авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 |

Техногенное изменение химического состава родникового стока на территории среднего урала

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Юркин Александр Сергеевич

ТЕХНОГЕННОЕ ИЗМЕНЕНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА

РОДНИКОВОГО СТОКА НА ТЕРРИТОРИИ сРЕДНЕГО уРАЛА

Специальность 25.00.36 – «Геоэкология»

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата

геолого-минералогических наук

Екатеринбург - 2008

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет»

Научный руководитель кандидат геолого-минералогических наук, доцент Елохина Светлана Николаевна
Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических наук, профессор Катаев Валерий Николаевич
кандидат геолого-минералогических наук, Скалин Анатолий Владимирович
Ведущее учреждение ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии» (ВСЕГИНГЕО)

Защита состоится « 29 » декабря 2008 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.280.01 при ГОУ ВПО «Уральский государственный горный университет» по адресу: 620144. г. Екатеринбург, ул. Куйбышева, 30, зал заседаний Ученого совета.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке университета.

Автореферат разослан «24»ноября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета А.Б. Макаров

Общая характеристика работы

Актуальность работы. Возросший в последнее время интерес к родникам вполне закономерен, так как многие из них имеют ценность как источники водоснабжения или располагаются на территории рекреационных зон и ценных ландшафтных участков.

В условиях активного техногенеза родниковая вода (не обязательно здоровая), как в целом и вся окружающая среда, подвергается загрязнению. Имеются данные о существенном загрязнении грунтовых вод и генетически связанном с ними родниковом стоке, об использовании населением некондиционных родниковых вод для питьевых целей, о появлении техногенных родников и др., по территории гг. Москвы, Перми, Екатеринбурга и в других регионах Урала, России и мира.

Известно, что подземные воды в пределах гидрогеологических массивов особенно подвержены воздействию техногенных факторов. В частности, на территории Среднего Урала на отдельных родниках с длительным рядом наблюдений установлено трендовое изменение химического состава подземных вод, проявляющееся в увеличении общего солесодержания, концентрации хлоридов, сульфатов, нитратов и других показателей. Возможно региональное изменение химического состава родниковых вод как следствие общего загрязнение всех компонентов окружающей среды (Гольдберг В.М., 1987).

Цель исследований выявление степени региональной техногенной трансформации химического состава родникового стока на территории Среднего Урала.

Идея работы заключается в том, что на Среднем Урале вследствие прогрессирующего техногенного воздействия и загрязнения компонентов окружающей среды произошла региональная техногенная трансформация химического состава и загрязнение родниковых вод, степень которых зависит от формационной принадлежности каптируемого комплекса пород и характера техногенных факторов.

Основные задачи исследований определяются их целевым назначением и включают:

1. Анализ природных и техногенных факторов формирования химического состава родниковых вод на территории Среднего Урала.

2. Установление химического состава родниковых вод в основных водоносных зонах Среднего Урала на разных стадиях его изучения и современной их перспективности для питьевого использования.

3. Стохастическое моделирование по выбранным суммарным числовым показателям представительных вариационных рядов, оценка динамики общих гидрохимических показателей родниковых вод под воздействием локальных и региональных техногенных факторов на территории Среднего Урала.

4. Обоснование регионального гидрохимического фона и регионального уровня загрязнения подземных вод на Среднем Урале и тенденции его техногенного метаморфизма в основных формационных комплексах пород.

Объект исследования. Родниковый сток на территории Среднего Урала в границах Свердловской области.

Фактическим материалом послужили химические анализы родниковых вод, отобранные на 2071 водном объекте Среднего Урала, в течение, последних 50 лет, включая 304 источника, на которых гидрохимическое опробование выполнено автором за период 2001-2005 гг., в том числе, в водоносной зоне карбонатных пород – 472, в вулканогенно-осадочных породах - 268, в метаморфических образованиях - 765 и в интрузивных образованиях – 566 источников.

Методы исследования. Работа заключалась в обобщении и анализе данных по общему химическому составу родниковой воды. При визуальном обследовании источников производился отбор проб воды согласно существующим методическим рекомендациям (Крайнов С.Р. и др., 1987). Современные химико-аналитические исследования выполнены в аттестованных лабораторно-испытательных центрах. Стохастическим моделированием выявлялись наиболее характерные статистические признаки одномерных совокупностей гидрохимических показателей. Выполнено графо - аналитическое сравнение установленных общих закономерностей региональной динамики гидрохимических показателей с изменением химического состава родниковых вод на конкретных объектах.

Научная новизна работы заключается в том, что реализация задач исследований позволила:

  • обобщить и систематизировать современные данные о состоянии родникового стока на Среднем Урале;
  • выявить характер, степень и динамику воздействия техногенных факторов на подземные воды;
  • статистически обосновать региональный фоновый химический состав родниковых вод на Среднем Урале и его техногенную трансформацию в основных формационных комплексах пород;
  • доказать положительную динамику локального техногенного воздействия на химический состав родниковых вод (их загрязнение) на Среднем Урале, происходящую с максимальной интенсивностью в массивах карбонатных пород;
  • установить наибольшую подверженность техногенному воздействию (загрязнению) подземных вод карбонатного комплекса пород;
  • выявить наличие регионального сульфатного загрязнения родниковых вод массивов интрузивных пород.

На защиту выносятся следующие научные положения:

1. Природные условия Среднего Урала и уровень антропогенной нагрузки обусловливают характер техногенного воздействия на родниковый сток с интенсивностью, зависящей от формационной принадлежности водовмещающих пород.

2. Природный гидрохимический фон на Среднем Урале, устанавливаемый по модальным значениям гидрохимических показателей на региональных одномерных стохастических моделях, изменен в результате регионального техногенного воздействия за последние 50 лет.

3. Уровень регионального загрязнения подземных вод на Среднем Урале, формирующийся в результате регионального и, преимущественно, локального техногенного воздействия, устанавливается по средним значениям гидрохимических показателей одномерных стохастических моделей и виду вариационной кривой и имеет положительную динамику.

Практическая значимость:

  • Создана единая база данных по Свердловской области с результатами химических анализов родниковых вод за последние 50 лет, которая активно используется при выполнении Свердловской областной программы “Родники”.
  • Полученные региональные характеристики качества подземных вод позволяют оценить состояние родникового стока и степень его техногенной трансформации в любой точке Среднего Урала в оперативном режиме.
  • Разработана методика одномерного стохастического моделирования для оценки степени техногенной метаморфизации подземной гидросферы, включая родниковый сток.
  • Разработана и реализована на примере объектов Свердловской области типизация природных и техногенных источников по их перспективности для использования в питьевых целях.

Личный вклад автора

Лично автором или при его непосредственном участии выполнены:

  • постановка задач исследований;
  • анализ опубликованных и фондовых источников по природным и техногенным условиям Среднего Урала;
  • обобщены многолетние данные по химическому составу родниковых вод на Среднем Урале;
  • обследование и гидрохимическое опробование 304 родников на территории Среднего Урала;
  • разработана и реализована методика одномерного стохастического моделирования гидрохимических показателей родниковых вод;
  • разработана и выполнена типизация природных и техногенных источников по их перспективности для использования в питьевых целях.

Достоверность научных положений, выводов и рекомендаций подтверждается большим объемом корректного фактического материала, сопоставлением результатов регионального стохастического моделирования с химическим составом на 15 конкретных объектах, использованием полученных автором выводов и рекомендаций при разработке Свердловской областной программы «Родники».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на XVIII Всероссийском совещании по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (Иркутск 2006 г.), Международной научной конференции «Инновационный потенциал естественных наук» (Пермь 2006 г.), Всероссийской научно-практической конференции «Эколого-геологические проблемы урбанизированных территорий» (Екатеринбург 2006 г.), Научно-практической конференции «85 лет геологической службе Урала» (Екатеринбург 2005 г.), научно-методической конференции «Тенденции и перспективы развития гидрогеологии, инженерной геологии в условиях рыночной экономики России». XI Толстихинские чтения (Санк-Петербург 2004 г.), Всероссийской конференции «Экологические проблемы промышленных регионов» (Екатеринбург 2004 г.) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, в том числе 2 статьи в издании перечня ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа изложена на 245 страницах машинописного текста, состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы, включающего 152 наименования, из них 6 на иностранном языке. Содержит 96 рисунков и 27 таблиц.

Диссертационная работа выполнена под научным руководством к. г. – м.н. доцента С.Н. Елохиной, которой автор выражает глубокую благодарность за ценные советы и рекомендации. За обсуждение методики и результатов стохастического моделирования автор выражает глубокую признательность к.г. – м.н. доценту В.С. Балахонову. Автор благодарен директору ООО “Экомстройпроект” к.г. – м.н. М.Ю. Широкову за всестороннюю помощь и поддержку.

Содержание работы

В первой главе диссертации рассмотрено понятие о родниковом стоке, его гидрогеологическая, ландшафтообразующая роль, водохозяйственное значение. Дан обзор основных классификаций природных и техногенных источников подземных вод, перечень основных естественных и искусственных факторов формирования химического состава подземных (родниковых) вод. Выполнен анализ общих гидродинамических и гидрохимических особенностей формирования подземного стока в гидрогеологических массивах, а также изученности техногенной трансформации химического состава (загрязнения) родникового стока.

Во второй главе рассматриваются природные и техногенные факторы и условия формирования химического состава родникового стока на территории Среднего Урала.

В третье главе дается характеристика исходной информации априорного и оперативного характера, методика выполненных полевых работ и стохастического моделирования. Приводится краткая характеристика основных параметров стохастических моделей.

В четвертой главе по результатам регионального стохастического моделирования выполнена оценка региональной техногенной метаморфизации и загрязнения родникового стока по основным гидрогеологическим формациям, а также в целом по территории Среднего Урала.

Пятая глава посвящена оценке метаморфизации родникового стока на конкретных объектах Среднего Урала в сравнении с региональными стохастическими моделями. Описаны особенности техногенных источников на рассматриваемой территории. Предложены критерии типизации источников по их потенциальной перспективности для питьевого водоснабжения, и рассмотрены результаты её реализации для объектов Свердловской области.

Защищаемые научные положения.

1. Природные условия Среднего Урала и уровень антропогенной нагрузки обусловливают характер техногенного воздействия на родниковый сток с интенсивностью, зависящей от формационной принадлежности водовмещающих пород.

Изменение качества подземных вод под влиянием техногенных факторов называется загрязнением (Фрид Ж.). Различные аспекты загрязнения подземных вод рассматривались в работах Белицкого А.С., Бочевера Ф.М., Владимирского В.И., Гаева А.Я., Гольдберга В.М., Зекцера И.С., Кофф Г.Л., Крайнова С.Р., Минкина Е.Л., Орадовской А.Е., Пантелеевой И.Я., Пиннекера Е.В., Плотникова Н.И., Посохова Е.В., Сает Ю.Е., Тютюновой Ф.И., Шварцева С.Л., Швец В.М. и многих др. исследователей. Родниковые воды, как наиболее доступная для опробования часть подземного и, особенно, грунтового стока, а также исходная составляющая химического состава поверхностных вод практически всегда в той или иной мере участвовала в оценке загрязнения подземных вод.

В работах Альтовского В.Е., Джоши Б.К., Кейльгак К., Лисенко А.Б., Попова Е.В., Овчинникова А.М, Огильви Н.А., Храменко С.В., Швец В.М. и др. рассмотрены особенности формирования родникового стока в различных природно-техногенных условиях. На территории Урала этой проблематике посвящены работы Абдрахманова Р.Ф., Антипина В.И., Блинова Ю.М., Буданова Н.Д., Буренина Г.С., Веретенниковой А.С., Всеволожского В.А., Вострокнутова Г.А., Дерягина В.В., Зеленина Г.П., Знаменского И.К., Иконникова С.А., Кадыкина Ф.И., Катаева В.Н., Клер М.О., Ковалева В.Ф., Ковальчука А.И., Курочкина Ю.С., Латышева П.П., Макова К.И., Максимовича Г.А., Прейс В.Ф., Эпштейн В.В. и др. Установлено, что качество родниковых вод зависит от целого ряда природных и техногенных факторов и изменяется во времени.

На территории г. Москвы состав грунтовых вод приобрел сульфатный кальциевый облик, при естественном в долинах рек – гидрокарбонатном кальциевом. Высокая минерализация грунтовых вод от 1,0 до 5,0 г/л, а на отдельных участках до 28,0 г/л наблюдается в районах крупных промышленных зон. В долинах рек, где в основном находятся все родники, минерализация вод не превышает 1,0 г/л, что связано с разубоживанием грунтовых вод речными (Швец В.М. и др.).

На территории г. Перми многолетними наблюдениями установлено возрастание минерализации грунтовых вод от 450 мг/л в 1961 г. до 840 мг/л - к 1983 году, увеличение содержания типичных загрязняющих компонентов (NO3, SO4, Cl), а также концентрации ионов HCO3, Na, K, Mg, которыми подземные воды обогащаются при полном разложении твёрдых бытовых и промышленных отходов (Катаев В.Н.). Исследованиями Щуровой И.В. установлена полная или частичная техногенная метаморфизация состава грунтовых вод во времени (сульфатизация) с вытеснением ионов кальция и нитрата.

Техногенное изменение родникового стока не является прерогативой крупных мегаполисов. Например, в Центральных Гималаях (Индии) в результате сокращения лесов, денудации, интенсивного использования ядохимикатов, выпаса скота и значительной техногенной нагрузкой со стороны населенных пунктов происходит снижение дебитов родников и их загрязнение, сопровождающееся ростом концентрации нитратов, сульфатов, кальция и др. (Джоши Б.К.).

На территории Среднего Урала государственным гидрогеологическим картированием установлено загрязнение некоторой части родникового стока, нашедшее отражение в монографии «Гидрогеология СССР. Том XIV. Урал». В более поздних работах (Вострокнутов Г.А. и др., 2000-2001 гг.) по результатам представительного гидрохимического опробования малых рек 1993 г. выполнена классификация ранжированных гидрохимических спектров и установлены средние значения основных ионов в пределах Среднего и Северного Урала (мг-экв/л). В целом воды гидрокарбонатного состава с переменными соотношениями катионов, что обусловлено различиями в составе водовмещающих пород и минерализацией 200-300 мг/л, составили свыше 80 % из изученных 2554 проб. Их формирование тесно связано с процессами углекислотного выветривания водовмещающих пород в пределах гумидной зоны. Ореолы техногенного загрязнения характерные для малых рек, отличаются наиболее высокой минерализацией (в среднем 796 мг/л), относительно пониженной рН (в среднем 5,9) и SO4–Na+K–Ca составом. Они составляют менее 1 % всех проб и пространственно приурочены к центрам горного производства, имеющим сбросы сточных вод в поверхностные водные объекты, что снижает представительность выполненной оценки для подземных и родниковых вод.

По результатам длительных наблюдений на роднике «Деевский», расположенном на восточной границе Среднего Урала в зоне погружения карбонатной водоносной зоны под чехол рыхлых мезо-кайнозойских образований, установлено трендовое изменение химического состава в сторону увеличения солесодержания (рис. 1).

 Изменение общей минерализации воды родника “Деевский” Известно, что-0

Рис.1. Изменение общей минерализации воды родника “Деевский”

Известно, что родниковый сток служит очень важным звеном внешних связей подземных вод и показателем их внутреннего состояния, формирующегося под влиянием группы естественных (природных) и искусственных (техногенных) факторов (Гольдберг В.М, Крайнов С.Р., Швец В.М. и др.). Среди естественных факторов формирования химического состава родниковых вод выделяют физико-географические, геологические и гидрогеологические. Физико-географические факторы объединяют орогидрографические, климатические и биогенные факторы.

Орографически Средний Урал - это типичное низкогорье. Перепад высот в основном составляет 500 - 600 м. Верхние части хребтов сложены наиболее устойчивыми породами. Скальные выходы наблюдаются и в пределах речных долин, обычно узких и врезанных на глубину 30 – 60 м. Почти все основные реки пересекают район в субширотном направлении. Наиболее крупными из них на восточном склоне Среднего Урала являются Тура, Тагил, Нейва, Реж, Ирбит. Большинство естественных выходов подземных вод приурочены к бортам речных долин.

Климат территории резко континентальный, средняя годовая температура воздуха колеблется от 1,2 до 2,3 0С. Количество осадков в пределах Среднего Урала составляет на западном склоне 550-650 мм, на восточном – 450-550 мм. Основную часть осадков приносят циклоны с западным переносом воздушных масс, максимум которых приходится на теплый сезон, в течение которого выпадает 60-70 % их годовой суммы.



Pages:   || 2 | 3 |
 





 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.