авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 15 |

«3 Оглавление О ГЛАВ Л ЕН И Е ...»

-- [ Страница 9 ] --

Доказано, что пространственная PDF влагонасыщенности почвы fs в Иллинойсе подчиняется распределению Erlang’а, где k – целое число [1, 2]:

kk s k 1e ks / s, fs = k (6) s ( k 1) !

где s – средняя по пространству степень влагонасыщенности почвы, а k ( s / s ), s – стандартное отклонение (пространственное) влагона 294 Гидрогеодинамика (памяти В.М. Шестакова) сыщенности почвы. Niemann и Eltahir [1] показали, что для Иллинойса значение k остается приблизительно постоянным для пространственных распределений, регистрированных в различное время. Это означает, что пространственное стандартное отклонение увеличивается приблизи тельно линейно с увеличением среднего значения.

Распределение Erlang’а допускает значения s 1, что интерпретиру ется как места, где вода застаивается или течет на земной поверхности.

При использовании уравнения (6) значения s 1 заменяются на s = 1.

Эта часть распределения используется для обозначения участков раз грузки ПВ в уравнениях (1) и (3).

После интегрирования по пространственным плотностям распреде ления вероятностей (PDFs) получены аналитические выражения для осредненных по пространству значений поверхностного компонента речного стока R, питания ПВ G и эвапотранспирации E в зависимости от s [2]:

k exp ( K h + ) / i + exp ( k / s ) s / k j +1 exp K / i k ( k 1 j )! ( ) R = P (k / s ) (k / s / i ) j = exp ( K h / i ) k / s j +, (7) (k / s / i) ( k 1 + )! (k / s ) k 1+ j k 1+ ( k / s ) 1 exp ( k / s ) G = Kh, (8) ( k 1)! j =0 ( k 1 + j ) !

j (k / s ) k 1 j k 1 j exp ( k / s ) s k E = Ep. (9) ( k j )!

j =1 Здесь i – среднегодовая сумма осадков для мест, где эта скорость ненулевая. Эта величина остается относительно постоянной для опре деленного района и определяется по формуле [2]: i = P / µ, где µ – доля района, получающая осадки.

Временная изменчивость среднего насыщения почвы влагой.

Степень насыщения почвы характеризуется значительной изменчиво стью в течение года. Предполагается, что s можно охарактеризовать одним распределением внутри каждого года f s, а генеральная сово купность описывается бета-распределением. В частности [1], 1 c fs (s ) = s b 1 (1 s ) ;

0 s 1. (10) B ( b, c ) Т.В. Орехова, О.А. Каримова Среднее значение E [ s ] и стандартное отклонение s могут быть найдены на основе параметров b и c :

b E [s ] = bc / ( b + c + 1).

s = ;

(11) b+c b+c Оценка гипотезы проводилась при помощи теста для каждого года.

При этом распределение Эрланга для условий Иллинойса подтверди лось [1].

Потоки, осредненные по пространству и времени. Пространст венные средние потоков R, G, E зависят от трех случайных перемен ных: P, E p и s, которые изменяются во времени. Если эти перемен ные взаимно независимы во времени, соответствующие потоки можно получить интегрированием по индивидуальным плотностям распреде ления вероятностей PDFs. Этот подход был использован для аналитиче ского расчета пространственных средних значений.

Осредненный по пространству и времени поверхностный компо нент стока означает его климатическую норму. Далее через E [] обо значается климатическая норма для соответствующей переменной, ко торую можно определить через интеграл [1]:

1 1 E E = E f s ds ;

E R = R f s ds ;

E G = G f s ds, (12 a–c) s =0 s = s = где f s – временное распределение s, которое описывается описывает ся бета-распределением согласно уравнению (10).

Применение модели Районы исследования характеризуются климатическими нормами атмосферных осадков и потенциальной эвапотранспирации (табл. 1).

В Северной Болгарии и Южной России не проводилось таких обшир ных исследований пространственно-временного распределения поч венной влаги, как в Иллинойсе. Есть данные только по временной из менчивости влагозапаса в почве для отдельных пунктов. Поэтому некоторые параметры модели были приняты по аналогии такими же, как в Иллинойсе. Так, предполагалось, что распределение Эрланга (6) действительно, а значение k было принято таким же, как для Илли нойса (k = 11).

Параметр определялся в зависимости от соотношения фактиче ской и потенциальной эвапотранспирации (использовалась кривая Бу дыко) и пространственно-временной средней относительной насыщен ности почвы влагой (принятой условно 0,42 и 0,46 соответственно для Болгарии и России) по номограмме на фиг. 6 [1].

296 Гидрогеодинамика (памяти В.М. Шестакова) Таблица Параметры модели для районов исследования Иллинойс Параметры С. Болгария Ю. Россия (США) Kh, m/y 9 14, m/y 30 30 / /k 0,87/19/11 0,60/17/11 0,75/19/ i, m/y 10 10 E P, E E p, m/y 0,921/0,877 0,600/0,700 0,520/0, b/c 5/4 6/8 5/ Параметры модели подбирались таким образом, чтобы обеспечить типичные для районов исследований значения коэффициента подземно го стока, а также сохранение баланса. Необходимость использования аппроксимации (3) для описания основной гидрофизической характери стики значительно ограничивает применимость модели и затрудняет подбор параметров. Характерные значения коэффициента фильтрации для покровных почв обычно 0,1–0,3 m/d [7], а экспериментально опре деленные значения для лёссовых отложений в районе Козлодуя (СЗ Болгария) на глубине 10–11 m составляют 0,034–0,040 m/d [8]. Эти по следние значения считаются более достоверными и были использованы для модели. Лёссовый покров характерен для Северной Болгарии и Южной России.

Параметры модели для районов исследования представлены в табл. 1.

Одни из них характеризуют климат, а другие получены при калибрации модели [1]. Критерием хорошего подбора параметров считались допус тимые границы отклонений от климатических норм и сохранение ба ланса.

В целом, имея ввиду фильтрационную неоднородность объектов, представленная методика имеет в основном методическое значение.

Зависимости осредненных по пространству компонентов водного баланса от средней по пространству степени влагонасыщенности почвы s вычислялись аналитически для всех трех районов исследования по формулам (7–9). На рис. 2 и 3 графически представлены соответственно пространственная изменчивость влагонасыщенности почвы согласно распределению Эрланга (6) при k = 11 и временная изменчивость сред него насыщения почвы влагой согласно бета-распределению (10) при b = 5;

c = 6.

Т.В. Орехова, О.А. Каримова Рис. 2. Пространственная изменчивость влагонасыщенности почвы при k = Рис. 3. Временная изменчивость среднего насыщения почвы влагой для Южной России;

b = 5;

c = Затем проводились расчеты водного баланса по уравнениям (12 a–c).

На рис. 4 графически представлены подынтегральные выражения этих уравнений, так что площади, огибаемые кривыми, соответствуют кли матическим нормам для соответствующих переменных.

Модель позволяет регулировать плотность распределения вероятно стей (PDF) увлажнения через параметры b и c, отвечающие за времен ное распределение влажности почвы, и таким образом позволяет изу чить влияние климатической изменчивости на водный баланс.

298 Гидрогеодинамика (памяти В.М. Шестакова) Рис. 4. 1, 2 и 3 – расчеты водного баланса по уравнениям (12 a–c) соответственно для Южной России (Район КМВ) В табл. 2 представлены результаты расчетов водного баланса, полу ченные для различных условий увлажнения (т.е., для нормального, влажного и сухого годов).

Таблица Результаты расчетов водного баланса по модели Параметры Иллинойс (США) С. Болгария Ю. Россия Нормальный год b/c 5/4 6/8 5/ s_av/stdev 0,556/0,157 0,429/0,128 0,455/0, P, mm/y 860.4 596,5 515, E/R/G, mm/y 544,0/146,0/170,4 472,6/35,3/88,5 412,7/28,8/73, Влажный год b/c 5/5 5/ s_av / st dev 0,500/0,151 0,500/0, P, m/y 779,2 597, E/R/G, mm/y 525.3/52.2/201.6 448.0/37.3/112. Сухой год b/c 6/9 6/ s_av/stdev 0,400/0,122 0,400/0, P,m/y 538,6 422, E/R/G, mm/y 447,1/30,9/60,6 368,6/20,3/33, Полученный по модели водный баланс для влажного и сухого годов показывает существенное перераспределение его компонентов по срав нению с нормальным годом, причем наибольшую чувствительность имеет питание подземных вод. Так, для района исследований в Южной России снижение годовых осадков на 18% приведет всего к 10% сокра щению эвапотранспирации, а поверхностный сток и питание подземных вод уменьшатся соответственно на 30 и 55%.

Т.В. Орехова, О.А. Каримова Модель не учитывает испарения с поверхности ПВ. Топографиче ские особенности учитываются косвенно через пространственное рас пределение влажности почвы. Существенный недостаток модели в том, что влажность почвы относится к ее верхнему слою, который сильно влияет на формирование поверхностного стока. Однако, питание ПВ зависит от влажности всего почвенного слоя.

Заключение Представленная модель хорошо описывает формирование элемен тов водного баланса в рамках водосборного бассейна. Она имеет физи ческую основу, сочетая традиционный детерминистический подход со стохастическими элементами. Так, распределение влажности почвы в пространстве и во времени описывается вероятностно.

Эта модель имеет важное методическое значение. Ее преимущество в том, что она позволяет изучать роль каждого из факторов по отдель ности. Модель дает возможность количественно оценить распределение осадков на эвапотранспирацию и сток, а также разделить поверхност ную и подземную компоненты стока. На основе модели можно оценить влияние климатической изменчивости на водный баланс.

Литература 1. Niemann J.D., Eltahir E.A.B. 2004. Prediction of regional water balance components based on climate, soil, and vegetation parameters, with application to the Illinois River basin, Water Resources Research, 40, W03507 http://stuff.mit.

edu:8001/people/eltahir/www/Publications_files/.

2. Niemann J.D., Eltahir E.A.B. 2005. Sensitivity of regional hydrology to climate changes, with application to the Illinois River basin. Water Resources Research 41: W07014.

3. Peel M.C., Finlayson B.L., McMahon T.A. 2007. Updated world map of the Kppen-Geiger climate classification. Hydrol. Earth Syst. Sci., 11, 1633–1644.

4. Dunne T., Black R D. 1970. Partial area contributions in a small New England watershed, Water Resour. Res., 6(5), 1296–1311 http://soilandwater.bee.cornell.

edu/Research/VSA/papers/DunneWRR70.pdf.

5. Campbell G.S. 1974. A simple method for determining unsaturated conduc tivity from moisture retention data, Soil Sci., 117(6), 311–314.

6. Clapp R.B., Hornberger G.M. 1978. Empirical equations for some soil hydraulic properties, Water Resources Research 14(4), 601–604.

7. Rousseva S. Hydraulic properties of Bulgarian soils. Conference: Soil Physics and Rural water Management – Progress, Needs and Challenges. SOPHYWA, Vienna, Austria, 28–29 Sept 2006.

8. Antonov D., Karastanev D., Mallants D. Determination of soil hydrological parameters of a multi-layered loess complex using HYDRUS-2D and field infiltration experiments. Comptes rendus de l’Academie bulgare des Sciences, 2012, Tome 65, No 12, 1717–1724.

300 Гидрогеохимия ГИДРОГЕОХИМИЯ О СЛАБО ИЗУЧЕННЫХ И ДИСКУССИОННЫХ ВОПРОСАХ В ГИДРОГЕОХИМИИ К.Е. Питьева Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 119991, Москва, ГСП-1, МГУ, геологический ф-т В данной статье приведены некоторые примеры слабо изученных и дискуссионных вопросов, требующих большого внимания.

Так, в литературных источниках встречаются некоторые суждения о гидрогеохимии, гидрохимии и составе вод, например: «гидрогеохи мия – молодая научная отрасль на стыке гидрогеологии и геохимии»;

«гидрогеохимия – фактор...»;

«гидрогеохимия – часть химии природных вод»;

«природная вода – природное явление»;

«подземная вода – часть общей системы природных вод Земли»;

«гидрогеохимия в буквальном смысле этого слова – химия природной воды»;

«гидрохимия изучает химический состав вод природных и искусственных объектов» и т.д.

В большом энциклопедическом словаре указано «гидрогеохимия – раздел гидрогеологии. Изучает химический состав гидросферы и проте кающие в ней геохимические процессы».

Из этого перечня следует, что к данному времени исследователи не проявили достаточного внимания к основополагающим гидрогеохими ческим определениям и понятиям.

Правильное отношение к гидрогеохимии высказал академик А.Л. Ян шин, охарактеризовав ее как вполне оформившуюся за последнее время особую отрасль наук о Земле.

Наше: эта отрасль изучает формирование, распределение, измене ния в химическом составе подземных вод на пространственно временных уровнях, обусловливаемые неоднозначностью источников, факторов и гидрогеохимических процессов в разных частях Земли на разных этапах ее эволюции.

В целом: природные воды Земли образуют гидросферу, подразде ляющуюся на поверхностную и подземную, изучающую естественные условия формирования состава вод.

К.Е. Питьева Поверхностная и подземная гидросферы, каждая из них включает фундаментальную (изучает естественные условия) гидрохимию и гид рогеохимию, прикладные гидрохимию и гидрогеохимию (решает прак тические задачи с позиций естественных гидрохимии и гидрогеохимии) и техногенные гидрохимию и гидрогеохимию.

Химический состав подземных вод (и в целом, любых вод) вклю чает две характеристики: минерализацию и состав компонентов, обра зующих минерализацию. Эти характеристики формируются одновре менно и образуют единый облик химического состава вод.

Гидрогеохимическая зональность. Эта гидрогеохимическая ха рактеристика используется исследователями очень часто. Поэтому чрезвычайно важно, чтобы она была максимально достоверной, полной и объяснимой.

Пожелания по совершенствованию проблемы гидрогеохимической зональности:

– Дополнить фактической информацией имеющуюся характеристи ку о гидрогеохимических условиях разрезов и широтной изменчивости состава подземных вод с целью их типизации (с учетом климато-ланд шафтных условий земли).

– Разработать полную модель широтной и вертикальной гидрогео химической зональности на основе их комплексности, представленной взаимосвязанными источниками, факторами и процессами формирова ния состава подземных вод различных генетических типов.

Для этого рассмотреть зональность, как явление объемлющее мине рализацию, органический и газовый состав вод, с учетом особенностей литолого-геохимического состава пород и обогащения их органически ми веществами и состава атмосферных осадков.

– Установить причинность явления гидрогеохимической зональ ности.

В случае широтной гидрогеохимической зональности обратить внимание на огромную роль в формировании широтных изменений со става вод верхней гидродинамической зоны, гидрогеологических фак торов, таких как питание, транзит, разгрузка вод и их изменчивость.

В случае вертикальной гидрогеохимической зональности считать изменения состава подземных вод вкрест простирания пластов фор мальным отражением генетической сущности тех изменений, которые происходят в пластовых условиях и которые следует трактовать как обусловливающие (формирующие) вертикальную гидрогеохимическую зональность.

Предложения по гидрогеохимическому генетическому класси фицированию. К настоящему времени опубликовано значительное 302 Гидрогеохимия число классификаций вод, целью которых является обобщенная ха рактеристика их химического состава. Однако, одни из них направ лены на классифицирование вод только по минерализации, другие – только по компонентному составу. И это неправильно, так как про тиворечит понятию о воде на Земле и в ее недрах как геологическом теле, химический состав которого представлен в различных условиях комплексом неоднозначных по геохимическим свойствам компонентов, образующих в сумме его минерализацию.

При обзорных гидрогеологических исследованиях можно пользо ваться классификацией В.И. Вернадского, включающей воды: а) пре сные с минерализацией 1,0 г/л;

б) солоноватые – от 1,0 до 10,0 г/л;

в) соленые – от 10,0 до 50,0 г/л;

г) рассолы 50,0 г/л.

Классифицирование вод по компонентному составу основано на комбинировании компонентов. Выделяются две группы классификаций по характеру комбинирования компонентов: а) посредством использо вания специальных коэффициентов;

б) путем сочетаний между компо нентами.

К первой группе относятся классификации Н.С. Курнакова (1917), В.А. Сулина (1945), О.А. Алекина (1946), С.А. Дурова (1948) и др.

Практически каждый из авторов предлагает на первом этапе класси фицирования осуществлять комбинирование компонентов на качествен ном уровне. При этом расстановка компонентов у каждого автора своя.

Но затем почти все авторы классифицируют воды с помощью коэффици ентов на группировки, которые однозначно приводят к водам типов:

а) гидрокарбонатно-натриевому (rHCO3- rCa2+ + rMg2+ r-мг·экв/л);

б) сульфатно-натриевому (rSO42- rCa2+ + rMg2+ r-мг·экв/л);

в) хлоркаль циевому (rСl- rNa+ r-мг·экв/л);

г) кислому (rHCO3- 0 r-мг·экв/л).

Количественно компоненты, характеризующие типы подземных вод, по результатам рассматриваемого классифицирования выражены незначительно;

то есть содержания компонентов, определяющих тот или иной геохимический тип воды, малы и не отражают ее состав, так как не обоснованы в качестве главных с количественных позиций.

Классификации второй группы, основанные на сочетании между компонентами, имеют широкое распространение.

Принципы классифицирования вод по классификациям данного ви да: а) наименование составу вод присваивать по главным компонентам, составляющим минерализацию подземных вод;

б) для оценки компо нентного состава пользоваться эквивалент-процентной формой.

Комбинирование компонентов осуществляется одними авторами путем их сочетания по соотношению между ними;

другими на основе количественных критериев.

К.Е. Питьева В простейших классификациях преобладающими компонентами со става вод являются обычно один анион и один катион.

В более сложных классификациях сочетания состава вод отражается с разной степенью детальности, как правило, несколькими компонентами.

Нами предложено гидрогеохимическое генетическое классифи цирование, в результате которого решаются задачи:

– установления химического состава подземных вод;

– разграничения компонентов состава вод на формирующиеся в ес тественных и техногенных условиях;

– оценки характера распределения компонентов естественного и техногенного формирования относительно минерализации вод;

– установления факторов и процессов формирования состава вод в целом;

– оценка качества подземных вод хозяйственно-питьевого назна чения.

При определении химического состава вод выделяют гидрогеохи мические типы, классы, группы, подгруппы.

Тип – наиболее крупная классификационная единица. Характеризу ется по преобладающим ионам;

раздельно по анионам и катионам, час то имеющим самостоятельные пути формирования.

В пределах каждого типа по соотношению между ионами выделают по два класса (HCO3 SO4 Cl и HCO3 Cl SO4;

SO4 HCO3 Cl и SO4 Cl HCO3 и т.д.).

Завершается классифицирование таксономическими единицами – группами и подгруппами.

Группы выделяют исходя из содержания в воде тех анионов и ка тионов, которые имеют концентрации, превышающие 10 экв. %, а под группы – концентрации от 5 до 10 экв. % (последние обозначаются бук вой «п» – повышенное содержание).

Указанные значения концентраций соответствуют 100% общей ми нерализации подземных вод. Состав воды записывается в виде форму лы из химических индексов, располагающихся в порядке от анионов к катионам в пределах каждой группы и подгруппы по убыванию их кон центраций. Например, вода с содержанием в экв. %: HCO3 – 25;

Cl – 15;

Na – 13 является гидрокарбонатно-хлоридной кальциево-натриевой.

В практической работе достаточно именовать подземную воду катего риями «группа» и «подгруппа», так как из их характеристики логически вытекает принадлежность воды к типам и классам.

При классифицировании массива данных строится диаграмма с кривыми распределения в воде компонентов в зависимости от минера лизации;

минерализацию (в г/л) откладывают по горизонтальной оси диаграммы, компоненты (в экв. %) – по вертикальной.

304 Гидрогеохимия Линией, проведенной параллельно оси минерализации на уровне 10 экв. % вертикальной оси, отсекаются компоненты с содержанием в воде более 10 экв. %, которые образуют гидрогеохимические группы;

линией, соответствующей 5 экв. %, отсекаются компоненты с содержа нием в воде от 5 до 10 экв. %, которые образуют подгруппы.

Компоненты с содержанием менее 5 экв. % в наименование состава воды не включаются как не имеющие значимой гидрогеохимической информации.

Через точки пересечения кривых распределения компонентов с го ризонтальными линиями, имеющими значения 10 и 5 экв. % опускают ся вертикальные линии на шкалу минерализации, которые являются участками подземных вод, относящихся к группам и подгруппам клас сификации.

Каждая из номенклатурных классификационных единиц получает полную характеристику химического состава относящихся к ней под земных вод, представленную величиной минерализации и соответст вующим минерализации набором компонентов.

Порядок записи компонентного состава воды. Индексами компо нентов: а) от анионогенных к катионогенным;

б) в пределах анионоген ных и катионогенных компонентов от больших содержаний к меньшим.

Разграничение подземных вод по условиям формирования осуще ствляется в ходе классифицирования, основываясь на следующем.

В случае естественного формирования вод характер распределения компонентов в зависимости от минерализации на классификационной диаграмме соответствует природным (климато-ландшафтным, лито лого-геохимическим, геолого-гидрогеологическим, гидрогеодинамиче ским и др.) условиям исследуемой территории.

В случае техногенного формирования вод, конфигурации кривых распределения в них компонентов в зависимости от минерализации не объяснимы с позиции природных условий исследованных территорий, но объяснимы с техногенных позиций.

Процессы формирования компонентного состава подземных вод в ходе классифицирования оцениваются посредством установле ния характера распределения компонентов относительно возрастающей их минерализации. Увеличение содержания компонентов свидетельст вует о процессах их привноса в воду;

уменьшение – о процессах выноса из вод;

неизменное содержание – о практическом отсутствии их участия в формировании состава вод.

Обусловливается это тем, что шкала минерализации на классифика ционной диаграмме указывает на направление движения подземных вод, о чем свидетельствует один из главных законов гидрогеохимии, К.Е. Питьева трактующий «возрастание минерализации подземных вод осуществля ется преимущественно в направлении фильтрационного потока»;

это возможно, так как процессы привноса компонентов в воду количест венно более значимы по сравнению с процессами вывода компонентов из подземных вод.

Путем сравнения компонентного состава подземных вод техноген ного и природного формирований получаем количественную оценку техногенного воздействия на химический состав подземных вод регио на;

например, вычтя из концентрации Cl подземных вод природно техногенного формирования концентрацию Cl вод природных, оцени ваем загрязнение вод хлором.

Оценка качества подземных вод при классифицировании осуще ствляется с учетом ПДК, а также значений природного фона компонен тов. Строятся диаграммы (для каждого компонента качества) или единая диаграмма зависимости компонентов качества от минерализации воды.

Минерализация откладывается по горизонтальной шкале (в г/л), компо ненты качества – по вертикальной в соответствующих единицах (содер жание микрокомпонентов и компонентов Cl, SO4, Na в мг/л;

жесткость – в мг-экв/л;

сульфатная и углекислотная агрессивность – в мг/л;

карбонат ная агрессивность – в мг-экв/л и т.д.). Параллельно шкале минерализации проводятся линии в соответствии с величинами ПДК или природного фона компонентов качества, отмеченными на вертикальной шкале. Стро ятся кривые распределения компонентов качества от минерализации.

Через точки пересечения кривых распределения компонентов каче ства с горизонтальными линиями на шкалу минерализации опускаются вертикальные прямые, ограничивающие диапазоны минерализации, в пределах которых подземные воды не ухудшены и ухудшены по соот ветствующим показателям качества.

Рассматривая гидрогеохимические условия верхней гидрогео динамической зоны, воды этой зоны часто называют водами активно го водообмена. Однако, это бывает ошибочно, так как есть на Земле территории, в пределах которых в верхней гидрогеодинамической зоне воды слабо или даже очень слабо подвижны. Примером таких террито рий, занимающих значительные площади, являются воды аридных об ластей и гумидных с многолетней мерзлотой.

Выделение О.К. Ланге территории верхней гидродинамической зо ны с аридным климатом в особую гидрогеологическую провинцию, ха рактеризующуюся преобладанием вод высокой минерализации до на стоящего времени рассматриваются с генетических позиций как территории преобладания испарения над осадками.

Однако, испарение подземных вод ограничено глубиной их залега ния (более 3–5 м) и поэтому не всюду значимо. Широкое распростране 306 Гидрогеохимия ние слабо подвижных подземных вод, способствующих формированию их повышенной минерализации при взаимодействии с породами и про цессами накопления компонентов высоко растворимых соединений, часто является следствием незначительных напорных градиентов под земных вод, свойственных равнинным аридным территориям.

В предгорных районах с аридным климатом в пределах шлейфовых пролювиальных зон значительны глубины залегания вод и повышена, вследствие высоких напорных градиентов, скорость их фильтрации, что определяет формирование пресных подземных вод. С выходом на рав нины глубина залегания вод и напорный градиент уменьшаются, соз даются условия повышенного испарения вод и накопления в них ком понентов растворимых соединений.

В условиях континентальных областей в пределах вышеуказан ных обстановок формируются воды континентального засоления.

Показатели этих вод: а) обязательное присутствие в растворенном виде соединения CaSO4;

б) закономерное изменение компонентного состава вод от HCO3CaMg через SO4Ca к SO4ClCaNa и далее к ClNa, увеличение их минерализации в направлении фильтрационных потоков (в предгорных условиях от гор к равнине).

В условиях морских отложений в пределах границ седиментаци онных бассейнов состав подземных вод изменяется слабо и носит (в разной степени сохранности) черты морской седиментации.

Часто последняя представлена ClSO4NaMg составом и минерализа цией около 35 г/л, свойственной морям около нормальной солености.

Незначительные величины напорных градиентов обусловливают слабый водообмен и длительную сохранность в земных недрах под земных вод, представленных водами бывших седиментационных бас сейнов.

В целом, неоднозначно изучены гидрогеохимические условия криолитозоны. Многие основополагающие для гидрогеохимии вопросы гидрогеологии представлены слабо. В данном случае кратко рассматри ваются гидрогеохимические условия равнинной части Западно-Си бирской территории. Рассмотрение проведено с учетом на поправки по неясным положениям о гидрогеологической обстановке и формированию химического состава вод. Основой этих положений явились результаты исследований, осуществленные в начале текущего столетия в северной части Западной Сибири.

Основные факторы, определяющие структурно-гидрогеологическое состояние криолитозоны платформенных территорий – геологические и мерзлотные. В связи с ними разрез в крупном плане представлен двумя этажами: верхним – гидрогеолого-мерзлотным и нижним – гидрогеоло го-немерзлотным.

К.Е. Питьева Верхний этаж включает надмерзлотные и межмерзлотные водонос ные комплексы, разделенные водоупорами, представленными мерзлы ми породами.

Нижний этаж состоит из чередующихся водоносных комплексов и водоупоров. Подземные воды находятся круглогодично в жидкой фазе.

Состав вод свойственен глубокозалегающим слоям Земли, в региональ ном плане характеризуется преобладанием среди компонентов хлора, натрия и повышенным кальцием. Локально (преимущественно в нефте газовых районах) распространены гидрокарбонатно-хлоридные и хло ридно-гидрокарбонатные натриевые с пониженной (часто менее 20 г/л) минерализацией воды.

Более сложная гидрогеохимическая ситуация в верхнем этаже.

Сезонно оттаивающие надмерзлотные подземные воды в разное время года представлены жидкой фазой, что сокращает длительность формирования их состава. Их минерализация несколько превышает ми нерализацию питающих их атмосферных осадков и в целом колеблется около 100–150 мг/л. Вследствие небольших напорных градиентов воды мало подвижны. Глубина залегания и их мощности незначительные.

Неоднородность оттаивания пород обусловливает местное проявление микронапоров.

Компонентный состав вод гидрокарбонатно-хлоридный натриево кальциево-магниевый (HCO3 Сl;

Na Ca Mg), соответствует составу водных вытяжек из пород. Существенная роль Cl и Na в водах связана с процессом растворения ими широкого распростаненного ионно-соле вого комплекса пород;

HCO3 – с углекислотным выщелачиванием по род. Повышенная углекислота в водах – результат окисления органиче ских веществ почв.

Последнее также обусловливает высокий процент в водах органиче ских и азотных соединений.

В надмерзлотных водах интенсивен процесс комплексообразования, определяющий формирование органоминеральных соединений и при водящий к накоплению в водах Fe, Mn и многих других тяжелый металлов. Этому процессу способствует восстановительная среда над мерзлотного водоносного комплекса, определяющая миграцию метал лов в восстановленных хорошо растворимых формах.

Восстановительные условия вызывают также процесс сульфатре дукции, вследствие которого надмерзлотные воды практически не со держат сульфата, но содержат сероводород.

Преобладающее содержание в водах Na над Ca и Mg определяется обменом Na пород на Ca и Mg вод, что соответствует их обменной энергии.

Межмерзлотные водоносные комплексы приурочены к пластам пород с повышенными фильтрационными свойствами и распределен 308 Гидрогеохимия ных в мерзлотном разрезе. Повышенные фильтрационные свойства оп ределяют постоянное состояние воды в форме жидкой фазы. Питание межмерзлотных вод атмосферное в местах выхода водоносных пластов на земную поверхность. Химический состав вод формируется в системе вода–порода–газ путем процессов растворения морского ионно-соле вого комплекса, углекислотного выщелачивания, окисления, сорбцион ных процессов. Eh окислительные, минерализация вод достигает пер вых сотен мг/л.

Межмерзлотные воды имеют важное значение для водоснабжения.

О невостребованных процессах, обусловливающих агрессивность вод к основаниям сооружений Исходя из понятия о подземной воде, как геологическом теле, про являющем активное взаимодействие с окружающими средами, она об разует миграционные системы с основаниями сооружений, в пределах которых протекают на глобальном уровне процессы агрессивного ха рактера.

Из процессов, способствующих формированию подземных вод, с агрессивным воздействием на основания сооружений наиболее извест ны процессы, обусловливающие гидрокарбонатную (по HCO3 мг·экв/л), углекислотную (по CO2 мг/л), общекислотную (по pH с кислым значе нием, указывающим на повышенные концентрации ионов водорода) агрессивность. Менее распространены воды с сульфатной и магнези альной агрессивностью.

До сих пор не рассматриваются в качестве агрессивных подземные воды, которые являются потенциально агрессивными по целому ряду физико-химических процессов.

Из очень слабо представленных, но обязательно подлежащих реше нию по проблеме агрессивности подземных вод к фундаментам соору жений, являются следующие вопросы:

– Оценка агрессивного воздействия подземных вод на основания сооружений, наряду с ГОСТами, также по отношению к природному фону исследуемых территорий.

– Разработки гидрогеохимических моделей по различным видам аг рессивности и геохимических моделей бетонных, железобетонных и других сооружений.

– Разработки гидрогеохимической защищенности от агрессивного воздействия подземных вод на фундаменты сооружений, которые в значительной степени представлены процессами нейтрализации агрес сивных компонентов, а также процессами вторичного минералообразо вания в подземных водах, увеличивают прочностные свойства пород.

А.И. Гавришин КЛАССИФИКАЦИЯ МНОГОМЕРНЫХ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ КАК ОСНОВА ОБЪЕКТИВНОГО АНАЛИЗА ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ А.И. Гавришин Южно-Российский государственный технический университет (НПИ), 346428, г. Новочеркасск, ул. Просвещения 132, ФГГиГД, каф. ПГ, телефон-факс 8-8635255352, agavrishin@rambler.ru Количественный характер современной гидрогеохимической инфор мации создает широкие возможности использования математических методов и компьютерных технологий для обработки первичных данных и надежного обоснования выводов о закономерностях распределения содержаний химических элементов в подземных водах. К настоящему времени имеется уже несколько тысяч работ, в той или иной степени ка сающихся применения математических методов и ЭВМ в геологии. Сре ди гидрогеохимических исследований, посвященных вопросам развития и использования статистического анализа информации, можно отметить работы С.П. Абдула, С.А. Брусиловского, Г.А. Вострокнутова, А.И. Гав ришина, Г.А. Голевой, В.И. Пелешенко, Н.П. Ромась, М.А. Садикова, С.И. Смирнова и др.

Внедрение математики в гидрогеохимию, по мнению большинства исследователей, следует рассматривать, преимущественно, как приме нение метода математического моделирования. Любая модель должна обладать двумя главными свойствами: отражательным и гносеологиче ским. Это означает, что модель подобна по части признаков изучаемому объекту и одновременно модель позволяет изучать новые свойства объ екта, иначе она перестает быть только моделью [2, 4].

Под математическим моделированием в гидрогеохимии понимается такой способ познавания законов пространственно-временного распреде ления и миграции химических элементов в природных водах, когда по определенным правилам создается математическое описание некоторых гидрогеохимических свойств объекта или процесса. Далее: 1) на основе изучения этого описания совершенствуются и расширяются (часто про гнозируются) гидрогеохимические знания о том же объекте или процес се;

2) на базе установления подобия нового объекта известному объекту по математическому описанию части гидрогеохимических свойств, про изводится прогнозирование других свойств нового объекта.

В каждом конкретном случае могут быть использованы различные математические модели, но наиболее широко в гидрогеохимии приме няются вероятностные, так как на концентрацию того или иного хими 310 Гидрогеохимия ческого элемента в данной точке водоносного горизонта оказывает влияние большое число разнообразных факторов, детерминированное описание которых практически невозможно. Вероятностно-статистиче ская модель состоит из следующих основных частей: 1) детерминиро ванная часть, характеризующая закономерные изменения химического состава объектов и процессов под действием ведущих факторов;

2) слу чайная часть, характеризующая действительные случайные изменения химического состава под действием многочисленных второстепенных факторов;

3) случайная часть, отражающая наблюдаемые изменения состава, обусловленные погрешностями.

С точки зрения гидрогеохимика наибольший интерес представляет изучение первых двух частей модели (детерминированной и случай ной), и третья часть, обусловленная погрешностями, искажает действи тельное распределение концентраций химических элементов и мешает исследователю [2]. В рамках рассмотренной модели концентрация хи мического элемента в некоторой части гидрогеохимического простран ства может быть записана в следующем виде:

C(x,y,z,t) = µ(x,y,z,t) + (x,y,z,t) + (x,y,z,t), где C(x,y,z,t) – наблюдаемая концентрация химического элемента в не которой точке гидрогеологического пространства с координатами x, y, z и координатой времени t;

µ(x,y,z,t) – концентрация элемента в точке с координатами x, y, z, t, обусловленная главными закономерными факто рами;

(x,y,z,t) – действительное отклонение концентрации элемента от величины µ, обусловленное случайными второстепенными факторами;

(x,y,z,t) – отклонение, обусловленное погрешностями, Обозначив точку гидрогеологического пространства с координатами x, y, z, t как i, полу чим более компактное выражение:

Ci = µi +i + i.

Специалист стремится в пределах изучаемого объекта установить, прежде всего, закономерные изменения величины µi, например, приме няются методы тренд-анализа, скользящего среднего, факторного ана лиза и т.д. Но наиболее успешно используются классификационные процедуры с выделением однородных гидрогеологических пространств, т.е. выделяются части с постоянным µ;

теперь модель может быть запи сана в виде:

Ci = µ +i + i.

Для характеристики и сравнения однородных частей объекта (про цесса), в пределах которых может быть использована модель случайной А.И. Гавришин величины, применим хорошо разработанный аппарат математической статистики, начиная от методов оценки параметров и кончая многомер ными построениями. Таким образом, гидрогеохимик выделяя однородные части объекта, получает обоснованные статистические способы их объективной гидрогеохимической характеристики, а сравнением одно родных частей – способы выявления закономерных изменений объекта.

К типичным задачам такого рода относится задача гидрогеохимического картирования, когда в многомерном признаковом пространстве необхо димо выделить однородные по химическому составу подмножества и обосновать границы между ними.

В настоящее время при изучении химического состава природных объектов применяются различные модификации кластерных построе ний, факторного анализа, выделения однородных статистических сово купностей и др.;

сюда же относятся многие процедуры распознавания образов, позволяющие выделить некоторую однородную по заданному комплексу признаков часть объекта и далее провести статистическую обработку данных. Ниже мы остановимся (G-метод) на характеристике инновационной технологии классификации многомерных наблюдений, которая позволяет эффективно проводить количественный анализ про странственно-временных гидрогеохимических закономерностей.

Классификационные методы играют ведущую роль в процессе по знания окружающего мира, жизни и общества. Общеизвестно значение классификаций в науке и повседневной жизни, например, таких как пе риодическая система химических элементов, стратиграфическая шкала, классификации биологических видов, горных пород, природных вод и многих других. В известном смысле можно утверждать, что познать – значит классифицировать.

Накопление больших объемов количественной информации о хи мическом составе природных вод особенно остро поставило вопрос о развитии и применении методов классификационного моделирования многомерных наблюдений для анализа пространственно-временных закономерностей. Задачу многомерного классификационного модели рования можно сформулировать следующим образом. Множество на блюдений N, каждое из которых охарактеризовано M признаками, не обходимо разделить на систему однородных подмножеств. В каждом из подмножеств наблюдения должны быть наиболее близки друг другу по всем признакам, а однородные подмножества должны максимально различаться между собой. Автором был разработан инновационный G-метод (Gavrishin) классификации многомерных наблюдений, реали зованный в виде компьютерной технологии AGAT и основанный на критерии Z2 [2, 4].

312 Гидрогеохимия G-метод характеризуется следующими важными уникальными свойствами, которые обеспечивают его высокую эффективность:

– построение классификации многомерных наблюдений в условиях отсутствия априорных сведений о таксономической структуре наблю дений (задача без учителя);

– использование зависимых признаков и наблюдений;

– выделение однородных таксономических единиц различного уровня детальности (типы, классы, семейства и т.д.);

– число наблюдений в однородном таксоне может быть меньше чис ла признаков;

– оценивается сходство-различие между однородными таксонами;

– оценивается информативность признаков;

– классифицируются новые наблюдения по найденной таксономи ческой структуре.

Выделение однородных таксонов многомерных наблюдений для за висимых признаков и независимых наблюдений производится по кри терию Z2 [2]: M MN X ij X j MN = K Z ij, 2 Z= rsk ij S j ij sk G = 2 Z 2 2 f 1, f = N M K, если G Gq, то наблюдения принадлежат данному однородному таксону;

где Xij – значение признака j в наблюдении i;

X j и Sj – среднее и стан дартное отклонение признака j, rsk – коэффициент корреляции между признаками s и k;

f – число степеней свободы;

Z 2 – значение критерия, которое имеет распределение 2;

G – нормализующее преобразование Z 2, которое имеет распределение близкое к нормальному с парамет рами (0,1).

G-метод применен для построения классификаций и обнаружения пространственно-временных закономерностей формирования природ ных и антропогенных систем на Земле, Луне, Марсе, Сатурне, астерои дах, кометах и в космосе [4]. Ниже мы остановимся на анализе геохи мической зональности подземных и шахтных вод Восточного Донбасса.

Наиболее значительные притоки в угольные шахты Донецкого бас сейна [5, 6] формируют воды каменноугольных, меловых, палеогеновых и неогеновых отложений. Для выявления и количественного описания геохимической зональности, перечисленных комплексов подземных вод, использованы химические анализы проб вод, отобранные из сква жин [6]. Применение последовательного классификационного модели А.И. Гавришин рования с помощью G-метода позволило надежно выделить два основ ных вида вертикальной гидрогеохимической зональности, которые на званы тенденциями формирования химического состава подземных вод и которые аналогичны для вод каменноугольных, меловых, палеогено вых и неогеновых отложений. Первая гидрогеохимическая тенденция оказалась типичным представителем прямой гидрогеохимической зо нальности и характеризуется классической схемой преобразования со става вод от сульфатно-гидрокарбонатных кальциевых (минерализация 0.4–1 г/л) к хлоридно-гидрокарбонатно-сульфатным (1–2 г/л) и хлорид но-сульфатным (2–4 г/л) смешанного катионного состава и далее к сульфатно-хлоридным и хлоридным натриевым (20–50 г/л).

В среднем с глубин 150–200 м начинает ослабевать доля инфильт рационного фактора и нарастает роль седиментационного, что сказыва ется на снижении содержаний в водах анионов SO4 и НСО3 и повыше нии содержаний ионов Cl и Na;

воды из II типа по О.А. Алекину переходят в III тип;

содержание I обычно не превышает 5–10 мг/л, Br – 20–30 мг/л. В открытой части Восточного Донбасса переход к хло ридным натриевым водам происходит на глубине 1000 м и более;

в ок раинных частях бассейна глубина залегания минерализованных вод зна чительно приближается к поверхности.

Вторая гидрогеохимическая тенденция резко отличается от первой и проявляется в формировании на значительных глубинах маломинера лизованных вод содового типа. Первоначальное увеличение концентра ций компонентов с глубиной сменяется уменьшением, и указанные за кономерности хорошо описываются криволинейной показательной функцией с высокими коэффициентами корреляции.

По второй гидрогеохимической тенденции воды с глубиной перехо дят от гидрокарбонатных кальциевых (минерализация 0.3–0.7 г/л) к сульфатно-гидрокарбонатным и гидрокарбонатно-сульфатным смешан ного катионного состава (1–2 г/л);

далее к гидрокарбонатно-хлоридным и хлоридным натриевым (содовым) с минерализацией 2–3 г/л. Второй тип вод сменяется на первый с повышенным содержанием НСО3 и очень низкими Ca и Mg. Имеется большое количество работ убедитель но доказывающих наличие оригинальных маломинерализованных вод, связанных с нефтегазовыми месторождениями, которые относятся к содовому типу с повышенным содержанием НСО3 и которые очень близки по химическому облику к описанным выше водам. Теперь необ ходимо признать, что формирование содовых маломинерализованных вод второй гидрогеохимической тенденции в Донбассе наиболее веро ятно связано с процессами конденсации водяных паров из водоугле родной газовой фазы.

314 Гидрогеохимия Принимая гипотезу испарительно-конденсационного генезиса ма ломинерализованных вод второй гидрогеохимической тенденции с вы соким содержанием НСО3 и низким Са и Mg, следует признать наличие в пределах открытого Донбасса в определенных ловушках нефтегазо вых скоплений [3], как это имеет место в сопредельных геологических структурах (Днепровско-Донецком, Донецко-Донском, Азово-Кубан ском и др. бассейнах). Особенно важно то, что в пределах Восточного Донбасса в последние годы обнаружены нефтегазопроявления, в част ности, в северной зоне мелкой складчатости и регионального надвиго образования северных окраин Восточного Донбасса [1].

Анализ закономерностей формирования химического состава шахт ных вод региона выполнен по результатам обобщения более 1000 ана лизов вод за столетний период (с 20-х годов прошлого столетия до 2011 г.). Путём сопоставления однородных классов наблюдений, выде ленных с помощью G-метода, построена многомерная модель, в кото рой обнаружено четыре главных направления изменения химического состава шахтных вод (табл. 1) [5].

По первому гидрогеохимическому направлению формируются кис лые сульфатные шахтные воды, значения рН опускается до 2,2, содер жание SO4 возрастает до 4,0–4,5, а минерализация – до 10–11 г/л;

воды существенно обогащены Fe, Mn, Al, Cu и другими металлами. Проис хождение данного направления связано с интенсивным развитием в горных выработках процессов окисления серы и сульфидов, заключен ных в углях и вмещающих породах. Шахтные воды первого гидрогео химического направления вносят наибольший вклад в загрязнение ок ружающей среды.

Таблица Средний состав шахтных вод по направлениям (мг/л и %-моль) Гидрогеохимические направления Компоненты и показатели 1 2 3 рН 4.5 7.8 6.9 7. НСО3 65 2 352 10 299 6 545 SO4 2900 90 1893 67 1700 42 856 Cl 195 8 483 23 1543 52 626 Ca 149 11 76 6 125 8 39 Mg 286 35 212 30 284 28 84 Na 830 54 876 64 1246 64 832 M 4390 3940 5240 А.И. Гавришин Второе направление изменения состава шахтных вод приводит к формированию хлоридно-сульфатных шахтных вод, происхождение которых связано, как с процессами окисления серы, так и с притоком хлоридных подземных вод при углублении горных выработок. В треть ем гидрогеохимическом направлении еще больше усиливается роль хлоридных ионов, воды становятся сульфатно-хлоридными за счет при тока хлоридных подземных вод на глубоких горизонтах отработки угольных пластов, минерализация вод повышается, и процесс окисле ния серы отходит на второй план.

По четвертому направлению формируются оригинальные содовые шахтные воды с повышенным содержанием иона HCO3 и очень низ ким – катионов Ca и Mg. Их происхождение связано с притоком в горные выработки содовых вод второй гидрогеохимической тенден ции (обратная геохимическая зональность подземных вод региона) [5].

Таким образом, гидрогеохимик, имея очень большой объём ин формации о содержании в водах многих десятков компонентов (мак ро- и микроэлементы, органические соединения, газы и т.д.) может эффективно решать проблемы генезиса и прогноза, открытия и описа ния пространственно-временных гидрогеохимических закономерно стей применяя методы многомерного классификационного моделиро вания.

Литература 1. Бобух В.А., Чихирин А.А., Тюльдин В.Н. Региональное надвигообразова ние северных окраин Восточного Донбасса в связи с формированиями залежей УВ // Геология, геофизика и разработка нефтяных и газовых месторождений.

2004. № 7. С. 22–28.

2. Гавришин А.И. Гидрогеохимические исследования с применением мате матической статистики и ЭВМ. – М.: Недра, 1974. 145 с.

3. Гавришин А.И. О генезисе маломинерализованных содовых вод Донбас са // ДАН – 2005, Т. 404, № 5. – С. 668–670.

4. Гавришин А.И., Корадини А. Многомерный классификационный метод и его применение при изучении природных объектов. М.: Недра, 1994. 92 с.

5. Гавришин А.И. Корадини А. Происхождение и закономерности формиро вания химического состава подземных и шахтных вод в Восточном Донбассе // Водные ресурсы, 2009, Т. 36, № 5, С. 564–574.

6. Гидрогеология СССР. Донбасс. М.: Недра, 1970. 480 с.

316 Гидрогеохимия УТОЧНЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ УГЛЕКИСЛЫХ ПОДЗЕМНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД ЕССЕНТУКСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ НА ОСНОВЕ ИНФОРМАЦИОННОГО АНАЛИЗА А.Б. Лисенков1, Б.И. Королев Российский государственный геологоразведочный университет им. С. Орджоникидзе (МГРИ-РГГРУ), 117997, г. Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 23, тел. (495) 434-00-84 (доб. 2-26), lisenkov.rsgpu@mail.ru ФГУГП «Гидроспецгеология», 123060, г. Москва, ул. Маршала Рыбалко, д. 4, тел. (495) 601-98-72, korolyev@mail.ru В представленной работе рассмотрена технология уточнения законо мерностей формирования углекислых минеральных подземных вод (на примере Ессентукского месторождения – 4-я группа сложности) на осно ве анализа результатов составления информационных пространственных моделей. Разработанный подход является принципиально новым, по скольку предполагает включение в информационные модели максималь но возможное число признаков, характеризующих, по мнению эксперта, закономерности формирования подземных минеральных вод.

В качестве аппарата для составления пространственной информа ционной модели использован информационный анализ, который позво ляет [2]:


– оценивать информативность признаков xi, характеризующих гео логические и гидрогеологические условия района по отношению к вы ходной функции Y;

– сжимать круг исходной информации, исключая неинформативные признаки;

– последовательным перебором объединять простые признаки xi в сложные, состоящие из 2-х, 3-х, 4-х и более признаков;

– составлять обучающую матрицу Т из наиболее информативных сложных признаков на основе которой проводить распознавание гидро геологической ситуации в прогнозной части территории.

Предлагаемые модели функционируют в режиме «распознавания образов». В качестве диагностической функции предлагается использо вать информационную энтропию К. Шеннона, которая может служить мерой сложности системы [1]:

n H = Pi log Pi, i = где H – неопределенность ситуации;

Pi – вероятность i-го исхода.

В процессе расчета информативности простых признаков форми руются матрицы взаимной информативности (табл. 1), анализ которых А.Б. Лисенков, Б.И. Королев позволяет провести уточнение закономерностей формирования угле кислых подземных минеральных вод.

Таблица Пример матрицы информативности Концентрация СО2 в подземных водах Интервалы титон-валанжинского ВК, г/л ранжирования менее 0,5 0,5–1,4 более 1, титон-валанжинского Г-С 23 0 Химический состав подземных вод С-Х-Г, ВК* 8 49 С-Г Г-Х, С-Г-Х, 13 0 Х * – наименование типа химического состава дано по первой букве.

В качестве обобщенных показателей (выходных функций Y), по ко торым можно оценивать бальнеологические свойства минеральных вод типа «Ессентуки» в работе рассмотрены минерализация (г/л) и концен трация CO2 (г/л) в подземных водах эльбурганского и титон-валан жинского водоносных комплексов.

Для описания геолого-гидрогеологических условий объекта изуче ния авторами были выделены 5 групп показателей (xi):

Геологические. В качестве геологических показателей, характери зующих объект исследований, выбраны те, которые, по мнению авто ров, отражают:

– влияние геологического строения изучаемой территории на фор мирование химического состава минеральных вод;

– влияние кристаллического фундамента на гидрогеохимические условия титон-валанжинского и эльбурганского водоносных ком плексов.

Тектонические. В этой группе предлагаются показатели, характе ризующие тектоническое строение изучаемой территории, наличие уча стков возможного поступления углекислоты из пород кристаллического фундамента.

Ландшафтные. Выбор данных показателей для построения инфор мационных пространственных моделей обусловлен тем, что ландшафт ные условия определяют интенсивность и характер водообмена поверх ностных вод, их связь с подземными и, следовательно, характер переноса и накопления вещества в различных ландшафтных условиях (водоразде лы, склоны, речные долины, овраги).

318 Гидрогеохимия Гидрогеологические. В эту группу вошли показатели, характери зующие, с одной стороны, интенсивность латерального и вертикального массопереноса, а с другой стороны химический и газовый состав угле кислых минеральных вод Ессентукского месторождения.

По результатам расчетов информативности простых признаков по отношению к Y выделены наиболее информативные: абсолютная от метка кровли фундамента, абсолютная отметка уровня апт-альбского водоносного комплекса, зоны концентраций левосдвиговых деформа ций, плотность всех линеаментов, разломы осадочного чехла, области высокой плотности линеаментов северного и северо-восточного про стирания, абсолютная отметка уровня верхнемелового водоносного го ризонта, минерализация подземных вод верхнемелового водоносного горизонта, химический состав подземных вод титон-валанжинского водоносного комплекса и др.

Далее был проведен анализ матриц информативности наиболее ин формативных простых и сложных признаков, который дал следующие результаты.

Вероятным источником поступления углекислоты в титон валанжинский водоносный комплекс является крупный разлом северо восточного простирания, отражающий особенности тектонического строения фундамента. При анализе матрицы информативности по при знаку абсолютные отметки кровли фундамента было установлено, что участки с высоким значением концентрации углекислоты приурочены к относительно приподнятым участкам фундамента, что подтверждает глубинное происхождение углекислоты в подземных водах титон валанжинского водоносного горизонта. Под действием латерального пластового движения подземные воды титон-валанжина, обогащенные на вышеописанных участках углекислотой, устремляются в северо восточном направлении, образуя вытянутые в плане ореолы растекания от области внедрения углекислого флюида. Водно-углекислый поток достигает участков, где плотность всех линеаментов выше средней (Ес сентукская зона растяжений), и частично разгружается в вышележащий готерив-барремский и далее в апт-альбский водоносные комплексы.

За счет довольно большой мощности и высоких фильтрационных параметров в апт-альбском водоносном комплексе отсутствуют условия для накопления естественных запасов свободной углекислоты. Вероят но, по этой причине воды апт-альба характеризуются наличием фоно вых концентраций свободной углекислоты.

Далее минеральные воды с концентрацией углекислоты выше фо новых значений (более 0,5 г/л) появляются в верхнемеловом и эльбур ганском водоносных комплексах.

А.Б. Лисенков, Б.И. Королев Природа подобной гидрогеологической ситуации и в настоящее время является дискуссионной. Так, применительно к Ессентукскому месторождению за 200 летний период его изучения, были сформулиро ваны три основные гипотезы происхождения углекислоты.

В процессе исследований авторами были получены результаты, ко торые подтверждают гипотизу глубинного происхождения углекислоты в подземных водах отложений осадочного чехла. Инжекция углекислых вод в верхнемеловые и нижнепалеоценовые отложения происходит из титон-валанжинских отложений по местным зонам разломов непосред ственно в пределах Ессентукского месторождения.

Установлено, что толщи титон-валанжина, апт-альба, верхнего мела и нижнего палеоцена взаимосвязаны. Подземные воды эльбурганского водоносного комплекса с высокими значениями концентрации углеки слоты в основном приурочены к Кисловодско-Кумагорской левосдиго вой области, в границах Ессентукской зоны растяжений. Эта структура связана с наиболее мощными зонами трещино-жильной проницаемости, секущими всю толщу, что обуславливает сквозную субвертикальную проницаемость всего мезо-кайнозойского разреза. Поступление углеки слоты в подземные воды эльбугранского водоносного горизонта проис ходит на участках, где относительная плотность всех линиаментов выше средней. Также отмечается прямая связь между концентрацией углекислоты в подземных водах титон-валанжинского и эльбурганского водоносных комплексов. Подтверждением теории глубинного проис хождения углекислоты служит высокая информационная связь выход ного показателя и признака относительной плотности линеаментов северо-восточного простирания, который отражает особенности текто нического строения фундамента.

Помимо вопросов, связанных с условиями насыщения подземных вод углекислотой, в работе рассмотрены условия формирования вод с различной минерализацией.

Анализ матриц информативности по выходному показателю «мине рализация подземных вод титон-валанжинского водоносного комплек са» подтверждает, что в формировании химического состава подземных вод титон-валанжина важную роль играет процесс смешения. Атмо сферные воды по мере движения по титон-валанжинскому водоносному комплексу от областей питания, вследствие взаимодействия с сульфат содержащими породами (гипсом), меняют свой состав с гидрокарбо натного на гидрокарбонатно-сульфатный и сульфатный. Для этих вод характерны невысокие значения общей минерализации и присутствие атмосферного азота. По мере движения вод в северо-восточном направ лении, происходит смешение инфильтрогенных вод с древними водами хлоридного состава. Существование неоднородности фильтрационного 320 Гидрогеохимия поля, тектонически обусловленной разломами различных простираний, создает возможность для увеличения скорости водообмена, что приво дит к интенсификации процесса смешения инфильтрационных вод с древними морскими водами. Также высокое значение на формирование химического состава вод титон-валанжинского водоносного горизонта оказывает процесс углекислотного выщелачивания водовмещающих карбонатных пород, вследствие чего, в подземных водах отмечается рост общей минерализации за счет насыщения гидрокарбонат-ионом.

Процесс углекислотного выщелачивания происходит в интервалах ми нерализации подземных вод 5–10 г/л, на что указывает принадлежность к этому интервалу вод сульфатно-хлоридно-гидрокарбонатного состава, а так же участков с высоким содержанием углекислоты.

Анализ матриц информативности по выходному признаку «минера лизация подземных вод эльбурганского водоносного комплекса» пока зал, что существует прямая связь вод эльбургана с подземными водами верхнемелового и титон-валанжинского водоносных комплексов. В цент ральной части изучаемой территории, на участках с высокой проницае мостью отложений нижнего плиоцена, обусловленной в основном вы сокой плотностью линеаментов северного простирания, происходит подток подземных вод верхнего мела, обогащенных гидрокарбонат ионом, в процессе углекислотного выщелачивания водовмещающих карбонатных пород. Также вертикальная взаимосвязь происходит и по разрывным нарушениям прочих простираний и по узлам разломов за пределами центральной части рассматриваемой территории. Вероятно, что процесс углекислотного выщелачивания идет и в самом эльбурган ском водоносном комплексе, на что указывает соответствие участков развития хлоридно-гидрокарбонатных вод участкам с присутствием спонтанного углекислого газа. Кроме того на отдельных участках отме чается «метанизация» подземных вод. По-видимому, в результате экс плуатации эльбурганского и верхнемелового водоносных комплексов в пределах Ессентукского месторождения и смежных участков сформи ровалась значительные депрессии уровенных поверхностей, что приве ло к подтягиванию с северо-востока вод, обогащенных метаном. Сам же метан связан с интрузивными телами, окаймляющими изучаемую тер риторию с северо-востока.


Кроме того, значительное влияние на изменение химического со става подземных вод эльбурганского водоносного комплекса оказывает процесс смешения инфильтрационных и древних морских вод в про цессе латерального пластового движения от областей питания. В ре зультате чего, формируются воды гидрокарбонатно-хлоридного состава с широким диапазоном изменения минерализаций. Процесс смешения интенсивнее идет в областях с высокой относительной плотностью ли неаментов северо-западного простирания.

И.В. Галицкая, О.А. Олиферова Литература 1. Гоппа В.Д. Коды и информация // Успех математических наук. – 1984. – Т. 39 – Вып. 1(235). – С. 77–120.

2. Лисенков А.Б. Опыт решения неформальных задач в экологической гид рогеологии. М.: Геоинформмарк, 1995. 76 с.

ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКАЯ СХЕМА ФОРМИРОВАНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В РАЙОНЕ ТАМБОВСКОГО ОАО «ПИГМЕНТ»

И.В. Галицкая2, О.А. Олиферова ЗАО «ГИДЭК», 105203, Москва, 15-я Парковая, 10А, тел: (495) 965-07-84, факс:965-98-62, e-mail: info@hydec.ru Институт геоэкологии РАН, Москва 101000, Уланский пер., 13, стр. 2, тел: (495) 923-31-11, факс: (495) 923-18-86, geonv@ciyline.ru В современный период одной из важнейших проблем является управление подземной гидросферой на территориях промышленно городских агломераций, которое базируется на результатах оценки закономерностей формирования гидрогеодинамических и гидрогеохи мических условий на городской территории. Основой прогнозов изме нения качества подземных вод являются гидрогеохимические схемы формирования качества подземных вод в нарушенных эксплуатацией условиях под влиянием природных и техногенных факторов. Обосно вание таких схем требует проведения специальных комплексных иссле дований природных условий и детального анализа истории развития техногенной нагрузки на городской территории. Одним из примеров решения такой задачи является изучение формирования загрязнения подземных вод на территории основного промышленного предприятия г. Тамбова – ОАО «Пигмент», выполненное ЗАО «ГИДЭК» в 2007 году в рамках работ по переоценке запасов подземных вод территории Там бовского промрайона.

Основным источником водоснабжения города Тамбова являются подземные воды среднефаменского водоносного горизонта (рис. 1), ко торые эксплуатируютя крупными водозаборами, суммарный водоотбор которых составляет 110 тыс. м3/сут. В результате интенсивной эксплуа тации подземных вод в течение последних 30 лет на территории г. Тамбова сформировалась обширная депрессионная воронка вытяну тая вдоль левого берега долины реки Цны (максимальное понижение 35–45 м). В результате этого произошли существенные изменения в условиях питания и разгрузки водоносного горизонта, которые повлек ли за собой изменения гидрогеохимической обстановки.

322 Гидрогеохимия Рис. 1. Гидрогеологический разрез Тамбовского месторождения подземных вод По ряду компонентов, входящих в разряд приоритетных показате лей химического состава подземных вод, отмечается разный генезис повышенных концентраций: с одной стороны, они связаны с природ ными процессами, с другой – вызваны техногенезом. В районе экстре мальной техногенной нагрузки на территория Северной промзоны г. Тамбова, где сосредоточены многочисленные предприятия, отмечает ся участок загрязнения подземных вод среднефаменского горизонта.

Повышенные концентрации обобщенных и наличие специфических показателей органического загрязнения однозначно указывают на тех ногенный характер загрязнения подземных вод в этой части города, Наиболее значительным из них является ОАО «Пигмент», на террито рии которого отмечается наиболее высокий уровень загрязнения под земных вод.

ОАО «Пигмент» является крупнейшим промышленным предпри ятием, возникшим в конце сороковых годов прошлого века. Предпри ятие производит пигменты для полиграфической, лакокрасочной про мышленности, красители для синтетических волокон и текстильной печати, акриловые смолы, эмульсии. Фактическая площадь, занятая предприятием составляет около 100 га. Основными ингредиентами сточных вод являются серная кислота с сульфатами, хлоридами натрия и калия, присутствуют также аммоний, азопигменты, нафталин, и дру гие соединения. Сброс производственных сточных вод осуществляется в пруды-накопители, из которых происходит закачка их в глубоко зале гающие подземные водоносные горизонты. Во время строительства предприятия под его территорией в 60-е годы было проложено 10 км канализационных сетей.

И.В. Галицкая, О.А. Олиферова В предвоенные и первые послевоенные годы на территории пред приятия для целей водоснабжения было пробурено более десяти разве дочных и эксплуатационных скважин. Восемь скважин на среднефа менский горизонт, пробуренные в 1938–39 гг., практически были утеряны, качество их ликвидации неизвестно.

В начале эксплуатации предприятия шламовые остатки складирова лись в мелких овражках около уступа террасы, после локальной очист ки стоки сбрасывались в Архиерейский пруд и во Вронское озеро, а из них в реку Цну в период паводка. Расходы реки Цны в тот период и ее слабая загрязнённость обеспечивали удовлетворительное обезврежива ние промстоков. Стоки из отстойника неоднократно попадали на пойму из-за аварий на канализационных линиях. В конце 1961 г. было зафик сировано загрязнение четвертичного водоносного горизонта, в котором образовался купол растекания, минерализация подземных вод достигла 1,97–2,06 г/л, содержание сульфат-иона более чем в 6-10 раз превысило фоновое. Развитие производства привело к загрязнению реки Цны, пру дов, ручьев и озер.

В 1968 г. для обезвреживания промстоков предприятия была начата закачка промстоков в глубокие водоносные горизонты (воробьёвский и старооскольский водоносные горизонты). К началу 80-х годов на терри тории предприятия были ликвидированы неорганизованные шламовые поля, был выстроен экранированный шламонакопитель стоков, часть канализационных сетей была реконструирована и принята существую щая сейчас система подготовки стоков к закачке.

Изучение негативного воздействия предприятия «Пигмент» на под земные воды было начато в середине 60-х годов прошлого века с момента появления первых признаков загрязнения подземных вод сред нефаменского водоносного горизонта. Этому вопросу посвящены мно гочисленные исследования ГГП «Тамбовгеология» (1980, 1985, 1992 г.), МНПО НИОПиК (1968 г.), ВСЕГИНГЕО (1992 г.), ВНИИ ВОДГЕО (1997 г.), кафедры гидрогеологии МГУ (1997, 1999, 1992). Результаты этих работ, к сожалению, не опубликованные в открытой печати, ис пользовались при анализе истории развития загрязнения в подземных водах на территории ОАО «Пигмент».

С 1987г. на территории ОАО «Пигмент» ведется специализирован ный гидрогеохимический мониторинг подземных вод. Наблюдательная сеть состоит из ярусных узлов скважин, оборудованных на среднефамен ский, апт-альбский, валанжинский и четвертичные водоносные горизон ты. По материалам опробования этих скважин, а также по многочислен ным фондовым материалам была обоснована гидрогеохимическая схема формирования загрязнения подземных вод на различных этапах дея тельности предприятия, отражающая пространственно-временные изме нения качества подземных вод в гидрогеологичесмком разрезе.

324 Гидрогеохимия В четвертичном водоносном комплексе ко времени бурения в 1987 г. самой первой из наблюдательных скважин ореол загрязнения уже сформировался. В 1989–1991 гг. минерализация грунтовых вод достигала максимальных значений в районе прудов-накопителей 23,9– 40,5 г/л. Концентрация SO42- в этот период также достигала очень высо ких значений 7,5–20,0 г/л. К 2006–2007 г. наиболее значительное за грязнение по-прежнему наблюдалось у прудов – отстойников (минера лизация – 9,4 г/л, общая жесткость – 50 мг-экв/л, Cl- – 3800 мг/л, SO42-– 3240 мг/л, ХПК – 1843 мг/л, Feобщ. – 800 мг/л, NH4+ – 408 мг/л) (рис. 2).

В районе барражных скважин уровень загрязнения существенно ниже по сравнению с тем, который отмечался в 80–90-х годах прошлого века (минерализация – 1–1,4 г/л, общая жесткость – 7,2 мг/л, NH4+ – 2,2 мг/л, Feобщ. – 2,9–25 мг/л, ХПК – 81,9 мг/л).

Рис. 2. Гидрогеохимическая схема формирования загрязнения подземных вод на участке ОАО «Пигмент»

В меловом водоносном комплексе уровень загрязнения подземных вод по сравнению с четвертичным водоносным горизонтом ниже.

В период с 1992 по 2007 гг. минерализация подземных вод не превыша ла 3,5 г/л, ХПК – 604 мг/л, общая жесткость – 17,2 мг-экв/л, SO42- – 340 мг/л, Cl- – 340 мг/л, NH4+ – 24,8 мг/л, Feобщ. – 14,5 мг/л. В современ ный период на территории предприятия состав вод мелового водоносно го комплекса соответствует нормативным требованиям по минерализа ции, концентрациям сульфат-иона и хлорид-иона, общей жесткости, однако, практически во всех скважинах отмечены повышенные по срав нению концентрации железа (1,3–5 ПДК) и аммония (1,5–7,7 ПДК), а также ХПК (22,9–60 мг/л).

————–— Здесь и далее минерализация подземных вод приводится по сухому остатку.

И.В. Галицкая, О.А. Олиферова В изменении химического состава среднефаменского водоносного горизонта выделяются несколько основных этапов.

Первый этап, связанный с появлением загрязнения в подземных водах приходится на начало 1960-х гг., когда минерализация откачи ваемой воды достигла 800–1000 мг/л (наблюдалось окрашивание сухого остатка в розовый и бурый цвета). Почти одновременно в заводской водопроводной сети были обнаружены органические соединения, каче ственный состав которых показал присутствие продуктов, вырабаты ваемых в цехах ОАО «Пигмент». Исследования, проводимые в период с 1961 г. по 1964 г., позволили установить, что существует техногенный источник загрязнения в районе скважины 3, а изменение качества воды в районе остальных скважин связано с подтягиванием загрязненных вод вследствие работы эксплуатационных скважин на территории химком бината, водозаборов машиностроительного завода и завода АРТИ, рас положенных в непосредственной близости от ОАО «Пигмент». Для ло кализации очага загрязнения начали проводить барражную откачку из скважин 1-бар, 3-бар, 4-бар. Стабилизация химического состава про изошла к концу 1964 г.

Второй этап – наиболее интенсивного загрязнения подземных вод начался в конце 1977 г., когда после стабилизации было зафиксировано новое увеличение загрязнения подземных вод, откачиваемых скважи нами. Наибольшее загрязнение наблюдалось в скважине 3-бар, затем в скважине 1-бар, менее всего – в скважине 4-бар. Максимальные значе ния минерализации (9 г/л) зафиксированы в конце 1989 г. Причина мак симального загрязнения – остановка откачки из скважины 3-бар. В мар те 1989 г. минерализация составляла 5,0 г/л, в конце марта откачка из этой скважины была остановлена и за 2,5 месяца «простоя», произошло увеличение минерализации до 9,0 г/л. После пуска откачки через месяц величина данного показателя снизилась до 4,9 г/л. В период с 1987 по 1991 гг. средняя величина минерализации составляла: в скважине 3-бар – 3,9 г/л, в скважине 1-бар – 1,47 г/л, в скважине 4-бар – 0,72 г/л, Таким образом, очаг загрязнения был вытянут в северо-западном направлении и практически повторял депрессионную воронку, образованную бар ражной откачкой из этих скважин К третьему этапу можно отнести появление загрязняющих ве ществ в заметных количествах в скважине № 14D (куст XIV на рис. 2), расположенной в северной части промплощадки в непосредственной близости от прудов-отстойников и в скважине № 16D (куст XIVI на рис. 2). В основном, начало этого периода относится к 1995–1997 гг., хотя в целом повышение минерализации носило постепенный характер.

Соотношение компонентов было характерно для вод, загрязняемых промстоками ОАО «Пигмент», что может свидетельствовать о поступ 326 Гидрогеохимия лении в среднефаменский горизонт загрязняющих веществ на участке, находящемся вне области захвата барражных скважин.

В целом, начиная с 1998 г., гидрогеохимическая ситуация на терри тории предприятия относительно улучшилась. Несмотря на отдельные периоды повышения минерализации и концентрации загрязняющих веществ, минерализация подземных вод в барражных скважинах уменьшилась почти в 6 раз по сравнению с периодом интенсивного за грязнения в конце 80-х годов. В современный период на территории предприятия можно выделить два участка загрязнения подземных вод среднефаменского водоносного горизонта. Первый участок расположен в районе прудов, где в скважине 16D наблюдается превышение по ХПК.

На втором участке в районе барражных скважин превышены нормати вы по минерализации (1640 мг/л), ХПК, общей жесткости, аммонию, железу (в скважине 3-бар).

На основании анализа динамики пространственно-временного из менения химического состава можно сделать выводы, что формирова ние загрязнения подземных вод среднефаменского водоносного гори зонта обусловлено следующими факторами.

При первом повышении минерализации в начале 60-х годов в сква жинах 1-бар, 3-бар, 4-бар основной причиной загрязнения явились утеч ки промышленных сточных вод из производственных сетей, канализа ционных трубопроводов и коллекторов на участке расположения этих скважин. Четвертичный водоносный горизонт в этот период был за грязнен практически на всей территории комбината. Участок, где пока затели загрязнения были наиболее высокими (с окисляемостью больше 30 мг/л) составлял площадь 0,04 км2. На наиболее загрязненных участ ках грунтовые воды по качеству соответствовали промстокам (pH 1, окисляемость – 10 049 мг/л, концентрации хлорид-ион – 2168 мг/л, сульфат-иона – 1685 мг/л). Площадь загрязнения среднефаменского водоносного горизонта в этот период включала узкий участок водонос ного горизонта в районе скважин 1-бар и 3-бар. Так как загрязняющие вещества поступили в среднефаменский водоносный горизонт не более чем через 11 лет после введения в эксплуатацию предприятия в 1949 г., столь быстрое продвижение загрязнения могло быть связано только с наличием фильтрационных окон природного или техногенного проис хождения. Наиболее вероятный путь загрязнения подземных вод сред нефаменского водоносного горизонта – поступление загрязненных грунтовых вод или промстоков по заброшенным эксплуатационным скважинам 1938–41 гг. бурения.

По данным мониторинга площадь основного контура загрязнения грунтовых вод (3,6 км2) во много раз превышала контур загрязнения в среднефаменском водоносном горизонте (20 га), но последний превы И.В. Галицкая, О.А. Олиферова шает контур загрязнения в меловом водоносном горизонте (12,5 га).

Последнее обстоятельство подтверждает предположение, что основное загрязнение происходит или через затерянные скважины или через за трубное пространство старых скважин, не имеющих затрубной цемен тации, обсадные колонны которых потеряли свою герметичность вслед ствие коррозии, усиленной электрохимическими процессами.

Предположение о том, что источником загрязнения является старое неэкранированное шламовое поле, не подтвердилось при сравнении хроматограмм воды из скважин и водной вытяжки из шламовых полей, показавшее несоответствие органических компонентов этих растворов.

После проведения мероприятий по минимизации воздействия ис точников загрязнения на территории ОАО «Пигмент» (ликвидация не заэкранированных шламовых отстойников, заменена промышленной канализации, ремонт главного коллектора, непрерывная раскачка бар ражных скважин) очаг загрязнения в среднефаменском водоносном го ризонте был локализован. После стабилизации химического состава среднефаменского водоносного горизонта с 1977 г. начался новый этап ухудшения качества, причем более масштабного. Предположение о том, что загрязнение вод в барражных скважинах связано с их подтягивани ем с участка предполагаемого распространения фильтрационного окна (расположенного на пойме около Архиерейского пруда), через которое в эксплуатируемый водоносный горизонт поступали грунтовые воды, загрязненные на участке прудов-накопителей, маловероятно. Результаты детального изучения геолого-гидрогеологических условий не подтверди ли наличие фильтрационного окна на участке у пруда. Вероятно продол жились утечки промстоков из коллекторов, систем подачи стоков в пру ды-накопители и в поглотительные скважины, предназначенные для закачки в глубокие горизонты. Судя по тому, что гидрогеохимическая ситуация на данном участке постепенно улучшается, источники загряз нения были в основном ликвидированы. С конца 1990-х годов ситуация в четвертичном и среднефаменском водоносных горизонтах значительно улучшилась.

В современный период основной очаг загрязнения существует в четвертичном водоносном горизонте на участке размещения прудов отстойников, хотя уровень его загрязнения в целом снизился в связи с проведением мероприятий по минимизации воздействия источников загрязнения (рис. 2). Минерализация подземных вод четвертичного во доносного горизонта на этом участке достигает 5.0 г/л, тогда как в ниж ней части мелового водоносного комплекса составляет не более 0.4 г/л;

величина ХПК в четвертичном водоносном горизонте и в верхней части мелового комплекса превышает 100, тогда как в нижней части мелового комплекса меньше 20. Минерализация и ХПК в водах валанжинского 328 Гидрогеохимия водоносного горизонта свидетельствуют о том, что загрязненные воды не поступают на эту глубину. В среднефаменском водоносном горизонте не наблюдается повышенных значений ХПК «по пласту», а есть только одна точка, где зафиксировано загрязнение органическими веществами – скв. 16D, связанное, с перетоком по затрубью загрязненных вод из чет вертичного водоносного горизонта. В наблюдательных скважинах на се веро-западной границе территории превышение нормативов зафиксиро вано только по железу и литию, имеющими природный генезис.

Анализ пространственно-временных изменений химического состава подземных вод в разрезе северо-восточной части Тамбовского месторож дения и детальное рассмотрение истории развития техногенной нагрузки на территории предприятия ОАО «Пигмент» позволили обосновать схе му формирования загрязнения подземных вод отходами производства.

Влияние прудов-отстойников практически не сказывается на за грязнении среднефаменского водоносных горизонтов за счет перетека ния загрязненных подземных вод четвертичного водоносного комплек са через меловой водоносный горизонт. Слабопроницемые меловые отложения играют роль барьера при продвижении загрязнения из чет вертичного комплекса в целевой эксплуатируемый горизонт.

Загрязнение в среднефаменском горизонте имеет локальный харак тер и связано не с природными процессами перетекания, а с перетоком по затрубью дефектных скважин загрязненных вод четвертичного во доносного комплекса.

ИССЛЕДОВАНИЯ ВОЗМОЖНОСТИ СОЗДАНИЯ «ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЩИТА» ОТ ПРОНИКНОВЕНИЯ ОСТАТКОВ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ В ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ Г.Н. Мавлянов Национальный Университет Узбекистана имени Мирзо Улугбека, Узбекистан, город Ташкент, Вузгородок, индекс 1000174, телефон: +998 71 2462226, 246-08-54, факс +998-71246-55-55, 144-77- email: mavlyanov_g@mail.ru Загрязнение биосферы соединениями азота вследствие применения азотных удобрений является одной из главных проблем перед развиты ми странами во всем мире.

Опасность для здоровья людей соединений азота ( NO3 ), ( NO2 ), ( NH 4+ ), присутствующих в больших количествах в пищевых продуктах, в воде хозяйственно-питьевого назначения установлены многочислен ными исследователями [1–7] и главными из них являются следующие.

Г.Н. Мавлянов 1. Под воздействием микрофлоры, в желудке и кишечнике нитраты восстанавливаются до нитритов, которые:



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 15 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.