И пространственное распределение сульфатов и нитратов в подземных водах Кара-Балтинской площади




Дата03.06.2016
Размер85.5 Kb.


УДК 546.02.551.49
Содержание и пространственное распределение сульфатов и

нитратов в подземных водах Кара-Балтинской площади


Г. М. Толстихин, И. А. Васильев, Г. Г. Толстихина, П. И. Чалов
В настоящем сообщении на примере Кара-Балтинской площади Западно-Чуйского месторождения подземных вод рассмотрены условия формирования запасов подземных вод, с учетом существующих природных и техногенных факторов, влияющих на их качество. Негативное влияние на качество подземных вод, которые используются, в основном, для водоснабжения г. Кара-Балта, оказывает деятельность Кара-Балтинского горнорудного комбината (КГРК), расположенного в зоне формирования подземных вод [1].

Опыт эксплуатации подземных вод на Кара-Балтинской площади позволяет достаточно точно оценить степень использования эксплуатационных возможностей продуктивного водоносного горизонта в отложениях четвертичного возраста. Водоотбор здесь осуществляется одиночными и групповыми сосредоточенными водозаборами линейного и площадного типов, каптирующими различные интервалы водоносного горизонта. Величина водоотбора с 1976 по 1999 гг. уменьшилась от 3,9 до 2,5 м3/с, или до 60 % разведанных запасов по промышленным категориям до глубины 150 м. Главными причинами этого являются ухудшение качества подземных вод и спад производства.

Известно, что основным и интегральным показателем качества подземных вод и их токсичности является величина сухого остатка или минерализация подземных вод. В соответствии с требованиями ГОСТа 2874-82 «Вода питьевая», предельно-допустимая концентрация (ПДК) сухого остатка принята 1000 мг/л. Именно этот критерий является оценочным при определении пригодности использования подземных вод для хозяйственно-питьевого назначения.

Результаты опробования подземных вод Кара-Балтинской площади и схемы пространственного распределения сухого остатка в подземных водах показывают, что минерализация большинства опробованных эксплуатационных скважин, как правило, не превышает ПДК. Однако опробование вод наблюдательных скважин в пределах санитарно-защитной зоны (СЗЗ) КГРК и циркулирующих ниже по потоку подземных вод от хвостохранилища наблюдательных и эксплуатационных скважин западной части г. Кара-Балта и с. Алексеевка показало наличие значительной (10–12 км2) области интенсивного загрязнения подземных вод. Ореол загрязнения имеет эллипсовидную форму, вытянутую по потоку подземных вод от источника загрязнения.

Максимальная концентрация сухого остатка в подземных водах (7500 мг/л) установлена в районе СЗЗ хвостохранилища КГРК в скв. № 102 в первый год опробования и 3845 мг/л в скв. № 10-Д во второй год опробования, что свидетельствует о снижении интенсивности загрязнения подземных вод.

Высокая минерализация подземных вод Кара-Балтинской площади сформировалась в основном за счет инфильтрации высокоминерализованных стоков из хвостохранилища КГРК, содержащих повышенные концентрации сульфатов, нитратов, солей кальция и магния, обусловивших повышенное значение общей жесткости подземных вод. Эта величина общей минерализации в пределах области интенсивного загрязнения подземных вод изменяется в пределах 16–50 мг*экв/л при ПДК = 7 мг*экв/л. Причем жесткость, как правило, гидрокарбонатная, т. е. легко устранимая кипячением воды.

В районе исследований особое значение имеет токсичность подземных вод, вызываемая сульфатами. Вследствие внедрения высококонцентрированных сульфатных сточных вод (до 25 г/дм3) в подземные воды под хвостохранилищем КГРК происходит смешение природных вод и сульфатных растворов. Причем, сульфаты в отличие от тяжелых металлов достаточно устойчивы в подземной воде, по крайней мере, в пределах интересующей нас площади исследований и, следовательно, подчиняются общим законам миграции и рассеяния в потоке подземных вод. Высокая концентрация сульфатов присуща, в основном, промстокам КГРК. Остальные источники загрязнения подземных вод Кара-Балтинской площади содержат сульфаты в сточных водах в незначительных концентрациях (20-100 мг/дм3). Вследствие этого, сульфаты по существу указывают на поступление в природные воды инфильтрационных вод из хвостохранилища КГРК.

На рис. 1 представлено содержание и пространственное распределение сульфатов в подземных водах Кара-Балтинской площади. Степень почернения изученных площадей соответствует содержанию сульфатов, которое определяется по шкале, приведенной справа от рисунка. Жирной изолинией на рисунке оконтуривается концентрация сульфатов, равная 500 мг/дм3. Этой же линией ограничена область интенсивного загрязнения подземных вод сульфатами. Фоновое содержание сульфатов в подземных водах принимается равным 20-30 мг/дм3.

Приведённая на рис. 1 информация может быть интерпретирована следующим образом:


  • направление миграции сульфатов от хвостохранилища соответствует общему направлению потока подземных вод и водной миграции других токсинов;

  • область интенсивного загрязнения подземных вод сульфатами первого и второго года опробования имеют идентичную форму, вытянутую по потоку от источника загрязнения подземных вод;

  • площадь области интенсивного загрязнения подземных вод сульфатами составляет 10-11 км2 и охватывает всю юго-западную часть г. Кара-Балта, восточную часть с. Алексеевка, западную часть с. Калининское;

  • глубина загрязнения подземных вод сульфатами составляет 100-120 м. в районе хвостохранилища и 50-60 м. на северной границе исследуемой площади;

  • небольшое увеличение ширины ореола загрязнения подземных вод в юго-западной его части объясняется увеличением водоотбора на водозаборе с. Алексеевка (Скв. № 4326, 7461 и др.) и подтягиванием ореола загрязнения к водозабору;

  • разрыв области интенсивного загрязнения подземных вод сульфатами в северной части исследуемой площади в районе скважин № 185,189,4325 и др. связан с отсутствием наблюдательной сети небольшой глубины(60-80 м.);

  • в районе СЗЗ хвостохранилища КГРК происходит уменьшение концентрации сульфатов (Скв. № 102,105,30 и др.), связанное с уменьшением объема стоков и величины их инфильтрации в водоносный горизонт;

  • в центральной части области интенсивного загрязнения (Скв. № 10-Д) концентрация сульфатов максимально высокая (2400 мг/дм3) и стабильная за весь период наших исследований.

  • в зоне выклинивания подземных вод (севернее автотрассы Бишкек-Джамбул) техногенное влияние хвостохранилища КГРК на подземные воды ослабевает, концентрация сульфатов снижается, однако, остается все еще выше ПДК;

  • на северной границе района исследований наблюдается рост концентрации сульфатов с 600 до 800 мг/дм3 (Скв. № 20-г.);

  • проследить дальнейшее продвижение сульфатов по потоку подземных вод на север не представляется возможным из-за отсутствия наблюдательной сети нужной глубины.

ПДК


Рис.1. Содержание и пространственное распределение сульфатов (мг/л) в подземных водах Кара-Балтинской площади
 - контуры хвостохранилища, - границы жилых массивов, - р.Кара-Балта,

- - - - железная дорога, - - - - Большой Чуйский канал (БЧК),  - места отбора проб.

В связи со значительной техногенной нагрузкой на подземные воды Кара-Балтинского участка, связанной с наличием, кроме хвостохранилища КГРК, и других источников загрязнения – промышленных и сельскохозяйственных объектов, не канализованного частного сектора, площадь распространения нитратного загрязнения имеет большие размеры и иные конфигурации.

На рис. 2 представлено содержание и пространственное распределение нитратов в подземных водах Кара-Балтинской площади.

Принцип построения пространственного распределения нитратов аналогичен сульфатному. За величину ПДК нитратов в соответствии с требованиями ГОСТа 2874-82 «Вода питьевая» принимается 45 мг/дм3.

В целом, распространение нитратов, как и сульфатов по площади исследований, подчиняется основным законам водной миграции, с той лишь разницей, что помимо основного источника сульфатного загрязнения (хвостохранилище КГРК) существует множество других площадных (сахкомбинат, склады химических удобрений и др.) и локальных источников.


ПДК


Рис.2. Содержание и пространственное распределение нитратов (мг/л) в подземных водах Кара-Балтинской площади
 - контуры хвостохранилища, - границы жилых массивов, - р.Кара-Балта,

- - - - железная дорога, - - - - Большой Чуйский канал (БЧК),  - места отбора проб.


Из приведенных рисунков видно, что на Кара-Балтинской площади выделяются три области интенсивного загрязнения подземных вод нитратами.

1. В пределах первой области загрязнение подземных вод прежде всего связано с деятельностью хвостохранилища КГРК. Здесь интенсивность загрязнения подземных вод нитратами (до 80 ПДК) значительно выше, чем в районе промплощадки сахкомбината (до 2 ПДК).

В связи с суммарным воздействием на подземные воды различных источников загрязнения размеры области интенсивного загрязнения подземных вод нитратами (12–13 км2) несколько больше, чем сульфатами. Увеличение (практически в два раза) ширины области интенсивного загрязнения подземных вод нитратами связано с подтягиванием ореола загрязнения водозаборами с. Алексеевка и наложением нитратного загрязнения в пределах промплощадки сахкомбината. Увеличение длины ореола загрязнения подземных вод нитратами, связано также с дополнительным воздействием на подземные воды не канализованного частного сектора, животноводческих комплексов и других сельскохозяйственных и бытовых объектов.

Интенсивность загрязнения подземных вод нитратами при отборе проб в 1997 и 1998 годах в районе СЗЗ хвостохранилища КГРК различная. В скважине № 102 максимальная концентрация нитратов 3544 мг/дм3 (79 ПДК) отмечалась в 1997 году. В 1998 году она составляла только 797 мг/дм3(17 ПДК). Столь высокая концентрация нитратов в подземных водах в 1997 году по всей вероятности связана с аварийным сбросом на хвостохранилище высокотоксичных стоков. Глубина нитратного загрязнения подземных вод аналогична сульфатной и составляет максимально 100-120 м в районе хвостохранилища и 50-60 м - на северной границе площади исследований.

2. Следующая по размерам область загрязнения подземных вод нитратами отмечается в районе скважины №3091. На северной окраине с Ново-Николаевка нитратное загрязнение подземных вод связано с негативным воздействием складов химических удобрений, расположенных выше по потоку подземных вод и не канализованного частного сектора. Площадь загрязнения изучена недостаточно из-за отсутствия наблюдательной сети. Возможно нитратное загрязнение носит локальный характер. Максимально установленная концентрация нитратов составляет 3 ПДК.

3. Область нитратного загрязнения в районе скважины № 150 расположенной в северо-восточной части площади исследований, по всей вероятности, носит локальный и временный характер и в достаточной степени не изучена. Возможные причины загрязнения подземных вод в скважине глубиной до 50 м. связаны с негативным воздействием кладбища, расположенного в 200 м. выше по потоку, либо с какими то другими источниками загрязнения подземных вод.

На основании вышеизложенного можно сделать выводы:


  1. Миграция сульфатов и нитратов в подземных водах Кара-Балтинской площади подчиняется общим гидродинамическим законам миграции и рассеяния хорошо растворимых элементов в потоке подземных вод - гидродинамической дисперсии.

  2. Модель движения загрязненных сульфатами и нитратами подземных вод происходит по принципу поршневого вытеснения природных пластовых вод загрязненными.

  3. Пространственному распределению элементов - индикаторов присущих хвостовым водам КГРК (сульфатов, радиоактивных элементов, марганца, молибдена и др.) присущ ореольный тип распространения, где в соответствии со структурой потока происходит закономерное уменьшение концентраций устойчивых в растворе индикаторов.

  4. Ореолы загрязнения подземных вод Кара-Балтинской площади сульфатами и нитратами за период исследований стабильны по площади и глубине.

  5. Интенсивность загрязнения подземных вод сульфатами и нитратами внутри ореола загрязнения меняется, по площади, по глубине и по мере удаления от источника загрязнения в зависимости от токсичности стоков на хвостохранилище.

Таким образом, учитывая изменение санитарного состояния Кара-Балтинской площади, в следствии вывода из эксплуатации части водозаборных скважин, каптирующих верхний интервал водоносного горизонта, и водохозяйственной обстановки, связанной с перераспределением поверхностного стока и массовым строительством водозаборов без требуемого гидрогеологического обоснования, возникла необходимость исключения из величины разведанных запасов загрязнённых подземных вод с их приростом из глубоких интервалов водоносного горизонта. Оценка и подсчёт эксплуатационных запасов рациональны в зоне перспективного строительства новых и расширения существующих водозаборов южнее г. Кара-Балта.

ЛИТЕРАТУРА



  1. Толстихин Г. М., Толстихина Г. Г. Условия формирования загрязнений подземных вод на участке хвостохранилища Кара-Балтинского горнорудного комбината. / Радиоэкологические и смежные проблемы уранового производства. – Ч. 1. – Бишкек: Илим, 2000. – с. 70-75.




База данных защищена авторским правом ©uverenniy.ru 2016
обратиться к администрации

    Главная страница