На правах рукописи

Летин Андрей Леонидович ПРИРОДНО-АНТРОПОГЕННЫЕ УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ОПТИМИЗАЦИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НА ЮГЕ ЦЕНТРАЛЬНО-ЧЕРНОЗЕМНОГО РЕГИОНА 25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Воронеж - 2009 2

Работа выполнена на кафедре физической географии Воронежского государственного педагогического университета

Научный консультант: доктор географических наук, профессор Смольянинов Владимир Митрофанович

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор Мишон Виталий Михайлович кандидат географических наук Дегтярь Александр Владимирович

Ведущая организация: Управление Федеральной службы по надзору в сфере природопользования (Росприроднадзора) по Воронежской области, г. Воронеж

Защита состоится л 12 мая 2009 г. в 1530 часов на заседании диссертацин онного совета ДМ 212.036.02 при Воронежском государственном педагогичен ском университете, по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, д. 86, ауд. 408.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке научных работников ВГПУ по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86, к. 34.

Автореферат разослан л 12 апреля 2009 г.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах, заверенных печатью) прон сим направлять по адресу: 394043, г. Воронеж, ул. Ленина, 86. Естественногеографический факультет, ученому секретарю диссертационного совета ДМ 212.036.02. Факс: 8 (4732) 55-19-49. E-mail: shmykov@vspu.ac.r u

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат географических наук, доцент В.И. Шмыков 3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Приоритетной задачей устойчивого разн вития любого региона Российской Федерации является обеспечение населения, промышленных и сельскохозяйственных объектов водными ресурсами, главн ным образом, из подземных горизонтов, в необходимом количестве и норман тивного качества. Управление ресурсами подземных вод происходит по админ нистративному принципу, т.е. через субъекты федерации, а изучение природн ных условий проводится с учетом бассейнового подхода. Поэтому в современн ных условиях необходимо сочетание административного и бассейнового принн ципов управления, которое декларируется Водным кодексом РФ (ст. 69), но не реализуется на практике. В регионах с интенсивным антропогенным пресн сингом на природную среду при решении проблемы водопользования решаюн щее значение имеет гидрогеологическая оценка состояния горизонтов подземн ных вод зоны активного водообмена. В настоящее время отмечается низкая эффективность природоохранной деятельности, в результате происходит нарун шение функций гидрогеологических систем, изменение их режима и ухудшен ние качества вод.

К таким регионам относится юг Центрально-Черноземного региона, где ведется интенсивная и разноплановая хозяйственная деятельность человека и существует природная предрасположенность территории к возникновению водно-экологических проблем, решение которых возможно на основе комплексных гидрогеологических исследований.

Таким образом, в современных условиях природопользования для юга Центрально-Черноземного региона, т.е. для Белгородской и южных районов Воронежской областей, комплексная оценка гидрогеологической ситуации и разработка методологии решения проблемы управления ресурсами подземных вод являются наиболее актуальными.

Целью исследования является комплексная оценка природно-антропон генных условий формирования подземных вод зоны активного водообмена для разработки мероприятий по оптимизации водоснабжения на юге ЦентральноЧерноземного региона.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Провести анализ методологических и методических подходов изучения рен сурсов подземных вод для разработки алгоритма исследования.

2. Выявить природные факторы формирования подземных вод юга Центральн но-Черноземного региона для оценки их естественного потенциала.

3. Дать характеристику основных водоносных горизонтов подземных вод исн следуемой территории.

4. Определить степень антропогенного воздействия на горизонты подземных вод района исследования для определения структуры водопотребления.

5. Осуществить районирование исследуемой территории по степени деградан ции подземных вод для разработки механизмов управления их природноресурсным потенциалом.

6. Обосновать комплекс мероприятий по оптимизации водоснабжения юга Центрально-Черноземного региона.

Объектом исследования являются горизонты подземных вод зоны акн тивного водообмена юга Центрально-Черноземного региона.

Предметом исследования являются природно-антропогенные условия формирования подземных вод, а также их мониторинг для управления рен сурсным потенциалом этих вод на юге Центрально-Черноземного региона.

Теоретической основой работы являются труды отечественных и зарун бежных ученых: К.П. Воскресенского, В.А. Всеволожского, В.М. Гольдберга, В.Г. Глушкова, А.А. Дубянского, В.М. Смольянинова, А.Я. Смирновой, А.А.

Жорова, И.С. Зекцера, Б.И. Куделина, А.Б. Лисенкова, М.И. Львовича, Ф.А.

Макаренко, W.C. Walton, J. Margat, D.K. Todd, R.A. Freeze, P.W. Manson и др., которыми разработаны теоретические аспекты взаимосвязи подземных и пон верхностных вод, методики оценки ресурсов подземных вод и степени их зан щищенности от загрязнения.

Методологической основой является использование методов: сравнин тельно-географического, аналитического, картографического, статистического, факторного анализа, главных компонент, системы бального расчета и методов полевых исследований.

Исходные материалы. В основу диссертационной работы положены ман териалы Управлений Федеральной службы по надзору в сфере природопользон вания (Росприроднадзора) по Воронежской и Белгородской областей, ГП Вон ронежгеомониторинг, Белгородгеомониторинг, материалы кафедры физин ческой географии ВГПУ, результаты полевых и камеральных работ, проведенн ных автором на территории Воронежской и Белгородской областей.

Научная новизна и теоретическая значимость исследования заключан ется в разработке и реализации методики анализа природно-антропогенных условий формирования подземных вод и оптимизации водоснабжения в регион нах с интенсивным антропогенным воздействием на природную среду на оснон ве административно-бассейнового подхода.

Впервые проведено районирование юга Центрально-Черноземного региона по степени деградации подземных вод, дана оценка условий строин тельства водозаборов с искусственным пополнением подземных вод. Разрабон таны рекомендации, направленные на уточнение работы системы мониторинга подземных вод и управления их состоянием на маргинальных территориях.

Достоверность результатов обеспечивается системным подходом к изучению подземных вод активного водообмена и современными методами исследования; репрезентативным массивом собранной достоверной систематин зированной информации; картографическим материалом. Обработка материан ла проводилось с помощью компьютерных программ: CorelDRAW 7, MapInfo Professional 7.8 SCP, Adobe Photoshop 5.5 и программы статистического аналин за STATISTIKA 6.0.

Практическая значимость работы определяется возможностью исн пользования полученных результатов для оптимизации использования рен сурсного потенциала подземных вод в регионе. Системы картографических моделей позволяют выявлять природные и антропогенные условия формирован ния гидрогеологических систем и прогнозировать гидрогеоэкологическую син туацию на юге Центрально-Черноземного региона. Эти модели используются в Управлениях Росприроднадзора Воронежской и Белгородской областей при координации работы системы мониторинга подземных вод на маргинальных территориях. В настоящее время материалы исследований используются в Вон ронежском государственном педагогическом университете на естественно-геон графическом факультете в учебном курсе Основы общего землеведения, Геология, при проведении учебно-полевых практик по гидрологии, геоморн фологии и геологии.

Основные защищаемые положения:

1. Методология изучения условий формирования подземных вод для опн тимизации водоснабжения в регионах с интенсивной антропогенной нагрузкой на природную среду.

2. Результаты оценки антропогенного прессинга и районирование юга Центрально-Черноземного региона по уровню загрязнения подземных вод.

3. Районирование юга Центрально-Черноземного региона по степени ден градации подземных вод для разработки водоохранных мероприятий.

4. Результаты оценки условий строительства водозаборов с искусственн ным пополнением подземных вод (ИППВ) для оптимизации водоснабжения в районе исследования.

5. Рекомендации по оптимизации водоснабжения на юге ЦентральноЧерноземного региона для разработки механизмов управления состоянием гон ризонтов подземных вод.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на XIV молодежной Всероссийской научной конференции Геон графические идеи как инструмент познания окружающего мира (Иркутск, 2001), III региональной научно-практической конференции студентов Проблемы регионального природопользования и методика преподавания естественных наук в средней школе (Воронеж, 2001), на заседаниях Воронежн ского отдела Русского географического общества (Воронеж, 2002, 2004), IV региональной научно-практической конференции студентов Проблемы регион нального природопользования и методика преподавания естественных наук в средней школе (Воронеж, 2003), VI Международной научно-практической конференции Опыт и проблемы природопользования при реализации презин дентских программ в Центральном Черноземье России (Воронеж, 2006), III Межрегиональной научно-практической конференции Экология и рациональн ное природопользование (Воронеж, 2007), Всероссийской научно-практичен ской конференции, посвященной 180-летию со дня рождения П.П. СеменоваТян-Шанского Научное наследие Петра Петровича Семенова-Тян-Шанского и его роль в развитии современной науки (Липецк, 2007). По теме диссертан ции опубликовано 12 работ, в том числе две работы - в периодических изданин ях, соответствующих списку ВАК РФ.

ичный вклад автора заключается в сборе, обработке и анализе данных, использовавшихся при написании диссертационной работы; в проведении пон левых исследований; в обобщении статистического материала и его обработке;

в выполнении научной интерпретации полученных результатов; в разработке методологии комплексного анализа степени деградации подземных вод зоны активного водообмена; в разработке рекомендаций по оптимизации водоснабн жения на юге Центрально-Черноземного региона.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка использованных литературных источников, включан ющего в себя 215 наименований, приложения. Общий объем работы - страница. Основной текст содержит 10 таблиц и 25 рисунков.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ВЫВОДЫ ДИССЕРТАЦИИ 1. Методология изучения условий формирования подземных вод и оптимизации водоснабжения в регионах с интенсивной антропогенной нан грузкой на природную среду.

Нами предлагается алгоритм исследования гидрогеологических систем, построенный на основе административно-бассейнового принципа и включаюн щий в себя шесть этапов (рис. 1).

На первом этапе исследования анализируется накопленный опыт изучен ния подземных вод в нашей стране и зарубежом. В разработку методов оценки подземного стока значительный вклад внесли М.И. Львович, Б.И. Куделин и другие. Проблема геологической защищенности подземных вод раскрыта в ран ботах А.П. Белоусовой, О.В. Галактионовой, В.М. Гольдберга, А.Я. Смирнон вой, А.И. Григорьевой, Л.В. Умняковой, В.А. Мироненко, В.Г. Румынина.

Опыт применения систем искусственного пополнения подземных вод на гон родских водозаборах и для орошения земель анализируется по работам В.М.

Смольянинова, Н.А. Плотникова, Т.В. Бурчака, И.Н. Егоровой, К.И. Сычева, В.С. Усенко, Н.Н. Фаворина.

На втором этапе диссертационной работы описываются природные и антропогенные факторы, с последующим районированием исследуемой террин тории по условиям формирования горизонтов подземных вод.

На третьем этапе исследования дается оценка и прогноз ресурсов подн земных вод основных водоносных горизонтов с помощью методов статистичен ского анализа и картографирования. На основе работ А.Я. Смирновой, В.М.

Гольдберга, В.М. Смольянинова, А.И. Григорьевой, Л.В. Умняковой оцениван ется степень геологической защищенности подземных вод зоны активного вон дообмена исследуемого региона от загрязнения.

Четвертый этап включает выявление степени антропогенного воздейн ствия: определение источников антропогенного прессинга, современной струкн туры водопотребления, нарушенности режима подземных вод. Составляются карты современной структуры водопользования и степени загрязнения основн ных водоносных горизонтов подземных вод исследуемого региона.

На пятом этапе по результатам анализа материала, полученного на прен дыдущих стадиях исследования, намечается проведение районирования региоОбработка теоретического, методологического материала исследования Х аналитический метод Анализ условий формирования подземных вод Х сравнительно-географический метод Х метод выделения ведущего фактора Районирование подземных вод по условиям формирования Х метод кластерного анализа Х метод картографирования Оценка и прогноз эксплуатационных ресурсов основных водоносных горизонтов подземных вод Х метод статистического анализа Х метод картографирования Выявление степени антропогенного прессинга:

определение источников воздействия, структуры водопотребления, нарушенности режима подземных вод Х аналитический метод Х статистический метод Х метод картографирования Районирование исследуемого региона по степени деградации подземных вод Х метод главных компонент Х система бального расчета (СБР) Х метод картографирования Корректировка программы мониторинга подземных вод:

водорегулирующие и водоохранные мероприятия.

Анализ условий строительства водозаборов с искусственным пополнением подземных вод (ИППВ) Х аналитический метод Х метод картографирования Выводы и рекомендации Рис. 1. Алгоритм исследования гидрогеологических систем по административно-бассейновому принципу (разработан автором) I II этап этап III этап IV этап V этап VI этап на по степени деградации подземных вод с помощью модели системы бальнон го расчета (СБР).