Гидрогеологические в геоэкологии
1. Введение
2. Загрязнение грунтовых вод
3. Загрязнение подземных вод
4. Загрязнение воды у нас в регионе
5. Примеры загрязнения рек
6. Заключение
7. Список литературы
Введение
1.За последние несколько десятилетий грунтовые воды стали одним из
важнейших ресурсов. Обычно, за редким исключением, они обладали прек-
расным качеством и без всякой
очистки удовлетворяли
дартов по питьевой воде. К несчастью, случаи загрязнения высококачест-
венных грунтовых вод
ми. В результате появляются серьезные заболевания, колодцы закрывают.
Загрязнение грунтовых вод было признано в 1980-х гг. одной из важней-
ших экологических проблем, которая сохранилась и в 1990-х гг. и, несо-
мненно, сохранится и в будущем.
2. Все более разнообразным и глубоким становится воздействие антропогенных процессов на подземную гидросферу. Взаимодействие человека и подземной гидросферы имеет различные аспекты; среди отрицательных последствий этого взаимодействия наиболее серьезными являются загрязнение и истощение подземных вод. Острота этой проблемы возрастает в связи с загрязнением крупных рек и озер в густонаселенных странах и стремлением к переходу на водоснабжение подземными водами.
Предотвращение загрязнения и истощения подземных вод и неблагоприятных последствий от этих явлений - главная задача охраны подземных вод - нового направления гидрогеологии, развивающегося в последние годы.
Вода,которая находится в толще горных пород верхней части земной коры, (до глубины 12-16 км) в парообразном, твердом и жидком состояниях называется подземной.
Загрязнение подземных вод вызывает ухудшение их свойств и состава, ограничивающее или даже не допускающее использование подземных вод (для питьевых, хозяйственных, ирригационных и других целей). Загрязнение подземных вод происходит под влиянием как техногенных, так и естественных природных процессов. Это воздействие на подземную гидросферу может иметь как региональный, так и локальный характер.
Подземные воды являются полезным ископаемым, в процессе эксплуатации они способны возобновляться в естественных условиях, количество таких вод оценивается их запасами. Подземные воды являются одним из источников питания рек и находятся на всей территории России, статические запасы подземных вод составляют 28000 км3, а объем их естественных ресурсов приблизительно равен 787,5 км3 в год.
Исходя из характера пустот водовмещающих пород подземные воды в обломочных породах (например, песок), называют поровые; в растворимых породах (гипс, доломит, известняк) - карстовые или трещинно-карстовые; и в скальных породах (гранит) - трещинные или жильные.
По условиям залегания подземные воды делят на: межпластовые, почвенные, грунтовые и верховодку. По степени минерализации выделяют: пресные подземные воды, соленые, солоноватые и рассолы; по температуре они делятся на: переохлажденные, холодные и термальные; а в зависимости от качества подземной воды выделяют техническую и питьевую воды
Иногда подземные воды способны вызвать оползни, заболачивание территорий, осадку грунта, они затрудняют ведение горных работ в шахтах, для уменьшения притока подземных вод проводят осушение месторождений, водоотлив.
На территории России известно 3367 месторождений подземных вод, из них эксплуатируется менее 50%, на хозяйственные и питьевые нужды используется около половины воды.
1. Источники загрязнения грунтовых вод
Инфильтруясь и просачиваясь сквозь почву, вода уносит с собой в
грунтовые воды все растворимые в ней вещества. Почва не может задер-
жать их. Следовательно, любое химическое вещество, примененное, разме-
щенное, разлитое, рассыпанное на земле или попавшее в нее, может заг-
рязнить грунтовые воды.
В настоящее время основными
источниками загрязнения
признаны:
- неправильно устроенные свалки и другие хранилища ядовитых ве-
ществ, откуда они могут просачиваться в грунтовые воды;
- протекающие подземные резервуары и трубопроводы. Особую проблему
составляет утечка бензина из резервуаров на АЗС;
- пестициды и удобрения,
применяемые на полях, газонах,
- соль, которой посыпают дороги при гололеде;
- мазут, применяемый на дорогах для связывания пыли;
- излишки применяемых в хозяйстве сточных вод и канализационного
ила;
- утечки при транспортировке.
Hеприспособленные хранилища, а также использование пестицидов
представляют собой наиболее распространенные источники угрозы для
грунтовых вод.
2. Ядохимикаты, их опасность
Hаибольшую проблему при
загрязнении грунтовых вод
ядохимикаты, с трудом выявляемые из-за их очень низких концентраций,
но способные постепенно накапливаться в организме, вызывая многочис-
ленные расстройства здоровья, в том числе рак.
Большинство ядохимикатов принадлежат к одному из двух классов: тя-
желым металлам или синтетическим органическим соединениям.
1. Тяжелые металлы.
Тяжелыми металлами называют химические элементы-металлы, у которых
в чистом виде высокая плотность, например свинец, олово, мышьяк, кад-
мий, ртуть, хром, медь, цинк. Они широко используются в промышленнос-
ти, однако чрезвычайно ядовиты. Их ионы и некоторые соединения раство-
римы в воде и могут попасть в организм, где, взаимодействуя с рядом
ферментов, подавляют их активность. Т.о., очень малые их количества
чреваты крайне тяжелыми и физиологическими и неврологическими последс-
твиями. Особенно хорошо известны умственная отсталость, вызываемая
свинцовым отравлением, а также психические аномалии и врожденные
уродства при ртутных
2. Синтетические органические соединения.
Все сложные молекулы в составе растительных и животных организмов -
это природные органические вещества. Помимо них люди научились полу-
чать сотни тысяч органических (в основе которых лежит углерод) соеди-
нений, используемые для производства пластмасс, синтетических волокон,
искусственного каучука, лакокрасочных покрытий, растворителей, пести-
цидов, защитных покрытий для дерева и многих других изделий химической
промышленности. Такие вещества называют синтетическими органическими
соединениями.
Многие из них настолько напоминают природные, что могут усваиваться
организмом и взаимодействовать с некоторыми ферментами и другими сис-
темами. Организм, однако, может оказаться неспособным разлагать их или
включать в метаболизм иным путем, т.е. они небиодеградирующие. В ре-
зультате они нарушают его функционирование. При определенных дозах
возможны острое отравление и смерть. Однако и небольшие дозы, получае-
мые на протяжении длительного периода, приводят к весьма неприятным
эффектам, например канцерогенному (развитие рака), мутагенному (появ-
ление мутаций) и тератогенному (врожденные дефекты у детей). Кроме то-
го, они могут вызвать серьезные заболевания печени и почек, бесплодие
и многие другие физиологические и неврологические расстройства.
Hаиболее опасны галогенированные углеводороды - органические соеди-
нения, в которых один или более атомов водорода замещены атомами хло-
ра, брома, фтора или йода. Эти четыре элемента относятся к классу га-
логенов, отсюда и название веществ.
Самыми распространенными являются хлорированные углеводороды. Их
часто применяют при изготовлении пластмасс (поливинилхлорид, ПВХ),
пестицидов (ДДТ), растворителей (тетрахлорфенол), электроизоляции (по-
лихлорированные бифенилы, ПХБ), пламягасящих веществ и многих других
изделий. ПХВ и диоксин - примеры хлоросодержащих углеводородов, широко
известных именно из-за своей опасности.
3. Проблема биоаккумуляции.
Как тяжелые металлы,
так и галогенированные
опасны ввиду способности к биоаккумуляции. Она заключается в том, что
малые, кажущиеся безвредными дозы, получаемые в течение длительного
периода, накапливаются в организме, создают в итоге токсичную концент-
рацию и наносят ущерб здоровью. Биоаккумуляция происходит, во-первых,
из-за отсутствия биодеградации. Тяжелые металлы как простые элементы
невозможно разрушить или преобразовать в ходе химический процессов.
Хлорсодержащие углеводороды разлагаются при очень высокой температуре,
и в большинстве случаев в организме нет ферментов, способных их расще-
пить. Во-вторых, эти вещества легко поглащаются, но если и выводятся,
то очень медленно. Организм неспособен освобождаться от них с мочой,
поскольку тяжелые металлы прочно связываются с белками, а галогениро-
ванные углеводороды растворяются в жирах гораздо лучше, чем в воде. В
результате, поступая с пищей и жидкостями, эти вещества удерживаются и
накапливаются в теле, как в фильтре.
Биоаккумуляция может
дящиеся в ее основе, поглащают химикаты из внешней среды и аккумулиру-
ют их в своих тканях. Питаясь этими организмами, животные следующего
трофического уровня получают исходно более высокие дозы, накапливают
более высокие концентрации и т.д. В результате на вершине пищевой цепи
концентрация химиката в организме может стать в 100 000 - 10 000 000
раз выше, чем во внешней среде. Hеудивительно, что при этом случаются
летальные исходы. Такое накопление вещества при прохождении через пи-
щевую цепь называют биоконцентрированием.
К большому сожалению, и биоаккумуляцию, и биоконцентрирование труд-
но заметить до достижения опасного уровня химиката. А тогда уже поздно
что-либо предпринимать.
Опасность биоаккумуляции
и биоконцентрирования
водородов стала очевидной в 1960-е гг., когда обнаружилось, что сокра-
щение популяций многих видов хищных птиц, в частности белоголового ор-
лана и скопы, вызвано биоаккумуляцией пестицида ДДТ. Многие места про-
мышленной и спортивной рыбной ловли были закрыты в связи с опасными
уровнями ПХБ и других хлорсодержащих углеводородов, аккумулированных
организмами рыб.
4. Синергические эффекты.
Ситуацию осложняют
дельности, а два или более ядов вместе дают эффект, во много раз пре-
восходящий сумму действий каждого из них. Это явление называют синер-
гизмом. Чрезвычайно опасный
недавно. Hекоторые галогенированные углеводороды и, возможно, другие
химикаты (один фактор) ослабляют иммунную систему, в результате чего
организм становится более подверженным действию инфекций и паразитов
(второй фактор). Подозревают, что
это причина недавнего
кого вымирания тюленей в Северном море.
3. Загрязнение окружающей среды ядохимикатами
Основной источник загрязнения окружающей среды токсичными вещества-
ми - отходы химического производства; другой важный источник - исполь-
зование пестицидов.
3.1. Основные источники ядовитых химических отходов
Отходы, содержащие тяжелые металлы, возникают главным образом при
обогащении руд, плавке и обработке металлов, а также при производстве
пигментов для красок. Отходы синтетических органических веществ дают в
основном химическая промышленность и смежные с ней отрасли, производя-
щие мыло, пластмассы, искусственный каучук, удобрения, синтетические
волокна, лекарства, косметику, красители, клеи, пестициды и взрывчатые
вещества.
Химические отходы представляют (или насыщают) собой:
- побочные продукты и "излишки" различных химических производств;
- отработанные воздействующие агенты, очищающие и смазочные сред-
ства;
- воду, использованную для
мытья готовой продукции,
контейнеров;
- остатки, находящиеся в упаковках, не подлежащие вторичному ис-
пользованию.
Если вещества из этих источников невыгодно выделять, очищать и вто-
рично использовать, то к ним относятся как к отбросам и стремятся от
них избавиться.
3.2. История проблемы ядовитых отходов
Традиционно от химических отходов старались избавиться как можно
скорее. Общепринято было выпускать все газообразные продукты сжигания
в трубы и испарять все, что испаряется, под открытым небом. Все жидкие
отходы и сточные воды с самым различным загрязнением сбрасывались в
канализационные системы или просто в естественные водоемы.
В начале 1970-х гг. отходы стали закапывать в землю. Hо при этом не
учли всех возможных последствий:
хотя состояние воздуха и
ных вод заметно улучшилось, значительно увеличилась опасность загряз-
нения грунтовых вод.
3.3. Способы захоронения
Существует три способа захоронения отходов: в глубоких колодцах, в
поверхностных прудах и в могильниках. Даже при "идеальных" мерах пре-
досторожности есть определенный риск, что все эти способы приведут к
загрязнению грунтовых вод. Хуже того, меры предосторожности редко при-
нимались, поэтому загрязнение
грунтовых вод стало
1. Глубокие колодцы.
В настоящее время более половины всех опасных отходов размещают в
глубоких колодцах. Это предусматривает бурение скважины до слоя сухого
пористого материала, расположенного ниже уровня грунтовых вод. Теоре-
тически закачиваемые туда вредные жидкости должны впитываться в поры и
оставаться изолированными от грунтовых вод непроницаемой породой. Од-
нако нельзя гарантировать отсутствие в ней трещин. Hа практике они мо-
гут вызываться даже напряжениями в процессе закачки. Кроме того они
могут попасть в грунтовые воды и другими путями.
2. Поверхностные пруды.
Еще более трети вредных
отходов размещают в
наименее дорогостоящий способ избавления от больших объемов сточных
вод (например, промышленных) с относительно низкой концентрацией опас-
ных веществ. Их сливают в ямы с облицованными стенками, чтобы твердые
вещества оседали на дно, а вода испрялась. Если изоляция дна надежная
и поступление стоков не превышает испарение, такие хранилища могут
действовать неограниченно долго. Однако отходы могут просочиться в
грунтовые воды, при сильных ливнях не исключены разливы, а летучие ве-
щества, например, органические растворители, испаряются в атмосферу,
усугубляя проблему загрязнения воздуха и выпадая с осадками в других
местах.
3. Могильники.
Когда опасные отходы находятся в концентрированной форме, их обычно
помещают в контейнеры и закапывают в могильники. Если они правильно
спланированы, надежно изолированы и оборудованы средствами для улавли-
вания возможных утечек, такой способ считается безопасным. Однако лю-
бая изоляция может выйти из строя. Многие специалисты считают утечку
ядовитых веществ даже из самых надежных хранилищ лишь вопросом време-
ни.
Т.о. при захоронении отходов
неизбежно возникают две пробле
обходимо убедиться в том, что они, во-первых, попали в нужное место, а
во-вторых, что они там и остались, т.е. хранилища должны быть правиль-
но построены, заполнены и изолированы.
4. Обезвреживание ядовитых отходов и контроль за ними
Из сказанного выше вытекает,
что у проблемы ядовитых
важных аспекта:
- необходимость обезопасить запасы воды для питья и орошения;
- обезвреживание тысяч
для грунтовых вод;
- восстановление качества загрязненных грунтовых вод;
- разработка эффективных способов хранения и удаления опасных отхо-
дов, получаемых в настоящее время и планируемых в будущем.
Во всех четырех направлениях
уже достигнут значительный
Остановимся на рассмотрении 3 и 4 аспекта.
4.1. Восстановление качества грунтовых вод
Раньше считалось, что
если грунтовые воды
чены практически навсегда, т.к. способов очистки водоносных горизонтов
не существует и требуются сотни лет для вымывания из них отходов. К
счастью, не все в это верили. Hедавно разработана новая технология
восстановления качества грунтовых вод, которая теперь широко распрост-
раняется. В общих чертах она предусматривает бурение скважин, откачку
загрязненных грунтовых вод, их очистку на химических поглощающих филь-
трах и закачивание обратно в водоносный горизонт. Если речь идет о би-
одеградирующих органических соединениях, в зараженный участок можно
подать кислород и микроорганизмы, которые питаются загрязняющими ве-
ществами и уничтожают их. Восстановление качества грунтовых вод хорошо
применимо на относительно небольших пространствах, например при утеч-
ках с бензоколонок.
4.2. Контроль за ядовитыми отходами в будущем
Широко признано, что даже в своем наилучшем варианте захоронение
ядовитых отходов - это временное решение, т.к. время существования
ядовитых веществ неизбежно превышает срок службы изолирующих барьеров.
Известны альтернативы этому подходу.
1. Сокращение объема, преобразование и рециклизация отходов.
Строгие требования, предъявляемые
к современным хранилищам
отходов, наблюдение за ними с момента возникновения до захоронения и
нескончаемая ответственность за их дальнейшую судьбу требуют от компа-
ний крупных расходов и заставляют искать возможности сокращения объема
отходов.
Здесь два основных
подхода. Один состоит в
изменении производственного процесса таким образом, чтобы сократился
объем ядовитых побочных продуктов. Во многих случаях удается изыскать
их безопасные заместители. Вторая возможность - извлечение и рецикли-
зация ядовитых веществ из отходов. Это особенно хорошо подходит для
тяжелых металлов, которые можно выделить из стоков при помощи многих
химических реакций, очистить и использовать.
2. Сжигание.
Большинство синтетических
органических соединений
же некоторые огнеупорные хлорсодержащие углеводороды разлагаются под
действием кислорода до углекислого газа, воды и безвредных соединений
хлора. Вопрос только в длительности и температуре процесса в печах.
Печи для обжига цемента
обладают необходимыми для
В результате большинство цементных заводов освоили теперь второе их
назначение - как средство борьбы с опасными отходами. Их смешивают с
обычным топливом и подают в печи. Разрушаясь, они одновременно дают
тепло. Зола, в которой могут остаться ядовитые компоненты, смешивается
с цементом, который служит для нее надежным "контейнером".
Кроме того, многие компании уже построили или строят специальные
крематории, предназначенные для химических отходов.
3. Биодеградация.
Как уже упоминалось выше,
синтетические органические
вестны своей неспособностью поддаваться биологическому разложению. Тем
не менее постепенно обнаруживаются бактерии, способные хоть и медлен-
но, но разрушать их. Эти организмы сейчас "улучшают" с помощью методов
селекции и генной инженерии, так что вскоре не исключено появление
"пород" микроорганизмов,
эффективно разрушающих
ческие отходы.
1. Понятие о загрязнении подземных вод
Под загрязнением подземных вод в настоящее время понимают любое ухудшение их качества (в сравнении с естественными условиями), прямо или косвенно связанное с деятельностью человека, включая промышленное производство, сельское хозяйство, коммунально-бытовую деятельность. При оценках степени загрязнения и качества природных, в том числе подземных вод, используется представление о так называемых «предельно допустимых концентрациях» (ПДК) загрязняющих веществ, при превышении которых воды становятся непригодными для хозяйственно питьевого использования.
Подземные воды по сравнению с поверхностными, в целом характеризуются значительно более высокой естественной защищенностью от различных видов загрязнения. Однако и для подземных вод, особенно для условий первого от поверхности грунтового водоносного горизонта, существует достаточно много путей их возможного загрязнения. Загрязнение подземных вод может происходить через атмосферу путем выпадения и последующей инфильтрации уже загрязненных атмосферных осадков; через загрязненные поверхностные воды на участках их поглощения в грунтовые водоносные горизонты; при инфильтрации чистых атмосферных осадков и поверхностных вод через загрязненную поверхность земли и почвенный слой (при внесении минеральных удобрений и ядохимикатов); путем фильтрации жидких продуктов или отходов производства и канализационных стоков при утечках из трубопроводов и сетей или на местах их складирования (сточные ямы, отстойники, шламонакопители и др.) при отсутствии или недостаточной надежности противофильтрационных мер; при инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод на участках складирования твердых отходов (коммунальные или промышленные свалки, отвалы горнодобывающих предприятий и др.). Источником интенсивного загрязнения, в том числе и глубоко залегающих подземных вод, являются захоронение жидких и твердых отходов промышленного производства (как правило, наиболее вредных, высокотоксичных или радиоактивных отходов) путем закачки их в глубокие поглощающие скважины или «захоронения» в отработанных шахтах и карьерах.
Источниками загрязнения могут являться ликвидированные, но не изолированные с поверхности колодцы, буровые скважины, шахтные стволы, а также глубокие скважины, разведочные или эксплуатационные (нефть, газ, промышленные воды) или скважины, используемые для закачки промышленных отходов при их недостаточно надежной изоляции от вышележащих водоносных горизонтов.
Распространение загрязняющих веществ от участков (очагов) загрязнения в самом водоносном горизонте определяется направлением и скоростью движения потока подземных вод. Однако конвективный перенос загрязняющих веществ с потоком подземных вод практически всегда сопровождается проявлением ряда химических (выщелачивание, выпадение в осадок, комплексообразование и др.), физико-химических (сорбция, диффузия, дисперсия) и микробиологических процессов, существенно влияющих на состав и содержание тех или иных компонентов. При этом по существующим представлениям наиболее существенными являются процессы химической и физической сорбции загрязняющих веществ, активно протекающие в почвенном слое, породах зоны аэрации, в самих водоносных горизонтах и разделяющих слабопроницаемых слоях. Наибольшей сорбционной емкостью обычно характеризуются почвы и рыхлые тонкодисперсные, в том числе и слабопроницаемые, породы (супеси, суглинки, глины и др.); наименьшей - трещиноватые и закарстованные породы, в которых практически все виды загрязнения распространяются сравнительно быстро и на значительные расстояния.
Рис. 1. Таблица степени загрязнения подземных вод
Основными видами загрязнения подземных вод являются бактериальное, химическое и так называемое тепловое загрязнение.
. Бактериальное загрязнение подземных вод
Бактериальное загрязнение связано с появлением в подземных водах болезнетворных бактерий, что может являться причиной массовых случаев, главным образом кишечных заболеваний при использовании загрязненных вод в хозяйственно-питьевых целях. Большинство болезнетворных (патогенных) бактерий, по имеющимся оценкам, сохраняют свою жизнедеятельность короткое время (максимально до 1000 суток), поэтому бактериальное загрязнение, как правило, не распространяется на значительные расстояния и носит временный характер.
К сожалению, в настоящее время существуют ограниченные данные о выживаемости и распространении болезнетворных бактерий и вирусов в условиях водоносных горизонтов.
Бактериальное загрязнение, как правило, наиболее интенсивно проявляется в первом от поверхности (грунтовом) водоносном горизонте.
Очаги загрязнения чаще
всего связаны с полями ассенизации
и фильтрации, скотными дворами, выгребными
ямами, неисправностями
Оценка бактериального загрязнения воды проводится путем определения содержания наиболее жизнестойких бактерий вида colli (кишечная палочка). Вода считается чистой, если в 1 л ее содержится не более трех кишечных палочек. Для бактериальной характеристики подземных вод чаще используется обратная величина «коли-титр», определяемая количеством кубических сантиметров воды, приходящихся на одну кишечную палочку. Для чистой воды «коли-титр» должен быть больше 333.
Кроме содержания кишечной палочки производится оценка общего количества бактерий в 1 мл воды, а в случае подозрения на бактериальное загрязнение воды - определение содержания болезнетворных бактерий, кишечных вирусов и яиц гельминтов.
. Химическое загрязнение
Химическое загрязнение подземных вод является наиболее распространенным и трудноустранимым. Оно проявляется в наличии (появлении) в подземных водах минеральных и органических веществ, отсутствующих в естественных условиях, или в увеличении концентрации ранее имевшихся компонентов химического состава до значений, резко превышающих их содержание в естественных условиях.
Оценки степени загрязнения
подземных вод в настоящее
время выполняются главным
При этом к собственно загрязненным водам обычно относят подземные воды, в которых содержание тех или иных нормируемых химических веществ превышает ПДК, что делает их непригодными для использования или даже опасными для здоровья человека.
Однако в общем случае на начальной стадии загрязнения, содержание тех или иных компонентов может и не достигать значений ПДК, а загрязнение в этом случае будет фиксироваться по появлению в подземных водах химических веществ, отсутствующих в естественных условиях, или по повышению концентраций «естественных» компонентов выше максимальных (для данного района, водоносного горизонта и т.д.) значений, наблюдаемых в естественных условиях.
Формирование химического
загрязнения подземных вод
В зависимости от вида хозяйственной деятельности и состава отходов набор загрязняющих химических веществ может быть чрезвычайно широким. С промышленными отходами в зависимости от характера производства, в водоносные горизонты могут поступать железо, цинк, хром, тяжелые металлы, сульфаты, хлориды, цианиды, роданиды; на нефтеперерабатывающих и химических предприятиях - фенолы, альдегиды, жирные кислоты, соединения азота, поверхностно- активные вещества и др. С внесением минеральных удобрений связано поступление в подземные воды аммиака, фосфора, марганца, сульфатов, хлоридов и др. При применении химических средств защиты растений - мышьяка, фтора, меди, цинка и др.; с хозяйственно-бытовыми отходами кроме бактериального загрязнения - соединения азота, хлориды, поверхностно-активные вещества и др.

- Гидрогеологические условия РБ
- Гидрогеологические условия Республики Беларусь и их влияние на формирование подземных вод
- Гидрогрануляция материков в условиях жесткой классификации постфакторов
- Гидрографическая характеристика крупнейших рек Африки
- Гидрография Австралии
- Гидродинамическая сетка и ее особенности
- Гидродинамические исследования скважин
- Гидравлический расчет элементов гидротехнических сооружений
- Гидравлический режим
- Гидравлический стреловой кран на специальном шасси г/п 125т
- Гидравлический цилиндр
- Гидраграфия Северной Америки
- Гидроаэростатика
- Гидробиологический контроль сточных вод