grigorievna,
Candidate of Geological and Mineralogy, Senior Researcher, Laboratory of Landscape-Water-Ecological Research and Nature Management, Institute for Water and Environmental Problems, Siberian Branch
Аюнова Ольга Дмитриевна, научный сотрудник лаборатории математического моделирования, Тувинский институт комплексного освоения природных ресурсов СО РАН
Ayunova Olga Dmitrievna,
researcher, laboratory of mathematical modeling, Tuvinian Institute for the exploration of natural resources SB RAS
Скрипко Вадим Валерьевич, кандидат географических наук, доцент кафедры природопользования и геоэкологии географического факультета, Алтайского государственного университета
Skripko Vadim Valerievich,
Candidate of Geography, Associate Professor, Department of Nature Management and Geoecology, Geographica Faculty, Altai State University
Копылова Юлия Григорьевна, кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры гидрогеологии, инженерной геологии и гидрогеоэкологии, Институт природных ресурсов, ФГБОУ ВПО Национальный исследовательский Томский политехнический университет
Kopylova Yuliya Grigor'evna, candidate of geological and mineralogical Sciences, associate Professor of hydrogeology, engineering Geology and Hydrogeoecology, Institute of natural resources, national research Tomsk Polytechnic University
Хващевская Альбина Анатольевна, заведующая Проблемной научно-исследовательской лабораторией гидрогеохимии, Томский политехнический университет Hvashevskaya Albina Anatolyevna, head of the Problem research laboratory of hydrogeochemistry, Tomsk Polytechnic University, PR-kt. Lenin, 2p. 5, Tomsk, Russia, 634050, tel. 8-(3822) -49068, e-mail: hvashevskaya@tpu.ru Аннотация. Пространственная дифференциация гидрохимического состава подземных вод в значительной степени определяется бассейновой организацией территории. Бассейновый анализ района Хову-Аксынского арсенидно-кобальтового месторождения с помощью рассчитанных структурных индексов площадей, длин, уклонов и бифуркации позволил определить особенности переноса и аккумуляции литопотоков, транзитную специализацию бассейна в интегральном звене и выявил связь химического состава подземных вод с особенностями эрозионно-аккумулятивных процессов территории. Установлено, что химизм подземных вод в районе Хову-Аксынского месторождения формируется в интегральном звене бассейна под воздействием как природных, так и антропогенных источников. По мере удаления от источников загрязнения в подземных водах делювиально-пролювиального горизонта уменьшаются значения минерализации от 0,68 до 0,3 г/л и общей жесткости от 7,1 до 3,2 мг-экв/л. Аллювиальные воды, формирующиеся в других геоморфологических условиях правобережья Элегест, отличаются и по минерализации (0,14-0,17 г/л), и по величине общей жесткости (1,36-1,60 мг-экв/л). Практическое отсутствие загрязнения воды рудообразующими тяжелыми металлами (никель, кобальт, медь) и мышьяком, характерными для месторождения и карт-накопителей, также объясняется транзитной специализацией интегрального звена водосборного бассейна.
Проведённый для оценки экологического состояния подземных вод бассейновый анализ совместно с полевыми морфометрическими исследованиями и гидрохимическим опробованием позволяет моделировать условия накопления и аккумуляции природного и антропогенного загрязнения в различных бассейнах.
Summary. Spatial differentiation of the hydrochemical composition of groundwater is largely determined by basin organization of the territory. Basin analysis of the Khovu-Aksy arsenide-cobalt deposit using calculated of structural indices of areas, lengths, slopes and bifurcation allowed to determine the peculiarities of transfer and accumulation of lithostream, transit specialization of the basin in the integral link. The analysis also revealed the connection of the
chemical composition of groundwater with the peculiarities of erosion-accumulative processes of the territory.
The groundwater chemistry of Quaternary deposits in the the Khovu-Aksy deposit is formed in the integral part of the basin as a result of the impact of both natural and anthropogenic sources. With increasing distance from the pollution sources in underground waters of the deluvial-proluvial horizon, the mineralization values decrease from 0.68 to 0.3 g/l and the total hardness from 7.1 to 3.2 mg-EQ/l. Alluvial waters that forming in other geomorphological conditions of the right bank of Elegest differ both in mineralization (0.14-0.17 g/l) and in the total hardness (1.36-1.60 mg-EQ/l). The practical absence of water pollution by ore-forming heavy metals (Nickel, cobalt, copper) and arsenic that typical for the Deposit and storage cards, is explained by the transit specialization of integrated link of the catchment basin.
The basin analysis that carried out to assess the ecological status of groundwater together with field morphometric studies and hydrochemical testing allows simulating of accumulation conditions and accumulation of natural and anthropogenic pollution in different basins. Ключевые слова: структурные индексы, бассейновая организация территории, Хову-Аксынское арсенидно-кобальтовое месторождение, хвостохранилища, подземные воды, гидрохимический состав.
Keywords: structural indexes, basin organization of territory, Khovu-Aksy arsenide-cobalt deposit, tailings dam, groundwater, hydrochemical composition.
Введение. Разработка Хову-Аксынского комплексного арсенидно-кобальтового месторождения (Тыва), обогащение руд и складирование в хвостохранилищах (отстойниках-картах) отходов гидрометаллургического передела в 1970-1991 гг. сопровождалось значительным загрязнением атмосферного воздуха, почв, растительности на прилегающих территориях в пределах протяжённого и широкого лога, а также поверхностных вод р. Элегест - левого притока Верхнего Енисея. Количественные и качественные показатели этого воздействия отражены в результатах многочисленных экологических исследований [1], но при этом подземным водам было уделено наименьшее внимание. Учитывая, что элементы структуры бассейнов связаны между собой системой стока поверхностных и подземных вод, а также стока твёрдых потоков, то для оценки состояния подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта предложено использовать бассейновый подход.
Хову-Аксынское арсенидно-кобальтовое месторождение расположено в Тыве на северном макросклоне хребта Западный Танну-Ола в области сочленения Восточно-Таннуольского антиклинория и Западно-Таннуольского синклинория по зоне Убсунур-Баянкольского долгоживущего разлома глубинного заложения [1].
Геоморфологическая позиция объекта исследования определяется расположением его в пределах водосбора межгорного Хову-Аксынского лога, протянувшегося с северо-запада на юго-восток и выходящего в долину реки Элегест на её субширотном участке. Лог характеризуется ассиметричным поперечным профилем. Тальвег прижимается к подножию западного склона. Склоны и днище лога выполнены осадками делювиально-пролювиального шлейфа, образующего наклонную поверхность с углом наклона 6-8°, рассеченную многочисленными эрозионными формами. В условиях аридного климата большую часть времени русла в пределах лога являются сухими. Хову-Аксынский лог обрамляется со всех сторон горными хребтами, представляющими низкогорный резко
расчленённый мелкосопочный тип рельефа с абсолютными высотами от 800 до 1500 м и относительными превышениями от 50 до 300 м [2]. Гребневая линия водоразделов рассечена, склоны крутые с мелким и густым эрозионным расчленением. Рыхлый материал приводораздельных частей большей частью удален временными водотоками.
В геологическом строении района принимают участие нижнекембрийские осадочно-вулканогенные образования, силурийские терригенные и терригенно-карбонатные отложения, нижнедевонские туфогенно-вулканогенные образования и песчано-мергелисто-алевролитовые осадки среднего девона. Эти толщи прорваны интрузиями субщелочных габброидов и граносиенитов, а также дайками различного состава [2]. Месторождение представлено рудами цветных металлов, содержащих в составе сульфидных, окисных и арсенидных минералов такие элементы как железо (Fe3+), кобальт (Co2+), медь, никель, сурьма (Sb3+), цинк и мышьяк (As3+) [1].
Верхняя часть геологического разреза, наиболее подверженная загрязнению, сложена дресвяно-щебнистыми с суглинистым заполнителем делювиально-пролювиальными отложениями верхнеплейстоцен-голоценового возраста (dpQm-н) и валунно-галечными с песчаным заполнителем аллювиальными образованиями голоцена поймы реки Элегест ^Qh), которые являются водовмещающими, соответственно для делювиально-пролювиального и аллювиального водоносных горизонтов. Состав делювиально-пролювиальных осадков значительно варьирует в зависимости от уровня относительно днища лога. На верхнем уровне высока доля красноцветных глин - переотложенных продуктов коры выветривания (источника трёхвалентного железа, кальция и магния). На среднем уровне преобладают буроцветные образования преимущественно щебнистого размера, на нижнем - увеличивается количество эолового материала алевритовой размерности.
Материалы и методология исследования бассейнового анализа и отбора
гидрохимических проб
Бассейновый анализ. Теоретическим основанием для применения бассейнового подхода является положение, сформулированное вслед за Р. Хортоном [3] Ю.Г. Симоновым [4] о том, что важным фактором формирования потоков миграции загрязняющих элементов и полей загрязнения в почвенном покрове и водных объектах является рельеф и эрозионно-аккумулятивные процессы, протекающие в условиях водосборного бассейна.
На поверхности водосбора процессы аккумуляции и/или рассеяния вещества, определяющие накопление или его рассеяние, определяются законами движения литопотоков в пределах речных бассейнов. Процессы накопления/выноса вещества (в т.ч. загрязняющего) отражены в элементах структуры бассейновой системы, характеристики которых можно перевести в закодированный вид с помощью структурных индексов площадей (ИСП), длин (ИСД), уклонов (ИСУ) и бифуркации (ИСБ) по методике Ю.Г. Симонова [4, 5]. Масштаб исследования (1: 500 000) выбран эмпирически с тем расчётом, чтобы водосборный бассейн исследуемого лога имел удобный для анализа 3-й порядок.
Следует оговорить, что выбор объекта исследования в значительной мере экспериментален, т. к. представляет собой не водосбор крупной реки, а лог, нижняя часть склонов и днище которого выполнено делювиально-пролювиальными осадками в
тектонически предопределённой долине, и прорабатываемый временным водотоком. Подобные бассейны в опубликованных работах [6, 7] как правило, рассматриваются как верхние звенья в границах более крупных бассейнов.
Отбор гидрогеохимических проб. Основные выводы бассейнового анализа были сравнены с данными гидрогеохимического исследования подземных вод в зоне влияния отстойников-карт месторождения Хову-Аксы. Опробование проведено зимой (20 января) и летом (3 июня) 2018 г. в нижней части Хову-Аксынского лога в пос. Сайлыг из делювиально-пролювиального (6 скважин) и аллювиального (1 колодец) водоносных горизонтов. Скважины были пробурены для целей водоснабжения населения поселка Сайлыг (рис. 1).
, нр.7 .',<
у . > Ч '"ТУ
•м •• г- V 1Г.ГТД ____ тггп
- "Ч. .... Ц1
^^ Угггт - *** 4 V
• - ^ *
1 ^ у
ЯГЯЧП ■ ЛМ \ 0 Кат
I * чТ ч^гх
Рисунок 1. Схема расположения скважин и колодцев в пос. Сайлыг. Цифрами около скважин отражены содержания мышьяка по данным гидрогеохимического опробования 20.01.2018 г.
Кроме того, в качестве фоновой была отобрана проба воды из абиссинского колодца по улице Болотной, расположенной на правом берегу реки Элегест вне воздействия Хову-Аксынского рудного узла.
Химический анализ водных проб выполнялся в Аналитической лаборатории ООО «Тувинской ГРЭ» (январь) и Проблемной научно-исследовательской лаборатории гидрогеохимии Национального исследовательского Томского политехнического университета (июнь). Полученные результаты сравнивались с требованиями к питьевым водам в соответствии с [8].
Результаты и их обсуждение
Определение структурных индексов бассейновой организации исследуемого объекта. Основу бассейнового анализа составило выявление внутренней структуры исследуемого бассейна, отражённой на рисунке 2 А, т. е. разделение русел и опирающихся на них склонов на порядки в соответствии с системой Стралера-Филосова [9].
Все рассчитанные структурные индексы Хову-Аксынского лога в сравнении с модальным бассейном, выделенным Ю.Г. Симоновым и Т.Ю. Симоновой [4] на основе анализа огромной базы данных, представлены в таблице 1.
Таблица 1. Показатели бассейновой организации территории
Анализируемые оассеины и их характеристики Структурные индексы
ИСБ исп исд ИСУ
Модальный оассейн (по Ю.Г. Симонову, 2007) 134 532 136 631
Бассейн Хову-Аксынского лога 155 442 145 631
Индекс структуры бифуркации (ИСБ) отражает степень дренированности разных звеньев единого бассейна. Для Хову-Аксынского лога он составил 155. Сравнение его с модальным показывает, что исследуемый бассейн характеризуется большой расчленённостью в среднем и, особенно, в верхнем звене - приводораздельной части лога. Иначе говоря, согласно Ю.Г. Симонову [5], в условиях благоприятной водности эти звенья быстрее и полнее дренирует водосбор, отводя с её поверхности воду.
Рис. 2. Структура бассейновой организации Хову-Аксинского лога (А) и направление миграции гидр о- и литопотокоб (Б) Русла: 1 - первого, 2 - второго, 3 - третьего порядка; склоны, опирающиеся на русла: 4 - первого, 5 - второго, 6 - третьего порядка. Геоморфологические элементы: 7 - склоны
хребтов; поверхность: 8 - делювиально-пролювиального шлейфа, 9 - поймы р. Элегест. Месторождение Хову-Аксы: 10 - ГОК «Хову-Аксы», 11 - карты-накопители; 12 - уровень распространения материала коры выветривания. Направление гидро - и литопотоков: 13 -антропогенных, 14 - природных, 15 - места отбора проб: цифрами показаны номера пробы, в числителе - общая минерализация (г/л), в знаменателе - жёсткость (мг-экв/л); 16 - горизонтали рельефа с высотой сечения 10 м.
Индекс структуры площадей (ИСП) составил 442. Для его определения были выделены порядки русел водотоков (в нашем случае, тальвеги временных водотоков) и измерена площадь их водосборов. Значение индекса указывает на то, что примерно 40% от общей площади лога дренируют элементарные водотоки, что в 1,3 раза меньше, чем у модального бассейна. За счёт того, что увеличена доля площади водосбора 2-го порядка, составившая 40%. Нижнее интегральное звено проявляет себя в этом отношении как модальный бассейн и дренирует 20% поверхности лога.
Индекс структуры длин (ИСД) разнопорядковых тальвегов составил 145 и мало отличается от значений модального бассейна. Средняя длина элементарного тальвега (I-порядка) в бассейне Хову-Аксынского лога составляет около 10% от общей длины, средняя длина водотоков 2-го порядка - около 40%, а третьего - 50%. Это свидетельствует о том, что большая роль в перемещении потоков веществ принадлежит нижнему интегральному звену.
Значение индекса структуры уклонов (ИСУ) (631) полностью совпадает со значением модального бассейна. Поскольку уклоны продольного профиля характеризуют распределение энергии флювиальных процессов по разнопорядковым звеньям бассейна [4], то ИСУ показывает, что на тальвеги первого порядка, приходится 60% энергии флювиальных процессов, на долю тальвегов второго порядка 30%, а на долю третьего порядка 10%.
Сопоставление результатов бассейнового анализа с полевыми морфологическими исследованиями. Геоморфологическая работа по выносу/накоплению водных и литологических потоков в исследуемом бассейне Хову-Аксынского лога распределена неравномерно по всем звеньям.
Верхнее звено Хову-Аксынского лога при средней длине и уклоне, соответствующих модальным, имеет уменьшенную площадь и очень высокую степень расчленения поверхности руслами временных водотоков (высокие значения бифуркации). Это создало идеальные условия для выноса литопотоков на более низкий гипсометрический уровень (во второе звено), преобладания процессов эрозии над процессами аккумуляции и определило тип функционирования бассейнов 1-го порядка, как бассейнов-сбрасывателей.
Полученные данные хорошо подтверждаются полевыми морфологическими исследованиями. На большей своей части привершинные части склонов несут черты высокой степени эродированности поверхности и освобождены от продуктов коры выветривания, которые вскрываются на склонах среднего звена бассейнов.
Среднее звено исследуемого лога (дренируемое тальвегами второго порядка) характеризуется повышенной долей водосборной площади и превышающими модальные значения показателями длины при нормальных уклонах. На большей своей части водотоки второго порядка дренируют слабонаклонную поверхность делювиально-пролювиального шлейфа. Вынос литопотоков на более низкий гипсометрический уровень
(в третье звено) не компенсируется их аккумуляцией, процессы аккумуляции преобладают над эрозией, что определило тип функционирования бассейнов 2-го порядка, как бассейнов-накопителей.
В пределах нижнего интегрального звена (тальвега 3-го порядка) русло имеет относительно небольшую длину при нормальных уклонах и площадях водосбора. Нижнее звено при соответствующих условиях увлажнения характеризуется примерно одинаково проявленными процессами эрозии и аккумуляции, что, соответственно, определяет тип бассейна, как транзитного. В условиях дефицита влаги временные потоки основную эрозионную работу делают в нижнем звене, что на местности видно в формировании достаточно углубленного русла третьего порядка, а работа по транспортировке/аккумуляции литопотоков сосредоточена в верхнем и среднем звеньях бассейна лога. В то же время здесь активно происходят и процессы аккумуляции.
Таким образом, геоморфологическая работа в пределах лога для разных звеньев имеет свои отличия от сбрасывателя - в верхней части бассейна, накопителя - в средней части, и транзита - в интегральном нижнем звене.
Результаты гидрогеохимического опробования. Гидрогеохимическое опробование было проведено в нижнем интегральном звене Хову-Аксинского лога для подземных вод делювиально-пролювиального (ёрОшчу) горизонта, расположенного в зоне загрязняющего влияния карт-накопителей. Кроме того, для сравнения были опробованы воды аллювиального горизонта (аQIv) на левом (в полосе возможного загрязняющего воздействия) и правом (вне этого воздействия) берегах р. Элегест. Результаты химического анализа подземных вод приведены в таблице 2.
Таблица 2. Гидрогеохимический состав подземных вод
№№ проб дата Минерализация, г л рН Жестк. общая, МГ-ЭКБ'Л Содержание макрокоупонентов, мг/л Формула солевого состава
HCOj" siv CL" Ж* К" CV" Fficen SiO; КНГ N0;" NOr
Аллювиальный горизонт (аСЬ). Колодец по ул. Матросова, левый берет р. Элегест, зона влияния карт-накопителей
4_ 20.01.13 0.41 7,62 4,0 263,45 6,0 15,9 5 25, 2S 52,1 0 17,0 1 0,10 13,0 0.04 0,01 8,15 Mc,4] ЯШ,МСИШз3504: Са : \Mg21(Xa+К)22
03.06.13 С:43 7,32 3,55 299,0 16,9 5 10,7 1 28, 20 2,9 53,4 2 14,4 S 0.04 6 0,06 0:03 11,4 Мс,4: aCO;BSSOtfiCii\OJ СаЩНа +Z)93Jfe21
Аллювиальный горизонт (aQrr). Колодец по ул. Болотной, правый берег р. Элегест. фоновая проба вне влияния карт-накопителей
5 20.01.13 0,14 7,Е4 1,60 91.53 5,0 5.32 3,4 4 24,0 5 4:5б 0.09 6,0 0:03 0,01 0.12 MG,]4 жОз&свяэ^ Cû63.Vf23(.Va + i:)i
¡0 03.06.13 0,17 E:ÛS 1,36 120,0 2,El 1.43 3,5 5 0,7 5 22,9 1 2,60 0:03 2 <0,0 5 <0,0 7 3,3 Mt,r flC0.T4CD.2150il2.VD.2i (Hm-EtSSOÉnMsl
Делювиально-пролювнальный горизонт (dpQm-iv). Скважина по ул. Горная
3 20.01.13 0,30 ~:Е9 3,20 195,26 6,50 14,1 Е 12: 76 36,0 17,0 1 0,34 16,0 0:03 0,01 2.44 M.< Ж0аШШ04ЗЩ1
Ж 0,29 7,27 2,65 195.0 13.5 8.79 26: и 36.2 10,2 0;03 - 0,17 <0,0 3,01 Мс,:9
03.Ой. 13 4 22 1 & 8 6 2 НЩЬЯО^СЯЬЩ ШШ+Г/ЯЩХ
ДелюЕЕШно-пролюввальный горизонт (¿рСЬ-г;). Скважина по ул. Пролетарская
1 0,61 7,73 6,30 236,"3 77.0 73,0 50, - 44,0 49,3 0,20 13 0,15 0,03 1,50 Мс.я
10.01.13 31 9 и ;
ЩЩХа-ЦЖа:!,
ш 0,67 7,52 6,10 283.0 123, 64,1 100 2:3 51,9 43,1 0.04 - <0,0 <0,0 84" Мс.с
03.Ой. 13 6 3 , / 9 6 4 5 5 ЯСО.ШО^СЛТ.УОЛ;
Делюышыю- ПрОЛЮЕЕЗЛЫШН горизонт ФОш-г ■). Сюжинапо ул. Горького
2 0,42 7,81 4,30 262,37 7,50 13,3 26, - 36,0 30,3 022 16 0,15 0,01 14,5 Мс,+:
10.01.13 6 91 7 8 даувшзж^з
я 0,42 3.23 3,50 261.0 24.4 15,0 34, 1.6 35,8 20,9 0.04 - <0,0 <0,0 12.9
03.06.13 2 п 37 3 п 6 1 5 2 ЖО^КПЖ, 450,3
ДелюЕиально-пролюЕвальный горизонт lílpQш-Iv}. Сьжоша по ул. Маяковского
6 0,63 6,92 7,10 250,17 142, 99,2 63, - 50,1 55,9 0,0^ 12 0,13 0,01 1:74 Mc.fi
20.01.13 0 н 30 0 ЯСОа4Ш>(3<И21
^47(^+1)15^15
21 0,65 3.04 6=0 244.0 141, 79,5 80, 2.2 52,9 40,7 0,00 - <0,0 0,16 37,3
03.06.13 0 6 20 5 3 1 073 5
Водоносный верхнеплейстоцен-голоценовый делювиально-пролювиальный горизонт, ^рОшчу)
Из делювиально-пролювиального водоносного горизонта взяты пробы воды №№ 1-3, 6-8 (зима) и №№ 16-18, 21-23 (лето), анализ которых выявил в них (по пробам зимнего периода) повышенную минерализацию (0,3-0,68 г/л), а также достаточно высокую жесткость (3,2-7,1 мг-экв/л, воды от умеренно жестких до жестких) за счет повышенного содержания ионов магния и кальция. По гидрохимическому составу подземные воды преимущественно гидрокарбонатные кальциево-магниевые и смешанного катионного состава с преобладанием или большим содержанием ионов магния. Обобщенная формула солевого состава имеет вид:
Мо з о м НСО, (40 -35)504(3- ЩС1(1 - 28)СО,(0- 6)Щ (0- б)
Содержание мышьяка в подземных водах отражено на рисунке 1.
Водоносный голоценовый аллювиальный горизонт, (аQIv)
Пробы из аллювиального горизонта были взяты в посёлке Сайлыг на улицах. Матросова и Болотная. Опробование по ул. Матросова проводилось из открытого колодца глубиной около 5 м зимой (проба № 4, далее - Пр. 4) и летом (проба № 19, далее - Пр. 19) 2018 г. Колодец расположен в пойме р. Элегест, под террасовидным уступом в устье лога, в 280 м от реки. Вода из колодца характеризуется как прозрачная (мутность менее 1,0 ЕМ/л), без вкуса, без запаха, цветностью 5°. По данным лабораторных исследований содержание анионов и катионов не превышает норм для питьевых вод. Железо общее составляет 0,10 мг / л (Пр. 4) и 0,046 мг/л (Пр. 19) при ПДК = 0,3 мг/л.
Большое содержание в воде ионов кальция и магния определяют высокую жёсткость воды, которая под влиянием сезонных факторов может изменяться. Отмечено, что зимой воды характеризуются как умеренно жёсткие (общая жёсткость 4,00 мг-экв/л, при ПДК 7,0 мг-экв/л) и слабощелочные (рН = 7,62, при ПДК от 6,5 до 8,5). Летом воды жесткие (общая жесткость 3,85 мг-экв/л) и нейтральные рН = 7,32). В целом, воды пресные с минерализацией 0,41 г/л (Пр. 4) и 0,43 г/л (Пр. 19) и по химическому составу -гидрокарбонатные смешанного катионного состава с преобладанием ионов кальция.
Из определявшихся тяжёлых металлов свинец, кадмий, никель и кобальт в воде не обнаружены. Содержание цинка, меди и марганца не превышает норм для питьевых вод. Содержание мышьяка определяется на пределе чувствительности прибора и составляет менее 0,005 мг/л (Пр. 4) и 0,0027 мг/л (Пр. 19) при ПДК 0,05 мг/л (см. рис. 1, табл. 3).
Опробование по ул. Болотная проводилось из скважины, расположенной на правом берегу р. Элегест (частный дом, абиссинский колодец) зимой (проба № 5 - Пр. 5) и летом (проба № 20 - Пр. 20) 2018 г. Вода характеризуется как прозрачная (мутность менее 1,0 ЕМ/л), без вкуса, без запаха, цветностью 5°. По данным лабораторных исследований содержание анионов и катионов не превышает норм для питьевых вод.
Таблица 3. Содержание тяжелых металлов и мышьяка в водах аллювиального голоценового горизонта (аОгу)
№ Ме стс Дата Содержание тяжелых металлов н мьштьяка мг л
№ отбора стос (б скосках — е единицах ЦДК для шттьеБЫ?! бсд)
про о ра Аь гп Си РЪ Со. N1 Мп Со
4 Колодец 20.01 <0,005 0,0079 0,0063 <0,002 <0,001 <0,005 0,002 <0,005
ул. Матросова 2013 Сне оон) (0,007 (0,0063) (не оон) (не осн) (не сон) (0,02) (не осн)
9 03.06 0,002 7 0,020 0,00072 0,0000 0,00000 0,0001 0,001 К 0,000041
2013 (0.054) (0,0007 64 (0,002 1} 34 (0,0003 4) 5 (0,001 5) (0,015 > (0,00004 1)
5 Колодец 20.01 <0,005 <0,001 0,0054 <0,002 <0,001 <0,005 0,0017 <0,005
ул. Болотная 201 5 (не оон) (не оон) (0,0054) (не оон) (не осн) (не сон) (0,017 > (не осн)
20 03.06 0,00 16 0,0012 0,00019 0,0000 <0,0000 0,0000 0,0002 0,000012
2013 (0.032) (0,001 2) (0,0001 49 (0,001 б) 01 (не осн) 2 (0,000 2) 5 (0,002 5) (0,00001 2)
Железо общее содержится в количестве 0,09 мг/л (Пр. 5) и 0,032 мг/л (Пр. 20) при ПДК = 0,3 мг/л. Воды мягкие зимой (общая жёсткость 1,60 мг-экв/л) и очень мягкие летом (общая жёсткость 1,36 мг-экв/л) при ПДК 7,0 мг-экв/л. Водная среда слабощелочная (рН = 7,84 зимой и 8,08 летом). Воды ультрапресные с минерализацией от 0,14 г/л (Пр. 5) до 0,17 г/л (Пр. 20), по химическому составу гидрокарбонатные магниево-кальциевые (зимой) и карбонат-гидрокарбонатные кальциево-натриевые (летом).
Из определявшихся тяжёлых металлов в воде обнаружены только медь и марганец в незначительных количествах, не превышающих ПДК для питьевых вод. Содержание мышьяка определяется на пределе чувствительности прибора - менее 0,005 мг/л (Пр. 5) и 0,0016 мг/л (Пр. 20) (табл. 2).
Результаты комплексного анализа. Гидрогеохимия первого от поверхности водоносного горизонта во многом определяется бассейновой организацией территории. Рассматривая формирование делювиально-пролювиального водоносного горизонта в пределах Хову-Аксынского лога с привлечением данных бассейнового анализа, можно сказать, что область питания водоносного горизонта совпадает с площадями бассейнов первого порядка, где залегает маломощный чехол обломочного материала, что способствует интенсивной фильтрации атмосферных осадков и формированию делювиально-пролювиального водоносного горизонта.
Область транзита водоносного горизонта совпадает по площади со средним и, частично, нижним геоморфологическими звеньями. На основании проведённого анализа можно предположить, что химизм подземных вод на исследуемой территории в большей степени формируется именно в интегральном нижнем звене бассейна в результате воздействия как природных (состава переотложенных продуктов коры выветривания), так и антропогенных источников (Хову-Аксынского арсенидно-кобальтового месторождения). В общей структуре бассейна в верхнем звене эрозионные процессы преобладают над аккумулятивными, и большая часть литогенного материала выносится в среднее звено, которое проявляет себя как накопитель, аккумулируя все вещество, поступившее с верхних уровней. Поэтому влияние верхнего и среднего звена бассейна на состав подземных вод практически не проявляется. В нижнем интегральном звене эрозионные и аккумулятивные процессы находятся примерно в равных соотношениях, бассейн здесь проявляет себя как транзитный, выполняя функцию переноса вещества. В результате в нижней части лога складывается гидрогеохимическая ситуация, определяемая транзитным характером литопотоков природного и антропогенного происхождения (рис. 2 Б).
Воды делювиально-пролювиального водоносного горизонта, обладают повышенной минерализацией (0,3-0,68 г/л) и высокой жесткостью (3,2-7,1 мг-экв/л - от умеренно жестких до жестких), определяемые высокими концентрациями ионов железа, кальция, магния в продуктах коры выветривания. По мере удаления от источника с верхних уровней делювиально-пролювиального шлейфа вниз в пробах отмечается уменьшение показателей жёсткости и общей минерализации (рис. 2 Б).
Анализ содержания основных химических компонентов в подземных водах делювиально-пролювиального горизонта в нижней части лога показал, что слабощелочные и щелочные с минерализацией 0,61-0,68 г/л воды в скважинах по ул. Пролетарской (пробы 1/6) и по ул. Маяковского (пробы 16/21) являются типичными
представителями вод континентального засоления с отношением SO4/Cl около единицы в зимнее время, с некоторым увеличением соотношения в летнее время (из-за снижения хлора и увеличения сульфатов и натрия). Близким поведением характеризуется и отношение №+/0- - около единицы в зимнее время (0,9-1), с некоторым повышением значений в летнее время (1,4-2,4).
Увеличение значений отношения №+/0- в летнее время является показательным коэффициентом усиления процессов обогащения вод сульфатами и натрием в слабощелочных с минерализацией 0,30- 0,55 г/л водах горизонта: в пробах 3/18 по ул. Горная, пробах 2/17 по ул. Горького, пробах 8/23 по ул. Степная. В этих водах отношение SO4/Cl составляет 0,3 - 0,6 ед. в зимнее время и повышается в летнее время за счет увеличения сульфатов одновременно с повышением в водах натрия. Возможно, это происходит из-за усиления процессов окисления сульфидов и процессов гидролиза алюмосиликатов. В летнее время в этих водах происходит некоторое снижение концентраций хлора при практически не меняющихся концентрациях кальция и магния.
Область разгрузки водоносного горизонта располагается в нижней части геоморфологического нижнего интегрального звена. Здесь происходит перетекание делювиально-пролювиальных подземных вод в аллювиальный водоносный горизонт. Повышенная минерализация (0,41-0,43 г/л) и жесткость (3,85-4,0 мг-экв/л) аллювиальных вод левобережья свидетельствуют о смешении подземных вод обоих водоносных подразделений. В слабощелочных с минерализацией 0,41-0,43 г/л водах аллювиального горизонта в зоне влияния карт-накопителей в пробах 4/19 отношение SO4/Cl в зимнее время составляет около 0,3 из-за преобладания в водах хлора, концентрация которого уменьшается в летнее время и сопровождается повышением концентраций сульфатов, что приводит к увеличению отношения SO4/Cl до 1,6. Отношение №+/0- в аллювиальном горизонте в зоне влияния карт-накопителей составляет около 2,4 ед. и существенно увеличивается в водах в летнее время до 4 ед.
Вместе с тем, аллювиальные воды правобережья р. Элегест, формирующиеся в других геоморфологических условиях, вне влияния Хову-Аксынского месторождения (колодец по ул. Болотной), по минерализации характеризуются как ультрапресные (0,14-0,17 г/л), по величине общей жесткости - очень мягкие и мягкие (1,36-1,60 мг-экв/л). Так же, как и на правобережье, в слабощелочных водах аллювиального горизонта в колодце по ул. Болотной (пробы 5/20) ярко представлено влияние процессов континентального засоления с коэффициентом SO4/Cl, близким к единице, что сопровождается уменьшением концентраций хлора в летнее время при мало меняющихся концентрациях сульфатов, и увеличением значений SO4/Cl до 1,9 в зимнее время. Характерным показателем влияния континентального засоления является и отношение №+/0-, также близкое к единице в зимнее время, и увеличивающимся до 3,7 за счет уменьшения концентраций хлора в летнее время.
Содержание рудообразующих тяжелых металлов (никель, кобальт, медь), определяемое антропогенным загрязнением от карт-накопителей, также во многом объясняется транзитной специализацией интегрального звена, т. к. не отличается от содержания фоновых, и колеблется от «не обнаружено» до незначительных величин. Содержание мышьяка в аллювиальных водах колеблется от «не обнаружено» в январе
месяце до 0,0016 - 0,0027 мг/л в июле, что значительно ниже предельно-допустимых концентраций (0,05 мг/л) для питьевых вод.
Проведённый для оценки экологического состояния подземных вод бассейновый анализ совместно с полевыми морфометрическими исследованиями и гидрогеохимическим опробованием позволяет моделировать условия накопления и аккумуляции природного и антропогенного загрязнения в различных бассейнах.
Список литературы
1. Лебедев В.И. Арсенидное кобальтовое месторождение Хову-Аксы: проблемы возрождения уникального кобальтового производства в Туве // Уникальные исследования XXI века [Электрон. ресурс]. - 2015. - № 3 (3). - С. 15-25. - Режим доступа: http://www.docme.ru/doc/1560727/arsenidnoe-kobal. tovoe-mestorozhdenie-hovu-aksy-ргоЫету-у , свободный.
2. Геологическая карта СССР масштаба 1:200 000. Сер. Зап.-Саянская. Лист M-46-X: Объясн. зап. / Состав. Лукашев Г.Н., Антонова О.И.; ред. В.Г. Богомолов. - М.: Гос. науч.-техн. изд-во литературы по геологии и охране недр, 1961. - с. 61.
3. Хортон Р.Е. Эрозионное развитие рек и водосборных бассейнов. М.: Гос. изд-во иностранной литературы, 1948. - с. 158.
4. Симонов Ю.Г., Симонова Т.Ю. Структурный анализ типов функционирования и эволюции речных бассейнов // Гидрология и геоморфология речных систем: Материалы конф. - Иркутск, 1997. - С. 13-23.
5. Симонов Ю.Г. Избранные труды (к 85-летию со дня рождения). - М.: Ритм, 2008. - с. 384.
6. Новаковский Б.А., Симонов Ю.Г., Тульская Н.И. Эколого-геоморфологическое картографирование Московской области. - М.: Науч. мир, 2005. - с. 72.
7. Тульская Н.И. Эколого-геоморфологическое картографирование территории субъекта Российской Федерации (на примере Московской области): Автореф. Дис. канд. географ. наук: 25.00.33. - М.: МГУ им. М.В. Ломоносова. - 2003. - с. 20.
8. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Гигиенические требования к обеспечению безопасности систем горячего водоснабжения: Пост. № 24 от 26.09.2001 г. с изм. 28.06.2010 г. - М., 2010.
9. Философов В.П. Порядки долин и их использование при геологических исследованиях // Науч. ежегодник Саратовского ун-та за 1955 г. - Саратов, 1959. - Отд. 6. - С. 38-40.
