Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Материалы и методы исследований 9
1.1 Исследование режима подземных вод 9
1.2 Исследование массопереноса химических веществ подземными водами 18
1.3 Оценка масштабов подтопления 20
Глава 2. Режим грунтовых вод на территории юга Ростовской области 22
2.1 Изученность режима грунтовых вод на исследуемой территории 22
2.2 Закономерности режима уровней грунтовых вод на территории юга Ростовской области 24
2.3 Химический состав грунтовых вод населенных пунктов юга Ростовской области 47
2.3.1 Минерализация и ионный состав грунтовых вод на территории населенныхпунктов 47
2.3.2 Гидрохимическая зональность грунтовых вод 83
2.3.3 Качество грунтовых вод урбанизированных территорий 88
2.4 Температурный режим грунтовых вод юга Ростовской области 101
Глава 3. Оценка воздействия грунтовых вод урбанизированных территорий юга Ростовской области на химический состав вод нижнего течения реки Дон 107
Глава 4. Масштабы и причины подтопления населенных пунктов юга Ростовской области 114
4.1 Проблема подтопления и ее изученность 114
4.2 Обобщенная информация о ситуации с подтоплением на территориях ключевых участков 118
4.2.1 Город Батайск 118
4.2.2 Станица Багаевская 123
4.2.3 Хутор Ёлкин 124
4.2.4 Станица Романовская 124
4.2.5 Город Семикаракорск 126
4.2.6 Село Дубовское 127
4.2.7 Слобода Большая Мартыновка 128
4.2.8 Поселок Веселый 129
4.2.9 Хутор Красный
4.2.10 Станица Манычская 131
4.2.11 Хутор Верхнесоленый 131
4.2.12 Город Пролетарск 131
4.2.13 Город Волгодонск 133
4.2.14 Поселок Маныч 136
4.2.15 Хутор Вершинный 137
4.2.16 Город Сальск 138
4.2.17 Поселок Южный 139
4.2.18 Хутор Денисов 140
4.2.19 Хутор Усьман 141
4.2.20 Хутор Вербовый Лог 142
4.1.10 Поселок Кагальник 143
4.2.10 Поселок Зимовники 144
4.2.11 Поселок Орловский 144
4.2.12 Хутор Майорский 146
4.2.13 Поселок Байков 147
4.2.14 Поселок Привольный 148
4.2.15 Село Самарское 149
4.2.16 Село Ремонтное 150
4.2.17 Станица Хомутовская 150
4.2.18 Город Зерноград 151
4.2.19 Поселок Целина 151
4.2.20 Станица Егорлыкская 153
4.2.21 Село Песчанокопское 154
4.3 Дифференцированная идентификация причин подтопления населенных пунктов 159
Заключение 166
Список использованных источников 169
- Исследование массопереноса химических веществ подземными водами
- Закономерности режима уровней грунтовых вод на территории юга Ростовской области
- Станица Багаевская
- Хутор Вербовый Лог
Введение к работе
Актуальность темы. Строительство в середине XX века в Ростовской области (РО) крупных водохранилищ и оросительных систем, прокладка новых автомобильных и железных дорог, активная мелиоративная деятельность повлекли за собой изменение регионального гидродинамического баланса грунтовых вод и формирование зон подтопления на участках, ранее не подвергавшихся данному процессу. Изменение водного режима на территориях населенных пунктов (урбанизированных территориях) привело к нарушению нормальных условий эксплуатации зданий и сооружений, вызывая затопление заглубленных помещений, появление различных деформаций, иногда аварийных. В результате подъема уровня подземных вод и увлажнения грунтов зоны аэрации стали проявляться такие негативные явления и процессы как заболачивание и вторичное засоление почвогрунтов, проседание поверхности и оползание склонов. Грунтовые воды играют существенную роль в водоснабжении населенных пунктов Ростовской области. С помощью колодцев и неглубоких скважин воды первого от поверхности водоносного горизонта почти повсеместно используются местным населением для питья, водопоя скота и хозяйственных нужд. Их загрязнение, негативно отражающееся на здоровье людей и домашних животных, многократно усиливается под влиянием развиваемых процессов подтопления, которые в последние 20-30 лет значительно активизировались как на территориях населенных пунктов, так и на сельскохозяйственных угодьях области. В 2004-2005 гг. на юге Ростовской области наблюдался максимальный за последние 50-60 лет подъем уровня грунтовых вод, повлекший подтопление многих населенных пунктов, что актуализировало данную проблему и вызвало необходимость изучения внутригодового режима грунтовых вод населенных пунктов, их химического состава, масштабов подтопления и причин его вызывающих.
Целью диссертации является комплексное изучение режима грунтовых вод, оценка масштабов и причин подтопления населенных пунктов юга Ростовской области.
Основным объектом изучения является грунтовый водоносный комплекс четвертичного возраста.
Исходя из целевого назначения работы, были определены следующие основные задачи исследования:
исследование внутригодовой динамики уровней, гидрохимического и температурного режима грунтовых вод;
проведение гидрохимического районирования грунтовых вод по типам;
оценка качества грунтовых вод;
оценка вклада грунтовых вод урбанизированных территорий левобережья в загрязнение нижнего течения р. Дон;
создание комплекта схематических карт распределения уровней грунтовых вод на территориях населенных пунктов юга Ростовской области;
определение масштабов и выявление причин развития подтопления на территориях населенных пунктов юга Ростовской области.
Фактический материал и личный вклад. В основу диссертационной работы положен оригинальный фактический материал, собранный автором с 2010 по 2015 гг. при выполнении научно-исследовательских работ в ФГБУ "Гидрохимический институт" (ФГБУ «ГХИ») и в период обучения в аспирантуре Института водных проблем РАН. Автором непосредственно выполнялись: сбор и систематизация литературных и фондовых материалов, экспедиционные рекогносцировочные и маршрутные обследования населенных пунктов и прилегающих территорий, наблюдения за режимом грунтовых вод на стационарных точках режимной сети и отбор проб грунтовых вод на химический анализ, обработка полученной информации, статистические исследования и подготовка графических и картографических материалов. В работе использованы результаты анализов свыше 300 проб грунтовых вод для определения в них концентраций железа, свинца, меди, кадмия, цинка, кальция,
5 магния, натрия, калия, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, кремния, нитритного, нитратного и аммонийного азота, фосфора фосфатов, суммарного содержания нефтяных компонентов, общей жесткости, СПАВ, метана, величин рН и температуры. Режимные наблюдения проведены на более 150-ти точках режимной сети (в пьезометрах, скважинах и колодцах). Рекогносцировочными и маршрутными наблюдениями охвачены территории 250 населенных пунктов.
В процессе работы над диссертацией впервые получены следующие научные результаты, определяющие новизну исследований:
-
Выявлены закономерности формирования внутригодового режима уровней грунтовых вод населенных пунктов юга Ростовской области;
-
Проведено гидрохимическое районирование грунтовых вод;
-
Установлены статистически достоверные корреляционные связи между концентрацией определенных химических компонентов, минерализацией и уровнем грунтовых вод населенных пунктов;
-
Дана интегральная оценка качества грунтовых вод населенных пунктов;
-
Выполнена оценка влияния стока грунтовых вод населенных пунктов юга Ростовской области на формирование химического состава р. Дон;
-
Составлены схематические карты распределения уровней грунтовых вод на территории исследованных населенных пунктов;
-
Выполнена оценка масштабов подтопления населенных пунктов юга Ростовской области и определены основные причины его формирования.
Практическая значимость работы заключается в возможности
использования результатов исследования при разработке мероприятий по
защите урбанизированных и сельскохозяйственных территорий от
подтопления, мелиорации земель и регулированию уровня грунтовых вод, рационального использования и охраны подземных вод юга Ростовской области. Получены научно-обоснованные выводы об экологическом состоянии используемых населением в хозяйственно-питьевых целях грунтовых водах. Обработан обширный фактический материал, который можно рассматривать как базу для последующих научных геоэкологических работ. Материалы
6 работы использованы в лаборатории экспериментальной гидрохимии ФГБУ «ГХИ» при разработке «рекомендаций по технологии оперативной оценки и прогноза загрязнения поверхностных вод суши нефтью и нефтепродуктами в условиях техногенного подтопления территории юга России», а также при выполнении работ в 2008-2013 гг. по ГК №27 от 07.04.2008 г. «Изучение причин и динамики техногенного подтопления сельскохозяйственных угодий и населенных пунктов юга Ростовской области с целью разработки реабилитационных мероприятий», заключенного между ФГБУ «ГХИ» и Комитетом по охране окружающей среды и природных ресурсов Ростовской области. Результаты работ используются при чтении курсов лекций («Геохимия наземных и аквальных ландшафтов», «Экологический мониторинг», «Охрана природы» и др.) в Институте наук о Земле Южного федерального университета.
На защиту выносятся следующие положения:
-
Для большинства населенных пунктов юга Ростовской области характерен естественный или слабо нарушенный режим грунтовых вод, характеризующийся внутригодовой периодичностью колебания их уровня с минимумом в осенний и максимумом в весенний периоды.
-
В пределах района исследований выделены 4 характерных для населенных пунктов типа грунтовых вод, имеющих определенную пространственную приуроченность: гидрокарбонатно-сульфатный (или сульфатно-гидрокарбонатный) тип распространен в зоне активного водообмена НижнеДонской долины до устьевой части р. Сал; сульфатный тип грунтовых вод характерен для северной части Азово-Кубанской низменности, северных склонов Ергенинской возвышенности и Манычской низины; хлоридно-сульфатный (сульфатно-хлоридный) тип преобладает на территории замедленного водообмена Ергенинской возвышенности; грунтовые воды смешанного типа формируются на территориях Нижне-Донской долины, включающих устьевые части рек Сал и Западный Маныч.
3. Грунтовые воды урбанизированных территорий левобережья р. Дон в
пределах Ростовской области, несмотря на высокую степень загрязненности и
7 повышенное содержание в них основных ионов, не играют существенной роли в формировании химического состава и качества вод нижнего течения реки Дон, что обусловлено низким суммарным среднегодовым объемом стока грунтовых вод.
4. В настоящее время формирование процесса подтопления населенных
пунктов юга Ростовской области в большинстве случаев происходит по
техногенным причинам, приводящим к нарушению природного
гидродинамического равновесия в водном балансе территорий, на которых они расположены и прилегающих к ним участков.
Апробация работы и публикации. Основные положения и материалы исследований докладывались и обсуждались: на IV Международной молодежной научной конференции «Экология – 2011» (г. Архангельск, 2011 г.), на Инновационном проекте «Школа экологических перспектив» (г. Воронеж, 2013 г.), на VII Международной научной конференции молодых ученых и талантливых студентов ФГБУН ИВПРАН (г. Москва, 2013 г.), итоговой сессии Ученого совета ФГБУ «ГХИ» (г. Ростов-на-Дону, 2014 г.), Международной научной конференции «Экология и биология почв» (г. Ростов-на-Дону, 2014 г.), Научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Актуальные проблемы наук о Земле» (г. Ростов-на-Дону, 2015 г.), Научной конференции (c международным участием) «Современные проблемы гидрохимии и мониторинга качества поверхностных вод» (г. Ростов-на-Дону, 2015 г.), Международной научно-практической конференции «Экологические проблемы. Взгляд в будущее» (г. Ростов-на-Дону, 2015 г.).
По теме диссертации опубликовано 18 работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, рекомендуемых ВАК Российской Федерации.
Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка использованных источников из 180 наименований, изложена на 185 страницах, проиллюстрирована 138 рисунками и содержит 19 таблиц.
8
Автор искренне благодарен научному руководителю д.г.-м.н., чл.-корр. РАН
Никанорову А.М. за всестороннюю поддержку при подготовке данной работы.
Автор особо благодарен к.г.н. Гарькуше Д.Н., к.г.-м.н. Барцеву О.Б. и вед.
инженеру ИВП РАН Ходурской Л.М. за научные консультации при написании
работы и проявленное внимание. А так же глубоко признателен д.г.-м.н.,
профессору Закруткину В.Е., преподавательскому составу кафедры
Геоэкологии и прикладной геохимии Института наук о Земле ЮФУ и сотрудникам Гидрохимического института за научное общение, ценные советы и конструктивную критику.
Исследование массопереноса химических веществ подземными водами
Рекогносцировочные и маршрутные обследования выполнялись в целях конкретизации собранных сведений для предварительной оценки современных гидрогеологических условий территории, в основном, вдоль существующих оросительных каналов для качественной оценки их современного состояния и выявления отрицательных геологических процессов, развитых на приканальных территориях (просадки, заболоченность, засоление и др.), а также на территориях населенных пунктов, главным образом, ключевых участках, где устанавливались наличие колодцев, старых скважин, родников и техногенно-подтопленных участков. В ходе маршрутных наблюдений проводились: - описание проявлений гидродинамических, гидрохимических и инженерно-геологических процессов, вызванных техногенным подтоплением; - установление возможных источников техногенного инфильтрационного питания и загрязнения подземных вод; - обследование и установление внешних и внутренних гидродинамических границ техногенного подтопления (реки, каналы, пруды, озера, водохранилища, оросительные массивы, овражная сеть, придорожные участки, городские и сельские поселения, промышленные зоны); - отбор проб поверхностных и подземных вод (колодцы, скважины) для лабораторных исследований их химического состава и загрязненности; - фиксация глубины залегания уровня воды в открытых водоемах и колодцах с опросом местных жителей о наблюдавшихся изменениях его положения во времени. - осмотр существующей наблюдательной сети; - выявление подтопленных зданий и сооружений и возможных причин их подтопления; - установление фактов материального, социального и экологического ущерба и имевших место аварийных ситуаций.
Всего гидрогеологическими маршрутами обследованы 250 населенных пункта (см. рисунок 1.2) суммарная численность населения которых превышает 80% от общей численности, проживающих в сельских и городских поселениях юга Ростовской области, а суммарная площадь занимаемой ими территории, составляет около 70% от общей площади ( 1.5 тыс. км2) населенных пунктов юга Ростовской области. По 11 населенным пунктам привлечены фондовые материалы. Проходка горных выработок (картировочные скважины) осуществлялась для создания стационарной сети режимных скважин и производства режимных наблюдений; отбора проб и изучения химического состава подземных вод; отбора образцов грунтов для определения их состояния и физических свойств; изучения гидрогеологического и геологического разрезов; выполнения опытно-фильтрационных работ. Бурение скважин проводилось буровой установкой ПБУ-1 ударно-канатным способом отрядами подрядных организаций: ОО НИПП «Радиант-Т», Ростовская гидромелиоративная партия филиала ФГУ ООО «Управление Росмелиоводхоз», ООО «ДонГео». Всего пробурено 62 скважины для наблюдения за режимом уровней грунтовых вод и их химическим составом и загрязненностью. Определение физических свойств грунтов проводилось по ГОСТ 12248-96. Отбор, консервация и транспортировка проб грунтов и воды выполнялись согласно ГОСТ 12071-00 и ГОСТ 4979-49.
Стационарные режимные наблюдения выполнялись на ключевых участках, с целью получения исходной информации по внутригодовому режиму грунтовых вод при развитии техногенного подтопления.
Стационарные наблюдения за уровнем грунтовых вод в 2008-2010 гг., а так же в 2014-2015 гг., на территориях большинства исследованных населенных пунктов проводились 1-2 раза в год (весна-лето, осень), в 2011 г. – 3 раза в год (весной, летом и осенью), в 2012-2013 гг. наблюдения в весенне-осенний период велись ежемесячно. Режимные наблюдения проведены на более 150-ти точках режимной сети (в пьезометрах, скважинах и колодцах) (рисунки 1.3-1.4). На большинстве из них выполнены также определения химического состава грунтовых вод. Наиболее длительный ряд режимных наблюдений получен для городских поселений, районных центров и других населенных пунктов, подверженных техногенному подтоплению. Наблюдения за химическим составом подземных вод на территории населенных пунктов проведены на меньшем количестве точек режимной сети (около 100) и характеризуются различной длиной ряда наблюдений – от одноразового до 12 отборов за весь период наблюдений в одной точке. Наиболее длительный ряд наблюдений за уровнем грунтовых вод и их химическим составом характерен для территорий г. Семикаракорск, г. Батайск, г. Зерноград, ст. Багаевская, ст. Манычская, х. Елкин, г. Пролетарск, г. Волгодонск, с. Зимовники, п. Целина, х. Веселый, ст. Егорлыкская и др., подверженных техногенному подтоплению. Рисунок 1.3. Точки наблюдения (колодцы) за изменениями уровня грунтовых вод, их химического состава и загрязненности
Точки наблюдения (пьезометры) за изменениями уровня грунтовых вод, их химического состава и загрязненности Лабораторное изучение химического состава и загрязненности подземных вод включало определение концентраций железа, свинца, меди, кадмия, цинка, кальция, магния, натрия, калия, гидрокарбонатов, сульфатов, хлоридов, кремния, нитритного, нитратного и аммонийного азота, фосфора фосфатов, суммарного содержания нефтяных компонентов, общей жесткости, СПАВ, метана и величин рН. Всего за период 2008-2013 гг. было отобрано и проанализировано свыше 300 проб подземных вод. Перед отбором проб воды на анализ проводилась прокачка скважины до чистой (прозрачной) воды. Отбор проб, их подготовка и определение вышеперечисленных компонентов химического состава вод выполнены по общепринятым в системе Росгидромета стандартным методикам, используемым в ФГБУ «Гидрохимический институт» [Руководство по химическому анализу…, 2009].
Определение металлов в пробах (растворенные формы, а в 2008 г. и валовое содержание) проводилось по [РД 52.24.377-2008]. Для выполнения измерений использовался атомно-абсорбционный спектрометр Shimadzu AА 7000 с дейтериевым корректором фона.
Определение содержания натрия, калия, нитратного азота и кальция в воде осуществлялось соответственно по [РД 52.24.365-2008; РД 52.24.415-2007; РД 52.24.367-2010, РД 52.24.403-2007].
Определение содержания нефтяных компонентов в воде осуществлялось по [РД 52.24.476-2007]. Для выполнения измерений использовался концентратомер «КН-2».
Определение величин рН, содержания гидрокарбонатов, хлоридов, кальция и магния осуществлялось соответственно по [РД 52.24.495-2005; РД 52.24.493-2006; РД 52.24.407-2006; РД 52.24.395-2007; РД 52.24.403-2007]. Для выполнения измерений использовался иономер «И-500».
Определение содержаний железа (общее растворенное), кремния, сульфатов, нитритного и аммонийного азота, а также фосфатов осуществлялось соответственно по [РД 52.24.358-2006; РД 52.24.433-2005; РД 52.24.406-2006; РД 52.24.518-2008; РД 52.24.383-2005; РД 52.24.382-2006]. Для выполнения измерений использовался фотометр "КФК-3.
Закономерности режима уровней грунтовых вод на территории юга Ростовской области
В начале XX века исследования режима грунтовых вод юга Ростовской области выполнены на Ростово - Нахичеванской опытной станции [Бутов, 1913]. для решения вопросов водоснабжения сельскохозяйственных территорий в 1920-х гг. Переселенческим управлением гидрогеологии СССР проводились гидрогеологические исследования на обширных степных пространствах левобережья Дона, давшие большой материал по гидрогеологии грунтовых вод сухих степей [Лисицин К.И., 1922; 1927].
Продолжение изучения режима подземных вод рассматриваемой территории было положено в сороковых годах бывшим Азово-Черноморским геологическим управлением, когда возник ряд гидрогеологических проблем, связанных с вопросами водоснабжения, орошения, подпора от создаваемых водохранилищ, насаждения полезащитных лесополос и др. При этом наблюдениями за режимом были охвачены только неглубокие водоносные горизонты, залегающие в четвертичных и плиоценовых отложениях.
На территории Южных Ергеней, начиная с 1945 г. Сало-Манычской и Степновской гидрогеологическими станциями, была создана сеть специально оборудованных скважин и источников для наблюдений за режимом подземных вод ергенинского водоносного горизонта: за уровнями вод, зависимостью их от климатических факторов (осадков, температуры и влажности воздуха), изменением их химического состава и температуры.
В 1963 г. при Волго-Донском геологическом управлении была организована Ростовская режимная гидрогеологическая станция для изучения режима грунтовых вод на территории Азовской оросительной системы и прилегающей поймы Дона и Западного Маныча. Станция осуществляла также контроль за охраной подземных вод от истощения и загрязнения. Изучением гидрохимического режима грунтовых вод на орошаемых землях Азовского канала занимался Гидрохимический институт АН СССР. Анализ режима грунтовых вод на территории Пролетарской оросительной системы был проведен Южгипроводхозом, а на территории Нижне-Донской оросительной системы сотрудниками Лаборатории гидрогеологических проблем им. Ф.П. Саваренского [Итоговый геологический отчет. Книга 1, 2013].
В 60-х годах Волго-Донским геологическим управлением проводился ряд региональных тематических работ, направленных на всестороннее изучение подземных вод всего Волго-Донского региона (Астраханская, Волгоградская, Ростовская области и Калмыкия). Начальным этапом этих работ явилась переработка кадастра подземных вод Ростовской области [Отчет о результатах бурения…, 1958].
В пределах засушливых степей Сало-Манычского междуречья, в районе ж.-д. ст. Куберле с 1949 г. по 1965 г. проводился комплекс работ по изучению режима грунтовых вод четвертичных суглинков и динамики почвогрунтовой влаги в связи с полезащитным лесоразведением. Здесь же на второй надпойменной террасе р. Бол. Куберле на территории базы Волго-Донской гидрогеологической станции, созданной в 1951 г. в результате слияния двух выше указанных станций, в 1961 г. был организован опытный участок с лизиметрическими установками и гидрометеорологическим постом. В этом же районе при станциях гидрометеослужбы Зимовники, Ремонтное, Заветное, Пролетарская и Дубовская была создана сеть наблюдательных скважин с целью регионального изучения естественного режима грунтовых вод покровных отложений [Гидрогеология СССР, 1970].
В период изысканий под сооружение Цимлянского, Усть-Манычского, Веселовского и Пролетарского водохранилищ кратковременное изучение режима грунтовых вод в долинах Дона и Маныча проводилось изыскательскими экспедициями Гидропроекта СССР. После создания водохранилищ на их берегах были организованы наблюдения за режимом грунтовых вод в связи с развитием подпора. Со времени строительства Донской, Багаевско-Садковской, Пролетарской, а позже и Азовской оросительно-обводнительных систем в этих районах был проведен комплекс работ по изучению режима грунтовых вод в связи с ирригацией земель [Гидрогеология СССР, 1970], режимные гидрогеологические и гидрохимические исследования грунтовых проводились ВДТГУ Ростовская комплексная геологическая экспедиция [Топалов, 1982] и РостовДОН ТИСИЗом. Результаты наиболее масштабных исследований подземных вод южной и юго-восточной части территории Ростовской области отражены в работах [Гидрогеология СССР, 1970; Геология СССР, 1972]. В 90-х гг. прошлого века и начале XXI века геоэкологические исследования грунтовых вод юга Ростовской области проводились сотрудниками Южного федерального университета [Приваленко, 2000; Приваленко, Безуглова, 2003; Закруткин, Холодков, Подольский, 2007; Назаренко, Федоров, 2014] Для территорий населенных пунктов области характерна внутригодовая периодичность в колебании уровня грунтовых вод, которая указывает на сезонный характер их питания. Особенно хорошо эта периодичность выражена при неглубоком (до 10 м) залегании грунтовых вод. Как правило, кривые колебания уровней по форме напоминают синусоиду с минимумом в осенний (сентябрь – октябрь) и максимумом в весенний (апрель – май) периоды (рисунки 2.1-2.3).
Весной, когда происходит таяние снега, температура и дефицит влажности воздуха еще незначительны, а испарение влаги сравнительно мало, в условиях половодья, реки, наполняясь водой, подпирают грунтовые воды, приостанавливая их сток (а при значительных паводках происходит и проникновение речных вод в прибрежные участки водоносных горизонтов) [Ковалевский, 1989]. В весенний период также создаются наиболее благоприятные условия для инфильтрации атмосферных осадков, что наряду с вышеперечисленными факторами способствует повышению уровня грунтовых вод до максимального положения. Кроме того, при оттаивании почвогрунты разрыхляются и становятся более водопроницаемыми. Сроки наступления весеннего максимума уровня грунтовых вод зависят от глубин их залегания и литологического состава пород зоны аэрации. Как показали наблюдения за динамикой уровня грунтовых вод – чем больше мощность зоны аэрации, тем на больший период сдвигается время наступления максимума (с. Самарское, п. Койсуг (г. Батайск), х. Вершинный, п. Южный, г. Пролетарск), что согласуется с работами [Гидрогеология СССР, 1970; Ковалевский, 1973].
Станица Багаевская
Максимальный за последние десятилетия подъем уровня грунтовых вод на юге Ростовской области наблюдался в 1995-1997, 2001, 2004-2005 гг. [Гарькуша и др., 2012], именно на эти годы приходится максимальное количество атмосферных осадков (см. рисунок 1.1). Следует отметить, что в перечисленные годы сумма осадков за осенне-зимне-весенний период составляла более 400 мм.
Помимо отмеченных факторов время наступления максимальных весенних уровней грунтовых вод зависит от температур воздуха в период снеготаяния, определяющих степень «дружности» весны и интенсивности инфильтрации, а также от наличия дождей в конце периода снеготаяния, способных продлить период питания грунтовых вод [Ковалевский, Коноплянцев, Семенов, 1989].
С началом летне-осеннего периода температура и дефицит влажности воздуха, достигая максимума, вызывают наиболее интенсивное испарение с поверхности грунтовых вод [Гидрогеология СССР, 1970]. В результате к началу осени уровень грунтовых вод снижается до минимального значения. При малых глубинах залегания грунтовых вод существенную роль в их балансе в летний период играют летние осадки и испарение грунтовых вод, определяемое температурами и дефицитом влажности воздуха.
Описанная периодичность, согласно [Ковалевский, 1973], указывает на естественный или слабонарушенный внутригодовой режим грунтовых вод населенных пунктов юга Ростовской области, о чем может свидетельствовать также идентичность характеров внутригодового изменения уровня грунтовых вод в современный период и в прошлом (в слабонарушенных человеком условиях) [Гидрогеология СССР, 1973]. Нарушение сезонного режима грунтовых вод в настоящее время отчетливо прослеживается только на локальных участках территорий некоторых населенных пунктов, находящихся вблизи железнодорожных насыпей, различных гидротехнических сооружений, водонапорных башен, оросительных каналов, рисовых чеков и пр. [Никаноров, Барцев, Гарькуша, Зубков, Минина, 2009]. Так, на внутригодовой режим уровней грунтовых вод на территории х. Верхнесоленый оказывает влияние режим наполнения водой близлежащих оросительных каналов; западная часть г. Пролетарска испытывает влияние орошения рисовых полей; х. Вершинный – режим наполнения Нижнедонского магистрального канала.
Режимные наблюдения на ключевых участках показали, что амплитуда колебания уровней грунтовых вод за период 2008-2015 гг. варьировала в пределах от 0,11 до 2,73 м (таблица 2) [Барцев и др., 2013, 2014]. При этом величина амплитуды колебания уровней за внутригодовой период на 20-50% меньше, чем за многолетний (5-6 лет), что согласуется с исследованиями [Гидрогеология СССР, 1970]. В различных точках большинства ключевых участков (с. Самарское, х. Красный, х. Верхнесоленый, ст. Романовская, ст. Хомутовская, ст. Егорлыкская, г. Сальск, г. Пролетарск, с. Ремонтное, с. Песчанокопское, х. Усьман, г. Волгодонск, х. Майорский, сл. Б. Мартыновка, с. Кагальник, г. Семикаракорск, п. Орловский, х. Денисов, с. Подгорное, х. Вербовый Лог, п. Южный, п. Привольное) внутригодовая амплитуда колебания уровней грунтовых вод изменялась в пределах 0,4-1,0 метра. В населенных пунктах ст. Багаевская, п. Веселый, с. Зимовники, ст. Дубовское, ст. Манычская, п. Байков преобладает амплитуда от 1,0 до 1,5 м. Максимальная амплитуда колебания (1.5 м и более) характерна для отдельных станций наблюдения, расположенных в г. Зерноград, г. Батайск, х. Вершинный, п. Целина и х. Елкин. С увеличением глубины залегания грунтовых вод величина колебания их уровней заметно уменьшается, а внутригодовая периодичность сглаживается (отдельные участки в г. Волгодонск, ст. Егорлыкская, г. Пролетарск, с. Песчанокопское, п. Южный). Максимумы и минимумы нередко запаздывают на несколько недель или даже месяцев, а иногда становятся незаметными. Здесь уже главным образом сказываются условия притока и оттока грунтовых вод.
Для территорий населенных пунктов юга Ростовской области в целом характерна повышенная минерализация грунтовых вод (таблица 3), варьирующая от 0,3 до 9,6 мг/дм3, с максимальными значениями в с. Зимовники [Зубков и др., 2014].
В режиме минерализации грунтовых вод населенных пунктов юга Ростовской области, как правило, проявлялась закономерность, выражающаяся в приуроченности ее максимальной величины к периодам минимальных внутригодовых уровней грунтовых вод (сентябрь – октябрь) (рис. 2.34-2.43). Это связанно с уменьшением их инфильтрационного питания и испарением (имеет место при небольших глубинах залегания грунтовых вод [Ковалевский, 1973], а также выщелачиванием солей из пород. Преобладание испарения над инфильтрацией в летне-осенний период, обусловливает выпаривание грунтовых вод, и снижение их уровней. Данный процесс сопровождается выносом и отложением солей (в первую очередь легкорастворимых) в осушенную часть зоны аэрации [Ковалевский, 1973]. Последующая инфильтрация в период осенне-зимне-весеннего питания грунтовых вод растворяет частично эти соли, увеличивая тем самым общую минерализацию грунтовых вод. Минимальная минерализация, наоборот, приурочена к периодам наиболее высоких уровней грунтовых вод (апрель – май), что связано с разбавлением грунтовых вод талыми снеговыми или дождевыми водами. При этом, чем больше величины инфильтрации, тем интенсивнее происходит разбавление грунтовых вод и, следовательно, больше амплитуды сезонных колебаний их минерализации.
Для некоторых населенных пунктов, расположенных в долине р. Маныч (п. Весёлый, ст. Манычская) и на Цимлянском водохранилище (г. Волгодонск) характерны сдвиги в сезонном режиме минерализации грунтовых вод (рис. 2.44-2.46), что связано с гидрологическим режимом водохранилищ (воды расположенных на Маныче водохранилищ характеризуются высокой минерализацией).
Хутор Вербовый Лог
Максимальный за последние десятилетия подъем уровня грунтовых вод на юге Ростовской области наблюдался в 1995-1997, 2001, 2004-2005 гг. [Гарькуша и др., 2012], именно на эти годы приходится максимальное количество атмосферных осадков (см. рисунок 1.1). Следует отметить, что в перечисленные годы сумма осадков за осенне-зимне-весенний период составляла более 400 мм.
Помимо отмеченных факторов время наступления максимальных весенних уровней грунтовых вод зависит от температур воздуха в период снеготаяния, определяющих степень «дружности» весны и интенсивности инфильтрации, а также от наличия дождей в конце периода снеготаяния, способных продлить период питания грунтовых вод [Ковалевский, Коноплянцев, Семенов, 1989].
С началом летне-осеннего периода температура и дефицит влажности воздуха, достигая максимума, вызывают наиболее интенсивное испарение с поверхности грунтовых вод [Гидрогеология СССР, 1970]. В результате к началу осени уровень грунтовых вод снижается до минимального значения. При малых глубинах залегания грунтовых вод существенную роль в их балансе в летний период играют летние осадки и испарение грунтовых вод, определяемое температурами и дефицитом влажности воздуха.
Описанная периодичность, согласно [Ковалевский, 1973], указывает на естественный или слабонарушенный внутригодовой режим грунтовых вод населенных пунктов юга Ростовской области, о чем может свидетельствовать также идентичность характеров внутригодового изменения уровня грунтовых вод в современный период и в прошлом (в слабонарушенных человеком условиях) [Гидрогеология СССР, 1973]. Нарушение сезонного режима грунтовых вод в настоящее время отчетливо прослеживается только на локальных участках территорий некоторых населенных пунктов, находящихся вблизи железнодорожных насыпей, различных гидротехнических сооружений, водонапорных башен, оросительных каналов, рисовых чеков и пр. [Никаноров, Барцев, Гарькуша, Зубков, Минина, 2009]. Так, на внутригодовой режим уровней грунтовых вод на территории х. Верхнесоленый оказывает влияние режим наполнения водой близлежащих оросительных каналов; западная часть г. Пролетарска испытывает влияние орошения рисовых полей; х. Вершинный – режим наполнения Нижнедонского магистрального канала.
Режимные наблюдения на ключевых участках показали, что амплитуда колебания уровней грунтовых вод за период 2008-2015 гг. варьировала в пределах от 0,11 до 2,73 м (таблица 2) [Барцев и др., 2013, 2014]. При этом величина амплитуды колебания уровней за внутригодовой период на 20-50% меньше, чем за многолетний (5-6 лет), что согласуется с исследованиями [Гидрогеология СССР, 1970]. В различных точках большинства ключевых участков (с. Самарское, х. Красный, х. Верхнесоленый, ст. Романовская, ст. Хомутовская, ст. Егорлыкская, г. Сальск, г. Пролетарск, с. Ремонтное, с. Песчанокопское, х. Усьман, г. Волгодонск, х. Майорский, сл. Б. Мартыновка, с. Кагальник, г. Семикаракорск, п. Орловский, х. Денисов, с. Подгорное, х. Вербовый Лог, п. Южный, п. Привольное) внутригодовая амплитуда колебания уровней грунтовых вод изменялась в пределах 0,4-1,0 метра. В населенных пунктах ст. Багаевская, п. Веселый, с. Зимовники, ст. Дубовское, ст. Манычская, п. Байков преобладает амплитуда от 1,0 до 1,5 м. Максимальная амплитуда колебания (1.5 м и более) характерна для отдельных станций наблюдения, расположенных в г. Зерноград, г. Батайск, х. Вершинный, п. Целина и х. Елкин. С увеличением глубины залегания грунтовых вод величина колебания их уровней заметно уменьшается, а внутригодовая периодичность сглаживается (отдельные участки в г. Волгодонск, ст. Егорлыкская, г. Пролетарск, с. Песчанокопское, п. Южный). Максимумы и минимумы нередко запаздывают на несколько недель или даже месяцев, а иногда становятся незаметными. Здесь уже главным образом сказываются условия притока и оттока грунтовых вод.
Для территорий населенных пунктов юга Ростовской области в целом характерна повышенная минерализация грунтовых вод (таблица 3), варьирующая от 0,3 до 9,6 мг/дм3, с максимальными значениями в с. Зимовники [Зубков и др., 2014].
В режиме минерализации грунтовых вод населенных пунктов юга Ростовской области, как правило, проявлялась закономерность, выражающаяся в приуроченности ее максимальной величины к периодам минимальных внутригодовых уровней грунтовых вод (сентябрь – октябрь) (рис. 2.34-2.43). Это связанно с уменьшением их инфильтрационного питания и испарением (имеет место при небольших глубинах залегания грунтовых вод [Ковалевский, 1973], а также выщелачиванием солей из пород. Преобладание испарения над инфильтрацией в летне-осенний период, обусловливает выпаривание грунтовых вод, и снижение их уровней. Данный процесс сопровождается выносом и отложением солей (в первую очередь легкорастворимых) в осушенную часть зоны аэрации [Ковалевский, 1973]. Последующая инфильтрация в период осенне-зимне-весеннего питания грунтовых вод растворяет частично эти соли, увеличивая тем самым общую минерализацию грунтовых вод. Минимальная минерализация, наоборот, приурочена к периодам наиболее высоких уровней грунтовых вод (апрель – май), что связано с разбавлением грунтовых вод талыми снеговыми или дождевыми водами. При этом, чем больше величины инфильтрации, тем интенсивнее происходит разбавление грунтовых вод и, следовательно, больше амплитуды сезонных колебаний их минерализации.
Для некоторых населенных пунктов, расположенных в долине р. Маныч (п. Весёлый, ст. Манычская) и на Цимлянском водохранилище (г. Волгодонск) характерны сдвиги в сезонном режиме минерализации грунтовых вод (рис. 2.44-2.46), что связано с гидрологическим режимом водохранилищ (воды расположенных на Маныче водохранилищ характеризуются высокой минерализацией).
Сельскохозяйственная группа. Загрязняющими веществами этой группы являются сточные воды животноводческих ферм и комплексов, птицефабрик; органические и минеральные удобрения; ядохимикаты. Основные компоненты загрязнения – соединения азота, ядохимикаты, калий и фосфор, кроме того, возможно появление хлоридов, сульфатов, кадмия, ртути, меди и др. тяжелых металлов [Абраханов, 2002; Беляев и др., 2008; Брилинг, 1985; Крайнов, Закутин, 1993]. На сельскохозяйственные угодья ежегодно вывозится в среднем 40-80 тонн органических удобрений на один гектар [Сахаров, 2010]. Кроме органических, на поля вносятся минеральные удобрения: мочевина, селитра, аммиак, аммофос и др., а водоохранная деятельность всех сельскохозяйственных предприятий, как правило, слабо контролируется.
Хозяйственно-бытовая группа. К загрязняющим веществам этой группы относятся фекалии, коммунальные сточные воды, твердые отходы жилых помещений, предприятий общественного питания, магазинов, городской мусор, шламы коммунальных очистных сооружений. Характерными загрязняющими ингредиентами являются микроорганизмы, азотные соединения, органические кислоты, хлориды, жиры, поверхностно-активные вещества и др. Основными источниками загрязнения этой группы являются свалки; места сбора, транзита и хранения жидких стоков; коммуникации очистных сооружений, лишенные надежного гидроизоляционного экрана. Неблагоустроенный жилой фонд городов и садоводческие товарищества, сельские поселения характеризуются большим количеством мелких (до 2-3 м) свалок, уличных туалетов, бессистемным сливом жидких стоков на рельеф. По объему загрязняющих веществ источники загрязнения хозяйственно-бытовой группы превосходят прочие источники загрязнения [Сахаров, 2010].
Промышленная группа. К загрязняющим веществам относятся твердые и жидкие отходы промышленных предприятий. Практически все промышленные предприятия в городах обслуживаются коммунальными службами. Твердые отходы вывозятся на городскую свалку, жидкие принимаются муниципальными канализационными сетями. Как правило, территории, на которых расположены промышленные предприятия, загрязнены различным мусором, отходами и ГСМ. Безусловно, что при таком положении дел, промплощадки являются потенциальными источниками загрязнения грунтовых вод.
Углеводородная группа. Загрязняющими веществами этой группы являются нефть и нефтепродукты (бензин, керосин, дизельное топливо, различные масла). Загрязнение подземных вод углеводородами может быть вызвано утечками нефтепродуктов из емкостей и при перекачке, аварийными утечками и сбросами нефтепродуктов на поверхность земли. К потенциальным источникам загрязнения этой группы отнесены склады ГСМ, автозаправочные станции, гаражи, мойки автотранспорта.
Результаты исследований химического состава грунтовых вод показали (таблицы 8, 9; см. таблица 3), что на территориях всех исследованных населенных пунктов (за исключением х. Усьман) в течение всего периода наблюдения фиксируется превышение ПДК по содержанию нефтепродуктов (примерно 70% всех отобранных проб), что вероятно обусловлено утечками в местах расположения автозаправок, нефтехранилищ, нефтепроводов и т.д. Наибольшие концентрации наблюдаются в таких крупных населенных пунктах как г. Батайск (1-88 ПДК, 55 % отобранных всего проб), г. Семикаракорск (1-250 ПДК, 70 % проб), ст. Багаевская (1-26 ПДК, 72 % проб), г. Зерноград (1-28 ПДК, 45 % проб), г. Волгодонск (2-52 ПДК, 78 % проб), г. Пролетарск (1-21 ПДК, 88 % проб), с. Самарское (1-41 ПДК, 62 % проб). Аномально высокая концентрация нефтепродуктов постоянно фиксировалась в г. Семикаракорск (пьезометр 3), на участке расположенном в непосредственной близости от крупной автомобильной мастерской, с оборудованным гаражом и резервуарами для хранения ГСМ.
Грунтовым водам населенных пунктов юга Ростовской области свойственно высокое содержание азота нитратного (около 1%). Для большинства исследованных населенных пунктов (за исключением сл. Б. Мартыновка, х. Красный, п. Майорский, ст. Романовская, г. Волгодонск и с. Ремонтное) характерно превышение ПДК по содержанию данного компонента, максимальные значениями фиксируются в х. Елкин (5-18 ПДК, 60% проб), с. Самарское (1-17 ПДК, 84% проб), с. Зимовники (4-43ПДК, 100% проб), с. Кагальник (30 ПДК, 100% проб), с. Песчанокопское (5-19 ПДК, 100% проб) и ст. Манычская (2-17 ПДК, 18 % проб). Высокое содержание нитратного азота может свидетельствовать о влиянии инфильтрующихся в грунтовые горизонты промышленных и хозяйственно-бытовых сточных вод, стоков с сельскохозяйственных угодий, на которых применяются азотные удобрения, а также птицеводческих и животноводческих хозяйств [Никаноров, Иваник, 2014]. Как отмечено в работе [Куприянов, Скакальский, 1973], изменение химического состава вод под влиянием урбанизации заключается в увеличении содержания соединений азота и фосфора (иногда в 3-10 раз). Следует отметить, что грунтовые воды в большей степени чем поверхностные подвержены нитратному загрязнению, что обусловлено отсутствием потребителей нитратов. Вследствие этого содержание нитратных ионов увеличивается и они могут становится преобладающими в анионном составе [Никаноров, 2011].
Во всех пробах грунтовых вод содержание нитритного азота было ниже установленных нормативов ПДК для источников питьевого водоснабжения ( 0,010-0,648 мг/дм3). В большинстве отобранных проб нитритный азот не был обнаружен или присутствовал в концентрациях ниже предела обнаружения.