Гидрогеоэкологическое обоснование строительства и эксплуатации водохозяйственных объектов в горнодобывающий районах Оренбуржья

Краткое описание

ВВЕДЕНИЕ ... 4

ГЛАВА 1. ОБЗОР ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ... 9

Выводы по главе 1 ... 17

ГЛАВА2 МЕТОДИКА ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ... 19

2.1. Полевые работы... 19

2.1.1. Сбор полевого фактического материала ... 19

2.1.2. Полевые исследования поверхностных и подземных вод... 21

2.1.3. Изучение пород, почв, грунтов и илов ... 22

2.1.4. Опробование газовых компонентов ... 23

2.1.5. Исследование микрофлоры ... 25

2.2. Гидрорежимные наблюдения ... 26

2.3. Изучение источников загрязнения ... 28

2.4. Защищенность подземных вод от загрязнения ... 28

2.5. Дистанционные методы исследования... 29

2.6. Составление гидрогеоэкологических карт и схем... 30

2.6.1. Общая гидрогеоэкологическая карта ... 31

2.6.2. Частные гидрогеоэкологические карты и схемы ... 33

2.7. Расчеты скорости развития ареалов и

потоков загрязнения ... 34

Выводы по главе 2 ... 38

ГЛАВА 3. ПРИРОДНЫЕ УСЛОВИЯ ... 40

3.1. Физико-географическая характеристика... 40

3.2. Геологическое строение... 43

3.3. Гидролого-гидрогеологические условия... 53

\Щ.К Выводы по главе 3 ... 58

ГЛАВА 4. ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В СВЯЗИ С ЗАЩИТОЙ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ

ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ... 59

4.1. Загрязнение подземных и поверхностных вод... 59

4.1.1. Тенденции техногенной трансформации гидросферы... 59

4.1.2. Характеристика источников загрязнения ... 61

4.1.3.О картах источников загрязнения ... 63

4.2. Сопротивляемость подземных вод к загрязнению... 67

4.2.1. Устойчивость или уязвимость подземных вод ... 67

4.2.2. Типизация территории по устойчивости или

уязвимости к загрязнению ... 69

4.3. Способность среды к самоочищению... 76

4.4. Классы геохимических барьеров... 79

4.4.1. Механические барьеры ... 79

4.4.2. Щелочные барьеры ... 80

4.4.3. Сорбционные барьеры ... 82

4.4.4. Испарительные барьеры ... 82

4.4.5. Кислые барьеры ... 83

4.4.6. Биогеохимические барьеры ... 83

4.4.7. Комплексные геохимические барьеры ... 84

4.5. Исследование барьерного принципа для решения

проблемы чистой воды... 85

4.5.1. Экспериментальные исследования ... 85

4.5.2. Защита от загрязнения подземных и

поверхностных вод при помощи барьеров ... 92

Выводы по главе 4 ... 100

ГЛАВА 5. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ПРОФИЛАКТИКЕ

ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ И ПОВЕРХНОСТНЫХ ВОД... 102

5.1. Основные направления совершенствования

системы природопользования ... 102

5.2. Инженерно-технические мероприятия по борьбе

с загрязнением нефтепродуктами и подтоплением ... 107

5.3. Создание барьеров у водозаборов и водоемов ... 116

5.3.1. Гидродинамические барьеры ... 116

5.3.2. Защита водозаборов, эксплуатирующих

неограниченный однородный водоносный горизонт... 116

5.3.3. Защита водозабора, эксплуатирующего два контактирующих полуограниченных водоносных пласта... 118

5.3.4. Рекомендации по созданию комплексных геохимических барьеров для защиты водозаборов и водоемов ... 123

5.4. Система мониторинга... 127

5.4.1. Историческая справка ... 127

5.4.2. Научные основы создания систем мониторинга ... 128

5.4.3. О необходимости совершенствования систем мониторинга ... 129 Выводы по главе 5 ... 132

ЗАКЛЮЧЕНИЕ ... 133

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ... 134

ПРИЛОЖЕНИЕ... 142
Введение

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Горнодобывающие районы Оренбуржья и всего уральского региона справедливо относят к территориям с наиболее опасными гидрогеоэкологическими условиями. Эта опасность обусловлена значительной техногенной нагрузкой на основные компоненты окружающей среды (водные и земельные ресурсы, атмосферный воздух). Крупнейшими в регионе являются горнодобывающие объекты, предприятия нефте-газохимии, чёрной и цветной металлургии, топливно-энергетического комплекса, машиностроения, стройиндустрии, расположенные в г.г. Оренбурге, Орске и др. городах и районах области. Крупный вклад в формирование техногенной нагрузки на окружающую среду вносит и сельское хозяйство.

Наиболее опасными для окружающей среды являются техногенные залежи крупнотоннажных, жидких и твёрдых отходов производства. Так в г. Орске вокруг нефтеперерабатывающего завода сформировались техногенные залежи углеводородов с запасами более 500 тыс. т. [38,120]. В районах горнодобывающих, металлургических и топливно-энергетических предприятий накоплено несколько сот миллионов тонн твёрдых отходов. Под отвалами Райского горнорудного предприятия сформировались значительные ресурсы техногенных сернокислых рассолов. Только города Орск и Оренбург сбрасывают в водоёмы более 500 тыс. м недостаточно очищенных сточных вод. 29 районов области и подавляющее число её населённых пунктов не имеют очистных сооружений. Основные водные артерии области - реки Урал, Сакмара, Самара и их притоки являющиеся совместно с их подрусловыми водами главными источниками хозяйственно-питьевых вод большей части населения региона, находятся под воздействием предельной и запредельной техногенной нагрузки. На сегодняшний день проблема геоэкологически обоснованного строительства практически не решается; используется только часть накопленного опыта. Внедренные на предприятиях мероприятия по защите окружающей среды от негативного воздействия существующих технологий пока не дали ожидаемых результатов. Объемы выбросов загрязняющих веществ в атмосферный воздух, сбросов сточных вод, твердых токсичных отходов от объектов промышленного и гражданского строительства установлены. Однако до сих нет достоверных данных о том, как изменилось в результате длительного воздействия экологическое состояние геологической среды, поверхностных и подземных вод, атмосферного воздуха и почв в зоне влияния различных строительных объектов. Поэтому оценка последствий многолетнего негативного воздействия этих объектов, особенно накопителей крупнотоннажных отходов горнодобывающих предприятий на окружающую среду, и разработка эффективных мероприятий по защите окружающей среды от загрязнения отходами стройиндустрии и построенных объектов в процессе их эксплуатации, является весьма актуальной. Не менее важным является вопрос устойчивости возводимых нами сооружений и коммуникаций во вновь формирующейся окружающей среде. Дело в том, что природные процессы в условиях техногенеза приобретают невиданные ранее масштабы и

интенсивность. Это негативно влияет на устойчивость зданий, сооружений и коммуникаций.

В.И. Вернадский, А.Е. Ферсман, Е.М. Сергеев, В.И. Осипов, В.А. Мироненко, ВТ. Румынии, В.А. Кирюхин, А.И. Короткое, С.Л. Шварцев, В.Л. Бочаров, В.Т. Трофимов с коллегами и др. хорошо раскрыли основные черты преобразований природной среды под влиянием производственной деятельности человека [15,24-26,70,91,97,98,128,129,137,142]. Разнообразное строительство является одним из важнейших видов человеческой деятельности. В процессе промышленного, гражданского, сельскохозяйственного, военного, энергетического, транспортного, мелиоративного и иного строительства и в процессе эксплуатации построенных объектов серьёзно нарушаются все компоненты окружающей среды. Инженерная инфраструктура территории и планеты в целом превратилась в один из важнейших компонентов окружающей среды. Поэтому гидрогеоэкологическая обоснованность строительства и разработка экологических мероприятий при всех видах строительной деятельности в горнодобывающих районах со сложными инженерно-геологическими и гидролого-гидрогеологическими условиями являются весьма актуальными.

Цель работы: научно-техническое обоснование мероприятий, направленных на снижение негативного воздействия техногенной нагрузки на водозаборы, водоемы и ОС в горнодобывающих районах Оренбуржья. Для достижения этой цели в работе поставлены следующие задачи:

-оценить современное состояние гидросферы и ОС;

-изучить характер техногенных преобразований природных вод и ОС;

-исследовать и разработать критерии, позволяющие снизить уровень техногенного воздействия инженерных сооружений на гидросферу;

-разработать и выдать рекомендации по стабилизации гидрогеоэкологической ситуации на водозаборах и водоемах Оренбуржья.

Объект исследований: водные объекты и их гидрогеоэкологические особенности, формирующиеся под влиянием природных и техногенных факторов.

Предмет исследований: процессы природных и техногенных преобразований водных объектов горнодобывающих районов.

Фактический материал и методы исследований. Применялись аналитический и картографический методы, системный и резолютивный анализ взаимодействия инженерных сооружений и коммуникаций с водными объектами, лабораторные, экспериментальные, расчётно-графические и мониторинговые исследования. В работе использованы гидрологические, гидрогеоэкологические и географические материалы, а также данные по техногенной нагрузке и загрязнению ОС. В лабораторных условиях выполнены эксперименты по исследованию местных материалов в процессе их взаимодействия в системе вода — порода (известняки, песчаники на карбонатном и карбонатно-глинистом цементе, гипсы, граниты). Собраны данные по физико-химическим анализам проб природных и сточных вод (830 проб), почв, элювиально-делювиальных и пролювиально-аллювиальных

отложений (около 650 образцов). Кроме того, собраны и использованы анализы водо-растворенных органических веществ (370) и газов (210) и водных вытяжек из почв и грунтов (410). Материалы преимущественно собирались из фондовых и литературных источников (приложение 1, 2).

Установлено, что водозаборы хозяйственно-питьевого назначения и водоемы Оренбуржья являются наиболее уязвимыми к загрязнению компонентами ОС и подвержены необратимой техногенной трансформации под воздействием крупнотоннажных отходов и отвалов горнодобывающих предприятий, накопителей, испарителей, отстойников ливневых и сточных вод. Поэтому

на защиту выносятся следующие основные положения:

1. Обустройство искусственных геохимических барьеров из активных в физико-химическом отношении местных, естественных материалов (известняков, песчаников на карбонатном и карбонатно-глинистом цементе) с цель локализации загрязнителей и очистки вод. Эти материалы обладают наибольшей активностью поглощения неконсервативных компонентов-загрязнителей (ионов тяжелых металлов - Cu2+, Zn2+, Cr3+), о чем свидетельствуют результаты исследовании системы: вода-порода.

2. Создание комплексных барьеров на границе водозаборов пресных и дренажных вод. Одновременно с откачкой питьевых вод откачиваются загрязнённые воды, используемые в технических и сельскохозяйственных целях.

3. Устройство для эксплуатации техногенных промышленных залежей нефтепродуктов в районе нефтеперерабатывающего завода (г. Орск), сочетающее приемы вертикального и горизонтального дренажа. Рекомендуется также внедрять элементы системы мониторинга и совершенствовать технологию природопользования.

Научная новизна:

- установлены гидрогеоэкологические особенности техногенных процессов в горнодобывающих районах; использованные для прогноза техногенных преобразований ОС;

- учёт защищенности и устойчивости ОС к загрязнению позволяет обоснованно защищать водозаборы и водоемы области;

- установлена высокая физико-химическая активность известняков и песчаников на карбонатном цементе при локализации загрязнителей;

- разработаны конструктивные элементы сооружений, которые обеспечивают повышение эффективности водоохранного строительства;

Практическая значимость результатов:

- установлена неблагополучная гидрогеоэкологическая ситуация и определены граничные условия устойчивости водных объектов к загрязнению в горнодобывающих районах Оренбуржья;

- обоснована необходимость строительства очистных сооружений во всех районах области на основе внедрения комплексных геохимических и гидродинамических барьеров; что позволит локализовать очаги загрязнений вокруг водозаборов, водоёмов и предприятий;

- внедрение результатов исследований и рекомендаций позволяет повысить экологическую безопасность в Оренбуржье; внедрение осуществлено на Сакмарской ТЭЦ и в учебный процесс при подготовке инженеров-строителей [4].

Апробация результатов работы Основные положения диссертационной работы докладывались автором: на Всероссийской научно-практической конференции: «Стратегия природопользования и сохранения биоразнообразия в XXI веке» (Оренбург, 1999), на региональных научно-практических конференциях в Оренбургском (1997-2002), Пермском (2003) и Московском (2003) госуниверситетах, а также в Уральской государственной горно- геологической академии (2002) и Оренбургском госпедуниверситете (2003).

По материалам диссертации опубликовано 10 работ. Результаты исследований внедрены в учебный процесс, на Сакмарской ТЭЦ, и реализованы в учебном пособии «Геоэкологические основы строительного производства» для студентов строительных специальностей (2004).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы. Объем текста - 144 страницы, количество рисунков - 24, таблиц - 15 , библиографический список содержит 169 наименований.

За советы и консультации при подготовке диссертации и помощь в работе автор выражает глубокую благодарность научному руководителю профессору А.Я. Гаеву, а также сотрудникам архитектурно-строительного факультета ОГУ, профессорам А.Ф. Калиниченко и Г.Н. Карпову, доцентам А.И. Альбакасову, СВ. Миронову, инженеру И.Н, Алферову и др.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ

Многими организациями Оренбуржья по региону накоплен большой гидрогеоэкологический материал, полученный при изучении различных объектов и при решении самых разных практических и научно-методических задач. Наиболее крупные гидрогеоэкологические исследования, выполненные до 60-х годов XX столетия, содержатся в фондах территориальных геологических и изыскательских организаций, а также в монографии "Гидрогеология СССР, Оренбургская область" [45]. Все наиболее важные работы по гидрогеохимии и охране подземных вод Урала учтены в монографиях А. Я. Гаева, Гаева, Т.И. Якшиной и B.C. Самариной, А.Я. Гаева и др. [|5|42»1$9]. В этом разделе обратим внимание на те гидрогеоэкологические исследования, в которых в той или иной мере затрагиваются вопросы, связанные с гидрогеоэкологическими условиями строительства и освоения территории, описанием химического состава поверхностных и подземных вод зоны активного водообмена, расшифровкой и оценкой условий в экологически напряженных районах Оренбуржья.

До 20-х годов XX века в Оренбуржье было уже пробурено не мало отдельных скважин. Однако по ним имеются только отрывочные сведения. Отсутствует какая-либо систематизация материалов и картографическое оформление даже по городам Оренбургу, району современных Гая, Орска и др. В 1925—1928 гг. А. И. Мазаровичем составлена достаточно детальная геологическая карта Западного Оренбуржья (Бузулукского района). Им, видимо, впервые установлено наличие мощного водоносного горизонта в основании бузулукской свиты нижнего триаса. Он описал его и отметил, что этот горизонт пригоден для водоснабжения. В 1930 г. рядом ученых (Б. В. Дроздовым и др.) проведены гидрогеологические исследования с целью открытия курорта "Гай" на базе минеральных вод и грязей "Купоросного" озера. Озеро расположено в сухом русле одного из рукавов речки Колпачки. В предвоенные и военные годы различными организациями осуществляются изыскательские работы в бассейне р. Урал с целью водоснабжения и строительства промышленных предприятий г. Орска, Новотроицка, Медногорска, Кувандыка. В послевоенные годы (1945— 1948 гг.) ВСЕГЕИ (В. Б. Торговановой, А. В. Сотниковым и др.) для отдельных районов Оренбуржья по методике И. К. Зайцева составлены мелкомасштабные гидрогеологические карты [45]. На картах отражён литологический состав пород, их водообильность и минерализация в первом от поверхности водоносном горизонте (комплексе). В 50-е годы развернулись исследования в связи с поисками и разведкой месторождений полезных ископаемых. Большой объём работ осуществлялся в восточной части области. Наиболее информативны поисковые гидрогеохимические работы (Е. А. Пислегиной и др.) и поиски питьевых вод (Г. П. Маянцевым, А. И. Фонаревой, О. И. Анисимовой, Е. И. Токмачевым, А. М. Черняевым и др.). В сводке А. М. Черняева этого периода выделены водоносные горизонты и комплексы, за счет которых могут быть решены вопросы водоснабжения [45,148-150]. Этим исследователем систематизирован и охарактеризован химический состав воды Восточного Оренбуржья. Водовмещающими породами являются аллювиальные

8

отложения и известняки карбона, интрузивные и, в частности, гранитные массивы и контакты их с другими породами.

В 1960—1961 годах организовано Оренбургское территориальное геологическое управление (ПГО "Оренбурггеология"). Оно стало осуществлять основные поисково-разведочные и изыскательские работы. Наибольшую ценность представляют систематические среднемасштабные государственные геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические съемки. Они сопровождались картировочным бурением, опытными и лабораторными работами. В результате поисков и разведки подземных вод решались задачи по водоснабжению с подсчётом эксплуатационных запасов подземных вод. В этот период осуществлена организация режимных наблюдений за подземными водами. Для анализа гидрогеоэкологических условий большое значение имеют материалы этого периода по поисковым гидрогеохимическим исследованиям и изучению гидрогеологических условий месторождений полезных ископаемых. Очень важны материалы по изучению и оценке запасов минеральных вод, по инженерно-геологическим и гидрогеологическим изысканиям в связи со строительством и сельскохозяйственным освоением территории, с развитием мелиоративных работ, с контролем за состоянием и использованием подземных и поверхностных вод Оренбуржья, защитой территории городов от опасных стихийных, геологических и инженерно-геологических процессов.

В 60—80-е годы Оренбургским территориальным геологическим управлением выполнены государственные гидрогеологические, инженерно-геологические и геологические съемки ряда листов в масштабе 1:50000, 1 : 200000, 1:500000. Отчёты с картами и объяснительными записками сопровождались публикациями (Черняева и др., 1960; Черняев и др., 1960; Севастьянов и др., 1965, 1969; Севастьянова, Анисимова и др., 1965, 1966; Павлова и др., 1967; Салтанов и др., 1968; Донецкое и др., 1970; Донецкова, Донецкое, 1971, 1978; Веденина, 1972; Поладько и др., 1972; Кархардин, 1974) [45,109,120]. При проведении этих и др. съемок собран большой гидрогеологический и попутный гидрогеоэкологический материал. По методике ВСЕГИНГЕО построены гидрогеологические карты, имеющие большое значение для оценки гидрогеоэкологических условий строительства. В объяснительных записках к этим картам и в отчетах геологов и изыскателей приведены необходимые сведения по химическому составу воды и по величине минерализации. Для каждого интервала минерализации охарактеризованы состав вод по преобладающим анионам и катионам, приведена величина жесткости воды, сообщаются сведения о некоторых других гидрогеохимических показателях: по содержанию азотистых соединений, кремнекислоты, окисляемости воды, рН и пр. Гидрогеоэкологические условия осваиваемой территории в целом и вопросы формирования химического состава подземных вод с участием процессов техногенеза практически не рассматриваются.

Нельзя не отметить, что наиболее крупным обобщением на основе отмеченных работ, выполненных к тому времени и впервые для всего Оренбуржья была построена гидрогеологическая карта в масштабе 1:1000000, опубликованная в Гидрогеологии СССР [|р|. По методике ВСЕГИНГЕО на

ней отражены водоносные горизонты, комплексы и водоупорные породы; показана минерализация подземных вод первого от поверхности водоносного горизонта (комплекса), в каждой точке опробования приводятся данные о первом преобладающем анионе, а по площади отражается состав вод по первому преобладающему аниону и катиону. Индексами и контурами показаны гидрогеологические районы: юго-восточная часть Волго-Камского артезианского бассейна, бассейн трещинных вод Урала, северный борт Прикаспийского артезианского бассейна. В бассейне трещинных вод Урала выделены районы более высокого порядка. По выделенным районам рассматриваются вопросы формирования химического состава подземных вод. К карте прилагаются гидрогеологические разрезы.

В дальнейшем материалы по Оренбургской области используются при построении обзорных мелкомасштабных гидрогеохимических карт территории бывшего СССР:

1 .Гидрогеохимической карты масштаба 1 : 7 500 000 (1966) с гидрогеохимическими зонами, выделенными по величине минерализации. Эти зоны объединенные в гидрогеохимические пояса, охарактеризованные вертикальными разрезами. Показаны провинции минеральных вод, главные их месторождения и охарактеризованы отдельные типы минеральных вод.

2. Гидрогеохимическая карта масштаба 1 : 10 000 000 (1979) характеризует верхний и нижний гидродинамические этажи. Нормальное (последовательное) или аномальное изменение минерализации с глубиной показано цветом и крапом. На опорных разрезах показаны минерализация, газовый и основной химический состав подземных вод [35,45,120]. Кроме того, в нижнем этаже показаны районы распространения скоплений минеральных вод.

3. Альбом карт под названием «Карта грунтовых вод территории СССР» масштаба 1 : 5 000 000 (1983). На картах приведены многие параметры грунтовых вод. На гидрогеохимической карте показано распространение водоносных горизонтов, комплексов и водоупорных пород (цветом); отображена степень изученности грунтовых вод (штриховкой), химический (по преобладающим анионам и катионам) и газовый состав вод и их минерализация (различным крапом).

4. Карта гидрогеохимической структуры территории СССР масштаба 1 : 7 500 000 (1982). На ней показаны: региональное распространение подземных вод с максимальной минерализацией (различным цветом), глубина залегания вод с разной минерализацией (изолиниями) , группы солоноватых и рассольных вод по анионному составу и для рассолов по катионному составу (крапом), границы распространения бромных и йодных вод и естественных очагов разгрузки углекислых и термальных трещинно-жильных вод различного химического состава,.

Следует отметить высокую информативность всех этих карт. Все они в совокупности дают довольно полное представление о гидрогеохимических условиях регионов бывшего СССР в соответствующем масштабе, включая исследуемую нами территорию

10

Наряду с территориальными геологическими организациями большой объем гидрологических и гидрогеологических работ на нашей территории проводится во второй половине XX столетия многими организациями: трестом инженерных изысканий (ТИСИЗ), научно-производственным объединением "Оренбургводмелиорация", институтами Унипромедь, ВОИГИРГИ и др. для решения вопросов строительства и водоснабжения. После внедрения генеральных схем комплексного использования водных ресурсов института Гидропроект в планы народнохозяйственного развития эти работы стали носить целенаправленный и систематический характер. Уже к середине 60-х годов многие горнодобывающие предприятия и города Оренбургской области были обеспечены подземными и поверхностными водами хорошего качества. Ежегодно ведутся буровые работы, осуществляется проходка и обустройство сотен поисковых, разведочных, поисково-разведочных, эксплуатационных и водозаборных скважин. Они проходятся и обустраиваются как одиночные, как скважины централизованного водоснабжения и в качестве наблюдательных для режимной сети. Для целей водоснабжения эксплуатируются водоносные горизонты аллювиальных отложений рек Урала, Сакмары, Ори, Кумака, Чагана и др. На востоке области большое значение для водоснабжения имеют трещинные воды интрузивных пород и трещинно-карстовые воды известняков карбона, в районах Предуралья — воды континентальных песчано-глинистых пород верхней перми и нижнего триаса.

Изыскания в исследуемых районах с подсчетом запасов и утверждением их в ГКЗ или ТКЗ по группе Сакмарских водозаборов централизованного водоснабжения выполнялись, например, В. Л. Малютиным с соавторами (1955), В. И. Лычагиной (1963), В. Ф. Червонящим с соавторами (1965), Л. Ф. Шевцовой и Ю. Г. Шевцовым (1969). По Орским и Новотроицкому водозаборам в бассейне р. Урал работы выполнялись О. А. Анисимовой (1964), Т. А. Руденко (1969) (на воды известняков карбона), Л. Ф. Шевцовой и Ю. Г. Шевцовым (1970). По водозаборам в долине р. Урал у г. Оренбурга — Ивановскому, Чернореченскому, Дедуровскому, Краснохолмскому изыскания выполнены Л. Ф. Шевцовой и Ю. Г. Шевцовым (1969, 1971, 1972). По г. Гаю и Гайскому ГОКу Е. И. Токмачёвым и др. (1957, 1958) выполнены изыскания для обеспечения хозяйственно-бытового и технического водоснабжения. На двух участках в аллювиальных горизонтах р. Чаган Г. С. Кархардин в 1974 г. подсчитал и защитил в ТКЗ запасы подземных вод для районного центра Первомайский. Отчеты всех отмеченных исследователей содержат гидрогеологические карты, составленные по методике ВСЕГИНГЕО. В них также содержится глава, характеризующая химический состав вод, дана их оценка и соответствие требованиям ГОСТ к водам хозяйственно-питьевого назначения. Другие вопросы гидрогеоэкологии и, в частности, вопросы формирования химического состава вод не рассматривались.

Начиная с 60-х годов на исследуемой территории проводятся режимные наблюдения за подземными водами. На горнодобывающих предприятиях первоначально ограничивались оценкой водопритоков в горные выработки. С развитием процессов загрязнения окружающей среды, в том числе

11

поверхностных и подземных вод, наблюдениями были охвачены практически все действующие водозаборы. На территории Уральского региона и Оренбургской области была создана государственная режимная сеть. Наблюдения за водозаборами проводятся также центрами Госсанэпиднадзора, лабораториями водоканала, бассейновой инспекции, ведомственными химическими лабораториями и др. Проверки химических режимных материалов по водозаборам городов Гай, Новотроицк и Орск показали, что в годовом цикле пробы воды на химический анализ отбираются неравномерно; из учтённых ГОСТом Вода питьевая и СанПИНом 29 компонентов в лучшем случае определяются 18—20; ни в одной из лабораторий Na+ и К+ не анализируются раздельно химическим путем, а определяются по разности с высоким процентом ошибки анализа. Плохо сопоставляются друг с другом даже анализы одной и той же пробы воды, выполненные в разных лабораториях. Лаборатории Госсанэпиднадзора перестали определять ион НСО3". Совершенно исключается возможность проверки и использования результатов анализа для каких бы то ни было заключений и обобщений. Затрачиваются значительные средства на отбор и анализ проб для сравнения полученных результатов по определяемым компонентам с ПДК для питьевого водоснабжения. Никаких иных задач решить на основе использования этих анализов невозможно.

Наиболее надежные результаты даёт государственная режимная сеть, организованная в Оренбургской области в начале 70-х годов для изучения подземных вод зоны активного водообмена. В своих Ежегодниках и пятилетних сводных отчетах (Шевцов, Шевцова, 1986, 1991; и др.) рассматриваются уровненный режим и баланс подземных вод в урбанизированных районах Оренбургской области применительно к основным водоносным горизонтам и комплексам. Эти источники содержат ценные сведения о минерализации и химическом составе подземных вод, их макрокомпонентах и некоторых микрокомпонентах. По результатам режимных наблюдений по скважинам отстраиваются графики-эпюры по методу А. А. Бродского. В задачи режимной службы не входит выявление закономерностей изменения химического состава вод по годам и сезонам. Приводятся некоторые сведения по отдельным водоносным горизонтам и комплексам.

Оренбургская область богата минеральными водами. В западной части Оренбуржья они имеют хлоридно-натриевый состав, повышенную или высокую минерализацию. По происхождению это воды зоны выщелачивания соленосных отложений, или седиментационные воды. В горноскладчатой части региона минеральные воды связаны с зоной окисления сульфидных и колчеданных руд. Они имеют сернокислый состав и характеризуются широким интервалом минерализации от нескольких граммов до десятков и сотен граммов на литр. С некоторыми гранитными массивами связано формирование радоновых вод. Первая информация о минеральных водах Оренбургской губернии содержится в трудах первых академических экспедиций — И. И.

12

Лепехина, П.С. Палласа, И. П. Фалька, И. Г. Георги, Н.П. Рычкова, а также в работах А.И. Дзенс-Литовского, А.С. Хоментовского и др.

Jj^ Для наших гидрогеоэкологических исследований особый интерес

представляют минеральные воды Гайского курорта. Эти воды изучали В.В. Дроздова с соавторами (1931—1934), И.А. Аношкин (1934), М.И. Бурмистров (1949), М.Г. Горелова с соавторами (1949—1951), Е.А. Пислегина (1951), Е.И. Токмачев (1949—1957), A.M. Черняев с соавторами (1962—1968), В.Б. Черняхов (1968—1970), В.Н. Родионова с соавторами (1972), В.А. Гельдт (1986—1990), А.Я. Гаев, Т.И. Якшина, В.Я. Захарова [35,42,45,120] и др. Наиболее информативны публикации и отчеты A.M. Черняева, Е.И. Токмачева, В.Н. Родионовой и В.А. Гельдта, в которых описываются минеральные воды Гайского курорта и гидрохимические условия района Гайского медноколчеданного месторождения. В работах A.M. Черняева

ь- раскрываются закономерности распределения вод различного химического

VJ состава, установленного по главным преобладающим компонентам. В.Н.

Родионовой и В.А. Гельдтом охарактеризованы особенности режима подземных вод курорта и условия их формирования; выполняется подсчет запасов минеральных вод, констатируется ухудшение их качества и падение

Щ , уровня во времени. В.А. Гельдт предложил использовать для лечебных целей подотвальные и карьерные сернокислые воды техногенного происхождения, сформировавшиеся при окислении и выщелачивании атмосферными и инфильтрационными водами отвалов Гайского рудника.

Изучению минеральных вод Западного и Центрального Оренбуржья посвящены работы Н. А. Донецкова и А. А. Донецковой (1984). Эти исследования сопровождаются буровыми, лабораторными и другими работами. В их сводных отчетах даётся обобщение по минеральным водам в целях оценки перспектив использования их в народном хозяйстве.

Начиная с 70-х годов важное значение на Урале и, в частности, в

jff/ Оренбуржье приобретают исследования, связанные с охраной окружающей среды, включая природные воды. Из-за несовершенства технологии в промышленности, сельском хозяйстве и при добыче полезных ископаемых большое количество вредных веществ сбрасывается в водоемы, гидрографическую сеть и "на рельеф". Сброс неочищенных сточных вод и твердых отходов оказывает весьма негативное влияние на природную среду, вызывая техногенную метаморфизацию состава атмосферных, поверхностных и подземных вод, загрязнение почв, грунтов, иловых накоплений водоемов и водотоков, и т. д. Существенный вклад в разработку проблемы охраны подземных вод и окружающей среды в целом по Уральскому региону, включая районы Оренбуржья внесли работы лаборатории «Оптимизации природопользования и охраны геологической среды», организованной А. Я. Гаевым в 1972г. в Оренбургском политехническом институте, а затем реорганизованной в 1988г. в соответствующий Отдел Горного института

;ф Уральского отделения РАН. В этом коллективе работали А. П. Бутолин, Г. Д. Мусихин, В. Я. Захарова, А.П. Трубин, Л. Д. Бутолина, всемирно известный профессор B.C. Самарина и многие другие [109,120]. Для оценки

13

гидрогеоэкологической ситуации большое значение имеют предложенные А. Я. Гаевым параметры относительного модуля химического стока и модуля предельно допустимого загрязнения (Мддв) [35,40]. Последний отражает запас санитарной прочности конкретного бассейна (участка) и представляет собой условное количественное выражение загрязнения, при котором сохраняется удовлетворительное состояние территории, с которой стекают гидрогеоэкологически оцениваемые поверхностные и подземные воды. А. Я. Гаевым и другими исследователями дана классификация видов и источников загрязнения подземных и поверхностных вод. С гидрогеоэкологических позиций рассмотрены процессы техногенеза в районах разработки месторождений твердых полезных ископаемых (Тарньерского, Райского и др.), месторождений нефти, газа, промышленных вод (Оренбургского, Ярино-Каменноложского и др.). Эти процессы даются на фоне региональных закономерностей изменения качества подземных и поверхностных вод Уральского региона в зависимости от их широтной гидрогеохимической зональности и высотной поясности. Выполнено мелкомасштабное картирование источников загрязнения и видов их воздействия на природные воды, например, по районам Оренбургского газоконденсатного месторождения, Гайско-Орского промышленного района и т. д. Анализ большого фактического материала по территории Урала и Предуралья, выполненный А.Я. Гаевым (1989), позволил ему произвести типизацию территории и охарактеризовать пять основных тенденций техногенного преобразования химического состава подземных вод региона. Первая тенденция заключается в загрязнении и осолонении вод отходами различных источников (промышленных, сельскохозяйственных и др.). Вторая тенденция заключается в интенсификации природных процессов растворения и выщелачивания пород на участках развития депрессионных воронок горнодобывающих предприятий, водозаборов хозяйственно-питьевого назначения и пр.; третья реализуется в усилении процессов самоочищения вод, которые проявляются наиболее ярко на геохимических барьерах; четвертая выражается в росте масштабов и глубины воздействия человека на окружающую среду; пятая тенденция определяется появлением в природных водах синтезированных компонентов, ранее в них неизвестных (хлор-бензольных соединений, диоксинов, гербицидов, пестицидов, других ядохимикатов, бензаперенов и т.п.). Значительный вклад указанным коллективом внесен в разработку мероприятий по охране окружающей среды и рациональному использованию подземных и поверхностных вод в связи с процессами техногенеза. А.Я. Гаевым выполнено мелкомасштабное гидрогеохимическое районирование для территории Урала и Предуралья по условиям локализации загрязнений в недрах. Охарактеризованы гидрогеохимические процессы в поглощающих горизонтах на примере закачки трудноочищаемых сточных вод газовой и нефтяной промышленности. С учетом гидрогеохимических закономерностей и с целью охраны пресных подземных вод от загрязнения выданы рекомендации по охране и рациональному использованию водных ресурсов при локализации трудноочищаемых сточных вод в недрах. Н.В. Введенской и Л.Н. Спириным в

14

Ы

JL

связи с проблемой захоронения промышленных стоков Оренбургского нефтегазоконденсатного месторождения в глубокие поглощающие горизонты показана значение планетарной трещиноватости в карбонатных коллекторах для закачки промстоков (А.П. Бутолин, 1987). А.Я. Гаевым (1985) разработан комплексный подход к водоотведению на основе типизации территории Оренбургского месторождения, установлена роль палеогидрогеологических условий в формировании глубоких поглощающих горизонтов, как для района данного месторождения, так и для территории всего Предуралья

В связи с ростом техногенной нагрузки на окружающую среду в середине 80-х годов возникла настоятельная необходимость в выполнении региональных и крупномасштабных гидрогеоэкологических работ. В Оренбуржье к этому времени сформировался ряд экологически напряженных зон вокруг промышленных и других объектов Новотроицкого, Орского, Гайского, Оренбургского и Первомайского районов. Большим творческим коллективом сотрудников Оренбургских вузов и РАН под руководством А.Я. Гаева и B.C. Самариной (А.П. Бутолин, Г.Д. Мусихин, В.Я. Захарова, О.А. Голубничая, М.Н. Макунев, А.П. Трубин, Н.А. Дегтярева, Л.Д. Бутолина, В.И. Щербинина, Н.С. Обещенко, Б.Г. Градобоев, Т.И. Якшина, И.И. Никитин, В.А. Щерба, И.В. Ложкин, М.Б. Катков и др.) проводит систематические гидрогеоэкологические и эколого-гидрогеохимические исследования. Основными охраняемыми объектами исследований служат водозаборы централизованного водоснабжения, находящиеся под интенсивным техногенным воздействием. Разрабатываются мероприятия по локализации и ликвидации негативных воздействий техногенных процессов на окружающую среду. Параллельно разрабатывается методика построения крупномасштабных эколого-гидрогеохимичес