Геоэкологические условия водоснабжения населения юга Сибирского региона

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ... 4

1. ВОДОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ КАК КОМПЛЕКСНАЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА... 10

2. ОСОБЕННОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИКА ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ РЕГИОНА... 18

2.1. Характеристика природных условий... 18

2.2. Особенности социально-экономической и геоэкологической обстановки... 29

3. ОРГАНИЗАЦИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ НАСЕЛЕНИЯ... 43

3.1. Состояние водоснабжения населения Республики Хакасия... 44

3.2. Состояние водоснабжения населения Кемеровской области... 107

З.З.Состояние водоснабжения населения Томской области... 120

4. КАЧЕСТВО ПРИРОДНЫХ ПИТЬЕВЫХ ВОД И ТЕХНОЛОГИИ ВОДОПОДГОТОВКИ... 135

4.1. Качество источников водоснабжения Республики Хакасия... 135

4.1.1. Химический состав подземных вод... 135

4.1.2. Повышение качества питьевых вод и технологии водоподготовки... 147

4.2. Качество источников водоснабжения Томской области... 159

5. МИНЕРАЛЬНЫЕ НОВООБРАЗОВАНИЯ СИСТЕМ ВОДОСНАБЖЕНИЯ... 179

5.1. Морфология и внутреннее строение минеральных новообразований... 187

5.1.1. Морфология минеральных новообразований... 187

5.1.2. Микроструктуры минеральных новообразований... 195

5.2. Вещественный состав минеральных новообразований... 221

5.2.1. Химический состав... 221

5.2.2. Минеральный состав... 226

6. ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ПРОБЛЕМЫ ГИДРОГЕОЭКОЛОГИИ... 273

6.1. Сохранность качества подземных вод и основные механизмы поступления загрязнителей в эксплуатируемые водоносные горизонты... 273

6.2. Водоснабжение и техногенная эволюция геоэкологической обстановки на урбанизированных территориях... 283

7. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ... 317

7.1. Методические аспекты разработки программных мероприятий по

развитию систем водоснабжения на уровне субъекта Федерации... 322

7.2. Опыт разработки системы программных мероприятий по развитию водоснабжения (на примере Республики Хакасия) ... 328

ЗАКЛЮЧЕНИЕ... 358

ЛИТЕРАТУРА... 360
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Обеспечение населения чистой питьевой водой является одной из составных частей концепции устойчивого развития, под которым понимается обеспечение сбалансированного решения социально-экономических задач и задач сохранения природно-ресурсного потенциала окружающей среды.

В развитых странах во главу проблемы все чаще выдвигаются требования не просто безопасного водоснабжения, а водоснабжения экологически комфортного. Состояние водоснабжения населения юга Сибирского региона далеко от выполнения этих требований. Значительная часть территории региона расположена в полуаридной климатической зоне в условиях дефицита пресных подземных вод и все возрастающего антропогенного воздействия на геологическую среду. Такие воздействия возникают при интенсивном отборе подземных вод крупными водозаборными сооружениями ряда городов и системами водоотлива из шахт и карьеров, при захоронении промышленных отходов в подземные горизонты, при мелиоративных и других масштабных мероприятиях. Отмечается загрязнение подземных вод нефтью и нефтепродуктами, производственными и бытовыми сточными водами, некондиционными водами из смежных неэксплуатируемых водоносных горизонтов или поверхностных водотоков и водоемов, технологическими отходами при закачке их в подземные горизонты, утечках из накопителей и захоронении в грунт. В совокупности с низким уровнем развития инженерного жизнеобеспечения и отсутствием систем водоподготовки в значительной части населенных пунктов проблема снабжения населения питьевой водой нормативного качества приобретает особую остроту и требует решения, в том числе и с точки зрения экологической безопасности в длительной перспективе.

Цель и задачи исследований. Целью исследований является разработка на основе комплексного анализа эколого-гидрогеологических условий региона теоретических положений и практических рекомендаций по обеспечению устойчивого и экологически безопасного водоснабжения населения.

Задачи исследований:

- оценить современное состояние водоснабжения населения региона и выявить основные факторы, определяющие его устойчивое функционирование и развитие;

- изучить пространственную изменчивость качества подземных вод, использующихся для водоснабжения, и провести районирование территории по комплексу признаков, определяющих технологии водоподготовки для хозяйственно-питьевых целей;

- изучить изменение среды при эксплуатации систем водоснабжения, морфологию и вещественный состав формирующихся осадков;

- проанализировать условия сохранности качества подземных вод и рассмотреть основные механизмы поступления загрязнителей в эксплуатируемые водоносные горизонты;

- рассмотреть связь водоснабжения и техногенной эволюции геоэкологической обстановки на урбанизированных территориях.

Исходные материалы, методы исследований и личный вклад в решение проблемы. Решение поставленных в работе задач основано на результатах многолетних, начиная с 1963 г., исследований, выполнявшихся в рамках инициативной, хоздоговорной и госбюджетной (по заданиям Минобразования РФ, конкурсам грантов и проектам научно-исследовательских программ различного уровня) тематики научно-исследовательских работ Томского политехнического, Читинского технического и Томского государственного архитектурно-строительного университетов и Государственного Института проблем ЖКХ в районах Севера, Сибири и Дальнего Востока, в которых автор принимал непосредственное участие в качестве ответственного исполнителя либо научного руководителя. В работе использованы опубликованные источники, фондовые материалы производственных геологических, проектно-изыскательских, водоснабженческих и других организаций, а также материалы государственной отчетности по проблемам экологии и вопросам водопользования.

Комплексность проблемы вызвала необходимость применения системного подхода как методологической основы решения сложных задач теоретического и прикладного плана. Для решения поставленных задач использовались:

-сбор, обработка, анализ и обобщение литературных и фондовых материалов; социологические опросы;

-полевые экспедиционные исследования;

-компьютерные методы анализа и обработки данных, в том числе с использованием моделирования и ГИС-технологий;

-натурные и экспериментальные исследования состава подземных вод и осадков на водозаборах из подземных источников и объектах техногенного загрязнения;

-лабораторные исследования осадков систем водоснабжения с помощью комплекса современных физико-химических методов: химический, спектральный, рентгеновский, термогравиметрический анализы, инфракрасная спектроскопия, микродифракция, растровая и просвечивающая электронная микроскопия.

Научная новизна исследований. В результате исследований установлены основные факторы, определяющие современное состояние и особенности геоэкологических условий водоснабжения населения юга Сибирского региона. Доказана необходимость их комплексной оценки на основе анализа и взаимопроникающего объединения проблем,

относящихся к компетенции естественно-исторических, инженерно-технических и гуманитарных социально-экономических областей знания и сфер деятельности.

Впервые для урбанизированных территорий юга Сибирского региона установлены закономерности развития техногенного подтопления, его связь с водоснабжением и специфика, заключающаяся в наличии нескольких уровней дренирования, выполнено районирование территории г.Томска по степени потенциальной подтошшемости.

Впервые изучены морфология, структурно-фазовый и вещественно-минеральный состав природно-техногенных минеральных новообразований на технологическом оборудовании систем водоснабжения и установлена их связь с характером природных и техногенных гидрогеохимических сред, из которых они формируются.

Установлено существование упруго-деформационного механизма формирования вертикальной составляющей фильтрационных потоков и показана необходимость учета его роли в миграции подземных вод.

Основные защищаемые положения:

1. Устойчивость и экологическая безопасность водоснабжения населения региона определяются как естественно-природными ландшафтно-климатическими, геолого-структурными и гидрогеологическими факторами, детерминировано обусловливающими количественные и качественные характеристики водных ресурсов, так и характером и уровнем развития хозяйственной деятельности и социально-экономической обстановки.

2. Качество подземных вод, использующихся для водоснабжения, подчиняется ландшафтно-климатической зональности. В пределах Алтае-Саянской складчатой области при высотной смене ландшафтов от увлажненной горной тайги к засушливым степям межгорных впадин, а в платформенных условиях с севера на юг, от заболоченной средней тайги к степным ландшафтам, возрастают частота встречаемости некондиционных подземных вод и набор компонентов, лимитирующих их качество. В таежных ландшафтах основными из них являются Fe (встречаемость 50-90%), Мп (30-80%) и органические вещества (10-20% в горной и 40-50% в средней тайге), в степных ландшафтах -минерализация (20-30%), общая жесткость (10-50%), SO4 (2-30%), С1 (3-5%), Fe (15-30%), Мп (10-40%). Осложняющими компонентами иногда являются Be, Hg, Pb, а в степных ландшафтах еще и Ва, Br, Sr, Li. Качество подземных вод таежных ландшафтов может быть повышено безреагентными (экологичными) методами, базирующимися на естественно-природных процессах. В степных ландшафтах требуются реагентные технологии водоподготовки.

3. Осадки, образующиеся в системах водоснабжения из подземных источников, являются природно-техногенными гидрогенными минеральными новообразованиями, а их

6

морфология, строение, химический и минеральный состав определяются характером гидрохимических сред, из которых они формируются. Строение и вещественный состав новообразований должны учитываться при разработке мероприятий по охране и повышению экологической устойчивости окружающей среды.

4. Некорректная эксплуатация литотехнических систем водоснабжения может оказывать деструктивное воздействие на экологические функции геологической среды урбанизированных территорий, активизируя опасные геологические процессы, что приводит к ухудшению геоэкологической и социальной обстановки. Направленность процессов зависит от типа фильтрационного разреза, уровней дренирования, интенсивности питания подземных вод и структуры системы: внешнее положение источника водоснабжения увеличивает приходную часть водного баланса, внутреннее — уменьшает, но в том и другом случаях значительные массы воды переводятся на верхние уровни дренирования.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследований.

Результаты исследований могут быть использованы при поисках и разведке месторождений подземных вод, обосновании выбора и анализе экологического состояния источников водоснабжения, при обосновании выбора и оценке эффективности технологий водоподготовки на проектируемых, действующих и реконструируемых станциях очистки подземных вод, при изучении процессов вторичного минералообразования, профилактике и анализе заболеваемости населения в эндемических зонах, при совершенствовании системы мониторинга, в процессе принятия административных, организационных и инженерных решений, связанных с реализацией мероприятий по рациональному использованию и охране подземных вод и обеспечению экологически безопасного водоснабжения населения региона.

Результаты исследований использованы в работах государственных геологических, проектно-изыскательских и проектных организаций, эксплуатационных служб, управленческих и административных структур региона, являются основой комплексных целевых программ по обеспечению населения Томской области и Республики Хакасия питьевой водой и в их составе реализуются в настоящее время. Обобщение материалов и анализ состояния водоснабжения населения Кемеровской области использованы в разработке мероприятий по водообеспечению населения в условиях чрезвычайных ситуаций. Результаты исследования гидрогеологических условий крупных угольных месторождений Кузнецкого и Канско-Ачинского бассейнов защищены в ГКЗ при СМ СССР и используются в настоящее время при строительстве и эксплуатации крупных карьеров и организации водоснабжения на этих территориях. Выявленные закономерности и тенденции развития процессов подтопления учитываются в перспективном планировании, при проектных и

изыскательских работах, входят составной частью в основу инженерно-геологических карт г.Томска, используются при последующих работах, выполняемых другими исследователями.

Материалы исследований используются в учебном процессе в Томском политехническом и Томском государственном архитектурно-строительном университетах.

Апробация работы. Основные теоретические положения и практические результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на восьми Всесоюзных совещаниях по подземным водам Сибири и Дальнего Востока (1967 - 2003), научно-технических конференциях ТИСИ (1972) и ТПЙ (1973), научно- практической конференции «Молодые ученые и специалисты Томской области в IX Пятилетке» (Томск, 1975), Всесоюзном совещании «Гидрогеохимические методы исследований в целях поисков глубокозалегающих месторождений полезных ископаемых (Томск, 1978), Всесоюзном семинаре «Режимные инженерно-геологические и гидрогеологические наблюдения в городах» (Сочи, 1983), конференции «Геология и минерально-сырьевые ресурсы Западно-Сибирской плиты и ее складчатого обрамления» (Тюмень, 1983), Всесоюзном совещании «Процессы подтопления застроенных территорий грунтовыми водами» (Новосибирск, 1984), семинаре по математическому моделированию гидрогеологических процессов (Новосибирск, 1984), Всесоюзном совещании по проблемам строительства (Одесса, 1988), Всероссийском совещании «Многоцелевые гидрогеохимические исследования в связи с поисками полезных ископаемых и охраной подземных вод» (Томск, 1993), Втором международном конгрессе "Вода: экология и технология" (Москва, 1996), научно-практической конференции «Геологическое строение и полезные ископаемые западной части Алтае-Саянской горной области» (Новокузнецк, 1995), Международной конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды» (Томск, 1995), научной конференции, посвященной 75-летию геологического образования в ТГУ (Томск, 1996), XXVII Конгрессе международной ассоциации гидрогеологов (Лас-Вегас, 1997), научной конференции, посвященной 120-летию основания ТГУ (Томск, 1998), XXVIII Конгрессе международной ассоциации гидрогеологов (Ноттингем, 1998), научно-технической конференции «Техника и технология очистки и контроля качества воды» (Томск, 1999), научной сессии «Проблемы экогеологии Сибири» (Томск, 1999), региональном совещании «Состояние и проблемы мониторинга геологической среды, геоэкологических и гидрогеологических исследований на территории Сибири и Урала» (Томск, 1999), III международной научно-практической конференции "Водоснабжение и водоотведение: качество и эффективность" (Кемерово, 2000), семинаре "Минералогия техногенеза - 2000" (Миасс, 2000); конференциях «III века горно-геологической службы России» и «Проблемы геологии и геохимии юга Сибири» (Томск, 2000) и ряде других научных форумов.

8

Публикации. Основные результаты исследований освещены в 54 научных публикациях, в том числе в 5 монографиях,

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения. Общий объем работы 378 страниц текста, в том числе 65 таблицы, 137 рисунков, 270 наименований библиографических источников.

Автор искренне благодарен всем, чьей помощью, консультациями и советами ему приходилось пользоваться, сотрудникам геологических и водоснабженческих организаций, коллегам по работе и всем, с кем довелось в той или иной мере сотрудничать, ощущая постоянное участие и поддержку.

Особую признательность автор выражает своему учителю и постоянному консультанту, доктору геолого-минералогических наук, профессору Г.М.Рогову.

1. ВОДОСНАБЖЕНИЕ НАСЕЛЕНИЯ КАК КОМПЛЕКСНАЯ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПРОБЛЕМА

С началом 80-х годов прошлого столетия связано становление нового направления в науках геологического цикла, связанное с резким повышением внимания к экологической составляющей проблемных вопросов, традиционно являвшихся предметом исследований отдельных научных дисциплин. Не вдаваясь в полемику о наименовании этого направления (геоэкология, экогеология, экологическая геология, экология геологической среды и др.), которая, несмотря на громадное количество публикаций (Сергеев, 1979,1984; Козловский, 1989; Осипов, 1993; Бонда-рик, 1989, 1994; Круть, 1997; Трофимов, Зилинг, 1997; Теоретические основы..., 1997; Плотников, 1998; Прозоров, 2000 и многие другие), продолжается и в настоящее время, отметим только, что все исследователи практически единодушны в определении его задач и конечных целей. Геоэкология (мы будем придерживаться термина, согласно ссылке В.И.Осипова, впервые предложенного еще в 1939 г. КЛроллом) рассматривается как междисциплинарное научное направление (Осипов, 1993; Трофимов, Зилинг, 1997 и др.), основные задачи которого имеют оптимизационный характер и направлены на минимизацию глобального и объективно существующего противоречия между расширением потребительских (в широком смысле) притязаний общества и необходимостью сохранения стабильности природных экосистем, обеспечивающих не только потребительские тенденции, но и саму возможность существования сообщества потребителей

В определении академика В.И.Осипова (1993), геоэкология - наука, изучающая геосфер-ные оболочки Земли как компоненты окружающей среды и минеральную основу биосферы и происходящие в них изменения под влиянием природных и техногенных факторов, а ее основные задачи:

-анализ изменения геосфер под влиянием природных и техногенных факторов; -рациональное использование и охрана водных, земельных, минеральных и энергетических ресурсов;

-снижение ущерба окружающей среде от природных природно-техногенных катастроф и обеспечение безопасного проживания людей.

Важно подчеркнуть, что геосферные оболочки во всех случаях рассматриваются как часть окружающей среды, определяющей развитие биосферы во всех ее появлениях, в том числе и в наиболее высокоорганизованной форме — человеческом обществе.

Определяя место проблем водоснабжения в геоэкологической тематике, следует отметить, что водоснабжение - один из основных и необходимых элементов жизнеобеспечения - является, вероятно, наиболее древним видом деятельности, экологическая ориентация и направленность которого совершенно очевидно не вызывает сомнений. Удовлетворение разнообразных потребностей в воде всегда было одним из основных факторов развития человеческой популяции. Уже

10

на ранних этапах водоснабжение в значительной мере определяло образ жизни человека, который, выбирая наиболее бесконфликтные ситуации во взаимоотношениях с природой, селился в первую очередь там, где имел надежные источники питьевой воды. На протяжении длительного исторического периода человек не испытывал недостатка в пресной питьевой воде, однако с ростом населения, бурным развитием промышленности, интенсификацией процессов урбанизации и, особенно, техногенным загрязнением окружающей среды, приобретающим глобальный характер, ее дефицит даже на сравнительно благополучных территориях оказался ощутимым, а в отдельных районах привел к напряженной, а иногда и к кризисной, экологической ситуации. В этих условиях наиболее надежным является водоснабжение из подземных источников.

Подземные воды являются основой существования биоты на всех уровнях ее организации: от простейших организмов до наиболее высокоорганизованных и сложных экосистем, в центре которых находится человек. Их значение в ресурсной, геодинамической и геофизико-геохимической экологических функциях литосферы определяется не только статусом прямого биологического жизнеобеспечения, но и статусом социально-экономическим.

Совершенно очевидно, что источник и сооружения водоснабжения в комплексе полностью отвечают общему определению (Ретюм, Долгушин, 1978) производственно-технической системы как любой комбинации из технического устройства и природного тела, технические и природные элементы которой объединяются единством выполняемой социально-экономической функции.

Все без исключения ПТС создаются с утилитарными целями и предназначены для удовлетворения каких-либо потребностей человека и, следовательно, выполняют потребительские функции. Как и любая из них, ПТС система водоснабжения имеет определенное функциональное предназначение и имеет определенную, собственную, структуру и специфику. В частности, специфика систем водоснабжения из подземных источников определяется, прежде всего, целенаправленной ориентировкой на обеспечение потребительской реализации ресурсной функции литосферы, что возможно только при теснейшем взаимодействии технических компонент с геологическими телами (рис. 1.1). Таким образом, природно-технические системы водоснабжения с полным правом можно отнести к системам, называемым Г.К.Бондариком литотехническими (Бондарик, Ярг, 1990; Бондарик, 1994). Большинство таких систем, помимо потребительской, обладает еще средообразующей функцией (Аверкина, 1997). Рассматривая литотехническую систему водоснабжения из подземных источников, особенно в той ее части, которая непосредственно контактирует с геологическим пространством (водозаборные сооружения), можно уверенно утверждать, что средообразующая функция по отношению к геологической среде реализуется, как правило, в деструктивной форме. Прежде всего, это относится к гидрогеодинамиче-ской составляющей геологической среды. Чем выше производительность водозабора, тем ин-

11

тенсивней гидрогеодинамическое дестуктивное влияние. Малые водопотребители в условиях высокой ресурсной продуктивности водоносных горизонтов практически не влияют на гидродинамическую структуру водных потоков. Иное дело - крупные водозаборы, эксплуатация которых приводит к формированию мощных депрессионных воронок. Осушение водоносных пород в безнапорных водоносных горизонтах и снижение пластового давления в напорных приводит к депрессионному уплотнению и вторичной консолидации рыхлых отложений, активации процессов разрушения карстуюшихся разностей, деформациям дневной поверхности, изменению характера биоценозов и проч.

Литосфера и ее экологические функции

Геофизико-геохимическая функция

Ресурсная функция

Геодинамическая функция

Водозаборные сооружения

Очистные сооружения

Водопроводные сети

Канализационные сети

Водопотребитель

Очистные канализационные сооружения

Рис. 1.1. Структурные связи природно-технической системы водоснабжения

Опосредованно, через гидрогеодинамическую составляющую, эксплуатация водоносных горизонтов приводит к изменению физико-химического состояния геологической среды. Изменение термобарических условий, дополнительная аэрация недр, активизация инфильтрации, перетоков и водообмена между смежными водоносными горизонтами — все это приводит к смене окислительно-восстановительной обстановки и характера взаимодействия в системе вода — порода - газ - органическое вещество и, как следствие, к изменению химического состава и показателей качества подземных вод. В терминах экологической геологии (Трофимов, Зилинг, 1997) это означает метаморфизацию геофизико-геохимической (санитарно-эпидемиологической)

12

функции литосферы. В геоэкологических проблемах водоснабжения непосредственное отражение это находит в качестве подземных вод эксплуатируемых горизонтов. Уже в природных условиях подземные воды редко имеют качество, позволяющее использовать их для хозяйственно-питьевых целей без предварительной подготовки, и эта проблема осложняется все возрастающим техногенным загрязнением источников водоснабжения. Водоподготовка осуществляется на очистных сооружениях, являющихся составной частью природно-техническои системы водоснабжения, и как всякий промышленный процесс сопровождается образованием отходов.

Переработка, утилизация и дальнейшее использование промышленных отходов во всех сферах производственной деятельности далеко не всегда производятся, даже когда это возможно с технических и целесообразно с экономических позиций, и отходы загрязняют окружающую среду. Это в полной мере относится и к системам водоснабжения, технологические процессы в которых в случаях применения реагентных и аэрационных методов водоподготовки сопровождаются образованием твердых осадков, а при ионообменных технологиях — значительного количества минерализованных растворов. Эти отходы, как правило, сбрасываются в канализацию или на рельеф и в поверхностные водотоки и водоемы.

И, наконец, завершающий элемент литотехнической системы водоснабжения - магистральные и разводящие водопроводные сети, непосредственно контактирующие с приповерхностными частями литосферы. Именно этот элемент, с одной стороны, обеспечивает экологический комфорт жизнеобитания, а с другой, при неудовлетворительном техническом состоянии обусловливает проявления нежелательных, а иногда и опасных инженерно-геологических процессов, таких, например, как подтопление урбанизированных территорий со всем комплексом его негативных следствий.

Юг Сибирского региона характеризуется разнообразием геоэкологических условий водоснабжения населения, под которыми понимается совокупность природных и социально-экономического обстановок, уровней развития хозяйственной деятельности и техногенного воздействия на окружающую (в том числе и на геологическую) среду. Каждая из составляющих этой совокупности в зависимости от состояния изученности региона может быть охарактеризована с той или иной степенью детальности.

Наиболее полно изучены природные элементы геотехнических систем. Геологическому и гидрогеологическому строению как основе минеральной ресурсной базы и в России, и за рубежом всегда уделялось повышенное внимание.

В области геотектоники и структурной геологии широко известны фундаментальные работы Н.Л.Добрецова, ЮА. Кузнецова, М.А.Усова, Н.С.Шатского, В.Е.Хаина. Вопросы выделения структурно-гидрогеологических подразделений и гидрогеологического районирования освещены в работах Н.К.Игнатовича, Ф.П.Саваренского, А.М.Овчинникова, Г.Н.Каменского,

13

Е.В.Пиннекера, И.К.Зайцева, О.Н.Толстихина Н.И.Толстихина, В.К.Кирюхина, Ф.А.Макаренко, Н.А.Маринова, В.М.Степанова, Б.И.Писарского и других. Проблемам гидрогеохимии зоны ги-пергенеза и формирования подземных вод посвящены основополагающие работы Е.В.Посохова, С.Р.Крайнова, В.М.Швеца, А.И.Перельмана, СЛ.Шварцева и других крупнейших ученых России.

Гидрогеологические и гидрогеохимические исследования непосредственно на территории региона проводились как производственными геологическими, так и научными организациями. Их результаты отражены в многочисленных производственных и научных отчетах, статьях, монографиях и диссертациях Ю.Н. Акуленко, С.Г. Бейрома, В.Я. Бычкова, Б.А. Воротникова, Е.М. Дутовой, Н.Е. Ермашовой, В.Г. Иванова, В.П. Карловой, Ю.Г. Копыловой, Е.С. Коробейнико-вой, М.А.Кузнецовой, В.СКусковского, М.И. Кучина, З.В. Лосевой, А.А. Лукина, В.М. Людвига, Е.Ю.Осиповой, В.М. Матусевича, Ю.С. Парилова, Г.А. Плевако, Д.С. Покровского, Е.А. Пономарева, О.В. Постниковой, В.К. Попова, Н.М. Рассказова, Г.М. Рогова, Ж.Н. Савиной, Ю.К. Смоленцева, П.А. Удодова, С.Л. Шварцева и других. Собственно геоэкологические вопросы в этих работах рассмотрены, как правило, фрагментарно, однако в последнее время появились и работы, специально посвященные геоэкологическим проблемам отдельных структур региона (работы А.М.Адама, В.П.Дегтярева, А.Н.Запольского, А.В.Мананкова, В.Е.Ольховатенко, В.К.Попова, Л.П.Рихванова, Н.А.Рослякова, В.П.Парначева и др). Региональные и технологические вопросы водоснабжения рассмотрены в работах Н.Д. Артеменка, А.Ф. Порядина, Б.Ф.Турутина, В.В.Дзюбо и других исследователей.

Обзор и анализ проведенных ранее исследований свидетельствуют, что накопленный опыт и большой фактический материал позволяют решать широкий круг геоэкологических задач, возникающих в регионе.

В то же время, несмотря на достигнутые успехи в этом направлении, ряд вопросов требует дальнейших исследований и уточнений. В частности, к таким вопросам можно отнести региональные закономерности организации водоснабжения, комплексно отражающие особенности геолого-структурных, гидрогеологических и социально-экономических условий региона. Слабо изучены вопросы региональной изменчивости и формирования качества подземных вод, определяющие стратегию и технологические аспекты водоподготовки. Практически не рассмотрены процессы природно-техногенного минералообразования в геосферной и, особенно, в технической подсистемах литотехнических систем водоснабжения.

Рассматривая вопросы водоснабжения населения, нельзя не напомнить о специфических проблемах региона, могущих иметь далеко идущие экологические следствия. Речь идет об инженерных объектах, техногенное воздействие которых, сопоставимое, а иногда и превосходящее воздействие природных факторов, вызьшает глубокое изменение гидрогеологических условий. К

14

таким объектам относятся в первую очередь предприятия угольной, нефтяной и атомной промышленности.

Воздействие предприятий угольной промышленности очевидно - достаточно сказать, что регион обеспечивает порядка 60% добычи угля в России, а только на территории Кузнецкой котловины расположены более 100 угольных шахт и карьеров. Отработка шахтных полей с обрушением кровли угольных пластов создает мощные зоны дробленых пород, полностью меняет их фильтрационные свойства и структуру водных потоков. В период работы угольные предприятия создают мощные воронки депрессии, а после закрытия вызывают процессы подтопления окружающих территорий. Затопленные шахтные поля могут рассматриваться как резервуары подземных вод, обладающие специфическими гидрогеодинамическим и гидрогеохимическим режимами. Необходимо подходить к изучению гидрогеологические условия таких территорий как к гидрогеологическим структурам, занимающим особое положение и собственный уровень иерархии в системе гидрогеологического районирования

Освоение и развитие нефтегазового комплекса Западно-Сибирского региона и связанная с ним деятельность промышленных предприятий различного профиля изменяет гидродинамическую структуру фильтрационных потоков и накладывает негативный отпечаток на качество подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Западно-Сибирский регион в целом обеспечивает около 62 % добычи нефти и газа в России, а в западной части Томской области открыты и разрабатываются более 100 нефтяных, газоконденсатных и нефтегазо-конденсатных месторождений. Нефтяное загрязнение природных вод является одной из основных проблем не только в нефтегазовых, но и в других промышленно развитых районах, особенно на территориях распространения слабо защищенных горизонтов подземных вод.

Воздействие предприятий атомной промышленности не столь явно, но гораздо более неопределенно и тревожно по возможным последствиям, несмотря на выполненные прогнозы и повышенное внимание к этой проблеме. Например, для захоронения жидких радиоактивных отходов Сибирского химического комбината, используются подземные горизонты, смежные с водоносными горизонтами, являющимися источниками водоснабжения расположенных поблизости гг. Томска и Северска. За время эксплуатации полигона захоронения, изначально организованного как временного, накоплены огромные объемы отходов. Вместе с тем, емкостные свойства пород не безграничны. Нет полной ясности в вопросах гидрогеодинамики и миграции флюидов в подобных условиях, в частности, не рассматривалась роль упруго-деформационных гидродинамических процессов, к настоящему времени достаточно убедительно показанная нами для естественно-природных систем.

Недостаточно изучена роль литотехнических систем водоснабжения как фактора формирования негативных инженерно-геологических процессов, таких как техногенное подтопление

15

урбанизированных территорий. Слабо изучены механизмы формирования вертикальной составляющей фильтрационных потоков, обусловливающей процессы перетекания в слоистых толщах. Требуют дальнейшей разработки вопросы защищенности водоносных горизонтов и их реабилитации при техногенном загрязнении.

Все вышесказанное послужило основой для проведения исследований в этом направлении, определило их цели и задачи и нашло отражение в данной работе (рис. 1.2.). Разнообразие задач потребовало обобщения обширного фактического материала, собранного автором на тер-ритории нескольких субъектов Российской Федерации и применения различных методик для его обработки. В работе широко использованы возможности современной вычислительной техники: исходные данные всех видов исследований структурированы в виде разнообразных электронных банков данных. Особая роль принадлежит использованию геоинформационных систем, объединяющих все массивы координатно привязанных данных в единую информационную систему. Такой подход к накоплению и хранению картографической информации позволил более строго подойти к решению проблем районирования исследуемых территорий по различным признакам. На этой же электронной основе выполнялись и другие виды анализа, включая статистическую обработку и разнообразную сортировку данных.

Отдельные локальные задачи решались с использованием узкоспециальных методик, таких как, исследование минерального состава вторичных гидрогенных новообразований с помо- шью современных физико-химических методов исследования вещества или опробование технологий реабилитации водоносных горизонтов загрязненных нефтепродуктами с применением микробиологических анализов и технологий. В каждом конкретном случае выбирались те методические приемы, которые обеспечивали наиболее эффективный результат.

Работа представляет собой комплексное исследование, посвященное наиболее существенным проблемам водоснабжения. На основе пространственного анализа современными средствами геоинформационных технологий особенностей геоэкологическихз условий региона охарактеризовано состояние водоснабжения. С привлечением гидрогеохимических методов статистического анализа выполнена оценка качества природных вод отдельных субъектов Российской Федерации и проведено районирование территории по условиям и видам водоподготовки. Детально проанализирован минералогический состав минеральных новообразований на техно- логическом оборудовании водозаборов. Выявлены новые аспекты геоэкологической проблемы сохранности качества подземных вод при интенсивной эксплуатации водоносных горизонтов и водопользования на урбанизированных территориях. Практическое применение теоретических исследований раскрыто на примере разработки концепции и реализации программы развития систем водоснабжения на уровне субъекта Российской Федерации. Обоснованы наиболее актуальные стратегические задачи развития экологически безопасного развития на перспективу.

16

Задачи

_________________ Цель __________________

Обеспечение устойчивого и экологически безопасного водоснабжения населения

Анализ геологического строения

Анализ гидрогеологических условий

Анализ ландшафтно-климатических условий

Анализ гидрогеохимических условий

Оценка качества природных вод

Типизация условий водоподготовки

Исследование техногенного минералообразования

Опробование технологий реабилитации загрязненных эксплуатационных водоносных горизонтов

Оценка негативных последствий эксплуатации систем водоснабжения

Анализ состояния систем водоснабжения населенных пунктов

ГИС технологии

Статистический анализ гидрогеохимической

информации

атистическии анализ условии эксплуатации систем

водоснабжения

ктронная микроскопия, минералогический анализ

Микробиологические анализы и технологии

Схематизация и картографирование

гидрогеологических условий

урбанизированных территорий

Практическая значимость Улучшение условий водоснабжения населения на основе реализации программного метода решения исследований