Про грунтових водах басейну річки Дівиця як складовою формування якості життя місцевого населення

А. Я. Смирнова, О. А. Бабкіна, Воронезький державний університет

Розглядається хімічний склад питних підземних вод басейну річки Дівиця в її нижньому та середній течії. Проведено оцінку якості прісних вод, що впливають на здоров'я населення. Підземні води відіграють найважливішу роль у водогосподарської діяльності населення, як практично єдиним джерелом доброякісної питної води. У зв'язку з прогресуючим погіршенням екологічної обстановки у Воронезькій області джерела водопостачання втрачають якісну воду, що витрачається населенням для пиття і приготування їжі. Екологічно несприятлива питна вода, що використовується населенням являє собою велику небезпеку, ніж її дефіцит.

Однією з причин розвитку захворювань у населення та їх прогресуючий зростання в останні роки є в багатьох випадках наслідком вживання забруднених важкими металами, азотними сполуками і органікою підземних вод [1]. Забруднення води зазначеними сполуками впливає на зниження імунітету до різного роду захворювань - викликає серцево-судинні хвороби, руйнує обмін речовин і гнітюче діє на генетичний код людини.

Забруднені води є однією з багатьох причин нестійкості природних екологічних систем.

Особливе місце серед найбільш важливих сучасних водогосподарських проблем займають малі річки. Малі водозбори відрізняються високою щільністю сільського населення, яке використовує питні прісні води з неглибоких підземних горизонтів басейнів річок. Разом з тим, підземні басейни малих річок мають низьку категорію природної захищеності від поверхневого забруднення і забруднюються хімічними елементами агрохімікатів, що вносяться на сільськогосподарські поля, і стоків тваринницьких господарств, що надходять у грунтові горизонти та підземні води при інфільтрації зі сховищ відходів.

Багаторічні регіональні дослідження річкових долин малих річок свідчать про забруднення річкових і підземних вод токсичними металами. Наприклад, ділянки басейну річок Потудань, Чорна Калитва та ін [2]. Протягом ряду років нами здійснювалося вивчення гідрогеоекологіі долини річки Дівиці (ліва притока Дону) в її нижньому та середній течії. Об'єктом дослідження стали водоносні горизонти і комплекси, що експлуатуються місцевим населенням для хозяйственнопітьевого водопостачання.

Основний особливістю гідрогеологічних умов території полягає в освіті в геологічному розрізі групи гідравлічні взаємопов'язаних водоносних горизонтів і комплексів, і вод річки (рис.1). Підземні води приурочені до товщі піщаних пухких і теригенно-карбонатних відкладень четвертинного, крейдяного і девонського віку.

обводнені четвертинні породи формують систему гідравлічні взаємопов'язаних водоносних горизонтів, розповсюджених у алювію заплави, надзаплавних першого і другого терас верхнечетвертічного віку, а також у піщаних донських, Окський відкладеннях ніжнечетвертічного віку. У зв'язку з цим на території можна виділити сучасно-четвертинний водоносний комплекс, що займає вододіли і борту річкової долини. За умовами залягання в розрізі води комплексу відносяться до типу грунтових. Нижче з геологічного розрізу виділяється альбом-Сеноманский і АПТ-неокомських водоносні горизонти, які перекривають потужний верхнедевонскій водоносний комплекс.

Рис.1. Схематичний гідрогеологічний розріз: 1 - грунт; 2 - пісок; 3 - суглинок; 4 - Супісок; 5 - глина; 6 - вапняк; 7 - рівень підземних вод з абсолютною відміткою.

В гідродинамічної відношенні водоносні горизонти і комплекси зазначених стратиграфічних підрозділів зосереджені в зоні інтенсивного водообміну, яка характеризується порівняно високими швидкостями руху підземних вод по пластів порід від області живлення до області розвантаження. У зазначених гідрогеологічних умовах область живлення водоносних горизонтів розташовується на водозбірній площі право-і лівобережного вододілів. Запаси води розвантажуються через джерела в річкову долину або безпосередньо в русло річки Дівчата.

Польові дослідження полягали в літохіміческом і гідрогеохімічних випробуванні, в візуальних спостереженнях за гідроекологічні обстановкою в населених пунктах, ярах, балках і безпосередньо у річковій долині.

Хімічний аналіз відібраних проб води з джерел, колодязів, свердловин і річки проводився в лабораторних умовах із застосуванням уніфікованих методів аналізу по Ю. И. Лурье (1971). Мікроелементний склад води визначався колориметричні персульфатним методом. Особисті спостереження авторів були доповнені фактичними даними архівних матеріалів.

Систематизація і статистична обробка отриманих даних дозволила побудувати просторову гідрогеохімічну модель поширення і умов формування хімічного складу підземних вод і провести якісну оцінку грунтових вод, які використовуються для питного водопостачання населення долини річки Дівиця.

Як показали результати спостережень, за ступенем мінералізації грунтові води зони інтенсивного водообміну здебільшого прісні з мінералізацією від 0,3 до 1,0 г/дм 3. Закономірності зміни мінералізації визначаються зростанням її від схилів вододілів до заплави річки. По правому і лівому бортах долини від вододілів до заплави річки мінералізація плавно зростає від 0,3 до 0,7 г/дм 3, але на окремих ділянках зустрічається більш висока. Ці ділянки розташовані на заплаві, де рівень грунтових вод підходить близько до земної поверхні, де глибина його становить 2,0-3,0 см. За рахунок процесів випаровування води її мінералізація зазвичай зростає за рахунок концентрування солей водного розчину. На таких ділянках мінералізація збільшується до 0,8 г/дм 3. Аналіз зміни мінералізації по території показав, що зазвичай вона збільшується в напрямку руху потоку вод від області інфільтраційного харчування до зони розвантаження (русло річки Дівиця). Слід відзначити також факт зростання мінералізації в районах населених пунктів.

Хімічний склад розглянутих вод не відрізняється великою різноманітністю. Так типізація хімічного складу вод за класифікацією Щукарьова-Славянова,, що враховує макрокомпонентів (Cl-, SO4 -, HCO3 -, Na + + K +, Ca2 +, Mg2 +) свідчить, що в долині в грунтових водах переважно поширене два хімічних типу води: гідрокарбонатно кальцієво-натрієві і гідрокарбонатно кальцієвий. Обмежено виділяються ділянки вод змішаного іонного складу, в яких крім переважаючих гідрокарбонатів з'являються хлориди, а в катіонного складу -- кальцій і магній.Іспользуемие для питного водопостачання грунтові води укладені в современночетвертічних, верхнечетвертічних пісках і нижньокрейдових піщаних відкладах, які розкриваються в бортах долини річки на земну поверхню і зазнають антропогенного впливу. Відомо, що грунтові води, зосереджені в першу постійно діючому водоносному горизонті від земної поверхні, найбільш схильні до впливу забруднюючих речовин, що знижують їх екологічну чистоту і в цілому стійкість екосистеми річковий долини. Зміна якості грунтових вод діагностується застосуванням існуючих норм якості води, що обумовлюють можливості використання населенням грунтових вод для пиття і приготування їжі. Екологічно чисті грунтові води повинні відповідати нормам якості, який визначається ГОСТом 2874-72 "Вода питна" [3]. Показники хімічного складу води (мінералізація, хлориди, сульфати, жорсткість, нітрати, нітрити, амоній, залізо, марганець, цинк та ін) не повинні перевищувати гранично допустимі концентрації (ГДК) зазначених речовин. Ділянки водоносних горизонтів, на яких спостерігається перевищення ГДК за зазначеними показниками якості вод, виділяються як забруднені, що містять воду непридатну для пиття населення [4]. Вживання населенням забруднених вод водоносних горизонтів гнітюче діє на здоров'я людини, ріст рослин і тварин.

З цих позицій нами проводилася оцінка якості вод вищевказаних експлуатаційних водоносних горизонтів.

Води сучасно-четвертинного алювіально водоносного горизонту є прісними з мінералізацією 0,3-0,7 г/дм3. Основний хімічний тип води - гідрокарбонатно кальцієво-натрієвий або натрієво-кальцієвий (табл.1). Загальна жорсткість вод змінюється від 4 до 9 ммоль/дм3, тобто води помірно-жорсткі і тверді. У всіх водопунктах у воді присутня в невеликій кількості (до 0,7 мг/дм3) амонійний азот (NH4 +), відзначається зростання його концентрації у поодиноких свердловинах до 1,04-1,5 мг/дм3, що не перевищує ГДК питного ГОСТу.

Зміст нітритів (NO2 -) досить низька - 0,2 мг/дм3, однак помітно зростають нітрати (NO3 -). У ряді свердловин, у воді концентрація складає 32 мг/дм3. Відзначається підвищений вміст заліза.

Води верхнечетвертічного алювіально водоносного горизонту так само, як і попереднього, прісні з мінералізацією 0,5-0,7 г/дм3, а основний хімічний тип води гідрокарбонатні кальцієвий.

Загальна жорсткість становить 7,4-13,2 ммоль/дм3. Води жорсткі і досить жорсткі. За водневого показника (рН) активна реакція середовища слабокисла (рН 6,6-6,9). Рухомі форми азоту характеризуються концентрацією амонійного азоту (NH4 +) -- 0,2-0,7 мг/дм3 і підвищеною концентрацією нітратів до 35,5 мг/дм3.

Води АПТ-неокомських водоносного горизонту по мінералізації відносяться до прісних. Мінералізація становить 0,2-0,5 г/дм3. Хімічний тип води аналогічний водам верхнечетвертічного водоносного горизонту, гідрокарбонатні кальцієвий (табл.1). Ступінь жорсткості вод трохи нижче, ніж у вишезалегающіх водоносних горизонтів і становить 2,7-6,5 ммоль/дм3. Води умеренножесткіе. Концентрація рухомих форм азоту не перевищує 0,2-0,5 мг/дм3. Є залізо у підвищених кількостях на окремих ділянках про що буде сказано нижче.

Таким чином грунтові води розглянутих горизонтів за показниками якості відповідають вимогам питного ГОСТу за винятком жорсткості та заліза.

Дослідження характеру розміщення хімічних типів підземних вод в плані річкової долини і пов'язані з цим закономірності зміни мінералізації дозволили намітити шляхи гідрогеохімічних зональності. Так, в нижній течії р.. Дівчата від гирла до с. Бахчеево заплава зайнята гідрогеохімічних зоною гідрокарбонатних кальціевонатріевих вод, яка дрібними фрагментами в одиничних випадках переривається у зв'язку з появою у водах підвищеного вмісту хлоридів. Дана обставина пояснюється впливом геоморфологічного фактора. Глибокий вріз річкової долини в корінні породи розкриває відкладення не тільки четвертинної, крейдяний систем, а й девонської і таким чином визначає інтенсивний винос і змішання складу вод гідравлічні взаємопов'язаних різнойменних водоносних горизонтів. Поява хлоридів в окремих водопунктах може мати зв'язок не тільки з впливом вод нижніх горизонтів, але і з поверхневим забрудненням грунтів від тваринницьких господарств.

Вище за течією річки від п. Петровські Висілки розміщується гідрогеохімічних зона гідрокарбонатних кальцієвих вод. Вона займає площі середньої течії річки і захоплює лівобережний і правобережний вододіли. Результати хімічних аналізів проб води свідчать, що хімічний склад води більш однорідна; ніж у першому гідрогеохімічних зоні. Мінералізація води змінюється від 0,4 до 0,7 г/дм 3, помітно збільшується по підземному стоку від вододілів до русла ріки.

На сельбищних ділянках (с. Хохол) у грунтових водах цієї зони в помітному кількості з'являються хлориди. Зазвичай їх концентрування у воді збігається з сільськими колодязями, і таким чином визначається поверхневим забрудненням.

В грунтових водах річкової долини Дівиці спостерігаються мікроелементи. Незважаючи на малі концентрації в підземних водах їх роль у формуванні якості вод і екологічний стан гідросистем досить значна. Багато мікроелементи, наприклад, важкі метали (Mn, F, Fe, Alост.) роблять безпосередній вплив на організм людини.

Для підземних вод, які використовуються для питного водопостачання населення обов'язкове характеристика мікроелементів, обмежених ГОСТом 2874-82 "Вода питна". У число гостірованних мікроелементів входять Fe, F, Mn, Pb, Cu, Zn, Mo, Sr, As, Be, Se. На розглянутій території з перелічених мікроелементів у грунтових водах виявлені Fe, F, Zn, Pb, Mn, Cu, Sr. Широким поширенням користуються Fe, F і Mn, і менш поширені Zn, Pb, Cu і Sr. Концентрація мікроелементів сучасно-четвертинного, верхнечетвертічного і АПТ-неокомських водоносних горизонтів представлені в таблиці 2.

Як свідчать фактичні дані концентрація загального заліза в більшості свердловин і колодязів вище ГДК (0,3 мг/дм3) і змінюється від 0,42 до 0,54 мг/дм3.В деяких водопунктах її концентрація становить 4-5 ГДК. У воді колодязів і свердловин присутній марганець, що перевищує норми ГОСТу в 5-6 разів. Мікроелементи: F, Pb, Zn, Cu, Sr у грунтових водах містяться в концентраціях допустимими нормативними значеннями ГОСТу.

Аналіз розповсюдження мікроелементів у грунтових водах свідчить про процеси формування комплексних гідрогеохімічних аномалій (Fe, жорсткість, марганець). Нами проводилася оцінка якості питних вод на основі двох якісних показників - Fe і жорсткості, що є основними забруднювачами грунтових вод річкової долини. По-перше, якість вод ранжирувалися у двох категоріях: I (перший) і II (друга). Грунтові води I категорії містять залізо і жорсткість в кількостях вище фонових значень їх, але трохи менше показників ГДК. Ця категорія вод виділена нами як умовно забруднені води. II категорія -- води містять залізо і жорсткість в концентраціях вище значень ГДК. Ця категорія вод оцінювалася як забруднені води.

По-друге, виявлялися масштаби забруднення грунтових вод. У зв'язку з цим провівши територіальний аналіз розміщення вод I і II категорії, виділялися гідрогеохімічні поля забруднених і умовно забруднених вод.

В зв'язку з цим нами побудована просторова еколого-гідрогеохімічних модель взаємозв'язку грунтових вод I і II категорії (рис.2). На карті гідрогеохімічних полів площі розповсюдження забруднених вод (II категорія), носять вогнищевий характер. Джерелами формування забруднених вод на досліджуваній території можуть бути стічні води підприємств Семілукского і Хохольского районів. Наприклад, АТ "Актив", молокозавод, АТВТ "Зерно" в п. Хохол, Семілукскій вогнетривкий завод, підприємства харчової промисловості м. Смалько, тваринницькі господарства, і, нарешті, приватний сектор населених пунктів з відсутністю колекторної мережі для хозбитових і фекальних стоків. Дані об'єкти здійснюють скидання стічних вод в поверхневі водойми або на поля фільтрації в долині р.. Дівиця (табл. 3). Стічні води, потрапляючи в поверхневі водойми і в річку Дівиця, викликають хімічне забруднення сульфатами, хлоридами, азотними сполуками тощо, що неминуче призводить до формування гідрогеохімічних полів II категорії у грунтових водах, які мають природне гідравлічну взаємозв'язок з поверхневими водними системами особливо там, де відсутня витримані водоупори. Отже, річкова долина р.. Дівиці потребує першочергові заходи з охорони підземних вод від забруднення [5]. Несвоєчасне усунення витоків промсточних вод, відсутність профілактичних заходів щодо санітарнотехніческому станом джерел водопостачання території визначає несприятливий вплив питних грунтових вод на формування якості життя населення долини р.. Дівчата.

Таблиця 2

Зміст мікрокомпонентів в грунтових водах

Рис.2. Схематична карта еколого-гідрогеохімічних моделі якості грунтових вод: 1 - HCO3Ca; 2 - HCO3CaNa; 3 - умовно-забруднені води; 4 - забруднені води; 5 - Межа поля.

Таблиця 3

Скидання у поверхневі водні об'єкти забруднюючих речовин у складі стічних вод

Список літератури

1. Чубірко М.І. Регіональні екологічні проблеми та забезпечення санітарно-епідеміологічного благополуччя населення на території Воронезької області// Екологія, безпека життя. -Воронеж, 1999. -С.6-8.

2. Смирнова А.Я., Умнякова Л.В., Гольдберг В.М. Грунтові води і їх природна захищеність від забруднення на території Воронезької області. -Воронеж, 1986. -108с.

3. ГОСТ 2874-82 "Вода питна".

4. Гольдберг В.М. Взаємозв'язок забруднення підземних вод та природного середовища. -Л., 1987. -С. 8-49.

5. Смирнова А.Я. Екологія та охорона поверхневих і підземних вод від антропогенного впливу в регіоні ЦЧО: Автореф. дис. ... д. географ. н. -М., 1997. -67с.

Для підготовки даної роботи були використані матеріали з сайту http://www.vestnik.vsu.ru