Формирование химического состава подземных вод: Минеральные воды

  Выходы минеральных вод на поверхность приурочены к зонам тектонических разрывов, вследствие чего местами образуются линии или зоны минеральных источников. Наиболее известными зонами минеральных источников являются Копет-Дагская, расположенная вдоль северного подножья одноименного хребта, и Венская, протягивающаяся вдоль восточной границы Альп.

  Для месторождений минеральных вод характерны следующие признаки:

1. Месторождение минеральной воды приурочено к определенному коллектору, который представляет собой водоносный пористый пласт или водоносную трещиноватую зону в пределах благоприятной геологической структуры. Тип и форма месторождения определяются особенностями геологической истории и динамикой подземных вод района месторождения.
2. Контуры месторождения могут быть установлены по содержанию характерных химических компонентов, газов или по общей минерализации. Они зависят от гидрогеологических условий и тектоники района месторождения, от стадии развития данной структуры, глубины вреза речных долин и от соотношения между пресными водами и минеральными водами, залегающими в закрытых ее частях.

  Понятие о месторождениях минеральных вод имеет и экономический смысл, так как они содержат запасы минеральной воды, эксплуатация которых ведется  для  курортно-санаторных  целей, для экспорта, а также для получения тех или иных солей.

  Некоторые месторождения минеральных вод служат хорошими показателями наличия других ценных полезных ископаемых.

   В природе обычно наблюдается сложное соотношение между динамическим месторождением воды и месторождением твердого полезного ископаемого. Контур динамического месторождения минеральной воды бывает сдвинут по отношению к статическому месторождению полезного ископаемого в направлении движения воды .        

  Своеобразны очертания динамических месторождений в очагах разгрузки минеральных вод. Граница между пресными и минеральными водами в очаге разгрузки образует «язык», направленный острием к месту выхода воды на поверхность. Аналогичная картина наблюдается и в нефтяных месторождениях - в местах поступления нефти к скважинам, расположенных у контура нефтеносности.

  Контуры месторождений меняются в зависимости от хода геологической истории, степени разработанности месторождения. При интенсивной и нерациональной эксплуатации месторождение может преждевременно истощиться. В некоторых случаях необходимо очень осторожно эксплуатировать месторождение, чтобы не нарушить естественного хода гидрогеохимических процессов.

  Для России актуальной задачей является не только поиски месторождений минеральных вод, но и обеспечение условий, которые способствовали бы увеличению их эксплуатационных ресурсов и, быть может, созданию новых месторождений. 

5. Влияние городских агломераций, промышленного и  гражданского строительства

на  подземные воды 

    Высокие темпы развития техники, огромные масштабы освоения и усилившаяся интенсивность эксплуатации обширных территорий, приводят к глубоким преобразованиям геологической среды в целом. В результате под влиянием хозяйственной деятельности существенным образом меняется структура водного баланса территории.

   На освоенные территории поступает большое количество воды (водопровод, орошение). Закрытие поверхности земли препятствует процессам испарения, устройство набережных и засыпка мелких рек и оврагов затрудняет разгрузку подземных вод, создаются новые водоносные горизонты, функционирование различных водопонижающих устройств и техногенные источники питания формируют искусственный режим подземных вод.

   Урбанизированные территории являются наиболее ярким примером мощного и, как правило, несбалансированного воздействия на геологическую среду техногенных факторов, весьма часто нарушающих гидрогеологические и геоэкологические условия территории. Поэтому эти территории рассматриваются наиболее детально.

   На застроенных территориях происходят существенные изменения условий формирования поверхностного и подземного стока. При этом необходимо подчеркнуть, что если в естественных условиях изменение гидрогеологической обстановки носит эволюционный характер, так как происходит за периоды, определяемые масштабами геологического времени (миллионами лет), то здесь изменения происходят за периоды времени, определяемые десятками лет (и даже отдельными годами) и поэтому носят скачкообразный характер. Эта особенность является часто определяющей при изучении закономерностей формирования ресурсов подземных вод на застраиваемых территориях и их взаимодействий с окружающей средой.

    Промышленное и гражданское строительство по разному влияет на подземные воды, приводя к изменению их качества, условий питания и разгрузки. В одних случаях техническая деятельность приводит к усилению питания подземных вод, обусловленному утечками из водонесущих коммуникаций и различных фильтрационных накопителей отходов, инфильтрацией сточных и поливных вод, конденсацией влаги под сооружениями и асфальтом, созданием прудов и водохранилищ, строительством инженерных сооружений, вызывающих подпор подземных вод (набережные, глубокозалегающие фундаменты и др.). Усиление питания (особенно за счет утечек промышленных сточных вод) может вызвать существенные негативные изменения качества подземных вод. В других случаях строительство и эксплуатация вызывают усиление разгрузки подземных вод (эксплуатация подземных вод, водоотлив из строительных котлованов, линий метрополитенов, отбор воды различными дренажными сооружениями), либо уменьшение их питания (асфальтирование территории, вывоз снега и т.д.).

  Подземное пространство современного города буквально насыщено различными водонесущими коммуникациями и все они протекают. Эти утечки составляют огромное количество воды, которое путем инфильтрации поступает в подземные воды.

   Необходимо отметить, что трубопровод не может не иметь утечек. Обычно неизбежные минимальные утечки воды на 1 км сети составляют 2,3-7,0 м³/сут. Это зависит от материала, диаметра, конструкции стыков, величины напора и возраста трубопровода. Однако фактические потери значительно выше.

   Кроме утечек из водонесущих коммуникаций другими существенными факторами, а следовательно и дополнительного питания подземных вод, являются те, которые ведут к сокращению расходных статей водного баланса территории. Это, прежде всего, резкое снижение естественной дренированное застроенных территорий. Так, например, в Москве в процессе урбанизации территории за истекшие восемь с половиной веков исчезло более 100 мелких рек и ручьев, около 700 мелких озер, болот и прудов, а в долинах таких рек как Ходынка, Неглинка, Пресня практически засыпана ранее существовавшая овражно-балочная сеть           . Следует также отметить, что при застройке как правило, резко нарушаются условия поверхностного стока, а дождевая канализация часто оказывается недостаточной. Процессом подтопления уже поражено более 40% всей территории Москвы.

   Важным фактором, ведущим к пополнению запасов подземных вод в городах, является закрытие поверхности земли различными покрытиями - экранами, асфальтом, гражданскими и промышленными сооружениями. Все это приводит к резкому сокращению испарения.

    В общем виде процесс подтопления можно определить, как подъем уровня подземных вод к поверхности земли или повышение влажности грунтов оснований до и выше их критических значений, определяемых конкретным видом застройки. Это вызывается действием главным образом техногенных и природных факторов, которые приводят к нарушению необходимых условий строительства и эксплуатации различных объектов и застроенной территории в целом, к ухудшению экологической обстановки и наносят заметный экономический ущерб.

    Процессам подтопления наиболее интенсивно подвергаются территории, сложенные слабопроницаемыми и неоднородными породами и характеризующиеся слабой дренированностью.

  Рассмотренное выше дополнительное питание подземных вод на урбанизированных территориях, как правило, сопровождается прогрессирующим их загрязнением. Источниками загрязнения здесь являются сети промышленной, хозяйственной и дождевой канализаций, места складирования различных отходов, а также склады многочисленных продуктов химической промышленности. Утечки из указанных источников, инфильтруясь в подземные воды, заметным образом их загрязняют. При этом резко снижается продуктивность городских зеленых насаждений, происходит деградация почв. В итоге в подземные воды попадают тяжелые металлы, нефтепродукты и многие другие токсичные химические элементы. Загрязнению подземных вод также способствует близость к городу массивов орошения и крупных промышленных предприятий.

   В заключение необходимо отметить, что на урбанизированных территориях заметно снижается естественная защищенность подземных вод. Это, в первую очередь, связано с освоением подземного пространства в городах, так как здесь часто прорезаются слабопроницаемые слои, что способствует проникновению загрязненных городских вод в эксплуатируемый водоносный горизонт.

6. Минеральные воды и здоровье населения

     Сложная экологическая ситуация, сложившаяся во многих развитых и развивающихся странах, особенно в государствах с переходной экономикой, определяет необходимость формирования стратегии и тактики деятельности по охране здоровья населения в конкретных гидрологических и гидрогеологических условиях.

     Обнаружение в питьевой воде конкретного вредного вещества, в количествах, превышающих установленный стандарт, является лишь первым сигналом возможного ее влияния на состояние здоровья населения. Это свидетельство того, что водный фактор в данной конкретной ситуации может входить в число причин, определяющих повышенный уровень заболеваемости определенного вида.

     В составе таких исследований на первом месте оказывается оценка риска для здоровья человека, связанного с качеством окружающей среды и, в частности, используемой питьевой воды. Имеющиеся при этом сложности связаны с дефицитом достаточно надежной информации и необходимых специальных знаний для независимой оценки факторов риска. На преодоление имеющихся здесь пробелов направлено развитие нового дисциплинарного направления - экологической эпидемиологии. Эта дисциплина интегрирует данные в области здравоохранения, статистики и естественных наук.

     В основу подходов, используемых экологической эпидемиологией, положено обнаружение различий и сходства в проявлениях конкретной патологии на конкретных территориях с выявлением различий в гипотетических факторах риска.

     Методы, используемые при проведении эколого-эпидемиологических исследований можно подразделить на 2 основные группы:

• методы сбора информации о периоде действия содержащегося в питьевой воде вещества и заболеваемости конкретных лиц;
• методы изучения взаимосвязей между количеством исследуемого вещества в питьевой воде, периодом его действия и заболеваемостью на уровне популяции.

     Задача  усложняется при установлении действия разных концентраций и экспозиции действия одного вещества, поскольку возникает необходимость значительного расширения числа исследуемых групп населения.

     Очевидные сложности получения достаточно обоснованных эколого-эпидемиологических данных на крупных территориях послужили основанием для разработки методов оценки факторов риска для здоровья населения путем установления степени опасности и приемлемости для питьевого водопользования различных водоисточников на основании современных санитарно-токсикологических данных.

   Так, например, в России для этой цели предназначены две официально принятые гигиенические классификации:

1) распределение  вредных веществ по классам опасности

2) распределение  водных объектов по характеру  загрязнения среды вцелом.

В первой классификации  выделены 4 класса опасности:

1. - чрезвычайно опасные, нормируемые по санитарно-токсикологическому признаку вредности с ПДК на уровне тысячных и менее мг/л (например, фосфор, безнапорен, некоторые соединения ртути, олова, свинца);
2. - высокоопасные, также нормируемые по санитарно-токсикологическому признаку вредности, как правило, сотыми и десятыми долями мг/л (например, талий, кобальт, вольфрам, перекись водорода, некоторые элементоорганические, гетероциклические и галогеносодержащие вещества, соединения азота, фосфора и др.);
3. - опасные, нормируемые в большинстве случаев по органолептическому признаку вредности в широком диапазоне предельно допустимых концентраций от единиц до сотых долей мг/л (в основном это вещества органической природы, например, амины и их соли, алифатические углеводороды и др.);
4. - умеренно опасные, нормируемые только по органолептическому признаку вредности. Их предельно допустимые концентрации находятся в широком диапазоне величин, но обычно представлены единицами и десятыми долями мг/л.

    Критериальной  основой распределения водных  объектов по характеру загрязнения  является степень превышения  ПДК. При этом, применительно к  веществам, нормируемым по токсикологическому показателю вредности, установлены 4 степени загрязнения: допустимая (однократное превышение ПДК), умеренная (трех кратное), высокая (десятикратное) и чрезвычайно высокая (стократное)                      .

    Сочетание этих двух классификаций, позволяет оценить и степень опасности выявленного уровня загрязнения водоисточника и степень его пригодности для питьевого водопользования. Так, обнаружение веществ, принадлежащих к 1 и 2 классу опасности в водоисточнике с "умеренной" степенью загрязнения может привести к появлению начальных симптомов интоксикации у части населения. При "высокой" степени загрязнения этими веществами выявлены выраженные симптомы интоксикации и развитие характерных для обнаруженных веществ патологических эффектов.