Введение к работе
Актуальность проблемы. Подземные воды в условиях техногенеза являются важнейшим фактором в жизнеобеспечении человека и общества в целом. Отбор подземных вод для систем водоснабжения только в бассейне реки Волги составляет 5173,867 млн куб. м в год (Найденко, 2003).
Особую опасность техногенное загрязнение представляет для подземных вод в карстовых районах, площадь которых только в России составляет около 20% от всей площади страны, а по мнению известного карстоведа Н.А. Гвоздецкого, примерно на третьей части земного шара имеются реальные возможности для развития карста.
Карстовые районы характеризуются значительным снижением естественной защищенности подземной гидросферы, большой концентрацией запасов высококачественных пресных подземных вод. Наиболее уязвимыми для промышленных, бытовых, сельскохозяйственных отходов, полигонов складирования минеральных удобрений и ядохимикатов и других техногенных воздействий являются участки закарстованных территорий, где вследствие образования карстовых провалов на земной поверхности, нарушения сплошности геологического разреза появляются зоны свободного перетока (водообмена) между зоной аэрации и нижележащими водоносными горизонтами.
При разработке мероприятий по защите, восстановлению качества и рациональному управлению ресурсами подземных вод в карстовых районах особенно остро стоит проблема изучения условий их естественной защищенности, особенностей миграции загрязняющих веществ с учетом современных и древних карстовых провалов, выявления областей загрязнения и оценки их масштабов в условиях продолжающегося возрастания техногенных воздействий. Отсутствие методологии комплексной оценки техногенного загрязнения подземных вод в карстовых районах, а также эффективных мер защиты подземных вод от загрязнения, с обеспечением экологически безопасного снабжения населенных пунктов высококачественной питьевой водой, сдерживает социально-экономическое развитие крупных регионов. Это обусловливает актуальность проблемы и необходимость ее решения.
Цель и задачи исследований. Целью исследований являлись разработка и "практическое применение методологии комплексной оценки техногенного загрязнения подземных вод в карстовых районах для планирования экологически безопасного размещения промпредприятий, водозаборов, очистных сооружений, полигонов складирования и захоронения промышленных, сельскохозяйственных и бытовых отходов, хранилищ химических удобрений, гербицидов и пестицидов, ограничения существующих техногенных нагрузок на подземную гидросферу и эффективного управления ресурсами подземных вод.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ и обобщение зарубежного и отечественного опыта изучения процессов загрязнения подземных вод в карстовых районах;
анализ и типизация геоэкологических условий закарстованных территорий с учетом сложившихся многолетних функциональных особенностей региона (на примере Нижегородской области);
определение основных существующих и потенциальных источников загрязнения подземных вод, их классификация по типу и составіу тиряниедиёНАЛьн а*
] БИБЛИОТЕКА і
анализ и оценка размещения источников загрязнения подземных вод относительно участков с различной степенью закарстованности;
организация и проведение экспериментальных исследований по выявлению путей миграции загрязненных вод на «ключевых» участках;
типизация водозаборов по условиям возможного загрязнения;
- моделирование процессов миграции загрязнителей с поверхности земли в
трещинно-карстовые воды;
разработка вариантов вероятного развития техногенного загрязнения подземных вод в карстовых районах;
научно-методическое обоснование состава и структуры мониторинга «Подземные воды карстовых районов и техногенез»;
разработка общей , методологии обоснования защитных мероприятий для локализации и ликвидации загрязнения подземных вод в карстовых районах;
создание информационно-управленческой модели обеспечения населенных пунктов экологически чистыми питьевыми водами из подземных источников закарстованных территорий.
Научная новизна работы состоит в следующем:
на примере Нижегородской области установлена зависимость интенсивности площадного загрязнения подземных вод от близости размещения источников поверхностного загрязнения к пораженным карстовыми провалами участкам земной поверхности;
на основании экспериментальных исследований по выявлению путей миграции загрязненных вод на ключевых закарстованных участках, моделирования процессов миграции загрязнителей с поверхности земли в нижние водоносные горизонты, изучения механизма провалообразования разработана методология комплексной оценки масштабов, степени техногенного загрязнения подземных вод и прогноза вариантов вероятного его развития в карстовых районах;
для эффективного управления ресурсами подземных вод в карстовых районах предложено научно-методическое обоснование состава и структуры мониторинга «Подземные воды карстовых районов и техногенез»;
разработана и обоснована система инженерных защитных мероприятий, позволяющая локализовать и ликвидировать очаги загрязнения подземной 'гидросферы в карстовых районах;
создана и внедряется информационно-управленческая модель обеспечения населенных пунктов экологически чистыми питьевыми водами из подземных источников закарстованных территорий.
Практическая значимость и реализация работы. Исследования, положенные в основу диссертационной работы, выполнялись автором в рамках межвузовской научно-технической программы «Архитектура и строительство» по темам: ИГР - 10.0111.98 П «Анализ и прогнозирование экосистемных изменений в районах эксплуатации крупных централизованных водозаборов подземных вод и совершенствование систем контроля их качества», НГР - 06.01.018 «Методология управления планированием, рациональным размещением и безопасной эксплуатацией систем жизнеобеспечения в карстовых районах», в соответствии с Единым заказ-нарядом (ЕЗН) и тематическим планом НИР Минобразования России из средств федерального бюджета в рамках темы НГР 1.2.2. «Изучение и прогнозирование.процессов Загрязнения подземных вод в карстовых районах при промышленном й>'гр&ВД&іском строительстве».
». «ЯК *«* '
В вышеназванных госбюджетных темах нашли отражение результаты исследований по выявлению путей миграции загрязненных вод на закарстованных территориях, типизации территорий по степени естественной защищенности подземной гидросферы от поверхностного загрязнения, моделированию процессов миграции загрязнителей при водоотборе подземных вод для технического и питьевого водоснабжения в условиях закарстованных территорий.
Результаты исследований реализовывались автором при составлении специальной программы для Нижегородского метрополитена по организации и ведению наблюдений за изменениями природно-техногенной среды на закарстованных участках трассы с учетом действующих водопонизительных скважин.
Авторским коллективом, включая и диссертанта, были подготовлены для Министерства природных ресурсов России, одобрены и апробированы в Нижегородском регионе «Рекомендации по организации и ведению территориального и объектного карстологического мониторинга».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы рассматривались и обсуждались на Всероссийской молодежной научно-технической конференции «Приборостроение в аэрокосмической технике» (Арзамас, 1999), юбилейной научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов «Архитектура и строительство-2000» (Н.Новгород, 2000), Международной научно-практической конференции «Строительство-2002» (Ростов-на-Дону, 2002), Международных научно-промышленных форумах «Великие реки - 2002, 2003, 2004, 2005» (Н.Новгород, 2002, 2003, 2004, 2005), Научно-практической конференции-выставке по результатам реализации в 2003 г. межотраслевой программы сотрудничества Минобразования РФ и Спецстроя РФ «Наука, инновации, подготовка кадров в строительстве» (Москва, 2003), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов, магистрантов и студентов «Архитектура и строительство - 2003, 2004», словацко-польско-российском семинаре «Теоретические основы строительства» (Москва, 2004), на научно-методических семинарах кафедр ЮНЕСКО и геоэкологии и инженерной геологии ННГАСУ (Н.Новгород, 2003, 2004, 2005 г. г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 26 работ, в том числе 2 учебных пособия и 4 методических указания.
На защиту выносятся:
- основные результаты обобщения мирового опыта изучения процессов загрязнения
подземных вод в карстовых районах и методов защиты от них;
типизация геоэкологических условий закарстованных территорий с учетом естественной защищенности подземной гидросферы от поверхностного загрязнения;
результаты экспериментальных исследований по выявлению путей миграции загрязненных вод на «ключевых» участках;
методология комплексной оценки масштабов и вариантов вероятного развития техногенного загрязнения подземных вод в карстовых районах;
методология управления ресурсами подземных вод с обоснованием защитных мероприятий подземной гидросферы от загрязнения в карстовых районах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, общих
выводов, списка литературы, включающего 7кґу наименований работ
отечественных и зарубежных авторов, 5 приложений. Работа изложена на
/Г?<Р страницах, содержит. рисунка, У таблиц .
Автор искренне признателен академику РААСН В.В. Найденко за научное руководство, консультации при постановке и решении задач, обсуждение результатов работы. Автор благодарен всем специалистам, помогавшим в полевых, экспериментальных, лабораторных исследованиях, а также в камеральной обработке и оформлении полученных результатов.
