Содержание к диссертации
Введение
Природные особенности территории исследований 9
1.1 Географическое положение 9
1.2 Гидрография 10
1.3 Климатические условия 12
1.4 Растительность 13
1.5 Геоморфология 14
1.6 Геологическое строение 15
1.6.1 Породы докембрийского возраста 15
1.6.1.1 Эктиниты 15
1.6.1.2 Мигматиты
1.6.2 Плутонические и вулканические породы 20
1.6.3 Породы мелового возраста 1
1.6.3.1 Породы среднего мелового возраста 21
1.6.3.2 Породы верхнего мелового возраста 22
1.6.4 Породы четвертичного возраста 22
1.6.4.1 Древние аллювиальные отложения 22
1.6.4.2 Современные аллювиальные отложения 23
1.6.4.3 Пролювиальные отложения 23
1.6.4.4 Элювиальные и коллювиальные отложения 23
1.6.5 Тектонические особенности 24
1.7 Гидрогеологические условия изучаемой территории 25
1.7.1 Четвертичный водоносный горизонт 25
1.7.2 Меловый водоносный горизонт 26
1.7.3 Водоносный горизонт кристаллического фундамента 31
1.7.4 Режимные наблюдения за уровнем грунтовых вод на изу чаемой территории 31
1.8 Характеристики зоны аэрации 41
1.8.1 Породы зоны аэрации 41
1.8.2 Почвы
1.8.2.1 Аллювиальная почва 45
1.8.2.2 Железистая почва 45
1.8.2.3 Гидроморфная почва 46
1.8.2.4 Щебнистая почва 46
2. Методы оценки защищенности подземных вод 49
2.1 Современное состояние проблемы защищенности грунтовых вод от загрязнения, анализ и обобщение выбора методик для бассейна р. Бенуэ 49
2.2 Методика оценки защищенности грунтовых вод бассейна 61
2.2.1 Общий подход 61
2.2.2 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения ма лоопасными загрязняющими веществами - 65
2.2.3 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения чрезвычайно опасными загрязняющими веществами 67
3 Оценка защищенности грунтовых вод бассейна р. Бенуэ от сельскохозяйственного загрязнения 70
3.1 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения нитратами 70
3.1.1 Особенности нитратного загрязнения 70
3.1.2 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения нит ратами - 73
3.1.2.1 Качественная оценка защищенности грунтовых вод бассейна р. Бенуэ от загрязнения 73
З.1.2.2 Количественная оценка защищенности грунто вых вод бассейна р. Бенуэ от нитратного за грязнения - 80
3.1.2.3 Оценка уязвимости грунтовых вод к загрязне нию нитратами 84
Выводы 94
3.2 Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения пестици дами 95
3.2.1 Особенности загрязнения пестицидами 95
3.2.2 Оценка защищенности грунтовых вод бассейна р. Бенуэ от загрязнения пестицидами 108
Выводы 117
4 Концепция мониторинга грунтовых вод бассейна р. Бенуэ 119
4.1 Структура мониторинга гидросферы 120
4.1.1 Изучение и сбор исходных материалов 121
4.1.2 Обоснование зон санитарной охраны водозаборов 126
4.1.3 Мониторинг защитной зоны 131
4.1.4 Мониторинг подземных вод 136
4.2. Подсистема наблюдений 139
4.3 Подсистема оценок 149
4.4 Подсистема прогноза 150
4.5 Выход из системы мониторинга 151
4.6 Рекомендации по использованию удобрений и пестицидов на исследуемой территории 153
4.6.1 Рекомендация по внесению нитратных удобрений на изу чаемой территории 153
4.6.2 Рекомендации по использованию пестицидов на изучав мои территории 153
Заключение 158
Список литературы 159
- Меловый водоносный горизонт
- Щебнистая почва
- Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения чрезвычайно опасными загрязняющими веществами
- Количественная оценка защищенности грунто вых вод бассейна р. Бенуэ от нитратного за грязнения
Введение к работе
ф Актуальность
Высокая эффективность азотных удобрений для достижения высокой
урожайности в связи с потребностями * увеличивающегося населения и применение
пестицидов для борьбы против вредных насекомых/растений и др. обусловливает в
последние годы постоянный рост их использования и производства: В результате
интенсивного использования азотных удобрений и пестицидов загрязняются
подземные источники: питьевой воды. Борьба с загрязнением, попавшим в
водоносный горизонт — сложная задача; требующая дорогостоящих, часто
труднореализуемых мероприятий даже в развитых странах. При: большом
накоплении; в пласте; загрязняющих веществ ? (нитратов и пестицидов), а также при
низких фильтрационных свойствах водовмещающих пород время, необходимое для
полного извлечения загрязнения из ПВ, может измеряться десятками и даже
*' сотнями лет. Поэтому, как и во многих странах, загрязнение азотными удобрениями
и г пестицидами стало причиной нехватки питьевой> воды. В связи с этим возникла необходимость охраны, пресных, фунтовых, воді (ГВ) бассейна р. Бенуэ в административной провинции республики; Камерун «Северная» от зафязнения= нитратами и пестицидами: Грунтовые воды данного бассейна — единственный источник питьевой воды в районе. Эти воды уникальны по запасам и по химическим параметрам в данной части страны с тропическими климатическими условиями. На территории бассейна ведется сельскохозяйственная деятельность, сопровождающаяся использованием минеральных удобрений и пестицидов. В результате использования этих веществ ТВ могут зафязняться. Во избежание этого целесообразно проведение оценки защищенности ГВ от зафязнения нитратами и пестицидами, как наиболее возможных зафязнителей ГВ бассейна р. Бенуэ.
Цель и задачи работы
Целью данной работы является оценка защищенности ГВ бассейна р. Бенуэ
от зафязнения нитратами и пестицидами. Для достижения поставленной цели были
і# решены следующие задачи:
1. Изучены природные факторы защищенности ГВ бассейна р. Бенуэ и определен защитный потенциал защитной зоны, отделяющей ГВ от
поверхностного загрязнения и имеющей двухуровенное строение (почвы и породы зоны аэрации). Выделены типовые участки; характеризующие строение защитной зоны по трем показателям: литолого-генетическому составу почвенного покрова, литолого-генетическому составу пород зоны аэрации (ЗА) и мощности защитной зоны (33).
Оценена защищенность ГВ от загрязнения нитратами путем определения ? времени, за которое нитраты могут продвинуться до уровня грунтовых вод (УГВ).
Оценена уязвимость ГВ к загрязнению нитратами через определение времени, за которое концентрация нитратов в ГВ достигнет ПДК.
4. Определена степень уязвимости ГВ к загрязнению нитратами при
различной величине их использования.
5. Оценена защищенностьТВ от загрязнения пестицидами: ДДТ и линданом
путем определения времени их продвижения через защитную зону до УГВ.
ж, 6. Разработаны предварительные рекомендации по количеству
использования нитратов и пестицидов. .
7. Сформирована концепция мониторинга ГВ бассейна р. Бенуэ и обоснованы зоны санитарной охраны водозаборов (ЗСО).
Фактический материал
^v В основу данной работы положены результаты исследований следующих научно-
W''
исследовательских организаций: научно-исследовательского центра ORSTOM (Office de Recherche Scientifique des Temtoires d'Outre-Mer), министерств минеральных, водных ресурсов и энергетики, сельского хозяйства, животноводства. Основными объектами исследований были ГВ мелового водоносного горизонта, сложенного песчаниками. Были использованы климатические данные и сведения о литологическом составе геологических разрезов, вскрытых гидрогеологическими скважинами и колодцами (около 300), оборудованных в последние 32 года; результаты химических анализов ГВ в г. Гаруа и других городах, проведенных в 2001г. (около 30 анализов).
В работе также использованы литературные данные.
Фактический материал обработан автором, в результате; чего построены специальные карты и проведены оценки і защищенности и уязвимости ГВ к зафязнению.
Научная новизна работы.
Данная работа является первой, посвященной гидрогеоэкологии ГВ бассейна р. Бенуэ. В процессе выполнения работы получены следующие новые результаты:
1: Проведено районирование и картирование; ГВ по степени уязвимости к зафязнению нитратами при различных нафузках и установлены оптимальные нафузки по нитратам на различных участках территории бассейна! р. Бенуэ, что может служить основой для оптимального внесения азотных удобрений.
2. Проведено районирование и картирование ГВ бассейна р. Бенуэ по степени
защищенности от зафязнения пестицидами: ДДТ и линданом.
3. Обосновано размещение наблюдательной сети и водно-балансовых
участков в системе мониторинга ГВ на изучаемой территории.
4. Рекомендованы оптимальные периоды для внесения нитратов и пестицидов
с учетом метеорологических факторов на изучаемой территории.
Практическая значимость работы.
В настоящее время отмечается интенсивный приток населения из провинции «Дальний і Север» на территорию исследований из-за нехватки питьевой воды и плодородных земель.
Результаты выполненных исследований могут быть использованы для:
— определения, применяемой; дозы минеральных удобрений с учетом;
реальной техногенной нафузки по различным выделенным автором участкам;
рационального выбора;безопасных мест для размещения водозаборных; сооружений и заселения населения на изучаемой территории;
регулирования использования: пестицидов и= других; ЗВ на? изучаемой территории с учетом степени уязвимости ГВ к зафязнению нитратами на отдельном участке.
Защищаемые положения
Методы оценки защищенности и уязвимости ТВ к загрязнению нитратами и пестицидами, применительно к исследуемой территории.
Карта защитной зоны, построенная, на основе обобщенных природных факторов, на которой показан защитный потенциал защитной зоны и выделены« типовые участки по литологическому составу, мощности зоны аэрации (ЗА) и типу почв.
Карты > защищенности и уязвимости ГВ от загрязнения нитратами, ДДТ и линданом.
Концептуальный подход к организации мониторинга ГВ на территории сельскохозяйственного освоения и рекомендации по организации режимной сети и по использованию азотных удобрений и пестицидов на исследуемой территории.
^ Апробация работы и публикации
Основные результаты диссертационной работы доложены на межвузовском семинаре студентов и молодых ученых «Экологическая безопасность и устойчивое развитие» (г. Москва, 2004г).
По теме диссертации опубликовано 2 работы и одна находится в печати.
ф Структура и объем работы
Диссертация содержит 165 страниц текста, 26 таблиц, 37 рисунков и состоит из введения, 4х глав, заключения и списка литературы из 92 наименований.
Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю профессору А.П. Белоусовой за постоянное внимание и всестороннюю помощь при выполнении данной; работы. Автор благодарен заведующему кафедрой і гидрогеологии МГГРУ профессору В. М. Швецу, проректору по международным связям М. А: Емелину и декану по работе с иностранными учащимися профессору Ж.В. Бунину за; возможность продолжения обучения в аспирантуре по государственной линии. Автор искренне признателен всем сотрудникам кафедры
т гидрогеологии МГГРУ за внимание и поддержку.
Меловый водоносный горизонт
В изучаемой территории важнейшим источником питьевой воды по запасам иколичеству І является меловой; водоносный горизонт. Его мощность не постоянна и tсоставляет в среднем 400 м, максимум? 700 м. Абсолютная отметка подошвыварьирует от 100 м в районе Лагдо до 200 м в Коссел на фанице Камеруна и0) Нигерии на западе, и 100 м в районе Рей-Буба на юго-востоке.
Подошва имеет выпуклую форму в районе Лагдо с одним; ребром, направленным в Коссел и другим — в Рей-Буба. Инфильтрация атмосферных осадков интенсивна через песчаники из-за их хороших фильтрационных свойств. Экспедицией «WAKUTI» определены коэффициенты фильтрации и пористости, результаты приведены в таблице 1.5.
Поймы рек составляют внешнюю область разгрузки подземных вод. Внутренняя зона разгрузки отмечается интенсивностью растительного покрова. В районе нет источников связанных с разгрузкой ГВ [83].
В районе Демса абсолютная отметка У ГВ уменьшается к югу от 260 до 171 м в ложе р. Бенуэ, что соответствует гидравлическому градиенту 0,0025. В районе Гаруа гидравлический градиент возрастает и составляет 0.5, на отдельных участках 0,01: По линии Сангерэ-Нконг гидравлический градиент составляет 0,008. Эта линия совпадает с водоразделом ПВ и поверхностных вод. Под песчаниками залегают кристаллические породы. Песчаники и кристаллические породы щита местами прорваны интрузивными породами (гранитами, трахитами и базальтом), что ограничивает распространение мелового водоносного горизонта по всей территории. Песчаники, кристаллические породы щита и интрузивные породы водоносные.
В долинах рек песчаники перекрыты четвертичными отложениями, мощность которых не постоянна и достигает 50 м на западе территории, поэтому воды напорные. В районах Маари и Рей-Буба мощность четвертичного водоносного горизонта составляет 52 и 35 м соответственно. Водоносный горизонт вскрыт на глубинах 6 м в песках второй надпойменной террасы и 10 — 20 м и более в песчаниках.
В Рей-Буба;в разрезе господствуют пески, отмечается проявление мергелей, которые занимают значительную часть разреза и» прослоев глин. Присутствие мергелей ведет к уменьшению фильтрационных параметров.Климат, геоморфология и литологический состав горных пород сильно влияют на образование, накопление и сохранение залежей ПВ.
Лабораторными; и опытноно-миграционными методами с использованием индикатора (флюоресцеина) [85] определены коэффициент фильтрации пород на территории исследований. Лабораторные опыты дали1 значения коэффициента фильтрации, приведенные в таблице 1. 5, из этой таблицы видно, что коэффициент фильтрации песчаников колеблется от 1,9 до 9,50 м/сут. Коэффициент фильтрации снижается с увеличением содержания глин и составляет 0,035: — 0,08 м/сут. Это может способствовать самоочистке ПВ от загрязнения. Глинистый цемент встречается на разных глубинах: на глубине 8 м в районе Туруа, 30 и 74 м в районе Джола, 65 мв районе Ниакири и 137 мв г. Гаруа. Таким-образом, коэффициент фильтрации изменяется в широких пределах, это связано с наличием в разрезе глинистого цемента, образованного в процессе выветривания песчаников, содержащих полевые шпаты вблизи дневной поверхности-Значения коэффициента фильтрации пород, определенные полевым методом приведены в таблице 1.6. Три первых значения определились с применением І флюоресцеина, а три последние, при откачке. Флюоресцеин — это вещество, позволяющее определить коэффициент фильтрации в полевых условиях, его достоинство заключается в том, что его зеленый цвет фиксируется даже при НИЗКИХ: концентрациях. Результаты опытов приведены в таблице 1.6.
Видно (таб. 1.6), что в районах Сангерэ-Пол и Мбилла, коэффициент фильтрации низкий, это объясняется тем, что эти скважины вскрыли кору выветривания богатую глинистыми породами, что уже отметилось в районе Чебоа. В 2001г. в районе г. Гаруа (столицы провинции) был проведен контроль качества воды, используемой для хозяйственно-питьевых нужд. Всего 18 водозаборных скважин были исследованы среди них были колодцы и скважины, не имеющие зон- санитарной охраны и главный водозабор, используемый для централизованного водоснабжения. В таблице 1.7. показаны результаты химического анализа ТВ Т. Гаруа (2001 г). Не смотря на незначительное количество анализов, из таблицы 1: 7. видно что, вода ультрапресная с весьма низкой концентрацией элементов и минерализацией — 35 мг/л (0,035 г/л). Нитрат-ионы обнаруживаются в очень низкой \ концентрации— 0,02 мг/л, такая концентрация может служить фоновой.
Щебнистая почва
Она является результатом выветривания и эрозии і горных массивов и. встречается на склонах гор, в районе.Чебоа и Сангерэ. По механическому составу щебнистая почва представляет собой пески, которые содержат органические вещества, ее мощность составляет 5 — 10 см. Под ней;залегают коллювиальные отложения. Почва, и коллювиальные отложения весьма пористые и: обладают хорошими фильтрационными свойствами.
Были проведены исследования в районе Сангерэ [62] с целью изучения проницаемости почв. Полученные следующие результаты:- На верхней части земли инфильтрация атмосферных осадков происходит очень быстро в зоне с естественной растительностью и составляет 35 — 80 см/час. В пахотной зоне инфильтрация ослабляется из-за кальматожа пор и нарушения текстуры фунта;- На глубине 15 — 20 см скорость инфильтрационного потока растет и достигает наибольшей величины на фанице с почвенным горизонтом В; Скорость инфильтрационного потока в зоне выветривания уменьшается до 1 см/час, (из-за накопления окисей и гидроокисей железа).- Далее скорость значительно увеличивается в песчаниках.
Такая картина; указывает — во-первых, на вертикальную зональность подвижности инфильтрационных вод в почвах, во-вторых, на влияние продуктов выветривания на скорость инфильтрации. Она также указывает на большую скорость инфильтрации атмосферных осадков в почву и подтверждает полученные и приведенные выше значения инфильтрационного питания. В таблице 1.10 приведены водно-физические и физико-механические свойства почв на территории исследований.
К настоящему времени: российскими: и зарубежными специалистами; разработан ряд методик оценки условий защищенности: ПВ и тесно связанных с ними схем составления соответствующих карт. Методики эти, в большинстве своем имеющие прикладной; характер, позволяют иногда; успешно решать конкретные задачи, но в то же время не могут быть признаны вполне удовлетворительными и универсальными [71].
Впервые в гидрогеологическую практику термин «защищенность ПВ по отношению к загрязнению» был введен французским гидрогеологом Ж. Марга в 1968 [71]. Первая карта защищенности водоносного горизонта по отношению к загрязнению в масштабе 1: 1000000 была опубликована во Франции (AJbinet, 1970) [60]. Но до сих пор найти общепринятое определение терминал «защищенность» остается проблематичным. Тем не менее, специалисты по данной тематике определяют ее по-разному.В российской практике составления карт защищенности, как правило, применялась известная методика ВСЕГИНГЕО [20, 21].
В России проблемой защищенности ПВ одним из первых начал заниматься В.М Гольдберг [20, 21]. Проблемы защищенности рассмотрены в работах В.Г. Самойленко[5Т, 52], В.А. Мироненко и В.Г. Румынина [42, 43, 44], И.С. Пашковского.[45], И.С. Зекцера [28, 86], А.И. Горшкова [52], И: Л. Зелинского[27], С.А. Арипова [2], В.Л. Ильина [32], Н.В. Карагодиной [34], К.Е. Питьевой, Н.В. Газенко и Л.М. Фокиной [46,47], Р.А. Якубовой [51], АС. Кахарова [51], О.В. Галактионовой [4], Н.П Ахметьевой, А.П. Белоусовой [3, 4, 5, 6, 7, 8,.9, 86], Е.Е. Штритер [58] и многих других.
За рубежом кроме М. Albinet [60] и J. Margat [71, 72], оценкой защищенности занимаются многие другие специалисты: Л. Аллен, Т. Беннетт, Дж. Лен и К. Нейкетт [61], J. Vrba, и A: Zaporozec [84] и пр. Проблемой защищенности занимаются и многие организации, связанные с охраной природы, например Комитет по Технологии для оценки уязвимости ПВ при Национальном; Исследовательском комитете США. Гольдберг В.М [20, 21] под защищенностью ПВ понимает «перекрытость водоносного горизонта отложениями, прежде всего слабопроницаемыми, препятствующими проникновению ЗВ с поверхности земли в ПВ». Степенью защищенности характеризуется взаимосвязь ПВ с другими компонентами окружающей среды и возможность их зафязнения через эти компоненты.J. Vrba, A. Zaporozec [84] определяют уязвимость ПВ как «природные свойства системы ПВ, которые зависят от способности или чувствительности этой системы справляться с природными и антропогенными воздействиями»
В комитете по Технологии для оценки уязвимости ПВ при Национальном Исследовательском комитете США [28] под уязвимостью понимается тенденция или вероятность достижения зафязнителями определенной концентрации в ПВ после их попадания в зону над верхним водоносным горизонтом. Этот комитет различает два основных типа уязвимости — специфическая и присущая. Под специфической уязвимостью понимается уязвимость к определенному зафязнителю, классу загрязнителей, виду антропогенной деятельности. Присущая представляет собой ту уязвимость, которая не зависит от свойств и поведения специфических ЗВ. Можно сказать, что уязвимость такого типа соответствует термину «естественная защищенность».
Оценка защищенности грунтовых вод от загрязнения чрезвычайно опасными загрязняющими веществами
Соединения азота в ГВ существуют в минеральных и органических формах. Минеральные формы соединений азота в ГВ представлены: ионом аммония (NH/), нитрит-ионом (NO2") и нитрат-ионом (NO3") и і газами: азотом і (N2) и аммиаком (NH3). Аммонийный катион, анионы нитратов и нитритов образуют хорошо растворимые соединения с ведущими анионами и катионами ПВ. Основными поставщиками азотных соединений в ПВ являются минеральные и органические удобрения (навоз и жижа) [1, 38]; сточные воды промышленных комплексов, производящих минеральные удобрения; поверхностные воды с высоким; содержанием азота, используемые для орошения; атмосферные осадки и породы, в состав которых входит большое количество азотных соединений. Атмосфера и породы являются естественными источниками! азота в ГВ. Атмосферный азот поступает в почву с атмосферными осадками и фиксируется бактериями, находящимися на корнях растений. Роль азот-фиксирующих бактерий в аккумуляции азота в почве из атмосферы велика. В среднем таким путем может накопиться азота до 60 кг/га/год. Клубеньковые бактерии бобовых растений фиксируют от 60 до 320 кг/га/год азота [52]. Наивысшая способность накопления1 азота в почве естественным путем приурочена к бобовым культурам Ї 70 —380 кг/га/год, в среднем 250 кг/га/год. Искусственными источниками азота в ГВ в районе сельскохозяйственной деятельности являются минеральные и органические удобрения.Минеральные удобрения при разложении образуют соединения азота — аммоний — NH/, нитриты — NO2" и нитраты — N03\ПДК нитратов в ПВ питьевых водах составляет 45 мг/л. [48]. Анион нитритов и аммоний в аэробных условиях неустойчивы, при участии» нитрифицирующих бактерий ион аммония окисляется и преобразуется в нитрат-ион по цепочке NH4 — NO2" — NO3" [38, 39]. В реальных природных условиях существует единственный; путь осаждения аммония в твердую фазу — сорбция глинистыми мелкодисперсными породами при рН 2 — 3.
Из этих форм существования азота в природных водах нитратная форма, более подвижна. Поэтому? из соединений? азота нитраты, наиболее опасны в отношении загрязнения ГВ на сельскохозяйственных полях. В районах интенсивной сельскохозяйственной: деятельности аммоний и нитриты не создают проблем, в отношении? загрязнения ГВ; так как, в связи» с их превращением, в нитраты, концентрация их составляет лишь несколько долей десятков миллиграммов на литр [13, 18, 38]. В городах в связи с ростом выброса неочищенных промышленных, бытовых коммунальных вод и инфильтрации атмосферных осадков ГВ могут загрязняться аммонием.
Кроме этого нитраты могут накапливаться в ГВ из кислых дождей, содержащих окиси азота. Неполные оксиды могут вступать в окислительные реакции, в результате которых образуются NO2" и NO3". Каждый год с атмосферными осадками поступают в почву от 1 до бОкг/га, в среднем И 0 кг. Данные цифры могут расти с интенсивностью применения, азотных удобрений и изменяться в зависимости от вида растений, так, для хлопчатника это значение колеблется от 30 до 210 кг/га/год, в среднем 150 кг/га/год [52].
В зависимости от степени минерализации органический азот почвы бывает негидролизуемый и гидролизуемый. Гидролизуемый? азот в зависимости от его способности к разложению, включает легко и трудногидролизуемые формы, и является основным І источником; NMMH в почве. На его долю приходится 2 — 5% общего содержания N? в почве. Гидролизуемый г N содержится в почве в виде аммония и нитратов [58]. Надо подчеркнуть что, не весь нитрат мигрирует до УГВ. Миграция соединений азота в ЗА — сложный процесс. Дело состоит в том, что нитраты подвергаются различным процессам: усваиванию корнями растений, разложению или деструкции, параметр скорости деструкции составляет 10 сут"1[52]. Деструкция протекает, главным: образом, путем денитрификации с участием денитрифицирующих бактерий, сорбции породами ЗА, коэффициент сорбции низкий: и составляет не более 0,07 — 0,2 [51], что указывает на слабую сорбируемость нитратов: почвами и породами ЗА. По литературным! данными доля: нитратов, употребляемых растениями, составляет 40 — 50%, 15 — 25% поступает в атмосферу путем денитрификации в виде молекулярного азота, 20 — 40% остается в почве в виде органических соединений и поглощается микроорганизмами. Из почвы нитраты вымываются вниз по разрезу инфильтрационными потоками [51, 52]. Постоянное использование удобрения усиливает интенсивность процессов нитрификации, денитрификации, минерализации органических соединения почвы и уменьшения азотфиксации [58]. Остаток нитратов мигрирует в ГВ. В условиях промывного режима;почв-перенос нитратов происходит в основном конвективным путем. Физико-химические особенности нитратов заключаются в их условной несорбируемости почвой и породами ЗА. В связи с этим, нитраты быстро мигрируют с инфильтрационным потоком до зеркала ГВ. Таким ; образом, соединения азота представляют большую угрозу в отношении загрязнения источников питьевой воды, что обусловливает разработку мероприятий по их охране.
В связи с фактом, что процессы образования минерального и органического N почвы (минерализация органического N-и иммобилизация минерального N) тесно взаимосвязаны и осуществляются благодаря жизнедеятельности микроорганизмов, на данные процессы влияет изменение физико-химических условий — температуры, содержания кислорода в окружающей среде (Eh) и рН. Переход начинается при температуре свыше 15 С. Однако образование аммонийного катиона происходит при достаточно низких температурах, даже зимой. Наиболее благоприятен для нитрификационных процессов диапазон рН 7,0 — 7,5 [38].
Процесс нитрификации также интенсифицируется с ростом влажности пород и? потребления растениями. В [38, 58] отмечаются результаты исследований специалистов по вопросу сезонных колебаний- качественного и количественного состава Ымин почвы в течение года: сезонные колебания находятся в тесной связи с динамикой природных процессов и деятельности человека, плотности растительности, этапа развития флоры. Низкое содержание N в почве отмечается в период зимней межени, максимальное отмечается весной и осенью в период дозревания возделываемых культур. В период летней межени содержание N в почве минимально. В результате полевых работ специалисты также заметили,- что: низкое содержание в почве NO3" в феврале связано с низкой интенсивностью его образования и с вымыванием из почвы, а интенсификация процессов минерализации и нитрификации в почве в марте-апреле связана с незначительным потреблением?растениями; поэтому количество NO3" повышается. С мая по июнь значительно уменьшается содержание NO3" в почве, что связано с высоким потреблением его растениями и с недостатком влаги; необходимой для протекания процессов нитрификации. С августа по сентябрь концентрация NO3" в, поровом растворе повышается, что связано с увеличением влагосодержания в почве, минерализацией; остатков растений в почве и снижением потребления N) растениями. Конкретные исследования? в районах воздействия? животноводческих, ферм показали высокие концентрации соединений N в ГВ зимой и ранней весной.
В итоге минимальное содержание нитратов наблюдается в вегетационный период. Осенью содержание нитратов растет и достигает максима зимой, когда при минимальном; их; потреблении происходит разложение; органического вещества и переход азота из органических форм в минеральные. Весной уменьшается содержание нитратов вследствие усиления жизнедеятельности растений.
Количественная оценка защищенности грунто вых вод бассейна р. Бенуэ от нитратного за грязнения
Защищенность ГВ от загрязнения нитратами:оценивается для случаев, когда нитраты условно распространяются на всей изучаемой территории в не зависимости от их? количественного содержания. Оценке защищенности; ГВ от загрязнения различными ЗВ предшествовало районирование территории по величине инфильтрационного питания: Для этого автором: по данным режимных наблюдений по одиночным скважинам были определены величины инфильтрационного питания ГВ, которые затем были прорайонированы в зависимости от геолого-литологических особенностей территории и глубине залегания ГВ. Диапазон изменения инфильтрационного питания на изучаемой территории изменяется в широких пределах: от 75 до 975 мм/год. Расчеты времени проникновения ЗВ до УГВ проводятся в годовом временном интервале и поэтому в расчетах используются среднегодовые величины инфильтрационного питания. В результате получаются долгосрочные прогнозные оценки загрязнения ГВ, которые носят приближенный характер.
Нитраты являются малоопасными ЗВ, концентрация: которых в ГВ может превышать 10 мг/л. Количественно защищенность ГВ от загрязнения нитратами оценивается путем определения времени, когда их концентрация достигнет ПДК в ГВ [3].
Физико-химические особенности! нитратов заключаются в их условной? нейтральности при миграции; в защитной зоне ив водоносном пласте, т.е. нитраты не сорбируются породами? и? не вступают в химические реакции? с водой при их движении; в защитной зоне до зеркалам ГВ. В связи с их малой і сорбируемостью породами и почвами защитной- зоны, нитраты способны быстро мигрировать с инфильтрационным: потоком г до водоносного горизонта. При? расчете времени1 продвижения нитрат - иона необходимо учитывать, что: во-первых нитраты являются практически несорбируемыми веществами; во-вторых, они являются малоопасными веществами: По СанПину 2.1. 4:1074-01: «Вода питьевая» ПДК нитратов в питьевых водах составляет 0,045 г/л и поэтому они относятся к химическим веществам третей г категории токсичности. Для загрязнителей такой категории, по выбранной методике [3, 4], количественная оценка защищенности ТВ от загрязнения этими веществами заключается в определении времени, за которое их концентрация в ГВ достигнет ПДК.
Определение времени миграции нитратов до УГВ Целью оценки: защищенности ГВ нитратами і как нейтральными ЗВ является демонстрация интенсивности загрязнения ГВ всеми нейтральными і ЗВ (хлориды, сульфаты и др.), быстрого их попадания в ГВ (нитратное загрязнение в некоторых регионах России отмечается и в глубокозалегающих водоносных горизонтах фундамента), а также иллюстрация того, что данный методический подход; при оценке защищенности дает слишком завышенную неблагоприятную ее характеристику. Защищенность ГВ от загрязнения нитратами оценивается по времени t3,3a которое они могут мигрировать до УГВ, по формуле (2.2).В: таблице 3.2 приведены значения-;t3. Время миграции нитратов до УГВ на большинстве участков не превышает 10 лет. На всех участках, где величинаї инфильтрационного питания составляет 600 мм/год и выше, время t3 составляет 0,3— 3,88 лет. При; инфильтрационном питании 250 мм/год t3 составляет 4,36 лет научастке 44 и 14,49 лет на участке 39. При инфильтрационном питании — 100 мм/годt3 составляет 5,53 — 5,86 лет на участках 4 и;7, 52 и 88 лет на участках 11 и 12. Набольшей части территории нитраты могут попасть в ГВ, причем в очень короткоевремя; даже при минимальном инфильтрационном питании.
На рисунке 3.3. показана; степень защищенности ГВ на каждом участке в зависимости от времени их продвижения до УГВ. За критерий категоризации принят срок действия водозаборов (25! лет), принято, что чрезвычайно незащищенными являются воды, на которых время достижения фронтом загрязняющего потока УГВ составляет 0—10 лет, сильно незащищенными —10 — 20 лет, незащищенными 20— 30 лет, слабо защищенными — 30 — 40 лет и защищенными более 50 лет. Такимиобразом, на 35 участках ГВ чрезвычайно незащищенные, на 7 (9, 10, 15,26, 31, 38,39) сильно незащищенные, на одном (16) незащищенные, а лишь на двух (11 и:12)защищенные.
