CC BY
20
ГОРНОЕ ДЕЛО И ГЕОЛОГИЯ
УДК 556.31: 662.51 DOI: 10.17213/0321-2653-2014-6-117-122
ВЛИЯНИЕ ДОБЫЧИ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ИЗ АКЧАГЫЛ-АПШЕРОНСКОГО ВОДОНОСНОГО КОМПЛЕКСА ОСЕТИНСКОГО АРТЕЗИАНСКОГО БАССЕЙНА НА ИХ КАЧЕСТВО
© 2014 г. А.А. Пащенко
Пащенко Антон Александрович - директор ООО «Гидро- Pashchenko Anton Alexandrovich - Director OOO «Gidro-плюс». E-mail: [email protected] Plus». E-mail: [email protected]
На примере муниципального группового водозабора п. Заводской г. Владикавказа, расположенного в юго-восточной части Осетинского артезианского бассейна, проведен анализ изменения химического состава подземных вод акчагыл-апшеронского водоносного комплекса под влиянием эксплуатации. Происходящие изменения привели к существенному ухудшению потребительского качества подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. За счет роста ионов кальция, магния, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, увеличились жесткость, минерализация. При сопоставлении объемов добычи с результатами опробования по Заводскому водозаборному участку в определенные временные промежутки доказывается очевидная связь водоотбора и качества подземных вод. Ситуация имеет выраженную тенденцию к площадному распространению вниз по потоку подземных вод. Приведенный анализ фактического материала убеждает в необходимости проведения исследований по оценке ресурсного потенциала акчагыл-апшеронского водоносного комплекса в пределах бассейна и, в связи с этим, создания жесткой модели эксплуатации водозаборов как в пределах юго-восточной части артезианского бассейна, так и в пределах всей его площади.
Ключевые слова: Осетинская наклонная равнина; Осетинский артезианский бассейн; юго-восточная часть бассейна; акчагыл-апшеронский водоносный комплекс; подземные воды; водоотбор; качество подземных вод; модель эксплуатации.
The water intake in municipal group Zavodskoy Vladikavkaz, located in the southeastern part of the Ossetian Artesian Basin, was used as an example for analyzing changes in the groundwater chemical composition of the Akchagyl-Apsheron aquifer under the influence of exploitation. These changes have led to a significant deterioration in quality of groundwater that was used for household and drinking purposes. Due to the growth of calcium, magnesium, bicarbonates, sulfates, chlorides contents, hardness and mineralization has increased. Comparison of the volume of production intake with the groundwater testing in Zavodskoy area at a certain time intervals proved an obvious connection between water intake and quality of groundwater. The situation has a definite tendency to spread across an area for groundwater downstream. The above analysis of the facts demonstrates the need for research to evaluate potential resources of the Apsheron Akchagyl-aquifer system in the basin and, therefore, creation of a rigid model of water intake operation in the southeastern part of the artesian basin and the area.
Keywords: Ossetian sloping plain; Ossetian Artesian Basin; south-eastern part of the basin; Akchagyl Apsheron aquifer system; groundwater; water intake; groundwater quality; model operation.
Водозабор п. Заводской расположен в юго-вос- рыхлых терригенных отложений от миоцена до со-
точной части Осетинской наклонной равнины, окайм- временных, подстилаемых пачкой водоупорных пород
ленной с севера и юга горными хребтами. нижнего и среднего сармата и майкопской серии. В
В геолого-структурном отношении равнина явля- юго-восточной части равнины мощность четвертич-
ется синклинальным прогибом. С юга прогиб ограни- ных отложений составляет 118 м. Севернее и западнее
чен полосой Черногорской моноклинали, которая за их мощность увеличивается соответственно до 200 и
счет слагающих ее стратиграфических элементов, 250 м. Под четвертичными отложениями залегают
имеющих выход на дневную поверхность с наклоном породы свиты рухсдзуар (позднеплиоцен-эоплейстоцен).
слоев на север, является областью питания Осетин- В юго-восточной части вскрытая мощность отложений
ского артезианского бассейна (рис. 1). свиты рухсдзуар составляет 152 м при общей мощно-
Осетинский артезианский бассейн сложен толщей сти 600 м (рис. 2)
Условные обозначения:
| | Водозаборный участок/месторождение: в числителе - порядковый номер; , в знаменателе - возраст водовмещающих пород,
в скобках - объем утвержденных запасов (тыс.м3/сут.)
М2 а-0Еар 2. Ардонское месторождение (42,217)
2 - Мичуринский участок (5,0)
3 - Бесланское месторождение (73,712)
4 - Заводской участок ((10,0)
5 - Южномихайловский участок (6,35)
6 - Северный Владикавказский участок (6,57)
7 - Участок минеральных вод агрофирмы «ФАТ» (0,049)
8 - Северо-Восточновладикавказский участок (0,06)
9 - Участок «Университетский» (0,96)
10 - Восточный Владикавказский участок (1,0)
11 - Южно-Владикавказский участок (0,13) Скважина гидрогеологическая:
в числителе - порядковый номер;
: - возраст водовмещающих пород,
Показатели жесткости (мг-экв):
Допустимое 7-9
925б™ Скважина региональной наблюдательной опорной сети и ее номер . — 460 Гидроизогипсы четвертичного водоносного горизонта
■ 48О Изопьезы шшоцен-эоплейстоценового водоносного комплекса
= 1111 = 1111 = 11 = IUI = 1111 =1
Рис. 1. Схематическая гидрогеологическая карта центральной и юго-восточной части Осетинского артезианского бассейна (масштаб 1:200000)
с-з
о -п-о -п-о о;-0о;-0о;-0-о;-0о;-0о-с
aQiv
a-fQ,.,,,
N,"a-QBap
Условные обозначения:
Водоносный горизонт современных отложений.
Водоносный комплекс нерасчеленных нижне-верхнеплейстоценовых отложений Водоносный комгшекс акчагыл-апшеронских отложений (плиоцен-эоплейстоценовый) Слабоводоносный мэотис-понтический терригенный комгшекс Водоносный мэотический терригенный комплекс Слабоводоносный миоценовый терригенный комплекс
скв. 105 Скважина гидрогеологическая:
вверху - номер, внизу - глубина, м
| | Глины
I . \ Глины песчанистые
■ Валунно-галечные отложения с
I : с :1 песчано-гпинистым заполнителем
Ь I а I Конгломераты
у 107
] Пески Песчаники
Пьезометрический уровень подземных вод водоносного комплекса (Ы22а-(Звар)
Уровень грунтовых вод четвертичных отложений
Рис. 2. Разрез к схематической гидрогеологической карте (масштаб 1:200000)
В пределах юго-восточной части бассейна в отложениях четвертичного возраста постоянный водоносный горизонт отсутствует. Эксплуатационным является акчагыл-апшеронский водоносный комплекс отложений свиты рухсдзуар с водовмещающими ва-лунно-галечниками, гравийно-галечниками с песчаным и песчано-глинистым заполнителем и конгломератами. Комплекс напорный. Глубина пьезометрического уровня изменяется от 140 м на юге до 106 м - на севере участка.
В юго-восточной части Осетинского артезианского бассейна на акчагыл-апшеронский водоносный комплекс сооружены многочисленные водозаборы для добычи подземных вод в питьевых и технических целях. Большинство крупных водозаборов находятся в активной стадии эксплуатации. Водозабор п. Заводской состоит из 8 скважин глубиной по 270 м каждая.
Ввод скважин в эксплуатацию осуществлялся постепенно, по мере бурения, начиная с 1975 г. Последняя скважина была пробурена и пущена в эксплуатацию в 2008 г. Все скважины оборудованы насосами ЭЦВ 10-63-140, работающими в постоянном круглосуточном режиме. Лимит водоотбора 10 тыс. м3/сут. Фактический водоотбор, как правило, превышает лимит. Лимитированный водоотбор из водозаборов, близлежащих к Заводскому, составляет 15 тыс. м3/сут без учета порядка 20 одиночных водозаборов, эксплуатирующих акчагыл-апшеронский водоносный комплекс для хозяйственно-питьевого и технического водоснабжения, и водоотбор из которых, по приблизительным подсчетам, составляет не менее 10 тыс. м3/сут.
Таким образом, исходя из количества задействованных скважин и производительности насосов, установленных в них, фактический водоотбор в юго-восточной части бассейна, экспертно, может быть оценен суммарно в количестве 40 - 45 тыс. м3/сут.
Помимо юго-восточной части акчагыл-апшеронский водоносный комплекс весьма активно в круглосуточном режиме эксплуатируется в центральной части Осетинского артезианского бассейна, где двумя рыбоводными предприятиями (ПК «Родник» и Ардонский рыбозавод) извлекается фактически 50 -55 тыс. м3/сут подземных вод.
Питание рассматриваемого водоносного комплекса происходит за счет атмосферных осадков, выпадающих в области выхода отложений на дневную поверхность (Черногорская моноклиналь), подпитывания через ослабленные тектонические зоны напорными водами нижележащих водоносных комплексов и инфильтрации атмосферных осадков и поверхностного стока из четвертичных отложений, откуда вода поступает через так называемые «гидрогеологические окна».
Химический тип подземных вод акчагыл-апшеронского водоносного комплекса, имеющий место на начало отработки, сформировался вследствие совокупного действия естественных факторов: геологических, гидрогеологических, физико-химических, климатических, которые, в конечном итоге, привели качество подземных вод в равновесие с окружающей средой [1]. Но на фоне интенсивной эксплуатации водоносного комплекса, в юго-восточной части бассейна в последние два десятилетия отмечен повсеместный постепенный рост жесткости и минерализации воды, увеличение концентрации хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов.
Относительно регулярные наблюдения за химическим составом воды по ограниченному набору показателей проводились на муниципальном водозаборе п. Заводской. Из анализа результатов опробования следует, что с 1975 г. (начало эксплуатации) качество подземных вод соответствовало хозяйственно-питьевым нормам, и по химическому составу подземные воды характеризовались как гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией от 0,3 г/дм3, при слабощелочной реакции среды (рН 7,2 - 8,0), показатель жесткости не превышал 4 - 5 мг-экв/дм.
Уже в 1976 г., после ввода в эксплуатацию второй скважины на Заводском водозаборе, отмечается заметное увеличение концентраций гидрокарбоната и сульфат-иона. Более четко тенденция к росту начинает проявлять себя с 1999 г. На фоне наращивания объемов добычи непосредственно на рассматриваемом водозаборе и ввода в эксплуатацию на незначительном удалении от него и в центре равнины других водозаборов, происходят более заметные изменения качественного состава подземных вод.
Следует также обратить внимание на тот факт, что уже к 1994 г. в центральной части артезианского бассейна, за счет пуска в эксплуатацию двух водозаборов (Ардонское месторождение подземных вод), работающих в режиме самоизлива, фактический объем добычи из водоносного комплекса составлял не менее 50 тыс. м3/сут. К сожалению, отсутствие материалов мониторинга подземных вод, в том числе и по Заводскому участку, за 1991 - 1995 гг. лишает возможности оценить степень взаимовлияния работающих водозаборов и проследить динамику изменения качества подземных вод. Но сопоставление начального и последующего химического состава подземных вод Заводского водозаборного участка с наращиванием объема добычи из водоносного комплекса, позволяет с большой долей вероятности утверждать наличие взаимосвязи между этими факторами. Жесткость с 1975 г. на Заводском водозаборе увеличилась с 3 - 4 до 12 - 15 мг/экв, рост гидрокарбонатов, сульфатов,
хлоридов составил соответственно со 117 до 427 мг/дм3, с 24 до 235 мг/дм3, с 7 до 57 мг/дм3. Минерализация воды на водозаборе достигла 1000 мг/дм3.
Примерно такая же ситуация с химическим составом подземных вод эксплуатируемого комплекса складывается на близлежащих водозаборах промышленных предприятий. В настоящее время жесткость здесь составляет 10 - 18 мг-экв/дм3, минерализация, в основном, близка к 1000 мг/дм3 или превышает это значение, доходя на нескольких водозаборах до 1,5 г/дм3, содержание гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов колеблется в пределах 250 - 520 мг/дм3, 120 - 485 мг/дм3, 80 - 100 мг/дм3 соответственно [2].
В ходе геолого-разведочных работ с подсчетом запасов подземных вод по Южно-Михайловскому участку оценивалась обеспеченность суммарного, в пределах разрешенного лимита, эксплуатационного дебита 13 участков подземных вод, в том числе Заводского, состоящих из одиночных и групповых водозаборов, эксплуатационными ресурсами подземных вод отложений свиты рухсдзуар. Расчеты показали, что суммарный дебит взаимодействующих водозаборов меньше эксплуатационных ресурсов подземных вод юго-восточной части равнины всего на 13,0 тыс. м3/сут. Как известно, при существующих массовых нарушениях условий эксплуатации, фактический суммарный водоотбор, исходя из количества скважин и производительности, установленных в них насосов, составляет, как минимум, на уровне допустимого или превышает его.
При разведке Ардонского месторождения (центр равнины) расчетами установлено, что эксплуатационные ресурсы напорных подземных вод в пределах оцениваемых трех водозаборных участков, вошедших в подсчет запасов, превосходят их суммарный дебит всего в 1,15 раза. Качество воды в этой части бассейна неизменно, несмотря на интенсивный водоотбор, и соответствует качеству в юго-восточной части бассейна на начало эксплуатации. Подобная картина в центральной части бассейна является вполне объяснимой в силу геоморфологических, геологических и гидрогеологических особенностей его строения. И, тем не менее, влияние водоотбора на состояние водоносного комплекса здесь проявляется в изменении его гидродинамических характеристик. По результатам геолого-разведочных работ на водозаборе Ардонского рыбоводного завода установлено, что за 16 лет непрерывной эксплуатации в режиме самоизлива произошло снижение дебита скважин, против первоначального, в 1,7 раза. Время наступления снижения не установлено, однако указанный временной промежуток совпадает с вводом в эксплуатацию водозаборов как в контурах самого месторождения, так и в юго-восточной части бассейна.
Ранее автором статьи изменение качества воды в юго-восточной части бассейна рассматривалось в контексте с имеющим здесь место ореолом техногенного загрязнения, образованного отвальным полем металлургических предприятий, располагающихся выше по потоку относительно Заводского и других водозаборных участков [1]. На базе обширного материала, характеризующего изменения качества подземных вод, влияние этого фактора теоретически вполне обоснованно, но дополнительно нуждается в подтверждении с помощью дорогостоящих специализированных исследований.
Таким образом, качество подземных вод комплекса в юго-восточной части бассейна, в принципе, может зависеть от нескольких факторов, но приведенное сопоставление результатов лабораторных исследований воды за многолетний период в пределах одного конкретного водозабора, убедительно показывает взаимосвязь ее качества с водоотбором, причем не только из Заводского водозабора.
Следует заметить, что циркуляция маломинерализованных подземных вод в отложениях свиты рух-сдзуар отмечается в северной периферийной части Осетинской равнины у южного подножия Сунженского хребта, где по отдельным скважинам при меньшей мощности свиты изначально была получена слабоминерализованная гидрокарбонатно-сульфатная вода, аналогичная той, что извлекается сегодня в юго-восточной части артезианского бассейна. Исходя из этого, можно предположить, что массовый принудительный водоотбор в этой части бассейна мог спровоцировать подток минеральных вод из нижележащих горизонтов. Возможно, что подтоки этих вод происходят в зонах тектонических нарушений, образовавшихся в процессе многократных поднятий-опусканий в среднем-верхнем плейстоцене в восточной части Осетинского синклинального прогиба, которые под мощным чехлом аллювиально-флювиогляциальных образований не картируются.
Наглядно зависимость качества воды от объема водоотбора демонстрируется на приведенных графиках (рис. 3).
С начала эксплуатации Заводского водозабора (1975 г.) до 1983 г. ситуация по систематически контролируемым показателям - жесткости и хлоридам выглядит достаточно ровной. С конца 1989 г., с вводом первых скважин ПК «Родник» Ардонского месторождения, отмечается резкий скачок жесткости, при стабильном водоотборе непосредственно на водозаборе. Очередной подъем жесткости связан с вводом в эксплуатацию водозабора Ардонского рыбозавода (ФГУ «АЛРЗ») Ардонского месторождения в конце 1995 г.
1001 50 -
0 -
3001 2001000 -I
500-| 400 300200 100 -1
30 и 20 10-1
250-| 15050 -
14 п 12 10 8 6 -4 -
1,0 П 0,5 О
9,0 п 8,0 7,0Н 6,0
юооо-80006000" 4000" 2000-
J=t
&
сг
so;
нсо,
Mg2H
Ca
Жесткость
Минерализация
pH
Водоотбор из
Заводского
водозабора
28,32 jo^^y^
30,0 тыс. м3сут
7,0 тыс. м сут (ООО «Престиж», ООО «Люкс», Южно-Михайловский, Северный Владикавказский участки)
m чп го 00 т—1 in 00 Os т—1 <N ГП тГ in 00 о т—1 <N rn
Год г- г- 00 00 00 OS о О Os о о о о о о о т—1 1—1 ч—1 т—1
OS Os Os о о о о о о о о о О о
г—1 т—1 т—1 г—1 ч—1 т—1 fN fN см <N <N <N fN <N fN fN fN
Рис. 3. График зависимости качественного состава подземных вод водозабора от водоотбора
Далее с 1998 г. начинается ввод в эксплуатацию скважин спиртозаводов ООО «Люкс» (Северный Владикавказский участок), ООО «Престиж» (Южно-Михайловский участок), располагающихся в непосредственной близости от Заводского водозабора, что сопровождается неуклонным увеличением жесткости на рассматриваемом водозаборе. В 1999 г. с увеличением добычи в его пределах (с 8640 до 9600 м3/сут.) наблюдается очередной скачок жесткости. Далее до 2008 г. отмечается некоторая ее стабилизация при неуклонном росте ионов хлоридов, сульфатов, гидрокарбонатов, кальция, магния. Существенный скачок жесткости в 2008 г. связан с ростом производительности непосредственно самого водозабора до 10700 м3/сут.
Процесс изменения качества подземных вод в юго-восточной части Осетинского артезианского бассейна, при неуклонном росте добычи как в масштабах участка, так и в целом в пределах бассейна, в корне может изменить ситуацию с обеспеченностью республики высококачественной подземной питьевой водой. На примере рассмотренного водозабора очевидно, что сложившиеся условия отработки акчагыл-апшерон-
ского водоносного комплекса бассейна способствуют площадному распространению описанной проблемы. В этой связи существует острая необходимость в создании жесткой модели эксплуатации водозаборов на всей его площади. При этом создание модели должно основываться на объективной оценке ресурсного потенциала водоносного комплекса.
Литература
1. Пащенко А.А., Гавришин А.И. Количественный анализ закономерностей изменения качества подземных вод Осетинского артезианского бассейна // Водоснабжение и канализация. 2013. № 9 - 10.
2. Пащенко А.А., Джгамадзе А.К. Изменение качества подземных вод Осетинского артезианского бассейна в условиях интенсивного водоотбора // Проблемы геологии, планетологии, геоэкологии и рационального природопользования: материалы IX Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск, 20 дек. 2010 г. / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). Новочеркасск, 2011.
References
1. Paschenko A.A., Gavrishin A.I. Kolichestvennyj analiz zakonomernostej izmeneniya kachestva podzemnyh vod Osetinskogo artezianskogo bassejna [Quantitative analysis of patterns of changes of groundwater quality Ossetian artesian basin]. Vodos-nabzhenie i kanalizaciya, 2013, no. 9 - 10.
2. Paschenko A.A., Dzhgamadze A.K. [Achange in the quality under the earth, water Ossetian artesian basin in the living conditions of intensive water]. Problemy geologii, planetologii, geo'ekologii i racional'nogo prirodopol'zovaniya: materialy IX Mezhdunar. nauch.-prakt. konf., g.Novocherkassk, 20 dekab. 2010 g. [Problems of Geology, planetology, geo-ecology and rational nature use: proceedings of the IX international. nauch.-practical use. Conf., , Novocherkassk, 20 December. 2010] .Novocherkassk, 2011. (In Russian)
Поступила в редакцию 17 июля 2014 г.
