Геоэкологическая безопасность хозяйственно-питьевого водопользования в верхнем и среднем приобье
| Вид материала | Автореферат |
- План мероприятий по повышению надежности и обеспечению устойчивости работы системы, 41.52kb.
- Тематический план лекций по коммунальной гигиене на 7 семестр 2011-2012 уч года для, 19.99kb.
- 2. Наименее надежны в санитарном отношении водоисточники, 186.25kb.
- Правительство республики алтай постановление, 81.43kb.
- "Инструкция по подготовке и работе систем хозяйственно-питьевого водоснабжения в чрезвычайных, 906.88kb.
- Предприятие сертифицировано, 409.92kb.
- 2 состояние подземных вод, 833.54kb.
- Инструкция по подготовке и работе систем хозяйственно-питьевого водоснабжения в чрезвычайных, 895.25kb.
- Градостроительный кодекс российской федерации, 2584.06kb.
- Гигиеническая оценка хозяйственно-питьевого водоснабжения населения Республики Алтай, 371.81kb.
Обобщая вышесказанное, представим в виде схемы (рис.2) факторы, в результате влияния и взаимодействия которых может быть оптимизирована водохозяйственная деятельность в целях экологически безопасного водопользования.
Рис.2. Экологическая оптимизация водохозяйственной деятельности
Анализ и обобщение информации по водно-экологическим проблемам региона в контексте геоэкологической безопасности водопользования предопределили поставленные нами цели и задачи исследований.
В главе 2 сделан аналитический обзор научных и научно-технических литературных источников, а также полученных автором данных, отражающих геоэкологическое состояние водных ресурсов исследуемой территории с целью выявления перспективы развития водоснабжения и осуществления водоохранной деятельности в регионе. На основе геоэкологических свойств подземных вод выполнено ранжирование загрязнителей воды с учетом их физико-химических свойств и реакционной способности. Разработан региональный классификатор оптимальных технологий водоподготовки, согласованных с физико-химическим составом, реакционной способностью примесей подземных вод.
Большая часть рассматриваемой территории находится в зонах умеренно и резко континентального климата с длинной, холодной зимой и коротким летом. Особенностями физико-географических условий региона являются протяженность в меридиональном направлении, близость Крайнего Севера, открытость территории с севера, юга и юго-запада, ярко выраженная зональность ландшафта и климата, большое разнообразие составов и свойств вод в природных водных системах. Особенностями физико-географических условий региона являются открытость с севера, юга и юго-запада, ярко выраженная зональность ландшафта и климата, плоский рельеф, замедленный сток рек, разнообразие состава и свойств вод в природных водных системах. Избыточное увлажнение, связанное с большим годовым количеством осадков и малым испарением, обусловило высокую заболоченность, которая на севере в таежной зоне достигает 50%. Климатические факторы, рельефные особенности, болотные условия питания поверхностных и подземных вод играют решающую роль в формировании основных геохимических свойств водных ресурсов региона.
Химический состав, состояние и свойства природных вод формируются и изменяются под влиянием природных, техногенных и техногенно-природных процессов, развивающихся на глобальном, региональном и локальном уровнях.
Западно-Сибирский артезианский бассейн в пределах верхнего гидрогеологического этажа, несмотря на имеющиеся отличия количественного и качественного состава отдельных бассейнов стока, является единой гидрогеологической структурой. Это крупнейший источник пресной воды. Для водоснабжения главным образом используются воды палеогеновых, частично неоген-четвертичных отложений.
В Верхнем Приобье (в Омской и на юге Тюменской области, частично – в Новосибирской, Кемеровской областях и в Алтайском Крае) из двух используемых источников питьевых вод - поверхностных и подземных - первым до сих пор отдается предпочтение. Это связано с их доступностью, распространенностью, малым количеством солей жесткости, железа, низкой минерализацией. Однако эти воды в наибольшей степени подвержены опасности антропогенного загрязнения, в первую очередь сточными водами, вследствие чего, как правило, велико их микробное заражение. Высокое содержание загрязняющих воду органических веществ не может быть устранено традиционными способами водоподготовки, а после обеззараживания хлорагентами создается угроза появления в воде хлоруглеводородов, вредных для живых организмов.
Поверхностные воды обширного бассейна Оби формируются под влиянием климатических особенностей, геологических и гидрологических условий, антропогенных факторов, характера почв, состояния лесных массивов, болот. Их значительные отличия в северной и южной частях бассейна создают большое разнообразие типов вод, различающихся естественно-природным составом и присутствием загрязнителей. В Среднем Приобье, в пределах лесных массивов, часто заболоченных, поверхностные воды обогащены органическими веществами, соединениями железа, марганца, кремния. В Верхнем Приобье (степные, лесостепные ландшафты), где совершенно иные условия, содержание этих компонентов много ниже, но выше минерализация, количество соединений азота (рис.1).
В верхнем течении р.Обь характеризуется как "загрязненная". Достигнув пределов Ямало-Ненецкого автономного округа, вода классифицируется как "грязная". В результате трансграничного переноса на территорию Нижней Оби поступают тяжелые металлы с Урала; пестициды, тяжелые металлы и биогенные элементы из Казахстана приносят рр. Иртыш и Ишим; на территории Томской области происходит нефтяное загрязнение, которое продолжается в Тюменской области и ХМАО.
Четко прослеживается изменение показателей качества воды по течению вблизи урбанизированных территорий, в местах расположения нефтепромыслов.
В 2000-2004гг. превышение ПДК в поверхностных водоисточниках бассейна р.Обь в среднем составляло: по легкоокисляемым органическим веществам, характеризуемым БПК-5, 43-47%; по фенолам – 46-54%; по нефтепродуктам – 62-72%; по азоту аммония – 62-72%, нитритов – 43-52%; по содержанию железа – 68-69%,меди – 78-91%, цинка – 67-82%.
В Алтайском Крае на протяжении 20-30 лет большинство рек и озер, в которых вода характеризуется как "загрязненная" и "грязная", испытывают негативное воздействие со стороны предприятий Минобороны, химической промышленности, ракетно-космической отрасли.
Крупный приток Оби – река Томь протекает по территории Кемеровской и Томской областей, где она накапливает загрязнители, поступающие со сточными водами предприятий горнодобывающей промышленности, металлургии, ЖКХ. Устойчивый высокий уровень загрязнения воды р. Томь регистрируется у городов Междуреченск, Кемерово, Новокузнецк, Томск, где вода характеризуется как "загрязненная" и "грязная". Другим крупным притоком Оби с такими же индексами загрязнения является р. Чулым. Река берет начало в Красноярском Крае, испытывает антропогенную нагрузку со стороны сбросов и выбросов гг. Назарово, Ачинск и мелких населенных пунктов, не имеющих очистных сооружений. Однако, в отличие от р. Томи, повышенное содержание в воде Чулыма азота аммиака, органических веществ частично связано с природной составляющей. Чулым протекает по территории с несопоставимо меньшей степенью урбанизации, чем р.Томь, при этом в воду попадает много растительных остатков, в результате деструкции которых выделяются гуминовые и фульво-кислоты, фенолы, азотистые соединения. Это выражается в повышении показателей ХПК, количества аммония и нитритов. Отнесение воды Чулыма к "загрязненной" и "грязной" на основании ИЗВ некорректно, т.к. не учтены региональные особенности формирования состава природных вод.
В пределах Тюменской области речная сеть распределена неравномерно: редкая на юге, в лесостепной зоне (Сладковский, Казанский, Уроповский, Исетский, Бердюжский, Армизонский районы) и более густая на севере (Уватский, Тобольский, Вагайский, Нижнетавдинский, Ярковский районы). Именно там, где низкая водообеспеченность, самая большая плотность населения. В Тюменской и Томской областях в районах с одной широтной зональностью, как и следовало ожидать, сходный состав поверхностных вод. Речные воды пресные со средней (200-500 мг/л) или повышенной минерализацией (особенно в меженный период), нейтральные, слабощелочные и щелочные (в летне-осенний сезон), обычно гидрокарбонатные кальциевые. Для притоков малых рек в целом характерны более высокие, по сравнению с главными водотоками речной системы, содержания растворенных солей. Это связано с тем, что подземные воды по мере движения руслового потока трансформируются в результате взаимодействия с растворенными газами, донными отложениями и органическими веществами. В случае явного антропогенного загрязнения изменяется геохимический тип вод – они становятся гидрокарбонатными кальциево-натриевыми или даже натриевыми, происходит увеличение концентраций органических веществ, сульфатов, хлоридов, что связано не только с выпусками сточных вод, но и с поверхностным и подземным выносом с территории свалок бытовых и промышленных отходов. Содержание микроэлементов в воде малых рек четко коррелирует с наличием выпусков промышленных сточных вод, что показано для Тобольска, Томска, Новокузнецка, Кемерово.
На водных объектах малой категории высокие уровни нефтяного загрязнения носят локальный характер. Однако это может серьезно ухудшить общую экологическую ситуацию в будущем, если учитывать чрезвычайную уязвимость и слабую способность самоочищения водных объектов в суровых климатических условиях. Малые реки бассейна р.Обь составляют гидрологическую основу территории, действуя подобно капиллярной системе. Число малых рек в Приобье ежегодно уменьшается.
Анализ данных мониторинга поверхностных вод, проводимого в Кемеровской, Тюменской, Омской, Новосибирской, Томской областях, показывает, что поверхностные водоисточники по содержанию неорганических и органических химических соединений не соответствуют нормативам, в связи с чем необходимо снижать уровень загрязнения рек. Бассейн Оби - не только межрегиональная система, но и важная часть макроэкосистем Северной Азии. Загрязнения Оби ставит под угрозу экологическую безопасность арктического региона. Международные институты, изучающие проблемы Арктики, обозначили проблему выноса загрязнений (нефтепродукты, соединения азота, железо, легкоокисляемые органические вещества) водами Оби в Арктический бассейн. Это придает проблеме международный, политический характер.
Стратегия развития ВКХ предполагает увеличение доли подземных вод для ХПВ.
Наименее подвержены техногенному воздействию глубоко залегающие подземные воды. Вместе с тем, использование в питьевом водоснабжении подземных вод требует больших затрат в связи с необходимостью проведения разведки, бурения и оборудования скважин, строительства целого ряда инженерных сооружений, включая станции водоподготовки (обычно с целью обезжелезивания), а зачастую и создания длинных водотранспортных линий.
Качество подземных вод нельзя однозначно признать более высоким по сравнению с поверхностными, хотя по микробиологическим показателям они, как правило, безупречны. В большинстве случаев химический состав подземных вод характеризуется высокой минерализацией, большой жесткостью, часто - наличием специфических региональных загрязнителей природного происхождения. В последние годы наметилась тенденция ухудшения качества подземных вод. Это особенно актуально для урбанизированных территорий с большим отбором воды из скважин, где депрессионные явления вызывают ускорение миграционных потоков в сторону обезвоживаемого пласта. Ниже некоторые вопросы эволюции природных вод рассмотрены подробнее.
| | I | II | III | IV | V | VI | VII | VIII | | | |||||||||||||
| 1 | | | | | | | H | He | | | |||||||||||||
| 2 | Li ░ н.2с. | Be ░ н.1с. | B н.2 с. | C ▓░ н.*б. | N ░▓ н.** 3с. б. | O н. | F ░▓ н.2с. б. | Ne | | ||||||||||||||
| 3 | Na ░▓ н. 2с. б. | Mg ░ н. б. | Al н. 2с. б. | Si ░▓ н. 2с. б. | P ▓ н. 1с. б. | S ▓ н. 4 о. б. | Cl ▓ н. 4 о. б. | Ar | | ||||||||||||||
| 4 | K б. | Ca ░▓ н. б. | Sc | Ti | V н. 3с. | ▓ Cr н. 3с. | ░▓ Mn н. 3 о. | ░▓Fe н.б.3о. | Co н.2с. | Ni н.3с. | | ||||||||||||
| 4 | Cu н.3 о. | Zn н.3 о. | Ga | Ge | As ░ н.2с.б. | Se ░ н.2с.б. | Br ░▓ н.2с.б. | Kr | | | | ||||||||||||
| 5 | Rb н.2с. | Sr н.2с. | Y | Zr | Nb н.2с. | Mo н.2с. | Tc | Ru | Rh | Pd | | ||||||||||||
| 5 | Ag н.2с. б. | Cd н..2с. | In | Sn | Sb н.2с. | Te н.2с. | I | Xe | | | | ||||||||||||
| 6 | Cs | Ba н.2с. | La | Hf | Ta | W н.2с. | Re | Os | Ir | Pt | | ||||||||||||
| 6 | Au | Hg н.1с. | Tl н.2с. | Pb н.2с. | Bi н.2с. | Po | At | Rn | | | | ||||||||||||
| 7 | Fr | Ra | Ac | Ku | Ns | | | ||||||||||||||||
| л а н т а н о и д ы | |||||||||||||||||||||||
| Сe | Pr | Nd | Pm | Sm н.2с. | Eu н.2с. | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu | ||||||||||
| а к т и н о и д ы | |||||||||||||||||||||||
| Th | Pa | U | Np | Pu | Am | Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Md | No | Lr | ||||||||||
Рис. 3. Химические элементы в подземных водах Западно-Сибирского региона.
Пояснения к рис. 3: н – нормируемые в питьевой воде; б – биологически активные в минеральных лечебно-столовых и лечебных питьевых водах; 1-4 – класс опасности; с. – санитарно-токсикологический показатель вредности; о. – органолептический показатель вредности. Выделены те элементы, которые характеризуют региональные показатели: ░ - загрязнители естественного происхождения; ▓ - загрязнители, для которых наблюдается повышение концентрации в результате роста техногенной нагрузки. Цветом обозначены те элементы, превышение ПДК которых локализовано вблизи от очагов загрязнения.
* карбонаты и гидрокарбонаты не нормируются, однако очень токсичен цианид-ион; среди органических соединений углерода есть вещества, принадлежащие самым разным классам опасности; органические вещества рассматриваются отдельно.
** азот входит в состав ионов аммония, нитратов, нитритов; органические азотсодержащие вещества – отдельная группа нормируемых соединений, рассматриваются отдельно.
На рис.3 представлены химические элементы, наиболее характерные для подземных вод Западно-Сибирского региона. В диссертации приведены данные химико-аналитических исследований, представленные в табличной форме, о составе подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения в Томской, Кемеровской, Новосибирской, Тюменской областях.
Проведен анализ соответствия известных классификаций природных вод и используемых методических приемов для установления категорий качества подземных вод как сырьевого ресурса питьевого водоснабжения и решения задач современного научно-технического обеспечения водоподготовки. Опираясь на опыт О.А. Алекина, Л.А. Кульского, М.Г. Журбы, Г.И. Николадзе и др., нами предложена схема типизации содержащихся в воде примесей с учетом их реакционной способности и создан региональный классификатор, в котором согласованы физико-химический состав и реакционная способность загрязнителей воды с оптимальными способами очистки воды.
Все растворенные в воде примеси можно сгруппировать в 5 типов, исходя из их склонности к тем или иным химическим процессам, протекающим при водоподготовке (табл. 2).