лекция В.Л. Злобиной для аспирантов ИВП РАН

1. Подземные воды в условиях
изменения окружающей среды

3. ВОДНЫЕ РЕСУРСЫ ЗЕМЛИ И ИНТЕНСИВНОСТЬ
ВОДООБМЕНА
(по данным 1974.- Львович –Соколов)
Виды
гидросферы
Объем,тыс.км3
Объем,% Возобновление
запасов, годы
Мировой океан 1 370 323 93 - 96.5 2 600
Атмосфера 12.9-14 0.0009-0.001 0.027
Ледники и снег 24 000 1.65-1.74 10 000
Повенная
влага
85 0.006 0.9
Речные воды 1.2 -2.2 0.0001 0.033
Озера
-водохранилищ
а
176.4 -280 0.013 -0.019 1 -9 лет
Болота 10.3 0.0007 -
ПОДЗЕМНЫЕ
ВОДЫ
23400 – 60 000 1.3-4.12 5 000

5. СПЕКТР ЗАГРЯЗНЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ДЛЯ
РАЗЛИЧНЫХ ОТРАСЛЕЙ ПРОИЗВОДСТВА
ОТРАСЛИ
ПРОМЫШЛЕННОСТИ
ЗАГРЯЗНЯЮЩИЕ ВЕЩЕСТВА
ХИМИЧЕСКАЯ CI-, HCO3
-
, Fe 3+
. NH3, NH 4,+, NO2-,NO3-,Cа 2+
,Mg
2+
., F-,Na+, Zn 2+
,Cu 2+
, Ni 2+
,Cr(YI),Cr(III), Mn 2+
,Hg
2+
,Co 2+
, H4SiO4 , H2S,CO3
2-
,сульфиды, PO4
3
, Pb2+-
НЕФТЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩАЯ нефтепродукты, CI-, H2S, Na+, Cu 2+
, Pb2+,-
NH3,
фенолы, ароматические углеводороды, сульфиды
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКАЯ SO4
2-
, Mn 2+
, CI-, H4SiO4 , Na+, K+. Ca 2+
,Mg 2+
, Fe 3+
.
Fe 2+
,. As(III), Cu 2+
МАШИНОСТРОЕНИЕ CI-, SO4
2-
, F-, H4SiO4, Mo(YI),Ti 4+
, NH3, NH4,+,
Ni2+, Cu 2+
, Pb2+ ,Zn2+,Co2+,
Cr(YI),Cr(III), Fe 3+
. Fe 2+
,цианиды
ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА Fe 3+
. Fe 2+
, CI-, SO4
2-
, Na+, Cu 2+
ЦЕЛЛЮЛОЗНО-БУМАЖНАЯ SO4
2-
, CI-, PO4
3
, Na+, Ca 2+
, S203
2-
,CO3
2-
ОРГАНИЧЕСКИЕ СОЕДИНЕНИЯ
ОБОГАЩЕНИЕ РУД фенолы, нефтепродукты, сульфиды, цианиды,
роданиды, H4SiO4 ,Cа 2+
, Fe 3+
. Fe 2+
, Mn2+, Mo(YI),
Co 2+
, Ni2+, Zn2+, Pb2+ , As(III)

7. Величина антропогенной нагрузки по сульфатам для РФ

8. Классификация потенциальных источников воздействия на
подземную гидросферу
№п/п Класс воздействия Потенциальные источники воздействия
I Механическое Буровые скважины, Котлованы, карьеры,
горные выработки, шахты, Метрополитен
Наземные сооружения, ТЭС, ГРЭС, ТЭЦ
II Физическое Шахты,ТЭС, ГРЭС,ТЭЦ,АЭС (выбросы)
Шламохранилища, Закачки, промстоки
Мелиорация, Водоотбор, Полигоны ТБО
Утечки, Метрополитен
III Химическое Объекты промышленности
Сельское хозяйство
Сточные воды
Нефтехранилища
IY Физико-химическое Шахты, ТЭС, ГРЭС,ТЭЦ,АЭС (выбросы)
Шламохранилища, Закачки, промстоки,Мелиорация
Водозаборы, Полигоны ТБО, Утечки, Метрополитен,
Водоотбор
Y Биологическое Сточные воды
YI Радиоактивное АЭС, захоронение промстоков

9. Геохимические провинции в подземных водах

10. Основные геолого-гидрогеологические
составляющие подземной гидросферы
Составляющие
подземной гидросферы
Основные компоненты
Водовмещающая среда Условия залегания
Тип водовмещающих пород и состав минералов
Водно-физические свойства
Подземные воды Условия питания, фильтрации и разгрузки
Взаимодействие водоносной системы с поверхностными и
подземными водами
Химический тип и состав подземных вод
Щелочно-кислотные и окислительно-восстановительные
условия
Интенсивность водообмена
Процессы Геохимические процессы
(ионный обмен, комплексообразование и др.)
Гидродинамические (подтопление, суффозия и др.)
Микробиологические

11. Взаимосвязь изменения гидродинамического режима, рН и
геохимических процессов в грунтовых водах при
инфильтрации атмосферных осадков

12. Характеристика источников наземного и подземного воздействия для
составления карты-схемы мониторинга подземной гидросферы
№п/п Разновидности воздействия Характеристика воздействия
1 Положение источника
воздействия
Наземное
Подземное
2 По размерам воздействия Точечное (м2
)
Линейное (м2
, км 2
)
Площадное (м2
, км 2
)
Объемное (м3
)
3 По интенсивности
антропогенной нагрузки
Минимальная
Средняя
Максимальная (г/м2
)
4 По времени воздействия Эпизодическое (часы)
Временное (сутки)
Постоянное (года)
5 Категории риска Низкая
Средняя
Высокая
6 По обратимости Обратимые
Необратимые
7 Класс воздействия Химический
Механический
Физический
Физико-химический
Биологический
Радиоактивный

13. Разновидности мониторинга подземной гидросферы
№п/п Вид мониторинга Системы мониторинга Цель
1 Иерархический уровень Локальный (фоновый)
Региональный
Федеральный
Национальный
Глобальный (спутниковый)
Воздействие- реакция
2. Период наблюдений Экстренный
Краткосрочный (оперативный)
Долгосрочный (режимный)
Воздействие- реакция
3. Видовой
(отраслевой)
Гидрогеологический
Гидрогеохимический
Микробиологический
(Биомониторинг)
Литомониторинг
Геоэкологический
Радиологический
Аэрокосмический
Мелиоративный
Санитарно-токсилогический
Нагрузка - воздействие-
реакция
4. Мониторинг факторов
(Factor monitoring)
Источники загрязнения (Рассредоточенные и локальные)
Геотемпературный режим
Интрузия соленых вод
Нагрузка - воздействие-
реакция
5 Прицельный мониторинг
(Target monitoring)
Комплексный
Ингредиентный
Воздействие- реакция
6. Мониторинг процессов Подтопление
Карстово-суффозионные
Экзогенные процессы
Выщелачивание
Воздействие- реакция

14. Функциональная схема мониторинга подземной гидросферы
Блок наблюдений
Блок оценки результатов
Блок прогнозов
Управление и
регулирование
состояния подземной
гидросферы
Сбор информации
Обоснование структуры наблюдений
Методы исследований (аналитические
методы и приборы)
Идентификация источников воздействия
Факторы воздействия
Методика оценки результатов
Оценка состояния системы, реакция на
воздействие
Методы прогнозирования
Прогнозные оценки
Методы улучшения свойств подземной
гидросферы

15. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В СИСТЕМЕ ВОДА-ПОРОДА
В ПОДЗЕМНОЙ ГИДРОСФЕРЕ
• SrCO3 + CO2 +H2O = Sr 2+
+ 2HCO3
•
• SrCO3 + H+= Sr 2+
+ HCO3
•
• Миграционные формы Sr 2+
- SrSO4, SrNO3, Sr HCO3, SrOH+
•
•
•
• HCO3 + H+ = H2O + CO2,
•
• CaCO3+H2O +CO 2= Ca 2+
+2 HCO3
-
•
• CO2 H2O
•
• CaCO3 + H+
= Ca 2+
+ HCO3
-
.

16. Природные
Климатические условия
Переувлажнение территории
Геолого-гидрогеологические условия
Высокие фильтрационные свойства водовмещающей
среды
Распространение процессов растворения и
выщелачивания
Гидрокарбонатный тип вод
Содержание минералов Sr2+ в водосодержащих
породах
Антропогенные
Загрязнение атмосферных осадков
Водоотбор подземных вод
Усиление гидравлической взаимосвязи
с поверхностными водами
Нарушение природных равновесий в
системе вода -порода

17. Нейтрализующая емкость водоносной системы

19. Степень трансформации грунтовых вод в Национальном парке
«Лосиный Остров» на. 1989г. и 2009г.

21. Химические ингредиенты в
термодинамической модели
Расчетные
программы
Учтенные химические ингредиенты Количество
миграционных
форм
1
pH,Сa+2,Mg+2,Na+,K+, Fe+2,Fe+3,NO-
3,HCO-3,Cl-,
SO42-,Si, Sr+2,Al+3.
77
II pH, pH,Сa+2,Mg+2,Na+,K+, Fe+2,Fe+,3NO-
3,HCO-3,Cl-,
SO42-,Si, Sr+2,Al+3, Pb+2,
Cd+2,Co+2,Cu+2.
123
III pH, pH,Сa+2,Mg+2,Na+,K+, Fe+2,Fe+,3NO-
3,HCO-3,Cl-,
SO42-,Si, Sr+2,Al+3, Pb+2,
Cd+2,Co+2,Cu+2,Mn+2,Ni+2.
144

22. СИСТЕМА ВОДА - ПОРОДА
СaCO3
CaMg(CO3)2
SrCO3
SrSO4

24. Диапазоны изменения величины рН и концентраций макроэлементов
в составе грунтовых вод
Химический
Ингредиент
Водоносные горизонты
1 2 3 4 5 6 7
РН 3.5-
7.09
3.79-
6.59
5.8-6.69 4.3-7.19 4.69-7.04 5.5-7.34 5.5-6.65
НСОз-
, мг/л. 1-44 1-288 86-288 6-778 9-527 61-413 49-228
SO4
2-
, мг/л 3-189 4-100 31-228 3-500 11-139 3.7-242 37-82
Сl- ,мг/л 18-
1037
42-4085 35-246 21-2009 28-1491 5-65 53-1442
Общая
жест.,мг-экв /л
3.24-
17.2
5.07-
82.3
5.57-9.72 1.83-15.4 1.49-28.4 3.25-6.98 5.15-
17.2
Ca 2+
, мг/л 33.7-
201
60.5-
1217
73.7-130.6 14.4-385.3 21.6-405 8.9-104 80.5-
203.4
Mg2+ мг/л 19-71 5-262 11-39 6-111 5-99 2-31 10-86
Na+, мг/л 6-153 27.4-237 26-51 8.5-346.8 9-415 5.7-152 50-

25. ГЕОХИМИЧЕСКИЕ ТИПЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА
ТЕРРИТОРИИ Г.МОСКВЫ
Название округа Геохимический тип вод
Центральный
SO4 – Са, НСО3-Са
Юго-Восточный СI-Na , НСО3-Са
Восточный SO4 –Са, НСО3-Са
Южный SO4 –Na, НСО3-Са
Северо-Западный SO4 – Na, НСО3-Mg, НСО3-Са
Северо-Восточный СI-Na, НСО3-Са
Северный SO4 –Na, НСО3-Nа
Западный НСО3-Са, SO4 – Na,
Юго-Западный НСО3-Са

26. Характер изменения геохимических критериев и
в подземных водах водозабора по данным наблюдений за 1975 – 2000 гг.
Год
наблюдений
Концентрации
SO4
2-
, мг-
/л
Геохимические критерии
HCO3
-
/ SO4
2
Ca 2+
+ Mg 2+ -
/ SO4
2
1981 11 28.3 29
1985 29 11.4 12.5
1995 51 6.96 7.54
2006 87 4.27 4.83
Результаты термодинамического моделирования результатов гидрохимических
наблюдений на инфильтрационных водозаборах ( Калужская обл.)
№
водозабора
Расстояние
от реки, м
Величина
водоотбора,
тыс.м3-
/час
Н+
моль-
/кг
SСаСО3
на 1993г. на 2003г.
1 10 40 12.3 0.18 -0.33
2 1500 65 11.1 0.029 -0.15
3 2500 180 13.8 0.19 -0.22

27. Последствия изменения процессов энерго- и массобмена
•- ухудшение условий защищенности подземной гидросферы
•усиление интенсивности водообмена
•изменение режима подземных вод
•трансформация гидродинамического режима в водоносных системах
•активизация ряда негативных процессов
•изменение химических, тепловых и биологических свойств подземных вод.
Признаки трансформации свойств подземных вод
•нарушение гидрогеохимической зональности
•изменение геохимических циклов и возникновение новых
•образование геохимических полей
•усиление химических и физико-химических взаимодействий
•смена состава и типов подземных вод
•проявление процессов комплексообразования
•увеличение концентраций макро- и микроэлементов
•изменение щелочно-кислотных и окислительно-восстановительных условий
•усиление процессов выщелачивания и растворения и др.