8341

У

характеристика веществ, наиболее часто встречающихся и в значительных концентрациях загрязняющих подземные воды, выделены основные виды и источники загрязнения подземных вод: химическое, сельскохозяйственное, коммунальнобытовое, промышленное, горнодобывающее. Учитывая особую «сенсорность» закарстованных территорий к техногенным воздействиям, разработана методика районирования и оценки по степени естественной защищенности подземных вод от загрязнения на этих территориях с учетом интенсивности проявления и направленности продвижения карстового процесса.

В четвертой главе на основе выполненных исследований выделено 4 основных типа механизма распространения техногенного загрязнения подземных вод в районах покрытого карста (рис. 5 - 8).

11

Исходя из вариантов механизма распространения загрязнения подземных вод, оценивались масштабы загрязнения подземной гидросферы. Для этих целей по разработанной методике проводилось размещение и разбуривание специальной наблюдательной сети скважин в районе очага загрязнения с обязательным поинтервальным гидрогеологическим опробованием водоносного горизонта. При этом учитывались направление тектонической трещиноватости в районе, результаты карстологической съемки территории, направленность продвижения в плане карстового процесса (Колосов Е.В., 2000). Границы и размеры области загрязнения подземных вод корректировались георадарной съемкой, особенно на участках, где зона аэрации была сложена песками.

Георадарное профилирование прибором «Зонд - 12 С» позволило достаточно эффективно и оперативно выявить зоны перетока загрязненных вод на участках размещения полигонов складирования и захоронения промотходов (рис. 9) и разработать соответствующие защитные мероприятия.

В качестве границы области загрязнения подземных вод была принята -изолиния значений предельно допустимой концентрации (ПДК) загрязняющего компонента, характерного для каждого конкретного источника. Интенсивность загрязнения подземных вод определялась по средней концентрации (С]) содержания отдельных компонентов внутри выделенных контуров из ПДК и оценивалась как величина, средневзвешенная по площади (F1). Средняя концентрация (С) внутри области загрязнения определялась по формуле

Начало такому подходу положили известные российские ученые Гольдберг В.М. (1984, 1990) и Тютюнова Ф.М. (1987).

Интенсивность загрязнения подземных вод в конкретной точке характеризовалась, для удобства анализа и интерпретации данных, в относительных величинах и определялась отношением абсолютного значения содержания загрязняющего компонента (С1) к величине ПДК этого компонента:

На основе анализа и математической обработки большого объема фактического материала натурных и экспериментальных исследований была разработана комплексная программа моделирования изменений природнотехногенной среды, позволяющая качественно и количественно оценивать динамику распределения загрязнения подземных вод в карстовых районах. В основу модели заложен балансовый подход, заключающийся в выделении на модели элементарных ячеек.

Исследуемый участок территории разбивался программой на множество элементарных ячеек - дискретизировался. При этом горизонтальные размеры у всех ячеек имеют одинаковые значения, а вертикальные варьируются от ячейки к ячейке, формируя слои переменной толщины. Каждая ячейка имеет свой набор параметров: уровень воды, давление, пористость, вертикальный и горизонтальный коэффициент фильтрации, концентрации растворенных в воде веществ и коэффициент диффузии. Программа позволяет загружать с последующей интерполяцией данные, полученные путем мониторинга на исследуемой территории, и изменять их на любом этапе моделирования.

По каждой ячейке модели на заданный период времени определялись следующие параметры: баланс подземных вод, баланс катионов и анионов химических элементов, гидростатическое давление подземных вод, конвекционный массоперенос растворенных веществ, конвекционный массоперенос механических веществ, диффузионный массоперенос, минерализация и загрязненность подземных вод на заданный момент времени, агрессивность подземных, поверхностных и техногенных вод по отношению к карстующимся породам.

В общем случае при взаимодействии i - й ячейки («текущей») с одной из шести окружающих ее ячеек - i+1- й ячейкой («соседней») количество перетекаемой воды в единицу времени определялось по формуле

где ki-(i+1) - средний для двух ячеек коэффициент фильтрации; pi+1 - давление в соседней ячейке; p i - давление в текущей ячейке.

Отрицательная величина q соответствует оттоку жидкости из ячейки, положительная - притоку. Давление в незаполненных ячейках определялось высотой столба жидкости в них, а в заполненных вычислялось в каждом цикле моделирования с помощью системы арифметических уравнений, исходя из баланса совокупного для текущей ячейки притока-оттока воды:

Конвективный массовый перенос растворенных в воде веществ из одной ячейки в другую рассчитывался следующим образом:

где n - количество растворенного вещества в ячейке. Диффузия определялась по формуле

где fi-(i+1) - средний для двух ячеек коэффициент диффузии; с - концентрация в соответствующих ячейках, определяемая как отношение количества растворенного

вещества в ячейке к объему раствора в ячейке.

13

Наряду с построением комплекса карт и разрезов, отражающих статическое состояние природно-техногенной среды (рис. 10), программа позволила оценить динамику распространения загрязнения подземных вод хлоридами и сульфатами на участках складирования отходов на примере восточной промзоны г. Дзержинска (рис.1 1 -13).

В пятой главе изложены принципы и основы рационального и экологически сбалансированного использования подземных вод в карстовых районах, разработана информационно-управленческая модель системы обеспечения населенных пунктов экологически чистыми питьевыми водами из подземных источников закарстованных территорий (рис. 14), проведена типизация водозаборов по условиям возможного загрязнения, исходя из естественной защищенности эксплуатируемых водоносных горизонтов и комплексов (рис. 15).

Для локализации и ликвидации действующих очагов загрязнения подземной гидросферы в карстовых районах Нижегородской области рекомендована и обоснована система инженерных защитных мероприятий: для нефтехимических объектов, складов нефтепродуктов - создание гидравлических завес, представляющих систему специальных скважин, создающих депрессию перпендикулярно к направлению движения потока загрязненных подземных вод; для небольших локальных объектов в виде свалок, золоотвалов, отстойников - создание непроницаемых замкнутых и полузамкнутых подземных стен и основания; - в условиях интенсивного загрязнения опасными загрязнителями - сочетание гидравлической завесы с непроницаемыми подземными стенами; - при внезапных единичных утечках загрязняющих веществ - экскавация

загрязненного грунта, обваловка участка загрязнения (при условии, если зона аэрации сложена глинистыми грунтами) и откачки из скважин или дренажных канав.

Вкачестве главных мер по предупреждению негативного воздействия проектируемых потенциальных источников техногенного загрязнения на подземные воды в карстовых районах предлагается:

-запрещение размещения потенциальных источников загрязнения на участках проявления поверхностных карстовых форм;

-на участках с относительно благоприятными условиями для развития карста строительство сооружений, являющихся потенциальными источниками загрязнений, необходимо вести с конструктивной гидроизоляционной защитой;

-обязательная организация и ведение мониторинга «Подземные воды в карстовых районах и техногенез» по разработанной автором схеме (рис. 16).

Воснову этих мероприятий и профилактических мер положены результаты карстолого-экологического районирования территорий, учитывающего естественную защищенность трещинно-карстовых вод от поверхностного загрязнения через зону аэрации, условия взаимосвязи поверхностных и подземных вод, закономерности распространения поверхностных, подземных и глубинных форм карста, наличие погребенных древних долин рек; эксплуатацию подземных вод и геохимическую характеристику основных водоносных горизонтов; изменения природно-техногенной среды от техногенных воздействий и нагрузок; варианты механизма распространения и динамики развития техногенного загрязнения подземных вод (рис. 17).