17. Оценка экологического состояния и перспектив использования подземных вод четвертичного водоносного комплекса восточной части Чуйской впадины.
Мандычев А.Н., Прилепская С.В.
Четвертичный водоносный комплекс(ЧВК) в пределах Чуйской впадины является наиболее перспективным для эксплуатации подземных вод, в первую очередь, для питьевого использования, но он вполне может обеспечить решение и других проблем городского, промышленного сельскохозяйственного водоснабжения. Это обстоятельство определяется относительно неглубоким залеганием продуктивных горизонтов, высокой водоотдачей и в основном хорошим качеством подземных вод.
Разведанные эксплуатационные запасы подземных вод ЧВК оценены в размере 66,5 м3/сек , что значительно превышает потребление коммунальными и промышленными предприятиями - 15,2 м3/сек и сельским хозяйством - 18,5 м3/сек.[ 1 ]. Но фиксируемое в настоящее время загрязнение хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками водоносных горизонтов ЧВК, происходит, в основном, в пределах населенных пунктов и крупных промышленных предприятий. За последние двадцать лет наблюдается тенденция роста концентрации загрязняющих веществ не только по площади, но и с глубиной. Так, по
г. Бишкек нитратное загрязнение с превышением предельно допустимой концентрации (ПДК= 45мг/дм3) фиксируется до глубины 150 м, по г.Кара-Балта -120 м и по водозабору Орто-Алыш-190 м. Широкое площадное загрязнение нитратами, сульфатами (выше ПДК) отмечается в пределах Западно - Чуйского (на площади 17 км2), Центрально-Чуйского (9 км2), Алаарчинского (39 км2) месторождений подземных вод.
В данном случае речь идет о загрязнении антропогенного генезиса, но в Чуйской впадине имеет место как антропогенное, так и природное загрязнение. Этот момент часто упускается из виду при экологических исследованиях, поскольку антропогенное загрязнение обычно наиболее распространено, более значительно и разнообразно. Таким образом, существующие источники загрязнения ЧВК по генезису разделяются на природные и антропогенные.
Природное загрязнение наблюдается в междуречье р.р. Кызыл-Байрак и Кичи-Кемин, где оно представлено высоким содержанием фтора в подземных водах (до 2 -3 мг/дм3) и объясняется наличием флюорита в интрузивных лейкократовых гранитах горного обрамления. Отсюда, в процессе выветривания, фтористые соединения попали в четвертичные отложения и затем в содержащиеся в них подземные воды.
Аномальные содержания в воде хлора и сульфатов обнаружены в предгорной зоне долины р. Норус, где на поверхность в пределах Серафимовской антиклинали выходят соленосно-гипсоносные породы палеоген-неогенового возраста. Их поверхностный размыв обогащает речную воду, фильтрующуюся под землю соответственно хлоридами и сульфатами, а подземное выщелачивание, как соленосных коренных пород , так и переотложенных четвертичных определяет высокую минерализацию и повышенные концентрации сульфатов и хлоридов в подземных водах . Повышенная минерализация и сульфатно-натриевый тип характерны и для подземных вод других участков низких предгорий Киргизского хребта, поскольку неогеновые и плиоцен-нижнечетвер-тичные отложения и здесь содержат рассеянные сульфатные минералы,.хотя и в значительно меньшей концентрации, чем в районе Серафимовской антиклинали.
В северо – западной части Чуйской впадины, в пределах увалисто-долинного рельефа, подземные воды ЧВК по химическому составу имеют сульфатно-натриевой тип и минерализацию до 25 г/дм3 . Здесь природное загрязнение обусловлено процессом засоления почво-грунтов в зоне неглубокого залегания уровня подземных вод за счет испарительного концентрирования. Следует отметить, что процесс засоления преимущественно глинистых грунтов в северо – западной части Чуйской впадины имел место на протяжении всего четвертичного периода. Результат этого процесса обнаруживается в виде гипсовой и галитовой минерализации лессовидных суглинков в верхних слоях отложений холмов и увалов (массив Саргоу, северная часть междуречья р.р. Аламедин - Алаарча). На этот естественный процесс произошло наложение антропогенной ирригационной деятельности, которая из-за несоблюдения норм полива привела к ухудшению экологической обстановки, подъему уровня подземных вод, усилению испарения и соответственно повышению их минерализации и содержания сульфатов, хлоридов( участки Бештерекский, Чалдоварский). Здесь же происходит поступление с поверхности земли в подземные воды верхнего грунтового горизонта специфических соединений за счет растворения удобрений, гербицидов, пестицидов.
В настоящее время, несмотря на резкое снижение объемов промышленного и сельскохозяйственного производства, продолжается загрязнение водоносных горизонтов ЧВК хозяйственно-бытовыми и промышленными стоками. В практике изучения загрязнения подземных вод, последние определяются как загрязненные в том случае, когда содержание компонентов превышает предельно допустимые концентрации (ПДК), нами, в дополнение, предлагается использовать понятие – " потенциальное загрязнение", когда концентрация компонентов превышает фоновую, но остается меньше ПДК.
Выделение потенциально-загрязненных подземных вод оправдано тем, что процессы загрязнения развиваются и для выработки мер по борьбе с загрязнением необходимо определить направление развития процесса загрязнения, его тенденцию. При таком подходе мониторинг химического состава подземных вод позволит определить начальные стадии загрязнения, когда есть возможность защитить подземные воды с наименьшими затратами. Отслеживание изменения концентрации компонентов состава подземных вод в течении времени, т.е. изучение динамики развития загрязнения позволяет определить скорость процесса загрязнения и прогнозировать результат. Эту ситуацию хорошо можно проследить на примере Карабалтинского участка, где в течение 30 лет происходила фильтрация загрязняющих компонентов из хвостохранилища горнометаллургического завода (ГМЗ). Здесь наблюдалось постепенное нарастание загрязнения водоносных горизонтов по площади и глубине. Так, за период с 1992 по 1996 г.г., ореол загрязнения подземных вод нитратами и сульфатами увеличился с 6,5 км до 8 км в северном направлении от заградительной дамбы хвостохраналища. Содержание сульфатов в пробах воды изменилось с 30,6 мг/дм3 до 42,6 мг/дм3 и нитратров с 34,5 мг/дм3 до 45,5 мг/дм3.
На этом участке подземные воды загрязнены молибденом и марганцем. Их максимальные содержания в воде установлены лишь в скважинах, расположенных в непосредственной близости к дамбе хвостохранилища ГМЗ, а по мере удаления от источника загрязнения, концентрация этих элементов уменьшается. Дальность миграции этих элементов с концентрацией выше ПДК, составляет 2-3 км по потоку подземных вод. Здесь марганец и молибден являются надежными гидрохимическими индикаторами промышленно-хими-ческого загрязнения.
В юго-западной части с.Беловодское в подземных водах обнаружено высокое содержание хрома. Здесь основным источником площадного загрязнения явились хромосодержащие стоки цеха гальваники завода ПП 36/3.
В пределах г.Бишкек техногенные аномальные содержания хрома в подземных водах зафиксированы на территории кожзавода, завода сельхозмашиностроения им.Фрунзе, завода им.Ленина и завода пластмассовых изделий. Здесь же, как уже упоминалось выше, наблюдаются обширные площади нитратного загрязнения с концентрацией нитрата более ПДК. Но, в данном случае, не наблюдается распространения шлейфа загрязнения в северном направлении, поскольку северная граница ореола загрязнения попадает в зону восходящей разгрузки подземных вод глубоких горизонтов ЧВК, где загрязненные подземные воды частично выклинивается на поверхность и переходят в поверхностный сток родниковых рек (карасу), а частично разбавляется чистыми водами глубоких горизонтов ЧВК.
Серьезную проблему в аспекте загрязнения подземных вод ЧВК создали Актюзский и Орловский химико-металлургические комбинаты, расположенные в зоне формирования подземных вод в пределах южного предгорного шлейфа. Так, устойчивое нитратное загрязнение подземных вод на глубинах от 5 до 150 м наблюдается в равнинной части междуречья р.р. Кыртаволга и Кичи-Кемин. Источником загрязнения здесь является хвостохранилище Актюза, где в 1963 г. была прорвана дамба и промышленные стоки распространились в пределы Восточно-Чуйского месторождения подземных вод и профильтровались в подземные воды. Загрязнение этого месторождения происходит также со стороны Орловского комбината, что подтверждается опробованием скважины 2541, которая была пробурена в 1996 г. с целью изучения существующего загрязнения в п. Орловка и его влияния на подземные воды Восточно-Чуйского месторождения. Скважина опробовала водоносный горизонт в интервале 220-240 м, при глубине уровня подземных вод -211 м. В пробах воды обнаружено высокое содержание нитратов (1,1-1,9 ПДК) и сульфатов (86-88 мг/дм3, при фоне 20-30 мг/дм3).
Негативное воздействие на подземные воды в Чуйской впадине оказывают не только промышленные предприятия и коммунально-бытовые стоки, животноводческие фермы и комплексы, но и наличие необорудованных складов химических удобрений и ядов, особенно, если они расположенных в зоне формирования подземных вод с высокими фильтрационными свойствами пород зоны аэрации.
Практически, в пределах всех населенных пунктов Чуйской впадины, наблюдается потенциальное загрязнение нитратами подземных вод ЧВК, обусловленное хозяйственно-бытовыми стоками. Поэтому мероприятия по снижению угрозы загрязнения должны иметь повсеместный характер.
Все перечисленные выше проблемы ставят задачу конструктивного превентивного планирования мер по сохранению хорошего качества подземных вод, так как загрязнение вынуждает осуществлять забор воды с большей глубины, что связано с техническими трудностями и дополнительными затратами, а из качественных запасов выводится значительная часть подземной воды, что в перспективе может привести к потере доступного и высококачественного источника водоснабжения.
При определении критериев защищенности подземных вод от загрязнения ориентируются на определение факторов препятствующих проникновению загрязнителя в подземные воды. При этом серьезным недостатком всего комплекса критериев является априорно задаваемая ориентация на защищенность подземных вод [ 2 ], в то время, как, фактически, защищенность подземных вод является относительной, а уязвимость загрязнением - абсолютна. Принимая во внимание абсолютный характер уязвимости загрязнением подземных вод, в дальнейшем рекомендуется оперировать понятием “уязвимость” подземных вод, как более точно отражающем объективную ситуацию. Акцент на термине “уязвимость” дает не только более точное отражение ситуации, но и однозначно ориентирует на постоянную поддержку мероприятий по защите подземных вод от загрязнения.
В рамках решения проблемы оценки уязвимости подземных вод важно четко определить понятие -“загрязнение подземных вод”. Очевидно, что это понятие прямо связано с понятием -”качества вод”. Последнее имеет смысл и значение только применительно к запросам потребителя. В этом аспекте эталоном качества питьевой воды и соответственно стандартом, является такой химический состав и концентрация примесей в воде, которые максимально благоприятны для человеческого организма. Таким образом, вода по составу отличающаяся от стандарта будет относиться к некачественной, а к загрязненной будет относиться вода в которой присутствуют компоненты, концентрация которых превышает стандартную. Это уточнение необходимо, поскольку в случае недостатка в воде некоторых компонентов она так же будет некачественной, как это имеет место в отношении недостатка йода.
Таким образом, в определении качества воды необходимо различать две категории случаев. В первом случае имеет место избыток некоторых компонентов в подземных водах, что имеет место в основном за счет антропогенной деятельности и реже является естественным процессом. Во втором случае наблюдается недостаток некоторых компонентов, что чаще имеет естественное происхождение и реже антропогенное . Исходя из вышеизложенного, очевидно, что для разных целей могут использоваться разные стандарты качества и соответственно критерии загрязнения воды.
В перспективе на территориях антропогенной деятельности процесс загрязнения будет развиваться в сторону увеличения загрязнения и нет реальных предпосылок для его ослабления, так как основным источником загрязнения являются хозяйственно-бытовые стоки частного сектора и утечки из канализационной сети, а улучшения состояния этих объектов в ближайшем будущем маловероятно. Учитывая это и современную тенденцию климата в сторону потепления и иссушения, проявляющуюся в деградации ледников и возможность в будущем значительного сокращения ресурсов поверхностных вод, особое значение приобретает стратегия рационального использования подземных вод, которые в ближайщем будущем могут оказаться единственным источником качественной воды.
Поскольку процесс загрязнения на территории городов остановить очень трудно и в перспективе прийдется использовать дорогие способы очистки воды, наиболее реальным и дешевым вариантом в современной ситуации является создание особых охраняемых территорий вне городов, в пределах перспективных месторождений подземных вод.
Выводы
Исследование экологического состояния подземных вод четвертичного водоносного комплекса Чуйской впадины показало, что в водоносных горизонтах наблюдается природное и антропогенное загрязнение.
Первое представленно сульфатами, хлоридами, фтором и связано с особенностями геологической истории развития региона и в частности с тектоническим строением, литолого-фациальной зональностью Чуйской депрессии.
Второй вид загрязнения обусловлен антропогенной деятельностью и тяготеет к населенным пунктам, промышленным и сельскохозяйственным предприятиям. Наибольшее загрязнение, в основном нитратное, связано с крупными городами и горнодобывающими и перерабатывающими предприятиями, здесь же в подземных водах обнаруживаются специфические компоненты – хром, марганец, молибден. В пределах небольших городов и сельских населенных пунктов нитратное загрязнение не превышает ПДК, но тем не менее процесс загрязнения имеет место. Особенностью ситуации является то, что загрязненные подземные воды наиболее распространены там, где потребность в подземных водах для водоснабжения наибольшая. Учитывая величину ресурсов подземных вод и их качество, очевидно, что в ближайщие десятилетия, подземные воды останутся основным источником питьевого и хозяйственно-бытового использования. Именно поэтому , чтобы не потерять дешевый и высококачественный источник водоснабжения, располагающийся в непосредственной близости к потребителю, необходимо осуществлять меры по защите подземных вод от загрязнения. Эта задача может приобрести особую актуальность в свете возможного потепления климата в ближайщие годы и соответственного сокращения ресурсов пресных поверхностных вод.
Первоочередной мерой по защите подземных вод от загрязнения должно быть выделение специальной охраняемой территории в пределах наиболее крупных месторождений подземных вод и особенно в зоне питания подземных вод.
В пределах этой территории должна полностью исключаться любая деятельность, способная вызвать загрязнение подземных вод. При всей радикальности такой меры, она позволит без значительных затрат гарантировано сохранить чистыми подземные воды, которые в настоящее время еще не загрязнены, либо загрягрязнены в незначительной степени.
Для защиты от прогрессирующего загрязнения подземных вод в пределах населенных пунктов и особенно крупных городов, таких как г.Бишкек, следует проводить дорогостоящие защитные мероприятия, которые в современной экономической ситуации вряд ли будут реализованы. К таким мерам относятся:
1. Обеспечение канализацией всех населенных пунктов. На первом этапе в крупных городах реконструкция старых и сооружение новых канализационных сетей в частном секторе, исключающих фильтрацию стоков в подземные воды, обеспечение гидроизоляцией всех фильтрующих стоки сооружений.
2. Обеспечение санитарного порядка на территории населенных пунктов, предприятий, в частности, не допускать свалок в поймах рек и участках с высокой уязвимостью подземных вод загрязнением. Соблюдать все технологические нормативы хранения и перевозки удобрений, ядохимикатов и других загрязняющих веществ.
3. Обеспечение эффективной работы сооружений предочистки на промышленных предприятиях и строгого контроля за составом сточных вод и качеством гидроизоляции канализационных систем, отстойников и т.п..
4. Строительство новых потенциально загрязняющих объектов осуществлять только с учетом водоохранных мероприятий.
5. При наличии возможных источников загрязнения проводить постоянный мониторинг качества подземных вод.
Без выполнения основных перечисленных мер, в перспективе, необходимо будет привлекать к эксплуатации подземные воды нижних (глубже 200м) водоносных горизонтов, а по мере их загрязнения либо переходить к эксплуатации месторождений подземных вод за пределами городов, либо использовать сложные системы очистки подземных вод от загрязняющих компонентов.
Литература
1. Мангельдин Р.С. Ресурсы родземных вод внутригорных впадин Тянь-Шаня. Бишкек. Илим, 1991.149 с.
2. Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды. Л. Гидрометеоиздат, 1987. 246 с.