CC BY
104
Состояние гидросферы урбанизированной территории Оренбургской области
И.В. Куделина, ст. преподаватель, Т.В. Леонтьева, ст.
преподаватель, М.В. Фатюнина, ст. преподаватель, Е.В. Ханина, магистрант, ФГБОУ ВПО Оренбургский ГУ
В центральной зоне Оренбургской области сосредоточены предприятия по добыче, переработке, транспортировке и хранению газа, конденсата и продуктов их переработки. Характерными загрязняющими веществами здесь являются углеводороды, сернистые соединения [1—3].
Влияние техногенного воздействия на геологическую среду приводит к изменению состояния подземных вод. Своевременное предупреждение таких явлений возможно при учёте закономерностей протекания природных процессов, а также на основе учёта хозяйственной деятельности при использовании недр. Для получения информации и решения этих задач необходимо проводить работы по изучению динамики, оценки и прогноза состояния подземных вод.
Объекты и методы исследования. Исследуемая территория расположена в восточной части Восточно-Русского артезианского бассейна с классами поровых (Щ), трещинно-поровых (П2), порово-трещинных (П3), трещинных (П4) и трещинно-карстовых (П5) вод пластового типа [1]. Мощность зоны пресных вод изменяется от 3—10 м на левобережье Урала до 200 м на правобережье. Вниз по разрезу пресные воды сменяются солёными водами и рассолами. Грунтовые воды в долинах рек с температурой 4—6°С залегают на глубине 2—12 м, а на водоразделах — 20—50 м, разгружаясь в долинах рек. Основное водохозяйственное значение имеют воды аллювиального водоносного горизонта мощностью до 30 м, который гидравлически связан с речными водами. Он сложен галечниками и песками русловой фации, перекрытыми частично суглинками.
Иренская сульфатно-галогенная толща мощностью более 500 м экранирует верхний гидрогеологический этаж от рассолов, которые характеризуются коэффициентом / С1= 1,0. Под ней выделен ряд гидрогеологических этажей глубокого местного стока с рассолами хлоридно-кальциевого типа с минерализацией 220—270 г/л и коэффициентами /С1 и гё04/С1 десятые и тысячные доли единицы соответственно [4].
На урбанизированной территории расположен Оренбургский нефтегазовый комплекс и около 200 предприятий, включая городскую свалку [1] Месторождение вытянуто вдоль долины р. Урала, захватывая южную часть города. На комплексе имеются многочисленные установки по сжиганию попутных газов, пробурено около 1000 глубоких скважин, работают установки по подготовке нефти
и газа, компрессорные станции, проложена сеть трубопроводов. Обустроены поля фильтрации хозяйственно-бытовых сточных вод, нефтепродуктов и буровых растворов. В подсолевом комплексе пород в результате разработки Оренбургского месторождения образовалась депрессионная воронка глубиной до 600 м. Не поддающиеся очистке промышленные сточные воды закачиваются в глубокие горизонты на глубину более 2 км.
От загрязнения страдают водозаборы, воды которых, по данным госконтроля, не отвечают санитарным нормам [5]. Нефтегазовый комплекс способствовал социально-экономическому развитию города, но и активизировал процессы загрязнения, подтопления и истощения ресурсов пресных вод [3].
Источниками загрязнения служат также месторождения строительных материалов, неканали-зованные поселки, накопители и участки сброса сточных вод, поля, мелиорируемые сточными водами [3, 6]. Орошаются участки площадью до 20—100 га, и при размещении их у санитарно-защитных зон водозаборов ухудшается качество подземных вод. На городской свалке площадью в 50 га, в 2 км от жилого массива складируют бытовые и промышленные отходы до 800 тыс. м3/год.
Информация о подземных водах города Оренбурга и его окрестностей анализировалась по результатам полевых и камеральных исследований. Изучены физико-географические условия и геологическое строение города и его окрестностей по фондовым и литературным источникам, выявлены источники загрязнения подземных вод, собраны и систематизированы физико-химические анализы природных вод.
Результаты исследования. В результате проводимых исследований было установлено, что на исследуемой территории действуют 12 централизованных и более 40 ведомственных водозаборов [2]. Имеется еще более 80 тыс. одиночных скважин и колодцев. Запасы вод восполняются за счёт подземного стока и путём инфильтрации из водоёмов.
Первоначально воды аллювиального горизонта были пресными, с минерализацией 0,5—0,7 г/л и принадлежали к сульфатно-натриевому подтипу по классификации Курнакова — Валяшко, аналогично речным водам, или к содовому типу [4]. Воды содового типа формируются в верхнепермских породах по долине р. Сакмары и правобережью Урала, а также в контакте с акчагыльскими отложениями по левобережью. Воды мягкие, с количеством соды до 50—70 процент-эквивалент. Такие воды
с коэффициентами г ^^ = 6 + 7 г = 0,5 + 0,6 формируются в терригенных верхнепермских кон-
тинентальных породах и гидравлически связаны с аллювиальным водоносным горизонтом. Считают, что они образуются при выветривании щелочных полевых шпатов с участием углекислого газа [4]. При техногенезе коэффициент SO4/ С1 более 1 сменился на значения менее 1, под влиянием галогенной толщи, вскрытой у птицефабрики «Россия», на нарушенных диапировых структурах и на нефтегазовом комплексе. Ресурсы и качество вод аллювиального водоносного горизонта на водозаборах формируются в результате подтока подрусловых вод, вод с водосборной площади и инфильтрации из реки. На ухудшение качества вод влияют источники загрязнения и воды с соляных куполов. Воды ареалов загрязнения с минерализацией до 1,9—2,7 г/л при смешении с аллювиальными водами превращают их из сульфатно-натриевых в воды хлоридно-магниевого подтипа. Например, воды водозаборов Сакмара I и Сакмара II ранее имели сульфатно-натриевый подтип и высокое качество. Водозабор Сакмара II расположен у реки и подпитывается инфильтрацией речных вод, имея с ней сходство в составе ^04 более С1); водозабор Сакмара I расположен в 2 км от реки, у бровки надпойменной террасы. В настоящее время минерализация вод возросла в 2—3 раза, сульфатно-натриевый подтип вод сменился на хлоридно-магниевый, содержание хлоридов и сульфатов выросло в 5 раз, в том числе и у птицефабрики «Россия». Скважины, пробуренные здесь для выщелачивания соли, не ликвидированы. Свой вклад вносит и навоз с ферм крупного рогатого скота, склады удобрений и ядохимикатов у горы Хусаиновой и городская свалка с токсичными накоплениями.
Из-за отсутствия должного контроля их потоки к Сакмаре не прослежены. Высокие концентрации органических веществ (до 2040,0 мг/л 02) в фильтрате водных вытяжек проб почв у птицефабрики совпали с аномалиями по хлоридам, сульфатам и нитратам. Источником сульфатов на водозаборе Сакмара I считали гальванический цех аппаратного завода. Недооценена роль гипсов и ангидритов сульфатно-галогенной толщи. При техногенной нарушенности участка пресные воды взаимодействуют с ними, и их минерализация возрастает до 8 г/л. Т.е. в этом случае проявляются как техногенные факторы, так и особенности природных условий. В маловодные сезоны приобретает устойчивость хлоридно-магниевый подтип вод, возрастает жёсткость воды, а коэффициенты N/0 приближаются к единице. Так, в скважинах у пос. Кушкуль воды хлоридно-магниевого подтипа приобрели минерализацию в 1,2 г/л и жёсткость до 17,2 мг-экв/л при коэффициентах N/0 = 0,95. Ещё выше минерализация вод у г. Араповой (3.0^8.9 г/л). Состав вод С1^04-НС03 или С1-НС03^04. Коэффициент г№/С1 приближается к единице, что свидетельствует о связи с соляными куполами.
Аналогичная картина по метаморфизации вод установлена по долине Урала, в поселках Татищево, Городище, Н. Павловка и Дедуровка. В настоящее время увеличилась интенсивность эксплуатации водозаборов и выросли минерализация вод и содержание хлоридов и сульфатов. В Городище в маловодные годы к водозаборным скважинам подтягиваются солёные воды из переуглублённых участков речной долины. Сульфатно-натриевый подтип не меняется, но содержание хлоридов увеличивается. Ряд скважин Дедуровского водозабора имеют воды с минерализацией 2,1—2,4 г/л. Наряду с сульфатно-натриевым подтипом встречаются воды хлоридно-магниевого подтипа с жёсткостью 7,5 мг-экв/л. В маловодные годы при интенсивной эксплуатации скважин минерализация растёт до 5,3 г/л за счёт подтягивания солёных вод из переуглублённых участков неоген-четвертичных речных долин. Жёсткость вод достигает 9,0—14,2 мг-экв/л. Между Дедуровкой и Н. Павловкой в аллювии на контакте с акчагыльскими отложениями выявлены воды содового типа с минерализацией 1,3—1,5 г/л и жёсткостью 2,0 мг-экв/л.
Очевидно, что воды аллювиального водонос -ного горизонта долины р. Урала азональны. На формирование их химического состава оказывают влияние транзитные потоки речных вод. Поэтому состав вод не соответствует водам отложений геологического разреза, вмещающих речную долину, и степени их засолённости. За последние годы они испытали влияние как естественных, так и техногенных факторов, обусловивших накопление в них хлоридов, сульфатов и увеличение минерализации вод. Поэтому большое значение приобретает оценка защищённости территории от загрязнения.
Оценка защищённости подземных вод от загрязнения проведена с использованием модуля предельно допустимых выбросов МПдВ и модуля предельно допустимой концентрации (МПдК) [7]. Например, санитарный норматив по минерализации хозяйственно-питьевых вод равен 1 г/л. МПдК вычисляем из произведения этого норматива на модуль водного стока, а МПдВ — из разности МПдК и модуля химического стока с данной площади
(мпхс).
мпдв - мпдк м пхс-
(1)
Мпдв характеризует степень защищённости подземных вод территории. При большой техногенной нагрузке часть их защищённости утрачивается, и следует непрерывно осуществлять контроль с оценкой ресурсов защищённости [1].
По данным оценки защищённости подземных вод от загрязнения и анализа источников загрязнения составлена карта-схема. На рисунке типы районов по защищённости подземных вод от загрязнения с учётом значения Мпдв, т/км2 в год представлены следующим образом: 1 — весьма за-щищённые (Мпдв > 70 т/км2 в год), рекомендуемые к
Рис. - Схема типизации районов Оренбургской урбанизированной территории по защищённости подземных вод от загрязнения [8]
неограниченному использованию; 2 — защищённые (Мщв ® 50—70 т/км2 в год), рекомендуемые к ограниченному использованию; 3 — условно защищённые (МщВ « 20—50 т/км2 в год), рекомендуемые к весьма ограниченному использованию; 4 — незащищённые (Мщв ® 5—20 т/км2 в год), 5 — весьма не защищённые < 5 т/км2, которые рекомендуется включать в состав санитарно-защитных зон; источники загрязнения: 6 — промышленные, 7 — геотехнологические, 8 — энергетические, 9 — водохозяйственные, 10 — селитебные, 11 — сельскохозяйственные; границы,
12 — границы районов по степени защищённости,
13 — контур нефтегазоконденсатного месторождения.
Выводы. К сожалению, степень защищённости территории от загрязнения практически не учитывалась при застройке Оренбургской урбанизированной территории. Поэтому необходимо внедрять принципиально новые технологии защиты подземных вод для локализации источников загрязнения с уже загрязнённых зон.
Рекомендуется минимизировать техногенную нагрузку на природные воды, совершенствовать технологии, и с помощью системы мониторинга на основе схем типизации территории по защищён-
ности от загрязнения внедрять барьерный принцип защиты водоёмов и водозаборов.
Литература
1. Гаев А.Я., Куделина И.В., Леонтьева Т.В. Проблемы гидросферы города Оренбурга и его окрестностей // Экология урбанизированных территорий. 2013. № 3. С. 28—36.
2. Информационный бюллетень о состоянии геологической среды на территории Оренбургской области в 1997—2006 гг. Вып. 1-10. Оренбург: ОАО «Вотемиро», 1997-2006.
3. Окружающая среда города Оренбурга (проблемы, решения, перспективы). Оренбург: Оренбургское кн. изд-во, 1999. 48 с.
4. Самарина B.C., Гаев А.Я., Нестеренко Ю.М. и др. Техногенная метаморфизация химического состава природных вод (на примере эколого-гидрогеохимического картирования бассейна Урала, Оренбургская область). Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 1999. 444 с.
5. Грязнов О.Н., Абатурова И.В., Афанасиади Э.И. и др. Проблемы изучения и оценки состояния геологической среды урбанизированных территорий Урала // Инженерно-геологические проблемы урбанизированных территорий: матер. междунар. симпоз. Екатеринбург, 2001. Т. 1. С. 463-473.
6. Экологические основы водохозяйственной деятельности (на примере Оренбургской области и сопредельных районов) / А.Я. Гаев и др. под общ. ред. А.Я. Гаева. Пермь-Оренбург, 2007. 327 с.
7. Бабушкин В.Д., Гаев А.Я., Гацков В.Г. и др. Научно-методические основы защиты от загрязнения водозаборов хозяйственно-питьевого назначения. Пермь, 2003. 264 с.
8. О состоянии поверхностных водных объектов, водохозяйственных систем и сооружений на территории Оренбургской области за 2007 год. Информационный бюллетень. Оренбург: Изд-во правительства Оренбургской обл. 2008. 197 с.
