Оценка деградации подземных вод и почвы кратко

Обновлено: 30.06.2024

Экологическое состояние подземной гидросферы зависит от степени загрязнения подземных вод, которое довольно широко распространено в рассматриваемом бассейне и рассматривается нами как один из факторов, следствием воздействия которого происходят изменения гидрогеохимической обстановки подземной гидросферы, усиливаются процессы опустынивания земель и, прежде всего, ухудшаются условия питьевого водоснабжения населения.

На территории бассейна подземные воды приурочены к различным литологическим разностям пород, залегающим как вблизи поверхности земли, так и на больших глубинах под толщей пород, изолирующих их от внешнего воздействия. В первом случае, при отсутствии с поверхности надежного водоупора, подземные воды оказываются не защищенными от влияния внешних факторов, способствующих их загрязнению. В связи с этим происходит ухудшение качества подземных вод вплоть до невозможности их использования для целей водоснабжения или орошения земель. В зависимости от размеров источника загрязнения и количества поступающих в водоносный горизонт токсичных веществ масштабы загрязнения изменяются в весьма широких пределах.

Являясь важнейшей составной частью геологической среды, включающей горные породы, природные газы и микроорганизмы, подземные воды во многом определяют не только ее свойства и структуру, но и экологические качества.

Наиболее крупные очаги загрязнения наблюдаются вблизи предприятий, сбрасывающих промышленные отходы и сточные воды на поверхность земли или в речную сеть без предварительной их очистки. К таким объектам относится большинство горнодобывающих предприятий, отдельные промышленные предприятия и городские агломерации с ненадежной системой очистки промышленных и бытовых стоков или без нее. Вблизи таких загрязнителей наблюдаются крупные ореолы загрязнения подземных вод, приводящие к выходу из строя целых водозаборов подземных вод или их участков. Примером могут служить некоторые водозаборы хозяйственно-питьевого назначения г. Шымкент, оказывающие воздействие на подземные воды .

Большинство разведанных и отрабатываемых месторождений полезных ископаемых харак-теризуется значительной обводненностью рудовмещающих и покровных пород. Это приводит к необходимости как предварительного, так и эксплуатационного осушения пород месторождений, которое существенно влияет на техногенные изменения геологической среды при их эксплуатации.

В зависимости от условий залегания полезного ископаемого месторождений и мощности залежей их разработку осуществляют подземным, открытым и комбинированным способами. Добыча и обогащение рудных полезных ископаемых являются одними из тех производств, которые приводят к значительным изменениям природной среды, в том числе баланса и качества водных ресурсов территории. В большинстве горнодобывающих районов существуют проблемы экологического характера, связанные с истощением ресурсов подземных вод, загрязнением водоносных горизонтов, водоемов и рек, в том числе источников водоснабжения, избытком дренажных и сточно-технологических вод, подтоплением территорий и т.д. Это обусловлено длительным отбором подземных вод со значительными расходами в процессе осушения месторождений, утечками из гидротехнических сооружений и систем водоснабжения, не регламентируемыми сбросами в водотоки загрязненных технологических вод и стоков дробильно-обогатительных комплексов, а также поступлением атмосферных осадков и поверхностных водотоков с территорий горнорудных объектов в реки и водоносные горизонты.

Техногенное воздействие при интенсивной отработке глубоких горизонтов рудных месторождений в бассейне привело к тому, что на многих горнорудных предприятиях значительно изменилась гидрогеологическая и инженерно-геологическая обстановка, возникли и протекают разнонап-равленные процессы. В зоне деятельности рудников образовались депрессионные воронки, площадь которых достигает нескольких десятков и даже сотен километров. Претерпел существенные деформации ландшафт территории, где нередко наблюдаются просадочные явления и образуются различные по форме и глубине искусственные микроформы рельефа, вызванные в основном обрушением горной массы над выработанным пространством при подземном способе отработки. Такие формы рельефа являются очагами фильтрации поверхностных вод в горные выработки и служат дополнительным источником питания рудничных вод.

Значительное количество откачиваемых рудничных вод и промышленных стоков накапливается в прудах-накопителях шахт, карьеров и обогатительных фабрик со всеми сопровождающими такое накопление вод процессами – подпором, засолением почв, выводом из хозяйственного пользования. По мере нарастания глубины и площади отработки месторождений увеличивается зона влияния горных выработок, изменяются водопритоки при одновременном ухудшении качества вод.

Наряду с крупными загрязнителями отмечается широкая сеть мелких предприятий, преимущественно сельскохозяйственного направления (фермы крупного рогатого скота, свинофермы, птицефабрики) и предприятий легкой промышленности, перерабатывающих сельскохозяйственные продукты (мясокомбинаты, молокозаводы, маслобойни и пр.). Здесь масштабы загрязнения подземных вод сравнительно небольшие, но, тем не менее, они приводят к ухудшению качества подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения сравнительно небольших потребителей, таких как районные центры, хозяйственные центры, поселки и пр.

На территории бассейна выявлено порядка 40 потенциальных источников загрязнения подземных вод, из них 20 – непосредственно влияют на гидрогеохимическое состояние подземных вод. Основная масса участков загрязнения подземных вод характеризуется повышением минерализации, увеличением жесткости, сульфатов, хлоридов до значений превышающих ПДК; выявленных участков характеризуются содержанием в подземных водах азотистых соединений; тяжелыми металламифенолами; органическими соединениями.

Особую опасность для здоровья населения представляют загрязненные подземные воды хозяйственно-питьевого назначения.

Многолетние гидрогеологические исследования показали, что в наибольшей степени загрязнению подвержены первые от поверхности земли водоносные горизонты, преимущественно грунтовые воды, в кровле которых часто отсутствуют водоупорные породы или породы, которые имеют слабые водоупорные свойства и не препятствуют проникновению загрязняющих веществ до уровня подземных вод. Они в основном тесно связаны с поверхностными водами, которые являются одним из источников формирования их ресурсов.

В зоне влияния месторождений подземных вод хозяйственно-питьевого назначения как мониторинговой сетью, так эпизодическими наблюдениями выявлено загрязнение различной степени, которое в большинстве случаев связано с процессами техногенеза. Умеренно опасное загрязнение установлено на 64% месторождений, опасное – на 19%, чрезвычайно опасное – на 17%.

Водохозяйственныму бассейну свойственна чрезвычайно опасная степень загрязнения месторождений питьевых подземных вод, связанная с интенсивным промышленным техногенезом. Здесь характерна также приуроченность загрязнения подземных вод веществами 1-го класса опасности. На части месторождений за счет природного железа и марганца степень загрязнения подземных вод определяется как чрезвычайно опасная.

В целом характер распределения загрязняющих веществ в подземных водах месторождений связан с особенностями техногенеза и природной гидрогеологической обстановкой водохозяйственных бассейнов регионов.

Основным источником информации о загрязнении и истощении подземных вод служат результаты режимных наблюдений и контрольных обследований, проводимых службами мониторинга подземных вод Комитета геологии и охраны недр РК.

Обоснованные санитарно-гигиенические требования по органолептическим, химическим и микробиологическим показателям должны лечь в основу экологически безопасной эксплуатации подземных вод. Для этого, прежде всего, необходим отбор приоритетных показателей их качества.

По данным режимных наблюдений и разового обследования водозаборов на семи эксплуатируемых месторождениях минерализация возрастает (таблица 6.2.3). На Теренозекском месторождении минерализация подземных вод выросла к настоящему времени с 1,3 до 1,33 г/л, на Кызылординском - с 1,1 до 1,5, на Кармакчинском - с 1,53 - 1,60 до 1,65-1,77, на Рисоводческом - с 1,3-1,6 до 1,5-1,8, на месторождении Шалкия - с 0,6-1,0 до 0,6-1,1, на Сарыбулакском - с 1,5-3,0 до 2,0-3,2, на Кувандарьинском - с 1,2-1,4 до 1,3-1,6 г/л. Степень загрязнения этих месторождений подземных вод умеренно опасная (Таблица 6.2.1).

Южно-Казахстанская область.Загрязнение подземных вод характеризуется следующими показателями: жесткость - 1,5 ПДК, желтый фосфор -10 ПДК, фосфаты - 1,2-9,0 ПДК. На Миргалимском месторождении подземных вод обнаружено повышенное содержание свинца -4,5 ПДК.

При обработке урановых месторождений Уванас, Мынкудук, Канжуган в Бетпак-Дале методом подземного выщелачивания, возможно, происходит загрязнение подземных вод как радионуклидами, так и тяжелыми металлами в радиусе нескольких километров от месторождений. Сведений об их загрязнении нет.

Деградация почв — это процесс, в результате которого изменяется количественный и качественный состав земли и снижается её плодородность. Если производительная поверхность слоя грунта уничтожается целиком, земля теряет ценность для сельского хозяйства.

Обстоятельства возникновения экологической проблемы:

в растительном покрове увеличивается уровень кислотности;
уменьшается количество микроэлементов и других питательных веществ, необходимых для плодородия;
ухудшается или нарушается гранулометрический и структурный состав;
происходит засоление грунта;
земельный покров переуплотняется или переувлажняется;
ветер или вода вызывают в почве эрозию;
плодородный слой земли снимается в строительных нуждах.

Причины деградации почвы

Деградации почвы во многом способствует нерациональное использование земельных ресурсов, которое заключается:

в несанкционированной вырубке лесных массивов;
пожарах в лесу, спровоцированных людьми;
нарушении правил мелиорации и заболачивании почвы;
эксплуатации сельскохозяйственных угодий, истощающей их плодородность;
злоупотреблении удобрениями при уходе за урожаем;
загрязнение плодородного слоя отходами промышленных предприятий или бытовым мусором;
захоронение в земле ядерных, биологических и химических отходов.

У каждой из этих причин лежат антропогенные истоки. Исключения — только причины деградации естественного происхождения: пожары, наводнения, долгая засуха.

Типы деградации почв

В типологии деградации почв виды принято различать по результатам воздействия человека на плодородные земли. Они приводят:

к технологическому истощению сельскохозяйственных угодий;
эрозии растительного покрова;
заболачиванию;
засолению;
загрязнению;
превращению в пустыню (опустыниванию).

Такое воздействие делится на физическое, биологическое и химическое.

Физическое воздействие нарушает:

топографический профиль земной поверхности;
уровень плодородия;
физические характеристики;
процент увлажнённости грунтового покрытия.

При химическом воздействии на почвенный слой:

сокращается количества необходимых земле химических элементов (азота, кальция) и минеральных веществ;
ухудшается плодородный потенциал и урожайность.

Биологическая деградация грозит:

загрязнением грунта патогенной микрофлорой;
гибелью полезных микроорганизмов, повышающих урожайность.

Общие понятия о видах деградации почвы, представлены на схеме:

Технологическая (эксплуатационная) деградация

Деградация почвы в результате чрезмерной эксплуатации называется технологической. Она возникает в итоге неграмотного землепользования, при котором земле не дают отдохнуть или перестроиться с одного вида сельскохозяйственных посадок на другой, создающий меньшую нагрузку на растительный слой.

Технологическая деградация почвы происходит в трёх случаях:

Механическом воздействии на земельный покров, предполагающем полное его удаление с определённой площади (при строительстве котлованов, дорог, тротуаров, добыче полезных ископаемых открытым способом). После этого сельскохозяйственное производство на данной местности становится невозможным.
Постоянной эксплуатации в целях земледелия, истощающей землю, делающей её менее плодородной.
Снижением полезных свойств растительного покрова по аграрным причинам (из-за недостаточного использования удобрений или уплотнения грунта сельскохозяйственной техникой).

Переувлажнение и заболачивание

Деградация почвенного покрова возникает в процессе его переувлажнения долгими дождями, наводнениями, а также неграмотными мероприятиями по мелиорации. Результатом любого из этих факторов становится деаэрация или заболачивание грунта.

При переувлажнении в плодородном слое земли снижается содержание кислорода, необходимого для роста растений. Одновременно увеличивается концентрация углекислоты. Это приводит:

к нарушению снабжения воздухом и загниванию корневой системы растений;
гибели микроорганизмов, улучшающих урожайность;
разбалансировке теплового режима, провоцирующего деградацию растительного покрова.

Проблемы деградации почвы возникают в связи с её заболачиванием или долговременным переувлажнением.

В результате интенсивного заболачивания происходит следующее:

гибнут луга;
исчезают пастбища;
загнивают корни деревьев;
с заболоченных мест улетают некоторые виды птиц, уходят или вымирают животные;
в недрах болот постепенно накапливается торф, что увеличивает пожароопасность окружающей местности;
меняется вся структура биоценоза и видового разнообразия его флоры и фауны.

Опустынивание

Опустынивание — самый распространённый вид деградации почвы. Проблема состоит в превращении некогда плодородных земель в безжизненную пустошь. Гибнут животные и растения. Причина единственная — нет влаги в поверхностном слое земной поверхности.

Сероземные почвы на месте благополучных районов — это один из надёжных индикаторов деградации плодородного слоя и опустынивания. Преобладающая роль в таких случаях принадлежит негативному влиянию человека.

Влияют на опустынивание земли:

отсутствие водоёмов в прилегающих территориях;
засуха на фоне сухой и жаркой погоды;
устойчивые изменения климата, следствием которого стало повышение температуры окружающей среды, увеличение испарений, обезвоживание грунтового слоя;
уничтожение лесов, в норме концентрирующих корнями воду в земной толще;
выпас животных, уничтожающих растительность, без которой в почве не держится влага;
воздействие на местный растительный и животный мир ядовитых веществ, истощающих землю;
отсутствие естественного или искусственного дренажа, способного удержать воду в растительном покрове;
обезвоживание грунта, обусловленное снижением уровня воды в водоёмах.

Засоление

Засоление плодородных земель возникает при скоплении в корневом слое растений солей, способных нарушить кислотность, благоприятную для развития посевов и повышения урожайности. Концентрация в почве сульфатов, хлоридов, солей кальция и натрия, превышающая 25% на единицу объёма, свидетельствует о засолении грунта.

Засоленные земли по степени их насыщенности солями бывают:

глубокого засоления;
солончаками;
солончаковыми;
солончаковатыми;
солодями;
солонцами.

Деградация земного покрова такого типа в мире распространена достаточно широко. По статистическим данным ООН засоление отдельных площадей суши достигает примерно 25% от общего количества всех плодородных земель планеты. Самые засолённые почвы находятся в зонах пустынь и полупустынь Африки, Средней Азии, Америки и Казахстана. В России засолены свыше 40 миллионов гектаров сельскохозяйственных земель. Особенно богаты ими Южное, Северное Поволжье, Сибирь и Якутия.

Эрозия почв

Под эрозией почвы понимается разрушение верхних слоёв растительного покрова — самого плодородного во всём грунте. Причины явления две:

вымывание при ливнях и наводнениях;
снесение мощными потоками ветров.

Среди эрозийных типов деградации почв по причинам, их вызывающим, выделяются эрозии:

естественная — развивается на продолжении нескольких тысячелетий;
ускоренная — имеет антропогенный характер, для максимального её развития достаточно от 10 до 30 лет ;
водная — сносит верхний слой почвы на считанные дни;
ветровая — за короткий срок сносит плодородный грунт с огромных площадей и начисто оголяет землю.

Основные причины антропогенной эрозии:

мелиорация окрестных болот;
лесозаготовки, нарушающие равновесие в биоценозе;
орошение земли, проведённое ирригационно безграмотно;
чрезмерное использование удобрений;
устройство на полях пастбищных загонов (домашний скот съедает все растения и утаптывает поверхностный слой земли).

Оценка деградации почв

Степень деградации почв — это оценка качественных и функциональных характеристик, отражающих реальное ухудшение состояния растительного слоя. Максимальной степенью деструкции считается полное уничтожение плодородной земли или приведение в негодность.

Степени деградации измеряются в баллах, каждый из которых соответствует уровню падения урожайности на определённом участке.

По уровням деградации плодородного слоя баллы в процентном измерении распределяются следующим образом:

Недеградированная почва — не более 5.
Слабодеградированная — в пределах 25.
Среднедеградированная — от 25 до 50.
Сильнодеградированная — от 50 до 70.
Предельно деградированная — более 70.

Данные цифры — не абсолютны. Они означают лишь соотношение с эталонным показателем нормального состояния растительного покрова, не учитывают специфику конкретных грунтов и применяются только в целях административного контроля за деятельностью сельскохозяйственных предпринимателей.

Реальными критериями являются комплексные показатели деградации почвенного покрова, включающие в себя степени:

эродированности;
засолённости;
заболоченности;
подверженности опустыниванию;
нарушения рельефа поверхности почв при добыче полезных руд шахтным способом.

Если степень деградации плодородной земли достигает 4-й и даже 3-й степени, сельскохозяйственный участок принудительно консервируется административными органами региона. Владелец угодья сможет продолжить на нём сельскохозяйственные работы, только когда восстановит нормальное состояния почвенного покрова.

Последствия деградации почв

Земля относится к тем ресурсам природы, которые со временем исчерпывают свой плодородный потенциал. Отсутствие в ней питательных веществ делает невозможной культивацию полезных растений.

Последствия деградации почв возникают по антропогенным причинам и в силу естественного старения почвы.

Из природных факторов, вызывающих разрушительную эрозию плодородного слоя, лидируют два:

Водный (ливни, наводнения);
Ветровой (сильные ветры, ураганы, бури).

В результате их разрушительного воздействия земля снижает свою плодородность:

при слабой размытости поверхностного слоя — до 20%;
при сильной — от 20 до 50 и выше;
при ветровой нагрузке — до 100.

Дегумификация

Гумус — это органический концентрат, находящийся в верхнем слое грунта. В состав гумуса входят соли азота, натрия, кальция, цинка, минеральные вещества, являющиеся питательными для растений. В зависимости от плодородности земли содержание в ней гумуса колеблется в диапазоне 70 — 90%.

Дегумификация почвы ведёт к её деградации. Содержание гумуса в грунте падает при ряде условий:

вторичном засолении почвы в результате чрезмерного орошения;
применения удобрений;
увеличении кислотности грунта;
переувлажнении;
заболачивании;
затоплении сельскохозяйственных угодий.

Уплотнение

При уплотнении земли урожайность снижается на 10-40 %. Причины данного вида деградации:

использование на полях слишком тяжёлой техники;
вспашка земли;
постоянный выпас домашнего скота.

Последствия уплотнения обратимы при устранении причин, по которым оно возникло.

Увеличение кислотности

Кислотность характеризует собой соотношение в земле соединений кислотного типа и щелочных. На слабощелочных и слабокислых грунтах увеличивается урожайность сельскохозяйственных культур, разрастаются мицелии грибов и колонии полезных для растений бактерий. Смещение кислотного баланса ведёт к уменьшению плодородности почвы.

Уровень кислотности, опасный для растений, возникает из-за чрезмерного применения удобрений. Второй источник увеличения в почве уровня кислот — кислотные дожди. Происхождение дождей и частота объясняется близостью угодий сельского хозяйства к предприятиям химической и фармакологической отрасли. Устраняют повышенную кислотность путём известкования грунтов.

Подтопление

Подтоплением называется такое состояние грунтовых вод, при котором те поднимаются на уровень корневых систем растений или на поверхность почвы. Причины подтопления:

затяжные дожди;
пожары, вытягивающие влагу из земли;
заиливание водоотводов при мелиорации;
перекрытие водостоков дамбой.

Без принятия срочных мер корни растений с их надземной частью усохнут и погибнут.

Методы сохранения плодородных почв

Выбор способа увеличения урожайности на конкретном земельном участке зависит от типа растительного покрова и его химических характеристик (кислотность грунта, засолёность). На практике для сохранения плодородия почвы используются удобрения.

Рекультивация земель

Под рекультивацией понимается комплекс мероприятий, направленных на восстановление покрова земли, ранее деградированного по естественным или антропогенным причинам. Процесс реализуется пошагово.

Первый шаг включает в себя техническую планировку участка и равномерную отсыпку выровненной поверхности слоем грунта, удобренного гумусом. На втором шаге осуществляется агротехническая подготовка и фитомелиорация почвы, которые способствуют оживлению сельскохозяйственного угодья.

Деградация почвы — процесс иногда необратимый. Тем, кто пользуется землёй, остаётся пожелать только беречь её и не забывать об ответственности перед государством.

Причины и последствия опустынивания

Виды, причины, последствия и борьба с эрозией почвы

Загрязнение почвы химическими веществами: последствия и охрана

С чем связано и чем опасно загрязнение почвы тяжелыми металлами

Бонитировка и качественная оценка почв

Почему почву надо охранять, мероприятия направленные на охрану почвенных ресурсов

Влияние кислотных дождей на окружающую среду

Переработка навоза в биогаз, топливо, удобрения, картон, гранулирование

Рациональное использование и охрана земельных ресурсов

Направления экологического земледелия, которые каждый может использовать на даче

Обработка осадков сточных вод: методы очистки и сушки

Способы и последствия осушения болот

Я всегда думал, что хороший полив защищает почву и предотвращает её выветривание и запесочивание, но оказалось, все в точности наоборот, чем больше воды, тем больше соленость почвы. После сильных наводнений на почве может несколько лет ничего не расти, пока не восстановится верхний плодородный слой. Я теперь боюсь даже летом лишний раз поливать грядки.

В работе рассматривается проблема загрязнения подземных вод. Основными загрязняющими веществами являются фенолы, нефтепродукты, соединения меди, цинка, нитратный азот, ртуть, марганец и т.д., все эти вещества образуются в результате деятельности различных предприятий и функционирования населенных пунктов. Антропогенное воздействие является главной причиной снижения биосферных функций, изменения физического и химического состояния подземных вод. Рассматриваются питьевые, бытовые и технические подземные воды и их особенности. Делается вывод о необходимости проведения мониторинга состояния подземных вод.

1. Григорюк Е.Н. Влияние сточных вод химической промышленности на водные ресурсы округа Муром Владимирской области // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2012. – № 2. – С. 20–22.

2. Ошкин М.И., Полозова И.А., Голубева Ю.С., Желтобрюхов В.Ф. Геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические исследования на участке расчистки русла реки Медведицы // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2011. – № 2. – С. 22–25.

3. Шарапов Р.В. Глобальные экологические катастрофы: миф или реальность? // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2011. – № 1. – С. 14–16.

4. Информационный бюллетень о состоянии недр на территории Российской Федерации в 2010 г. – Вып. 34. – М.: Геоинформмарк, 2011. – 208 с.

4. Поспихал З. О необходимости аудиторских проверок гидросистем для устранения санитарного риска // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2009. – № 6. – С. 40–44.

5. Святенко А.И., Бучек И.Ю. Анализ загрязненности шахтных вод в карьерах открытой добычи железной руды // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2010. – № 7. – С. 44–48.

6. Сараненко И.И., Бахарев В.С. Некоторые аспекты диагностики экологического состояния санитарно-защитных зон // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2010. – № 7. – С. 41–44.

7. Шарапов Р.В. Принципы мониторинга подземных вод // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2012. – № 3. – С. 27–30.

8. Шарапов Р.В. Структура системы мониторинга подземных вод // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2012. – № 4.– С. 20–23.

9. Орехов А.А., Дорофеев Н.В. Система для экологического мониторинга водных объектов на базе метода геоэлектрического контроля // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2012. – № 2. – С. 36–38.

10. Орехов А.А., Дорофеев Н.В. Выявление функциональных зависимостей уровня электропроводности природных вод от уровня загрязнённости // Машиностроение и безопасность жизнедеятельности. – 2012. – № 3. – С. 23–26.

Удивительное вещество – вода. У него нет ни вкуса, ни запаха, не обладает оно и цветом. Однако именно воде, по мнению Леонардо да Винчи, дана волшебная власть стать соком жизни на Земле. И с этим нельзя не согласиться. Вода – уникальный растворитель, в котором протекает множество биохимических реакций у всех живых организмов, она хорошо растворяет как органические, так и неорганические вещества, при этом обеспечивая высокую скорость протекания химических реакций. Она остается жидкой при достаточно широком температурном диапазоне, является теплоносителем. Уникальность воды была доказана многими учеными. На фоне стремительного ухудшения качества вод вопрос сохранения данного мирового богатства остается одним из первостепенных вопросов всего человечества.

В зависимости от места нахождения вод выделяют воды атмосферные, земной поверхности, подземные. Роль подземных вод в функционировании живых организмов на Земле отличается своей важностью. Именно подземные воды поддерживают питание родников, обеспечивают подачу влаги корням растений, оберегают реки и озера от обмеления, используются в хозяйственно-питьевых и иных нуждах человека, применяются для лечебных целей.

Загрязнение подземных вод

Растущая техногенная нагрузка на окружающую среду привела к тому, что подземные воды подверглись загрязнению. Стремительно уменьшаются запасы питьевой воды на планете, ухудшается ее качество. Все это сказывается на здоровье людей, разнообразии животного и растительного мира.

Проблема загрязнения подземных вод в России появилась еще в далеком XVI веке, в те времена, когда сельское хозяйство развивалось стремительными темпами. Однако не сельское хозяйство стало главной причиной ухудшения качества подземных вод.

Известно, что основными загрязняющими воды веществами являются фенолы, нефтепродукты, соединения меди, цинка, нитратный азот, ртуть, марганец и т.д., все эти вещества образуются в результате деятельности различных предприятий и функционирования населенных пунктов [1, 2]. Рост городов и стремительное развитие промышленности уже в XX веке привели Россию к довольно сложной ситуации в отношении качества вод. Поэтому антропогенное воздействие является главной причиной снижения биосферных функций, изменения физического и химического состояния подземных вод [3].

Подземные воды подразделяются на питьевые, качественный состав которых отвечает нормативным требованиям пригодности для питья, бытовых нужд человека, и технические, предназначенные для использования в технических целях. Технические воды имеют различный химический состав. Также подземные воды подразделяют на инфильтрационные, конденсационные, ювенильные, смешанные. Инфильтрационные воды образуются в результате проникновения атмосферных осадков в земную кору, конденсационная вода образуется при конденсации парообразной воды, содержащейся в горных породах. Ювенильные воды часто называют реликтовыми, так как они обычно сильно минерализированы и находятся в погребенных земной корой бассейнах. Смешанные воды образуются в результате перемешивания вышеупомянутых вод.

Верхнюю часть земной коры обычно делят на две зоны: зону аэрации и зону насыщения. Зона аэрации восполняется благодаря атмосферным осадкам, питает растения и интенсивно испаряется. Образуется эта зона из почвенной воды и верховодки Зона насыщения всегда заполнена водой, процесс испарения имеет минимальные значения.

Несмотря на то, что запас воды ограничен, спрос на воду в городах велик. Во многом процесс восполнения водных ресурсов зависит от состояния самой городской среды, климата, экологии. Однако на качество воды, уровень ее загрязнения и, следовательно, пригодность в первую очередь оказывает влияние антропогенное воздействие. Подземные воды являются конечным резервуаром накопления загрязнителей. Усугубляет положение то, что пригодные для питья и хозяйственных нужд воды залегают в верхней, наиболее подверженной загрязнениям части гидрогеологических структур, а процессы самоочищения здесь очень замедлены.

Загрязнение подземных вод происходит в процессе фильтрации вредных веществ с поверхности. При этом существует несколько видов источников загрязнения: промышленные площадки, на которых используются вещества, обладающие способностью мигрировать с подземными водами; места хранения промышленной продукции и отходов; места скопления бытовых отходов; поля орошения сельскохозяйственных продуктов. Особенную опасность создают места хранения пестицидов, в том числе запрещенных к употреблению, а также предприятия, связанные с нефтедобычей и нефтепереработкой.

Доля подземных вод в питьевом и хозяйственном водоснабжении России составляет 45 %. Более 60 % городов используют для питья подземные воды. В сельской местности на подземные воды приходится порядка 85 % от общего потребления. Проблема крупных городов заключается в том, что около 35 % от их общего числа практически не имеют источников централизованного водоснабжения.

По некоторым данным в России выявлено более 2,6 тыс. очагов загрязнения подземных вод, при этом основное их количество приходится на центральную часть страны (см. табл. 1) [4].

Распределение участков загрязнения подземных вод объектами различного вида хозяйственной деятельности

Источниками химического загрязнения подземных вод (см. табл. 2) являются стоки и твердые отходы предприятий, содержащие всевозможные неорганические и органические вещества. В процессе фильтрации сточных вод вблизи территории предприятия в подземных водах могут появиться тяжелые металлы, ароматические, токсические и другие вредные вещества. На сельскохозяйственных территориях воды загрязняются вследствие избыточного применения ядохимикатов и удобрений.

В напорные водоносные горизонты химические загрязнения поступают из подземных вод по стволу водозаборной или разведочной скважины при ее плохой изоляции от смежных водоносных горизонтов. Химические загрязнения в водоносных горизонтах могут распространяться на огромные расстояния.

Распределение источников загрязнения подземных вод по территории Российской Федерации

А.А. Касьяненко
Современные методы оценки рисков в экологии
Учебное пособие. – М.: Изд-во РУДН 2008. – 271 с.

4.8. Критерии оценки опасности изменения природной среды

4.8.5. Опасность загрязнения и деградации почв

Выбор критериев экологической оценки состояния почв определяется спецификой их местоположения, генезисом, буферностью, а также разнообразием их использования и с учётом площадей с различной степенью деградации почв. Выявление видов деятельности, вызывающих загрязнение почвы, даёт более полное представление о масштабе и степени загрязнения на обследуемой территории и позволяет значительно сузить и конкретизировать количество показателей.

В оценке экологического состояния почв основными показателями степени экологического неблагополучия являются критерии физической деградации, химического и биологического загрязнений (табл.4.25).

В качестве критерия экологического состояния территории рекомендуется использовать площадь выведенных из землепользования угодий в результате деградации почв (эрозия, дефляция, вторичные засоление, осолонцевание, заболачивание).

Целый ряд негативных процессов (механическое удаление почвенного покрова при открытой добыче полезных ископаемых, строительных работах; провоцируемые человеком водная эрозия и дефляция) приводят к разрушению почвенных горизонтов, степень которого также использована в качестве критерия деградации почв.

Критерии экологической оценки состояния почв (Критерии…, 1992)

Чрезвычайная экологическая ситуация

Площадь выведенных из сельхозоборота земель вследствие их деградации, % от общей площади сельхозугодий

Увеличение плотности почвы, кратность равновесной

Радиоактивное загрязнение, Ки/км 2 :

плутоний (сумма изотопов)

2. Содержание токсичных солей

3. Содержание пестицидов

4. Содержание полютантов

5. Содержание нефти и нефтепродуктов

Литосфера. Отличительной чертой этой геосферной оболочки является её многокомпонентность, включающая в себя рельеф, приповерхностную часть литосферы (собственно геологическую среду) и развитые на территории природные и антропогенные геологические процессы. Соответственно требуется более представительный состав критериев оценки и особые подходы к их интеграции.

Прямые критерии оценки. Группа геохимических критериев. Их применение основано на сопоставлении существующего загрязнения литосферы и её компонентов (без подземных вод) с ПДК или фоном с учётом токсичности загрязнителя. В общем виде такая оценка с ранжировкой по классам состояний показана в табл. 4.27.

Предлагаемая таблица позволяет оценить состояние литосферы и её компонентов по любому загрязнителю или их сумме.

Геохимические критерии (Управление …, 1996)

вышает ПДК

Почвенные критерии (Управление …, 1996). Здесь они рассматриваются в статусе оценочных критериев экосистемы, так как ухудшение свойств почв является одним из наиболее сильных факторов формирования зон экологического риска, кризиса или бедствия. Прежде всего это снижение плодородия почв на большой площади и с высокой скоростью. Почвенно-эрозионные критерии связаны со вторично антропогенными геоморфологическими процессами, ускоренными неблагоприятной хозяйственной деятельностью человека. Эти процессы распространены и в естественных условиях, но нарушение человеком устойчивости растительного и почвенного покрова (вырубкой лесов, распашкой почв, перевыпасом пастбищ и т.п.) вызывают их значительное ускорение и расширение их площади, что приводит к формированию зон экологического риска, кризиса и бедствия. Одним из интегральных показателей загрязнения почвы является ее фитотоксичность (свойство почвы подавлять рост и развитие высших растений) и гентотоксичность (способность влиять на структурно-функциональное состояние почвенной биоты). Пример выделения зон экологического состояния по основным почвенным критериям приводится в табл. 4.28.

Пространственные критерии. Помимо оценки степени нарушенности экосистемы большое значение имеет оценка площади ее поражённости. Если площадь изменения невелика, то при равной глубине воздействия малая по площади нарушенная система быстрее восстановится, чем обширная. Если площадь нарушения более предельно допустимых размеров, то разрушение среды практически необратимо и относится к уровню катастрофы.

Почвенные критерии нарушения экосистем (Управление …, 1996)

Плодородие почв (в % от потенциального)

Глубина смытости почвенных горизонтов

Смыт горизонт А1 или 0,5 горизонта А

Смыт горизонт А и частично АВ

Смыт горизонт А и В

Площадь ветровой эрозии (полностью сдутые почвы в %)

Например, выгорание лесов на площади в десятки и сотни га практически обратимо, и леса восстанавливаются – это не катастрофа. Однако, если площадь выгорания лесов или какой-либо формы техногенного разрушения растительного покрова достигает площади десятков и сотен тысяч га, изменения практически необратимы, и происшествие квалифицируется как катастрофа. Таким образом, размер катастрофического экологического нарушения достаточно велик и превышает, по В.В. Виноградову, площадь 10 000 – 100 000 га в зависимости от типа растительности и геолого-географических условий.

Чем серьёзнее нарушение, тем больше репрезентативная площадь его влияния. Пространственным критерием зон экологического нарушения служит относительная площадь земель (в %%), выведенных из землепользования в пределах исследуемой экосистемы. Даже в норме, т. е. в стабильном растительном покрове, относительная площадь нарушенных земель может достигать 5 %, а в зонах экологического бедствия превышает 50 %. При одной и той же стадии нарушения, выявленной по тематическим критериям, увеличение относительной площади нарушения квалифицирует более высокий уровень опасности.

Это может быть выражено в виде матрицы для административного района площадью 100–200 тыс.га. Пример такой матрицы приводится в таблице 4.29.

Из неё следует, что если сильное нарушение занимает площадь менее 5% территории, изменение квалифицируется в пределах нормы; но умеренное нарушение на относительной площади более 50 % экспертируемой территории уже служит основанием для объявления территории зоной экологического риска.

Для квалификации зон экологического риска, кризиса и бедствия необходимо учитывать пространственную неоднородность нарушенных зон и наличие в ней комбинаций относительной площади разной степени нарушенности.

Например, зона риска может составлять комбинацию, где менее 30 % площади занимают слабо измененные, более 4 0% площади – средне измененные и менее 40 % площади – сильно измененные экосистемы, зона кризиса – менее 3 0% площади – слабо и средне измененные, более 40 % площади – сильно и очень сильно изменённые,

Пространственные критерии нарушения (Управление …, 1996)

Увеличение площади нарушенных экосистем (%)

Увеличение растительной годичной продукции (%)

Увеличение площади эродированных земель (в %)

Увеличение площади подвижных песков (в %)

менее 30 % площади – очень сильно изменённые экосистемы, зона бедствия – более 40 % площади – сильно измененные, менее 20 % площади – слабо и средне изменённые, более
30 % площади—очень сильно изменённые экосистемы, что иллюстрируется таблицей 4.30.

Квалификация зон экологического риска, кризиса и бедствия

Динамические критерии. Перечисленные выше статистические критерии выявления зон экологического нарушения при всей их очевидности недостаточны для их объективной оценки, поскольку они не отражают истинной картины бедствия. Следует иметь в виду, что имеются природные стабильные зоны кризисных и бедственных признаков, которые не являются не только антропогенными, но и динамическими. Так, известные биогеохимические провинции (например, на Южном Урале или на Алтае) могут быть отнесены по статистическим биогеохимическим показателям к зонам экологического кризиса. Вместе с тем по динамическим критериям они таковыми не являются, так как повышенные концентрации металлов в почвах и растениях были там и до антропогена. Точно также не являются зонами экологического бедствия изначально незакреплённые пески (например, Арчадинские, которые таковыми являлись с плейстоцена) и другие устойчивые природные эрозионные комплексы. Поэтому наиболее достоверны динамические критерии выявления зон экологического нарушения по скорости нарастания неблагоприятных изменений природной среды (скорости накопления тяжёлых металлов, скорости прироста площади подвижных песков и т. п.).

По этому показателю В.В. Виноградов выделяет четыре класса динамизма растительного покрова. Стабильные территории со скоростью изменений менее 0,5% площади в год подвержены лишь разногодичной и циклической флюктуации. Умеренно динамичные территории со скоростью изменений до 1–2 площади в год, полная смена которых происходит за 50–100 лет и которые формируют слабо выраженные тренды, соответствуют зонам экологического риска. Средне динамичные территории со скоростью изменений до 2–3% площади в год, полная смена которых происходит в течение 30–50 лет с выраженной формой тренда, соответствуют зонам экологического кризиса. Сильно динамичные территории со скоростью изменений свыше 4% площади в год, полная смена которых происходит менее чем за 25 лет, соответствуют зонам экологического бедствия.

Примеры динамических показателей зон экологического риска (Р), кризиса (К) и бедствия (Б) представлены в таблице 4.31.

Отходы промышленной и бытовой деятельности человека плохо влияют на состояние почвы и атмосферы. Практически все виды производств, химические, мусорные свалки, отсутствие канализации в деревнях — причины загрязнения подземных вод.

Источники опасности

Загрязнение грунтовых вод — ухудшение качества опасными стоками, изменение состава, накопление посторонних предметов. Эти причины делают невозможным использование в повседневной жизни воды. Она грязная, и ее качество все ухудшается.

Выделяются следующие основные виды деятельности человека, создающие большое количество стоков:

жилищно-коммунальное;
сельское хозяйство;
нефтедобыча и переработка;
химическое;
энергетическое;
целлюлозно-бумажное производство;
мусорные свалки;
неверно организованные хранилища химических отработанных веществ.

Большинство элементов, вырабатываемых перечисленными источниками, растворимы, потому засорение иногда незаметно.

Отталкиваясь от его характера загрязнения, стоки разделяют на следующие группы:

Бытовые — засоряются физиологическими, хозяйственно-бытовыми отходами.
Атмосферные — воды для поливки улиц, дождевые и талые, выпавшие на территории населенного пункта. Наименее опасный вид стоков.
Производственные — вода, прошедшая технологические процессы, откачанная во время добычи полезных ископаемых или содержащая промышленные отходы. В зависимости от содержащихся примесей и их количества, ее перед вторичным использованием или подвергают очистке (загрязненная) или выпускают в водоем (условно загрязненная).

У видов стоков разные степени засорения и количество, возвращаемое в природу. Бытовые стоки — минерально-органические, а количество их зависит от норм водоотведения (степени благоустройства домов). Общая масса атмосферных вод иногда меняется из-за климата, рельефа и застройки городов. Производственные стоки — степень засорения и количество зависят от профиля промышленного предприятия.

Виды загрязнения

Вещества, оказывающие неблагоприятное действие на окружающую среду, проникают через грунт и отравляют подземные воды.

На основании их категорий различают несколько видов засорения.

Нефтяное загрязнение

Устойчивый вид засорения, происходит из-за разлива нефти, забора сопутствующих ее добыче вод, закачки их для поддержания давления в пластах. Образуется при транспортировке, переработке нефти и повседневном использовании ее продуктов человеком.

Непосредственно грунтовых вод просочившиеся нефтепродукты достигают не полностью: часть испаряется, а часть остается в грунте. Те, что попадают, делятся: одна половина остается на поверхности (образует нефтяную пленку), другая — растворяется. Признак этого вида — характерный запах нефти.

Тепловое загрязнение

Представляет собой увеличение температуры подземных вод на 5-10 С°. Вследствие чего увеличивается растворимость или оседание химических веществ, меняется газовый, химический состав воды. Развивается микрофлора, фауна, как результат начинается цветение. Из-за теплового засорения исключается возможность практического применения грунтовых вод.

Возникает такой вид чаще всего возле мест нахождения крупных промышленных предприятий, а именно атомных и тепловых электростанций. На территориях городов — из-за выброса теплых коммунальных стоков, привлечения поверхностных вод вблизи водоемов с хорошо проницаемыми породами.

Из-за изменения температуры повышается токсичность загрязняющих веществ. Поэтому данный вид загрязнения часто идет вместе с другими, из-за чего неблагоприятное воздействие на воду усиливается, возникают нежелательные экологические последствия.

Химическое загрязнение

Наиболее встречаемое стойкое засорение, которое довольно долго сохраняется и сложно ликвидируется. Проявляется присутствием минеральных и органических веществ неестественного происхождения, химических и синтетических элементов, из-за чего происходит окрашивание ярким цветом, появление резкого запаха и повышение температуры.

Основные источники этого вида — промышленные стоки, газы и твердые отбросы, содержащие большое разнообразие неорганических и органических элементов. Воды, откачиваемые при добыче руды, угля; канализационные стоки населенных пунктов. Вблизи производственных бассейнов встречается присутствие тяжелых и токсичных металлов: железа, цинка, ртути, меди, свинца.

Химический состав подземных вод может меняться под влиянием активных веществ, а при воздействии инертных — нет.

Это зависит от характера химического загрязнения: точечный, линейный или площадной.

Бактериальное загрязнение

Проявляется повышенной концентрацией микроорганизмов, провоцирующих инфекционные заболевания (энтеробактерии, этеровирусы), представителей группы кишечной палочки. Этот вид имеет временный, локальный характер, потому что срок существования бактерий составляет максимум 1 год. Однако вблизи мест захоронения жертв масштабных эпидемий возникает благоприятная среда для формирования очагов постоянного существования патогенных микроорганизмов.

Главными источниками загрязнения подземных источников являются: животноводческие фермы, птицефабрики, выгребные ямы населенных пунктов, неисправности труб канализации. Места выброса канализационных стоков в поверхностные водоемы или откачки их в поглощающие колодцы, скважины, свалки.

Радиоактивное загрязнение

Происхождение засорения радиоактивными веществами носит естественный или техногенный характер. Первое возникает на местах тектонических нарушений, месторождений урана. Второе — результат испытаний ядерного оружия (экспериментальные взрывы бомб на основе водорода, атомов и нейронов), эксплуатация АЭС. Процессы переработки радиоактивных остатков, ядерного сырья. Производство ядерных реакторов, топлива, оружия, радиоактивные захоронения.

При стабильном функционировании АЭС некая часть радионуклидов регулярно вырабатывается в окружающую среду. К серьезным проблемам с экологией это не приведет в отличие от нарушений штатного режима работы АЭС. Ярким примером является катастрофа, произошедшая в Чернобыле 26 апреля 1986 г. Радиоактивное засорение распространилось на весь континент, возникли геопатогенные зоны длительного существования из-за скопившихся в подземных водах долгоживущих радионуклидов.

Агрохимическое загрязнение

Представляет собой засорение нитратами вследствие сельскохозяйственной деятельности. Главные его источники — удобрения, отбросы животноводческих ферм.

Нитраты растворимы, практически незаметны, способны распространяться до самых глубоких источников подземных вод, мигрировать по ним на дальние расстояния.

Диффузное загрязнение

Итог сельскохозяйственной деятельности человека, а именно обработки растений химическими веществами (пестицидами) для защиты от сорняков, насекомых, грибка. Их вносят в почву, распыляют самолетами или распрыскивают на растения.

Пестициды — биологически активные, стойкие, плохо растворяющиеся токсичные вещества, подвергающиеся процессам распада. Иногда могут преобразовываться в промежуточные соединения, более токсичные, чем исходные вещества.

Защита подземных вод

Экологические, природоохранительные организации в России следят за защитой окружающей среды.

Они осуществляют действия, направленные на защиту грунтовых вод.

Среди них можно отметить следующие:

внедрение в производство новых технологий;
современные способы очистки промышленных стоков (замена биохимической очистки стоков на мембранную, физико-химическую);
переход на замкнутые циклы водоснабжения (стоки используются неоднократно).

В химической промышленности осуществляется переход от водяного охлаждения к воздушному. Это позволит сократить расход воды, а соответственно и количество стоков на 70-90%.

Защита подземных вод от истощения, загрязнения, рациональное их использование — проблемы, требующие скорейшего разрешения.

Во многих областях уже возникла нехватка водных ресурсов, а ведь жизнедеятельность человека, существование без них невозможно. Четко спланированная работа очистных сооружений, коммунальных служб, управляющих компаний позволит снизить уровень критичности и со временем разрешить данную проблему.

Читайте также: