Перспективи використання бат-келловейского водоносного комплексу юрських відкладень для водопостачання населення в Бєлгородської області

Плешкова О.М., Смирнова А.Я.

Розглядаються перспективи використання бат-келловейского водоносного комплексу в Бєлгородської області.

Оцінюється його екологічний стан.

Антропогенний вплив на навколишнє середовище в останнє десятиліття призвело до забруднення атмосфери, гідросфери та літосфери.

Повітряний басейн, поверхневі і підземні води, грунти, гірські породи великих промислових центрів і малих міст містять токсичні для людини речовини (Pb, Fe, Mn, Zn, Cu, Ni, Cd і ін), концентрація яких нерідко перевищує допустимих значень для сфери проживання людини [5].

В Бєлгородської області для промислового, комунально-господарського та питного водопостачання населення використовуються підземні води переважно сучасного, четвертинного і Альба-сеноманського водоносних горизонтів. За даними Центрального регіонального геологічного центру (ЦРГЦ) Міністерства природних ресурсів РФ водоспоживання підземних вод у Білгородській області станом на 1996 р. склало 883,6 тис. м3/сут. [1]. Однак існує деякий дефіцит у водопостачанні населення водою питної якості.

В Останніми роками дослідження з оцінки екологічного стану водоносних горизонтів показали, що вони активно забруднюються нітратами, залізом; підвищена понад нормативів загальна жорсткість [5]. З огляду на неблагополучний для здоров'я населення якість вод сучасних, четвертинних відкладень, зниження рівня вод альбом-сеноманського горизонту через інтенсивної його експлуатації, перед гідрогеологами ставиться питання про новий додаткових джерел водопостачання населення.

В метою раціонального використання підземних вод велике значення має розвідка і введення в експлуатацію нових вододжерел, які забезпечували б потребу населення та промисловості у водних ресурсах.

Таким вододжерел на наш погляд може служити що залягає нижче по гідрогеологічному розрізу бат-келловейскій водоносний горизонт.

В гідрогеологічному відношенні Бєлгородська область з площею близько 27,1 тис. км2 розташована в північно-східній частині Дніпровсько-Донецького артезіанського басейну.

Клімат області в цілому умеренноконтінентальний з теплим літом і прохолодною зимою. Середньорічна температура повітря досягає 6,3 - 6,9 ° С. Середній багаторічний кількість атмосферних опадів становить 450 - 590 мм/рік. На території області протікають річки басейну Дону та Дніпра. Всього в Бєлгородської області налічується 466 водотоків з сумарною довжиною 3807 км. До великих річках відносяться рр.. Оскол, Сіверський Донець, Тиха Сосна і Ворскла. Решта - так звані малі річки: Нежеголь, Айдар, Котел. Це мілководні звивисті річки, з повільним спокійною течією.

Білгородська область дуже слабо забезпечена водними ресурсами, тому велике значення має будівництво ставків і водосховищ. Для водопостачання м. Білгорода використовуються підземні води. Щоб виключити використання підземних вод для технічних цілей на річці Сіверський Донець побудовано Белгородское водосховище. Для водопостачання Старооскольському металургійного комбінату на річці Оскол було споруджено Старооскольському водосховище.

Підземні води є основним джерелом питного водопостачання населення. Затверджені ДКЗ і ТКЗ експлуатаційні запаси підземних вод складають 1235 тис. м3/сут. Використовується 38% [1].

Перспективний бат-келловійскій водоносний комплекс поширений повсюдно. Виходи його на земну поверхню спостерігаються в північно-західних схилах ВКМ. Тут вони прикриті малопотужними шарами четвертинних порід. Водоносний комплекс поступово занурюється у напрямку до осі Дніпровсько-Донецького артезіанського басейну. У північно-східній частині області глибина залягання покрівлі становить 0 - 8м, а потім вона збільшується в районі г.Валуйкі до 248м, а до району м.Білгород до 454км. Горизонт містить напірні води.

Взаємозв'язок водоносних горизонтів і водоупоров вказана в таблиці 1. Велика роль при рекомендаціях з метою водопостачання водоносного комплексу належить результатами дослідження не тільки по водообілію горизонту, але і якості підземних вод, оцінки екологічного стану водоносного комплексу.

Хімічний склад води, як відомо, формується за рахунок інфільтрації, що живлять водоносний комплекс атмосферних опадів, гірських порід і техногенних впливів.

На формування хімічного складу вод бат-келловейского горизонту надають вплив джерела, речовини, природні та техногенні фактори, комплекс фізико-хімічних процесів. В якості фізико-хімічної моделі форміроваТабліца 1

Зведений гідрогеологічний розріз мезо-кайнозойських відкладень Бєлгородської області

Таблиця 2

Джерела надходження елементів у підземні води

ня компонентного складу підземних вод для досліджуваних водоносних комплексів розглядаються: речовини атмосферних опадів; водовмещающіе породи; гази; підземні води глибинних водоносних комплексів, антропогенні речовини.

Речовини атмосферних опадів внутріконтинентальних платформних регіонів переважно з гумідних кліматом, віддалених від морських акваторій, не є джерелом компонентного складу підземних вод [2,5]. Атмосферні опади характеризуються мінералізацією менше 100мг/дм3, що часто в десятки і більше разів нижче мінералізації підземних вод з гідрокарбонатних кальцієво-магнієвим складом.

В як головний і повсюдного джерела формування компонентного складу розглядаються гірські породи зони аерації та зони насичення. Вони постачають в воду переважна кількість аніонів і катіонів. Проте різні за літологічного складу породи неоднозначні за набором і характером аніонів і катіонів, що надходять у воду.

В таблиці 2 наведена загальна систематизація порід Бєлгородської області як джерел компонентів підземних вод.

Таким чином, на формування хімічного складу підземних вод впливатимуть літологічні особливості водовмещающіх товщ верхнього та нижнього структурно-гідрогеологічних поверхів, що виділяються в гідрогеологіческоі розрізі Бєлгородської області. Породи, що складають ці поверхи, переважно є теригенно-карбонатними. З теригенних піщано-глинистих і карбонатних порід у підземну воду надходять такі компоненти як HCO3 -, Сa2 +, SO4 2 -, Mg2 +, Cl-і Na +.

З теригенних порід, у яких переважають піщані різниці крім HCO3 - у воду надходять SO4 2 -, Ca2 +, Mg2 +. З теригенних піщано-глинистих порід, де переважають останні, збагачені іонно-сольовим і обмінним комплексами, підземні води одержують Cl-і Na +. З карбонатних порід у воду надходять компоненти, головними з яких є Ca2 +, HCO3 - і Mg2 +.

Кисень і вуглекислий газ найбільш активно беруть участь у формуванні компонентів підземних вод. Перший - атмосферного походження, другий - атмосферного і біогенного. Кількість атмосферного вуглекислого газу в підземних водах невелика, відповідає парціальному тиску в атмосфері (PCO2) близько 10-3,5 атм. Парціальний тиск вуглекислого газу, що утворюється біохімічним шляхом у грунтах, становить у грунтових водах 10-1,0-100,5 атм. У підземних водах воно зростає до величин PCO2 = 10-1,5-10-2,0 атм. За участю кисню у водах формується SO4 2 -, вуглекислого газу - HCO3 -. Загальним умовою для обох газів є окислювальна обстановка, властива зоні активного водообміну, де рівною мірою потенційно активні і кисень, і вуглекислий газ. Однак реальну участь кожного газу визначається літологогеохіміческімі особливостями порід. Кисень потрібен для формування складу вод, що взаємодіють з породами, збагачені сульфідними мінералами. Вуглекислий газ є присутнім при взаємодії вод з усіма речами теригенних і карбонатних порід, крім гіпсу і ангідриту. Для виявлення закономірності формування хімічного складу підземних вод бат-келловейского водоносного комплексу за наявними фактичним даними була проведена статистична обробка результатів аналізу проб води (табл. 3).

Як видно розглянутий водоносний комплекс в межах району робіт повсюдно характеризується розвитком прісних підземних вод із загальною мінералізацією від 0,3 до 0,8 г/л.

Мінералізація води пов'язана в основному з HCO3-іоном, так як його кількість у воді досягає 64-74%. Велика роль належить і кальцію, вміст якого досягає 66-85%. Переважання вод гідрокарбонатно кальцієвого складу з мінералізацією 0,4-0,5 г/л спостерігається в області харчування комплексу, що збігається з центральними частинами вододілів північно-західній частині ВКМ.

Джерелом HCO3 - і Ca2 + тут, ймовірно, є піщані алюмосилікатні породи з карбонатною цементом. Зміст HCO3-іона змінюється від 231,8 до 488,0 мг/дм3, а Ca2 + від 94,8 до 137,0 мг/дм3.

Зростання у водах хлоридів і натрію наголошується на ділянках, де розташовані поблизу поховані долини, врізані в девон або карбон, або, де в результаті підйому покрівлі кристалічного фундаменту можлива взаємозв'язок бат-келловейского водоносного комплексу з водами докембрію.

Таблиця 3

Таблиця хімічного складу вод бат-келловейского водоносного комплексу території Бєлгородської області

Таблиця 4

Характеристика гостіруемих компонентів у воді бат-келловейского водоносного комплексу

Зміст хлоридів змінюється від 70,29 до

237,0 мг/дм3, а вміст (Na + + K +) коливається в межах 69,0-206,67 мг/дм3.

В Загалом за хімічним складом води бат-келловейского водоносного комплексу гідрокарбонатні кальцієві і гідрокарбонатні натрієві. Окремими свердловинами району Чернянського родовища розкриті гідрокарбонатно-натрієві сульфатні води. Вміст сульфатів у воді бат-келловейского комплексу очевидно пов'язано з розкладом піриту, скупчення якого відзначають в піщано-глинистих відкладеннях юрського віку [3]. Відмітною особливістю є те, що хімічний склад вод бат-келловейского комплексу не залишається постійним. Так, в районі Яковлевська родовища в 1958 р. одна з свердловин розкрила воду гідрокарбонатно-сульфатного натрієво-кальцієвого типу з мінералізацією 0,4 г/дм 3, (Na + K) 63Ca24 M HCO368SO423 0,4. Хімічний аналіз проби води, відібраної з цієї ж свердловини в 1961 р., вказав на трансформацію складу, пов'язану з появою хлоридів (Na + K) 94 M HCO354Cl33 0,3, тобто вода стала гідрокарбонатно-натрієвої хлоридної з мінералізацією 0,3 г/дм 3. Подібне зміна складу в процесі експлуатації спостерігалося і по інших свердловинах. Імовірно, зміна складу та мінералізації води пояснюється впливом техногенного чинника. Тривала експлуатація забезпечила, мабуть, підтік вод із суміжних горизонтів в багатьох свердловинах досліджуваної території. У міру занурення водоносного комплексу почався перехід гідрокарбонатних кальцієвих вод в гідрокарбонатні натрієві з підвищеним вмістом сульфатів, що пов'язане зі зміною умов водообміну і, отже, метаморфізаціей вод, характерною для зони утрудненого водообміну. Дослідження мезо-та мікрокомпонентного складу вод показали, що залізо у водах звичайно відсутнє, але в окремих свердловинах його зміст може досягати 2,4 мг/дм3. У деяких свердловинах відзначається підвищений вміст амонію (NH4 +) до 2,0-3,0 мг/дм3. Нітрати присутні в кількостях від 0,02 - 0,5 мг/дм3 до 1,6 мг/дм3. Загальна жорсткість коливається від 4,01 до 10,64 ммоль/дм3. У складі порід водовмещающей товщі спектральним аналізом виявлено наявність титану, вольфраму, хрому, нікелю, кобальту, свинцю, стронцію, барію, марганцю з найбільшим їх вмістом в глинах. Наявність цих мікрокомпонентів, мабуть, значною мірою визначає їх фонові вмісту у воді комплексу. З мікробіологічних показників при проведення санітарного аналізу визначався коли-титр. Отримані дані цілком задовільні. Колі-титр менше або дорівнює 3, що відповідає достатньо чистій воді. За прийнятим стандартом, бактеріологічно нешкідливої вважається вода, що має коли-титр не більше 3 для міст Росії [4]. Для екологічної оцінки води з метою водопостачання населення, наявні дані за хімічним складу підземних вод бат-келловейского водоносного комплексу порівнювалися з вимогами ГОСТу 2874-82 "Вода питна" (табл. 4). Надлишок концентрації будь-якого компонента води, понад нормованої, вказує на забруднення вод питного призначення.

Як видно з таблиці, за деякими компонентів спостерігаються відхилення в концентраціях від вимог ГОСТу "Вода питна", тому перед вживанням воду необхідно буде піддавати знезалізнення. Зміст іона NH4 + за ГОСТу "Вода питна" не повинно перевищувати слідів а, у водах бат-келловейского комплексу воно іноді досягає 3,0 мг/дм3. Непостійної для вод комплексу є і жорсткість. Вона коливається в широких межах від 4,01 до 10,64 ммоль/дм3, у той час як по ГОСТу "Вода питна" жорсткість повинна бути дорівнює 7,0 ммоль/дм3. Тому перед вживанням воду в окремих місцях необхідно буде піддавати специфічним обробок.

В Загалом же, підземні води бат-келловейского водоносного комплексу в перспективі є чудовим джерелом для водопостачання Бєлгородської області. Якість води хороше, режим в основному залежить від кліматичних факторів.

Список літератури

1. Лазаренко В.Н., Григорьева З.І. Сучасний стан господарсько-питного водопостачання населення Центрального і Центрально-Чорноземного районів// Геол. Вестн. Центральних районів Росії. -1998. - № 2-3. -С. 18-21.

2. Смирнова А.Я. Екологія та охорона поверхневих і підземних вод від антропогенного впливу в районі ЦЧО: Дисс. у вигляді наук. докл. ... докт. географ. наук .- М, 1997. -87 С.

3. Питна К.Є. Гідрогеоекологіческіе дослідження в районах нафтових і газових родовищ. -М., 1999. -С.78-79.

4. Довідник гідрогеолога. -М., 1962. -С.153-178. 5. Формування прісних підземних вод Волго-Камського артезіанського басейну/Ред. К. Е. питної. -М, 1986. -С.28-34.

6. Доповідь про стан навколишнього природного середовища Бєлгородської області у 1995 р. / Ред. Е. Г. Глазунов. -Бєлгород, 1996. -С.10-16.

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