Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные методы качественной оценки уязвимости подземных вод к загрязнению .
1.1 Общие положения; основные понятия и определения оценки уязвимости подземных вод . 5.
1.2 Анализ методов оценки уязвимости подземных вод к загрязнению 13.
Глава 2. Природные условия Равнины Пинг-Тонг
2.1 Физико-географические условия . 35.
2.2 Основные водоносные горизонты. 42.
Глава 3. Характеристики подземного стока и естественных ресурсов подземных
3.1 Количественная оценка модулей и коэффициентов естественных ресурсов 46.
3.2 Ориентировочная оценка водного баланса на территории Равнины Пинг-Тонг 58.
Глава 4. Разработка комбинированной модели оценки уязвимости подземных вод и ее применения на территории Пинг-Тонг .
4.1 Общее положение и специфика загрязнения нитратов 74.
4.2 Оценка уязвимости подземных вод по методу DRASTIC 80
4.3 Оценка времени проникновения ЗВ до уровня ГВ 86
4.4 Оценка уязвимости подземных вод по комбинированному методу 101
Заключение 107
Список использованной литературы 112
- Общие положения; основные понятия и определения оценки уязвимости подземных вод
- Физико-географические условия
- Количественная оценка модулей и коэффициентов естественных ресурсов
- Общее положение и специфика загрязнения нитратов
Введение к работе
Известно, что подземные воды играют большую роль в водообеспечении коммунального хозяйства. Чтобы с достаточной точностью оценить и определить перспективы использования подземных вод, необходимо проводить основательное гидрогеологическое исследование в интересующих нас районах. Это предполагает моделирование подземных потоков, питания и расходов в целом.
На Тайване в настоящее время увеличивается потребность в изучении подземных вод,
так как интенсивная их эксплуатация влияет на окружающую среду. Однако только в
последнее время начались исследования по оценке подземных вод в региональном
масштабе. В предполагаемой диссертации анализируется район «Равнина Пинг-Тонг», где
недавно были проведены исследования для определения перспектив управления
подземными водами. В этих исследованиях проводились расчеты питания подземных вод
с использованием методов баланса почвенной влагоемкости и массо-равновесия хлорида, с
учетом различных элементов уравнения водного баланса. Кроме того, учитываются
фильтрации из искусственных водоемов.
В данной диссертации проведен всесторонний анализ распространения подземных вод и стоков в районе исследуемой территории с помощью методов, разработанных в России. Эти методы делятся на четыре основные группы: гидродинамические, балансовые, гидрометрические, аналоговые. Причем каждый из них дополняет друг друга. Помимо этого, рассматривается уязвимость подземных вод к загрязнению в региональных масштабах. Таким образом, достигается практическое сравнение настоящих методов оценки с существующими. Важнейшие задачи, которые должны быть решены - это исследование интенсивности испарения и искусственного питания подземных вод от орошения.
В результате исследования предполагается усовершенствование методики
і региональной оценки естественных ресурсов и защищенности подземных вод
применительно к гидрогеологическим и геологическим условиям Равнины Пинг-Тонг, и
f выявление участков, перспективных для проведения поисково-разведочных работ.
Цель и задачи работы. Целью данной работы является оценка защищенности грунтовых вод Равнины Пинг-Тонг от загрязнения.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
Охарактеризовать природные условия формирования ресурсов подземных вод.
Изучить природные факторы защищенности грунтовых вод Равнины Пинг-Тонг.
Усовершенствовать методику оценки уязвимости подземных вод применительно к природным условиям Равнины Пинг-Тонг.
Провести качественную и количественную оценку уязвимости подземных вод на Равнине Пинг-Тонг.
Выделить районы, перспективные для использования подземных вод с точки
»
зрения обеспеченности ресурсами и защищенности от загрязнения. Фактический материал и методика исследования.
В основу данной работы положены результаты исследований совместного Тайваньско-российского проекта «Карты ресурсов подземных вод Тайваня». При выполнении работы использовались геологические и гидрогеологические данные, собранные Гидравлической Лабораторией Тайнана - Университет Ченг-гонг. Данные по геологическим разрезам получены по результатам проекта «Сеть мониторинга подземных вод». Основным объектом исследований были грунтовые воды водоносного горизонта Равнины Пинг-Тонг, сложенного песчаниками и гравием.
В работе также использованы литературные данные.
Методика обработки и интерпретации информации основана на анализе и
использовании существующих методов оценки уязвимости подземных вод к загрязнению.
Фактический материал обработан автором, в результате чего проведена оценка уязвимости
» подземных вод к загрязнению и построены карты защищенности подземных вод Равнины
Пинг-Тонг.
Научная новизна работы.
Проведена оценка уязвимости подземных вод к загрязнению различными методами; выполнены анализ достоинств и недостатков этих методов для региональных оценок.
Предложен новый способ оценки влияния зоны аэрации, и ее учет при оценке уязвимости методом DRASTIC.
Обоснован комбинированный подход к оценке уязвимости, основанный на семи факторах DRASTIC.
Выявлены особенности природной защищенности подземных вод Равнины Пинг-Тонг в зависимости от характеристик природных условий.
Практическая значимость работы.
Результаты выполненных исследований могут быть использованы для:
рационального выбора безопасных мест для размещения водозаборных сооружений;
обоснования планов размещения и развития крупных промышленных проектов по захоронению опасных отходов;
обоснования базы данных для будущих исследований;
гидрогеологического обоснования различных водоохранных мероприятий.
Защищаемые положения.
Метод оценки уязвимости подземных вод к загрязнению, применительно к исследуемой территории.
Выявление преимуществ и ограничений существующих методов региональной оценки защищенности подземных вод от загрязнения.
Количественная оценка времени проникновения загрязняющих веществ в
подземные воды Равнины Пинг-Тонг 4. Рекомендации по учету защищенности подземных вод от загрязнения при обосновании водозаборных мероприятий и оценке перспектив использования подземных вод Равнины Пинг-Тонг.
Апробация работы
Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах Института водных проблем РАН, на семинарах Гидравлической лаборатории Тайнана (на Тайване) и на следующих конференциях: Groundwater Vulnerability Assessment and Mapping (Ustron, Poland 2004), Экватек 2004 (Москва, 2004).
По теме диссертации опубликованы 3 работы.
Структура работы
Диссертация содержит 118 страниц текста, состоит из введения, 4-х глав, заключения и выключает 14 таблиц, 37 рисунков и список литературы, состоящий из 103 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю доктору геол-минер. наук, профессору И.С. Зекцер и консультанту профессору М.С. Wu за большую повседневную помощь в работе. Считаю своим приятным долгом поблагодарить проф. Р.Г. Джамалова, проф. А.П. Белоусову, к.т.н. Л.П. Новоселову за оказанные консультации и помощь. Благодарю также весь коллектив Лаборатории региональных гидрогеологических проблем и Лаборатории гидрогеологических проблем охраны окружающей среды за консультации, чуткое и дружеское ко мне отношение.
Особенно благодарю своих родителей за помощь и поддержку.
Общие положения; основные понятия и определения оценки уязвимости подземных вод
Несмотря на то, что понятие «загрязнение» уже давно появилось в словарях, этот термин только в последнее время широко внедряется в нашем сознании. Развитие промышленности в 19-ом веке и экспоненциальный рост населения в 20-ом веке повлияли на процесс урбанизации. Это послужило началу проведения исследований по изучению источников загрязнения. Одним из носителей многих болезней является загрязненная вода. Еще в 1849 г. Джон Сноу, лондонский врач, написал статью, в которой утверждалось, что лондонская эпидемия холеры распространилась через подземные воды из единой коммунальной скважины. Итак, специалисты начали изучать проблему загрязнения воды. Это оказалось особенно важно после второй мировой войны, когда разработали бесчисленные новые химические растворы.
В области гидрогеологии, в настоящий момент, источники загрязнения могут быть разделены на две группы: сосредоточенные и рассредоточенные источники загрязнения. Сосредоточенные источники загрязнения включают объекты типа заводов, участков вывоза отходов, мест свалки и других, которые имеют определенную границу. А рассредоточенные источники загрязнения включают речки, озера, каналы, орошение и т.д. Ясно, что из-за ограниченных границ и более сосредоточенных объемов загрязнителей, точечные источники загрязнения исторически получили большее внимание и финансирование. Для оценки уязвимости подземных вод к сосредоточенным источникам загрязнения существует много моделей, с помощью которых зоны захвата загрязнения могут быть определены, и время протекания загрязнителей через определенную зону может быть рассчитано с достаточной точностью. Поскольку рассредоточенные источники загрязнения охватывают большие площади, оценка их влияния на качество подземных вод представляет значительные трудности. Один из первых, кто нашел способ для оценки влияния рассредоточенного загрязнения на подземные воды, был французский гидрогеолог Ж. Марга в 60-х годах. Он сумел представить и сформулировать понятие уязвимости подземных вод к загрязнению.
С течением времени это понятие изменилось и теперь больше всего используется определение, предложенное ученым Врба (Vrba, 1994). Уязвимость - естественное свойство системы подземных вод, которое зависит от чувствительности этой системы к техногенным и/или природным воздействиям. Это понятие основано на ТОМ, ЧТО геологические структуры часто имеют эффективное защитное покрытие, которое замедляет скорость протекания загрязнителей и разбавляет их концентрацию. Однако защита от загрязнителей часто отличается от участка к участку в зависимости от различных естественных условий, которые преобладают в регионе. Эти различия можно выявить при исследовании всех процессов, которые связаны с протеканием загрязнителей к грунтовой воде. Противоположный термин уязвимости - защищенность. Защищенность подземных вод означает свойство природной системы, позволяющее сохранить на прогнозируемый период состав и качество подземных вод соответствующими требованиями их практического использования.
Есть в настоящее время два подхода к оценке уязвимости: оценка уязвимости подземных вод без учета характеристик и свойств конкретных загрязнителей и оценка уязвимости подземных вод к конкретному виду загрязнения с учетом природных свойств водовмещающих и перекрывающих пород и миграционных свойств загрязнителя (Зекцер, 2001).
Оценка уязвимости с учетом характеристик и свойств конкретных загрязнителей требует существенного количества физических данных, получение которых обычно связано с большими финансовыми затратами. Создание карт уязвимости без учета конкретных загрязнителей в региональном масштабе часто применяется на территории, где подземные воды подвержены химикалиям и пестицидам, используемым в промышленности сельского хозяйства.
Существует еще третий подход, который учитывает искусственные воздействия на уязвимость подземных вод. Риск загрязнения подземных вод - вероятность того, что конкретный искусственный объект вызывает негативные изменения в качестве подземных вод. В общих чертах, степень экологического риска может быть определена посредством следующего выражения: риск = уязвимость х вероятность экологических опасностей.
Однако, есть несколько факторов (в первую очередь это зона аэрации (включая почву), и интенсивность питания) которые присутствуют всегда в различных методах оценки уязвимости. Первичные факторы (свойство и строение почвы и зоны аэрации, интенсивность питания, фильтрационные свойства водоносного горизонта) и вторичные (топография, климат, ландшафт) рассматриваются в концептуальной модели оценки уязвимости подземных вод.
Физико-географические условия
Равнина Пинг-Тонг находится на юго-западе Тайваня площадью 1210 km2, является одной из самых больших по развитию производственных сельскохозяйственных отраслей.
Для Равнины Пинг-Тонг характерен субтропический климат, где 90% атмосферных осадков выпадает во влажный сезон. Ярко выраженные влажные и сухие сезоны, наряду с различными ландшафтами территории и временным распределением осадков, составляют погодные характеристики равнины. Сухие сезоны длятся с ноября по апрель, а влажные сезоны с мая по октябрь. Различие между количеством осадков во влажные и сухие сезоны на Равнине Пинг-Тонг составляет 9:1 (самые высокие показатели на Тайване). Как правило, большее количество осадков сконцентрировано в горах и уменьшается к равнинам и прибрежной территории. На Равнине Пинг-Тонг выпадает приблизительно 2100 мм в год, в то же время в горных районах - более чем 3000 мм (Water Resources Bureau, 1998).
Среднемноголетняя температура на Равнине Пинг-Тонг - 24 С, с самым высоким значением в июле и самым низким значением в январе (Ting, 1997).
По топографии территория Пинг-Тонг относится к равнинной области (рис 2.1). Абсолютные отметки поверхности варьируют от 100 м в предгорных зонах до уровня моря. Равнину Пинг-Тонг, на которой формируются подземные воды региона, на востоке окружает западная часть Центральной Горной цепи. Водораздел проходит на высоте 2000 м от уровня моря, и этот регион является одним из самых важных источников питания водоносного горизонта Пинг-Тонг. Северная область, ограничивающая равнину Пинг-Тонг, известна террасами и также играет важную роль в питании подземных вод.
Таким образом, геологическое строение равнины Пинг-Тонг состоит из аллювиальных отложений, которые формируются постоянными водными потоками в речных долинах. Территорию Равнины Пинг-Тонг окружают предгорные районы. На востоке лежит Центральная горная цепь Тайваня, на севере - предгорье с отложениями песчаника и сланцев периода Олигоцена-Миоцена, на западе - предгорье с конгломератом Плейстоцена и на юге - Тайваньский пролив.
Реки на Тайване, в том числе на территории Равнины Пинг-Тонг, характеризуются короткими крутыми уклонами. Три главных реки расположенные на исследуемой территории - Гау-пинг (Kaoping), Тонг-ганг (Tungkang) и Лин-биен (Lin-bien) (рис 2.2). Река Гау-пинг является наиболее крупной - длина 171 км, площадь бассейна реки 3,250 км2. Поверхностный сток реки Гау-пинг, Тонг-ганг и Лин-биен соответственно составляет 76х108 т3, 9.2 108 т3 и 8.5 108 т3. Результаты предшествующих работ показали, что поверхностный сток рек в южной части Тайваня достигает 70% от общего количества атмосферных осадков. Притоки Гау-пинг - Чи-сан (Chishan), Лао-нунг (Laonung) и Аи-лиау (I-Liao), в прошлом играли важную роль в формировании геологической структуры Равнины Пинг-Тонг. По древним руслам этих притоков наблюдаются потоки подземных вод. Река Гау-пинг лежит на западе Равнины Пинг-Тонг и ее приток Аи-лиау окружает Равнину с севера. Часть притока Аи-лиау, от предгорья до пересечения с притоком Лао-нунг, считается зона просачивания воды, где поверхностная вода поступает в водоносный горизонт. Две главных реки, Тонг-ганг и Лин-биен, имеют тесную взаимосвязь с режимом подземных вод.
Современные отложения аллювия (recent alluvium), широко распространены в пределах долины Пинг-Тонг. Поэтому главный водоносный слой этой области состоит из неуплотненных материалов (unconsolidated sediment) таких как песок, гравий, и галька. Карта геологического строения Пинг-тонг на основе Hsu 1961. В зоне I гравий главным образом распределен по северной и восточной части равнины Пинг-Тонг. Он распространяется по течению реки и отложился в аллювиальных конусах выноса в области Chiuyu, Neipu, и Wanluan. Следует отметить, что объем подземных вод в этой области является самым высоким в равнине Пинг-Тонг.
В зоне II песок и гравий распространяются в центральной части долины, простираясь с северо-запада к юго-востоку и уменьшаясь к югу. Кроме того, встречаются сочетания гравия среднего размера со слоями песка и глины. Главная артезианская область находится рядом Chaochow в этой зоне.
В зоне III песок и илистый песок распространены в юго-западной части Равнины Пинг-Тонг, в горной части существуют небольшие отложения гравия. Отложения из мелкого песка, ила и глины в юго-восточной части этой зоны являются слабопроницаемыми и, следовательно, влияют на формирование большого числа водоносных слоев в этой области.
Структура и распределение осадочных пород соответствуют характеристике формирования аллювиальных конусов выноса. Размер осадочных пород уменьшается с востока на запад и с севера на юг. По данным распределения и размера осадочных пород, степень глиноземистности в отложениях, определено происхождение этих пород в северной части Долины Пинг-Тонг. Осадочные породы северной части Долины Пинг-Тонг главным образом поступают от Ручей Lao Nung и Сан Chi, которые проходят третичные и четвертичные скалы. Происхождение осадочных пород в восточной области Долины Пинг-Тонг - восточная часть сброса Chaochou, которая содержит низко-метаморфические породы западной части Центральной Горы. 2.2 Основные водоносные горизонты
В настоящее время имеются достаточно подробные данные по формированию, динамике, структуре и распределению водоносных горизонтов и водоупоров на равнине Пинг-Тонг. В геологическим отделе обзора Тайваня были построены гидрогеологические поперечные разрезы (рис 2.6). На этих разрезах были выделены 7 уровней: водоносный горизонт 1, водоупор 1, водоносный горизонт 2, водоупор 2, водоносный горизонт 3-1, водоупор 3, водоносный горизонт 3-2 до глубины 220 метров.
Водоносный горизонт 1 является самой верхней частью в водоносных слоях подземных вод на Равнине Пинг-Тонг и распределяется по всей территории. Мощность водоносного горизонта колеблется от 23.5 м до 83.5 м со средним значением 49.9 м. Самый глубокий уровень подземных вод наблюдается под аллювиальным конусом выноса около сброса Chaochou. Уровень грунтовых вод может достигнуть глубины до 45 метров. Самое высокое значение водопроводимости наблюдается в области реки Лаононг, она постепенно уменьшается к западу и югу (2-7 м2/мин). Значение водопроводимости в области реки Линбиен также высокое и постепенно уменьшается к западу.
Водоносный горизонт 2 находится под водоупором 1, и тоже располагается по всей территории равнины. Глубина водоносного горизонта 2 оценивается в пределах от 43 до 152 метров, мощность - 9 79.5 м. Основное обломочное отложение в этом горизонте образовалось от наноса гравия. Самые высокие значения водопроводимости в этом горизонте обнаружились в зоне I и II около Гуан-фу (7.7 м2/мин) и Жи-шанг (8.1 м2/мин). В зоне III среднее значение водопроводимости равно 0.7 м2/мин.
Водоносный горизонт 3-1 находится под водоупором 2, и тоже располагается по всей территории равнины. Глубина водоносного горизонта 3-1 оценивается в пределах от 95 до 210 метров. Мощность водоносного горизонта колеблется от 49.5 м до 89 м со средним значением 70.8 м. Основным отложением в этом горизонте является гравий. Поскольку глубина залегания этого горизонта достаточно большая, эксплуатация этого горизонта является незначительной по сравнению с горизонтами 1 и 2.
Водоносный горизонт 3-2 - самый низкий уровень разреза Пинг-тонг, и тоже располагается по всей территории равнины. Верхний предел водоносного горизонта 3-2 оценивается от 174 до 214 метров. Нижний предел этого горизонта пока не определен (рис. 2.7).
Главные области питания подземных вод равнины Пинг-Тонг, расположены в аллювиальных конусах выноса рек Лао-нунг, Аи-лиау, Лин-биен, и Лили. Общая площадь области питания подземных вод составляет 231 км . По данным Института естественных ресурсов Тайваня предгорные зоны, расположенные на востоке равнины, являются областями питания не только верхнего горизонта, а также водоносных горизонтов 2 и 3.
Количественная оценка модулей и коэффициентов естественных ресурсов
Рациональная и всесторонняя схема управления водными ресурсами зависит от полного и точного понимания условий и закономерностей формирования поверхностных и подземных вод. Для этого, необходимо расширять развитие национальной гидрогеологии, устанавливать основные положения для развития, управления и интеграции водных ресурсов. Прежнее Бюро Водных ресурсов (теперь Агентство Водных ресурсов) пригласило специалистов из различных научных учреждений Тайваня и российских ученых проф. И.С. Зекцера и Р.Г. Джамалова из Института водных проблем Российской Академия наук, для оценки и картирования региональных ресурсов подземных вод на Тайване.
Таким образом, чтобы поднять уровень исследования подземных вод Гидравлическая Лаборатория Тайнана, следуя указаниям Агентства Водных Ресурсов, в 2000 г. включила этот проект в программу работ Корпуса Предотвращения и Восстановления Оседания Земли. В результате работ по данному проекту три карты были составлены: карта модуля подземного стока, карта коэффициента подземного стока и карта коэффициента подземного питания рек. Эти карты отражают различные геологические, гидрологические и антропогенные условия для формирования ресурсов подземных вод и их количественные характеристики, которые позволяют принимать необходимые решения.
В этой главе на основании полученных результатов совместных российско-тайванских работ рассматриваются методы картирования и создания карты подземных вод Тайваня и характеризуются основные региональные параметры естественных ресурсов пресных подземных вод Равнины Пинг-Тонг Основными количественными характеристиками подземного стока являются модули подземного стока (л/с км2), коэффициент подземного питания рек (%) К2, и коэффициент подземного стока(%) Ki.
Модуль подземного стока представляет собой обеспеченный питанием расход подземных BOfl(Qne) с площади бассейна (F). Величина модуля обычно дается в литрах в секунду с км2. Это характеризует естественную производительность водоносного горизонта.
Коэффициент подземного стока Ki представляет собой отношение величин подземного стока к атмосферным осадкам (в %). Это показывает какая часть атмосферных осадков расходуется на питание подземных вод. Однако необходимо заметить, что в областях с хорошо развитой ирригационной системой (типа Равнины Пинг-Тонг), часть питания подземных вод получена из искусственных источников. Таким образом, Ki представляет собой только отношение между осадками и расходами подземных вод, а не эффективное питание.
Коэффициент питания рек (Кг) показывает долю подземного стока в общем речном стоке и позволяет определить соотношение ресурсов подземных и поверхностных вод во многих районах гумидной зоны (Зекцер, 2001).
Для определения количественных характеристик естественных ресурсов подземных вод существует ряд методик: расчленение гидрографов рек; оценка изменений меженного стока реки между двумя гидрометрическими створами; гидродинамический расчет расхода подземного потока; среднемноголетний водный баланс областей питания или разгрузки подземных вод; оценка инфильтрационного питания подземных вод по режиму их уровня. После рассмотрения преимуществ и ограничений всех методов было принято решение для данного проекта применить методы расчленения гидрографов рек, оценки изменений меженного стока реки между двумя гидрометрическими створами в горных районах и метод гидродинамического расчета расхода подземного потока на территориях I равнин.
Количественная оценка естественных ресурсов подземных вод Тайваня выполнена по совместному российско-тайванскому проекту (И.С. Зекцер, Р.Г. Джамалов, М.С. Wu и др.) Расчеты модуля подземного стока проведены по станциям гидрометслужбы Тайваня, имеющим период наблюдений более 5 лет. При отсутствии данных использовались аналоговые методы, а также было принято, что ежемесячные усредненные величины меженного стока равны величинам разгрузки подземного стока.
На территории равнины Тайваня наблюдается повсеместное антропогенное влияние. Учитывая интенсивность антропогенных нагрузок метод гидродинамического расчета расхода подземного потока был применен на территориях равнин.
Значение водопроводимости получено по данным откачки из скважин, и была построена сеть подземного потока. Для областей, находящихся не в пределах сети наблюдения, использовались данные, полученные с "Гидрогеологической Карты Тайваня" (Комиссия Водных ресурсов, 1986). Сеть подземного потока была построена с помощью метода Theissen Polygon.
Для Равнины Пинг-Тонг были оценены величины модулей подземного стока с учетом орошения на основе работы Тинг (Ting, 1997). Этот дополнительный вид питания подземных вод играет существенную роль в формировании ресурсов подземных вод Равнины Пинг-Тонг. Интенсивное развитие сельскохозяйственной промышленности связано с широким развитием оросительной сети, что обусловливает значительное дополнительное питание подземных вод.
Расчеты модуля и коэффициентов подземного стока имеют некоторые допущения. Во первых, они не учитывают роль суммарного испарения, хотя оно играет важную роль в расчетах водного баланса. Также не учитывалось влияние закачки подземных вод и влияние орошения на подземный сток Равнины Пинг-Тонг. Кроме того, было принято допущение, что Равнина Пинг-Тонг имеет один гидравлический взаимосвязанный водоносный комплекс.
Распределение основных количественных характеристик естественных ресурсов подземных вод определяется четко выраженной дифференциальностью по основным геолого-структурным элементам территории и ланшафтно-климатическим зонам (Зекцер, 2001). Поскольку область исследуемой территории небольшая и рельеф ландшафта однородный, количественные характеристики естественных ресурсов подземных вод отличаются неоднородностью по геолого-структурным элементам. Климатические условия Равнины Пинг-Тонг очень благоприятные для формирования естественных ресурсов подземных вод. Количество выпадающих осадков на Равнине Пинг-Тонг приблизительно 2100 мм в год, непосредственно в горных районах - более чем 3000 мм в год. В результате обильных осадков на исследуемой территории наблюдается высокое значение модулей подземного стока. Диапазон величин среднемноголетних модулей подземного стока на территории равнины Пинг-Тонг изменяется от 10 до 40 л\с км2.
Общее положение и специфика загрязнения нитратов
За прошедшие два десятилетия возможность использования подземных вод озадачило муниципальные и федеральные власти на Тайване. Отсутствие необходимого количества скважин для проведения мониторинга по использованию подземных вод привело к ограниченной информации о различных водоносных слоях, которые в настоящее время обеспечивают 35% коммунального водопотребления (Chang, 2001). С увеличивающимися потребностями индустриального сектора и сверхэксплуатации водоносных слоев в прибрежных областях, проект "Тайваньская Сеть Мониторинга подземных вод " осуществляется с 1992 с целью получения фундаментальных данных, требуемых для гидрогеологической оценки. Одна из принципиальных задач этого проекта состоит в определении качества подземных вод в водоносных слоях и рационального распределения для муниципального и индустриального пользования.
Качество подземных вод неизменно зависит от геологических и гидрологических условий территории. Защитная способность местных естественных условий поддерживать постоянное качество подземных вод может быть отражено на картах уязвимости подземных вод.
Оценка и картирование уязвимости подземных вод является ключевым средством, по которому проводится определение природной защищенности подземных вод от загрязнения в региональном масштабе. Пространственное представление территорий с высокой или низкой уязвимостью помогает принимать рациональные решения для обоснования планов размещения опасных отходов и развития крупных промышленных и сельскохозяйственных проектов. Способы совмещения различных по содержанию карт (косвенных, геологических, гидрогеологических, климатических и др.) используются для создания карт уязвимости подземных вод, на которых выделяется различная степень уязвимости подземных вод к загрязнению. Для оценки и картирования защищенности проводится анализ различных геологических, гидрологических и гидрогеологических условий исследуемой территории.
На Равнине Пинг-Тонг очень развита сельскохозяйственная деятельность. На этой территории распространены рис два урожая в год, сахарный тростник, яблоки, бананы, гуава, манго, ананас и овощи. Сахарный тростник и чай - особенные культуры на Тайване, и они получают большое количество удобрения. Количество удобрения, применяемое для культуры сахарного тростника и чая, значительно превышают официальные рекомендации для этих культур. На Равнине Пинг-Тонг культуры риса и сахарного тростника, садоводство занимают значительную часть сельскохозяйственной площади. По данным FAO средние дозы нитратов для первого урожая риса составляет 125 кг/га и для второго урожая - ПО кг/га. Для культуры съедобного сахарного тростника и чая средние дозы нитратов соответственно составляют 250 и 420 кг/га. В садоводстве применяются дозы удобрений нитратов более 1000 кг/га. Используя эти данные, принято решение рассматривать уязвимость ГВ к загрязнению нитратами при дозах применения: 450, 600, и 1000 кг/га/год.
Самый обыкновенный загрязнитель в грунтовых водах - растворенный азот в форме нитрата. Хотя нитраты являются основной формой, по которой азот существует в подземной воде, имеются также другие формы соединений азота, которые представлены ионами аммония, нитритов, и аммиака. Соединения азота становятся все более и более широко распространенными из-за: применения азотных удобрений в сельском хозяйстве; выпадения осадков с повышенной концентрацией азота; поступления сточных вод с поверхности земли. В зависимости от окислительно-восстановительных условий среды и типа удобрений органические удобрения при разложении преобразуются в аммоний (NH4"), нитриты (NOV), нитраты (гТОз ) и газообразную форму азот (N2) и аммиак NH3). На рис 4.1 показан процесс, по которому соединения азота становятся нитратами. Процесс, который является самым влиятельным на преобразование нитратов, - нитрификация. Нитрификация - микробный процесс, по которому восстановленные азотные соединения (прежде всего, аммиак) последовательно окислены к нитриту и нитрату. Процесс нитрификации аммиака или нитритов происходит за счет двух групп автотрофных бактерий, которые могут строить органические молекулы, используя энергию, полученную из неорганических источников.
Накопление нитратов в растениях зависит не только от количества вносимого в почву азота, но и от форм азотных удобрений. Различают пять форм азотных удобрений: аммиачные, аммонийные, нитратные, аммонийно-нитратные и амидные. Могут встречаться и смешанные формы, которые входят в состав аммиакатов и азотных растворов. Основой для производства азотных туков является аммиак и азотная кислота, синтезируемые из атмосферного азота. При внесении азота в нитратной форме вероятность накопления нитратов в растениях выше, чем при внесении аммонийного азота.
Нитраты являются анионными и не ограничены степенью растворимости. При этом нитраты - очень мобильны в грунтовых водах. Нитраты перемещаются с грунтовыми водами без преобразования и замедления. Когда вода перемещается в глубину, нитраты двигаются вместе с водой. Нисходящее движение нитратов в почве называется выщелачиванием. Интенсивность выщелачивания зависит от способности почв задерживать воду. Например, песчаные почвы не могут держать так много воды как глины. Это означает, что интенсивность выщелачивания нитратов в песчаной почве выше чем в глинах. Выщелачивание нитратов - не существенный фактор в тяжелых почвах глины. Другие факторы, которые могут влиять на выщелачивание нитратов - это количество осадков, количество воды используемой растениями, и количество нитратов, присутствующих в почве. Интенсивность выщелачивания нитратов также зависит от литологического состава зоны аэрации. Если глубина залегания грунтовых вод небольшая, и почва является песчаной, потенциал выщелачивания нитратов в грунтовые воды относительно высок. Однако, если глубина залегания грунтовых вод большая, и почва содержит тяжелую глину, то нитраты не всегда проникают в грунтовые воды. В некоторых случаях, когда присутствуют уплотненные слои почв, выщелачивание нитратов не происходит. —
