Содержание к диссертации
Введение
1. Современные представления о подземном стоке в Балтийское море 9
2. Физико-географические условия исследуемой территории 18
3. Геологическое строение бассейна Финского залива 27
4. Гидрогеологические условия бассейна Финского залива 37
5. Методы исследования разгрузки подземных вод в условиях бассейна Финского залива 56
6. Количественная и качественная оценка разгружающихся в Финский залив подземных вод 79
7. Характеристика загрязнения вод Финского залива 100
8. . Анализ загрязнения подземных вод, разгружающихся в Финский залив 116
9. Система эколого-гидрогеологического мониторинга и природоохранные меры в условиях разгрузки подземных вод 127
Заключение 145
- Физико-географические условия исследуемой территории
- Гидрогеологические условия бассейна Финского залива
- Количественная и качественная оценка разгружающихся в Финский залив подземных вод
- Анализ загрязнения подземных вод, разгружающихся в Финский залив
Введение к работе
Балтийское море имеет площадь водосбора 1 700 000 км2 - на берегах которого располагаются территории 9 государств, включая такие мегаполисы Европы как Санкт-Петербург, Таллинн, Рига, Копенгаген, Гданьск, Хельсинки и другие (рис.1.1.). Восточная часть Балтийского моря - Финский залив (площадью 30 000 км2), является самой уязвимой, что связано с изолированностью от Мирового океана, небольшим объемом воды, урбанизированностью его побережья.
Подземные водоносные горизонты, разгружающиеся в Финский залив и в пределах его побережья, являются в свою очередь весомой составляющей общего водообмена, во многом определяя экологическое состояние прибрежной части акваторий Финского залива и состав морских вод (в том числе донных осадков), активно участвуя в типологических изменениях и развитии биоты. Этот элемент водного баланса (разгружающиеся подземные воды) существенен для внутренних водоемов, к которым относится Финский залив и на отдельных участках его побережья доля притока подземных вод, как и степень их загрязненности, изменяется в значительных пределах. В настоящее время загрязнение подземных вод, как и других элементов окружающей среды, в наибольшей степени обусловлено антропогенной нагрузкой, вместе с тем подземные воды выступают в роли, переносчика загрязнения. К сожалению, столь важный аспект, как правило, игнорируется при оценке и прогнозе экологического состояния поверхностных водоемов и прибрежных областей.
Рис. 1.1. Расположение области исследования в пределах бассейна Балтийского моря (Балтийское море, 2002).
Роль подземного стока в формировании геохимической и гидробиологической обстановки практически не исследовалась, впрочем, количественные параметры подземного стока определялись
лишь приблизительно в силу сложности изучения. К тому же, существующие данные характеризуют подземный сток, в общем, для всего бассейна Балтийского моря и, лишь в редких случаях, дается дифференцированная оценка для отдельных его частей.
Таким образом, изучение подземного стока в Финский залив и степени загрязненности разгружающихся подземных вод являются весьма актуальными задачами, как с практической (рациональное использование водных ресурсов и разработка природоохранных мер), так и с теоретической (локальные исследования экосистем побережья) точки зрения.
Объектом диссертационного исследования является побережье бассейна стока Финского залива в пределах Российского побережья, включая Карельский перешеек, Большой Петербург, Ижорское плато.
Основная цель работы заключалась в количественной оценке притока подземных вод и определении качественной характеристики подземных вод разгружающихся в Финский залив, в оценке степени загрязнения подземных вод и экологических последствий их загрязнения. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
изучение гидрологических, морфо-литологических, геолого-гидрогеологических условий береговой части Финского залива с целью выявления естественноисторических и антропогенных факторов и закономерностей загрязнения подземного стока;
районирование береговой полосы Финского залива с дифференциацией по зонам в зависимости от морфо-
литологических, гидрогеологических, геологических условий разгрузки подземных вод;
совершенствование и адаптация методов изучения подземного стока;
определение масштабов разгрузки подземных вод в различных зонах;
оценка ионного стока;
определение характера и степени загрязнения разгружающихся подземных вод в выделенных зонах;
определение возможных экологических последствий загрязнения подземных вод, в том числе оценка влияния разгружающихся подземных вод на развитие биоты;
обоснование природоохранных мер в условиях Финского залива.
В основу диссертации положены материалы, собранные в период с 1998 по 2004 годы - по гидрохимическим, гидродинамическим характеристикам подземных и поверхностных вод, а также данные многолетних географических и гидрогеологических исследований. В работе использованы материалы кафедры гидрогеологии СПбГУ, фондовые материалы Регионального Геологического Фонда, ВСЕГЕИ, ГГИ, Сестрорецкого курорта, СЕВМОРГЕО, а также опубликованные материалы.
В процессе исследования анализировались результаты литохимических исследований донных осадков и произведено комплексное изучение (химический анализ воды и донных отложений)
более 26 точек в акватории Финского залива. Изучался также состав и расположение источников и пластовых высачиваний в пределах побережья.
На основе полученных данных были построены тематические карты в Arc Info и Maplnfo, таким образом, интерпретация полученных данных осуществлялась с использованием технологий ГИС. База данных по объекту исследования содержит информацию по 700 скважинам и родникам, представляя собой связанные таблицы Excel и Access.
Для достижения цели и решения задач, поставленных в работе,
необходимо было провести обобщение и анализ всех методов,
используемых при оценке подземного стока. Во время исследования
были опробованы гидрохимический, гидродинамический,
термометрический, газогидрохимический и гидролого-
гидрогеологический, а также изотопный методы исследования масштабов разгрузки подземных вод. Ряд методов в процессе работы был адаптирован к условиям Балтийского моря как, например, термометрический или радоновый.
Большая часть химических анализов природных вод проводилась в лаборатории кафедры гидрогеологии СПбГУ. На основе полученных результатов определялась степень загрязнения подземных и поверхностных вод. Доля притока подземных вод в общем водном и солевом балансе исследуемой акватории рассчитана с использованием средневзвешенных значений модуля подземного стока для бассейна Финского залива.
Значимость полученных результатов заключается: в выявлении факторов и закономерностей изменения особенностей
разгрузки подземных вод в результате естественноисторических процессов и антропогенного воздействия на разные составляющие водного баланса; в определении роли подземных вод в загрязнении акватории и береговой зоны Финского залива; в исследовании качественного состояния побережья, в том числе изменения биотической составляющей в пределах исследуемой территории; в адаптации методов изучения подземного стока; в выявлении зон локальной сосредоточенной разгрузки подземных вод; в обосновании системы эколого-гидрогеологического мониторинга подземных вод.
Большая помощь на протяжении всей работы оказана автору коллективом кафедры гидрогеологии СПбГУ, ВСЕГЕИ, ГГИ и СЕВМОРГЕО.
Исследование сопровождалось консультациями докторов
геолого-минералогических наук: чл.кор. РАН В.Г.Румынина,
М.А.Спиридонова, И.С.Зекцера, ЕАБаскова; докторов
географических наук: В.С.Вуглинского, К.В.Чистякова; кандидата
географических наук: М.Л.Маркова; кандидатов геолого-
минералогических наук В.К.Учаева, В.В.Тихомирова,
Г.И.Мартьяновой, А.А.Шварца, О.Н.Яковлева, Н.А.Виноград;
инженера С.В.Завилейского, Е.П. Каюковои. Всем им автор выражает
искреннюю благодарность.
Физико-географические условия исследуемой территории
Территория Финского залива расположена на северо-западной окраине Русской платформы. Она расположена между двумя крупными водоемами региона - Финским заливом и Ладожским озером. Эти водоемы оказывают сильное влияние"на климат и, являясь базисами эрозии, в известной мере, определяют формирование рельефа и распределение гидрографической сети. Несмотря на мелководность залива (и Балтики в целом), дно имеет весьма неровный рельеф (впадины, цоколи островов, чередующиеся пороги). Рассматриваемая территория расположена в пределах Прибалтийской низменности, абсолютные отметки которой изменяются до 200 метров. Наиболее низкие места приурочены к побережью Финского залива, наиболее высокие - к отдельным возвышенностям. Северная часть бассейна - север Карельского перешейка -является южной частью Балтийского щита, сложенного изверженными и метаморфическими породами архейско-протерозойского возраста. В период оледенения она являлась областью сноса. Поверхность кристаллических пород здесь характеризуется холмисто-грядовым рельефом с северо-западной ориентировкой. На вершинах гряд коренные породы выходят на поверхность, межгрядовые понижения выполнены четвертичными отложениями, абсолютные отметки поверхности на большей части не превышают 50-100 метров, увеличиваясь в районе Лемболовской возвышенности до 200 метров. Среди рек Карельского перешейка по величине водосбора и многоводности можно выделить Неву и Вуоксу. Основной приток Невы - рекаОхта имеет площадь водосбора 730 км2 и среднегодовой расход 7.2 м3/сек. На Карельском перешейке прямо в залив впадают реки Сестра, Черная, Быстрая и Каменка. Питание рек и озер происходит за счет талых снеговых вод, а также дождей и подземных вод.
Прибалтийская низменность представляет собой довольно однообразную, слабо волнистую, равнину, в целом полого наклоненную на север, на которой отчетливо выделяются ряд возвышенностей и понижений. Наиболее значительные возвышенности достигают абсолютных отметок 200 метров. К ним относятся возвышенности в центре Карельского перешейка и Ижорское плато. Южные склоны Центральной возвышенности Карельского перешейка включают в себя Токсовские и Агалатовские высоты, являясь внутренними водоразделами. Понижения рельефа в виде обширных низменностей с абсолютными отметками до 50 метров расположены в северной, центральной и западной частях территории (Вуоксинская низина в северной части Карельского перешейка, предглинтовая низменность, впадина Финского залива). Остальная часть территории представляет собой равнину с абсолютными отметками от 50 до 100 метров. Прибалтийская низменность представляет собой хорошо террасированную равнину и характеризуется хорошо развитой гидрографической сетью, представленной многочисленными реками и озерами (рис.2.1.). Равнинный рельеф и развитие на поверхности слабо водопроницаемых валунных суглинков и ленточных глин привело к образованию обширных заболоченных территорий. Особенно характерно развитие болот в низинах и на плоских междуречных пространствах. Равнина, окаймляющая Финский залив узкой полосой, расширяющаяся там, где когда-то существовали заливы моря, например, заболоченная низина в районе Сестрорецка, отделенная от Финского залива песчаной пересыпью, перевеянной в дюны.
Ижорское плато представляет собой приподнятую равнину с абсолютными отметками поверхности 120 - 150 м, площадью 3500 км2. Граница плато на севере и северо-западе проходит по Балтийско-Ладожскому уступу (глинту), представляющему собой ступень рельефа высотой 40 - 60 метров и крутизной склонов от 20 -60. Глинт прорезается многочисленными оврагами, которые часто имеют значительную глубину и протяженность. Общий равнинный характер плато нарушается отдельными грядами ледникового происхождения. Наряду с типично ледниковыми формами рельефа большую роль в формировании поверхности плато играют проявления карста (воронки, суходолы, лога). Благодаря развитию карста, обуславливающего быстрый переход поверхностного стока в подземный, в центральной части Ижорского плато отсутствует речная сеть. Реки формируются лишь по его периферии в результате выхода поглощенных карстовых вод на поверхность в виде многочисленных родников. Густая, хотя и неравномерно развитая речная сеть, многочисленные крупные и мелкие озера, множество болот - все это создает картину изобилия поверхностных вод, которое является отличительной особенностью территории. Расходы основных водопритоков центральной части исследуемой территории приведены в таблице 1. Беден поверхностными водами лишь район Ижорского плато, где вследствие закарстованности известняков и малой мощности четвертичного покрова создались условия, особенно благоприятные для формирования подземного стока.
Гидрогеологические условия бассейна Финского залива
В гидрогеологическом плане рассматриваемая территория находится на северо-западном крыле Ленинградского артезианского бассейна, охватывающего западную часть Московской синеклизы в пределах бассейна Балтийского моря. В структуре артезианского бассейна можно выделить три этажа: кристаллический фундамент, вендско-палеозойский осадочный чехол и четвертичный покров. В целом можно выделить следующие водоносные горизонты, распространенные в пределах исследуемой территории: 1. приуроченные кдочетвертичным отложениям: - архейско-протерозойский водоносный комплекс (AR-PRj), - гдовский (нижнекотлинский) водоносный горизонт O kti), - ломоносовский водоносный горизонт (Єї lm), - кембро-ордовикский водоносный горизонт (Є-0), - ордовикский водоносный комплекс (О г), - наровский водоносный горизонт (D2nr)- 2. приуроченные к четвертичным отложениям: - межморенный водоносный комплекс (ІдИдЮг-з). - водоносный горизонт озерно-ледниковых отложений (Igl Q3VCI). Архейско-нижнепротерозойский водоносный комплекс (AR - PR) сложен разнообразными кристаллическими сланцами, гранито-гнейсами, гнейсами и другими метаморфическими и интрузивными горными породами. В целом породы классифицируются как локально обводненные. Водообильность низкая, удельный дебит скважин измеряется сотыми и тысячными долями литра в секунду, коэффициент фильтрации изменяется от 0.004 до 0.5 м/сут. В пределах Балтийского массива при отсутствии водоупорных слоев в четвертичном покрове трещинные воды безнапорные.
Уровни грунтовых вод залегают на глубине от 0.3 до 10 м. На территории, где кристаллический фундамент перекрывается водоупорными породами осадочного покрова, трещинные воды напорные, статистический уровень при неглубоком залегании фундамента располагается близко к поверхности, в понижениях рельефа наблюдается самоизлив. Химический состав и степень минерализации подземных вод близки к соответствующим характеристикам вышележащих водоносных комплексов осадочной толщи. Подземные воды экзогенной зоны трещиноватости пресные и ультрапресные с минерализацией 0.1 - 0.4 г/л, гидрокарбонатные и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые и кальциево-натриевые. Как правило, в составе подземных вод содержание микрокомпонентов не существенно. Из специфических компонентов могут наблюдаться повышенные концентрации железа и марганца, а из газовых компонентов - радон. Водоносность пород кристаллического фундамента в экваториальной части может быть оценена по аналогии с береговой зоной. Наиболее обводненными обычно являются зоны тектонических нарушений. Обводненность кристаллических пород в зависимости от характера трещиноватости и количества зон разломов может меняться от сплошной до локальной.
Трещинные воды кристаллических пород описываемого комплекса встречаются преимущественно до глубины 50-60 м. В целом, в пределах акватории Финского залива выделяется локально обводненный комплекс трещиноватых пород (гнейсо-гранитов, гнейсов и кварцитов) нижнепротерозойского возраста, обычно перекрытых чехлом четвертичных отложений. Водообильность массива связана с локальной трещиноватостью и, в целом, слабая. Дебит скважин в береговой зоне порядка 0.002 - 0.0007 л/сек. Воды безнапорные, но под покровом водоупорных четвертичных отложений они могут приобретать напор. В соответствии с этим на крутых обнаженных склонах, сложенных кристаллическими породами, на контакте их с четвертичными рыхлыми отложениями, может происходить их разгрузка в морскую воду. Для обводненных трещиноватых зон, связанных с отдельными разломами глубинного заложения»на окружающей суше установлены солоноватые хлоридные натриевые воды с минерализацией 1.6 - 5.5 г/л (скважина 120 метров, пос. Барышево, Выборгский р-н). Возможно, подобные воды могут встречаться и в пределах акватории в Выборгской зоне разломов, а также в переуглубленной долине, идущей вдоль северного берега Финского залива к западу от Зеленогорска. Практическое использование трещинно-жильных вод фундамента ограничивается севером Карельского перешейка. Гдовский (нижнекотлинский) водоносный горизонт (\@ Ь). В основании осадочного чехла залегает гдовский водоносный горизонт пористо-трещиноватых пород с преобладанием в разрезе песков и песчаников. Преимущественно водоносными являются базальные песчаники и гравеллиты. Этот горизонт распространен повсеместно под более молодыми отложениями и только на севере Карельского перешейка (в районе Сосново), он ближе всего к поверхности. Минерализация повышается в южном направлении (г. Выборг - 100 мг/л, г. Сестрорецк- 1 г/л).
Преобладающими являются катионы Са, Na и анионы НСОз, характерная жесткость 1.5 мг-экв/л, которая к югу возрастает до 12.7 мг-экв/л с увеличением хлор-анионов. российская государственная іеидоютека На Карельском перешейке и в предглинтовой полосе восточнее р. Нарвы глубина залегания кровли водоносного горизонта изменяется от 20 до 120 метров. Водообильность пород на этой площади довольно значительная. Удельный дебит скважин изменяется от десятых долей л/с до 1л/с. Возможный эксплуатационный дебит скважин составляет 3 -Юл/с. В экваториальной части глубина залегания кровли водоносного горизонта может изменяться от 40 до 70 метров. На Карельском перешейке мощность горизонта составляет 40 - 80 метров. , Воды гдовского горизонта по типу циркуляции порово-трещинно-пластовые, напорные. Наиболее высокие пьезометрические уровни вод гдовского горизонта зафиксированы на Карельском перешейке - (60 м) над уровнем моря.
По мере понижения современного рельефа уменьшаются и пьезометрические отметки (Сестрорецк +15м, Озерки +4м). Общее снижение напорных уровней направлено в сторону Финского залива и Ладожского озера. На южном побережье Финского залива, в пределах Эстонии, пьезометрический уровень гдовского горизонта устанавливается на 4-6 метров выше уровня моря. Необходимо отметить, что интенсивная эксплуатация водоносного горизонта вызвала значительное снижение напора подземных вод. Это привело к образованию крупной пьезометрической депрессии. Центральная (Лемболовская) возвышенность Карельского перешейка, где существует пьезометрический купол, может рассматриваться как локальная область питания и гидравлического воздействия, откуда подземные воды стремятся в сторону Финского залива и Ладожского озера. Питание гдовского водоносного горизонта имеет сложный характер. Оно осуществляется как за счет проникновения атмосферных вод, (область питания находится в северной части Карельского перешейка), так и за счет поступления соленых подземных вод из глубоких частей Среднерусского артезианского бассейна. При этом » подъем соленых вод происходит преимущественно по тектоническим трещинам. Особенности питания сказывается на химическом составе вод гдовского горизонта. На Карельском перешейке, севернее г. Сестрорецка они пресные (0.2-1 г/л), гидрокарбонатно-калыдиевого состава. По мере удаления от Балтийского кристаллического щита и погружения водоносного горизонта на юго-восток, воды становятся хлоридными натриевыми, а степень минерализации последовательно увеличивается до 3-10-35 г/л. В пределах Санкт-Петербурга по химическому составу воды хлоридно-натриевые, солоноватые с минерализацией 2.4-4.6 г/л. / Следует отметить, что в районе Сестрорецкого курорта воды гдовского горизонта слабо радоновые. Можно предполагать, что и в экваториальной части в районе Сестрорецка - Зеленогорска до недавнего времени можно было встретить субаквальные выходы (особенно в переуглубленных долинах) вод с повышенной радиоактивностью.
Количественная и качественная оценка разгружающихся в Финский залив подземных вод
Качество подземных вод определяется геологическими, гидрогеологическими условиями территории- в- совокупности с влияющим техногенными фактором. К естественным факторам следует отнести условия формирования и миграции подземных вод, литологическии состав вмещающих пород, а к техногенным факторам, прежде всего, относится величина водоотбора и степень загрязнения воды антропогенными компонентами. Под "загрязнением" подземных вод понимают ухудшение качества воды (химических, физических, биологических свойств), вызванное хозяйственной деятельностью человека. Степень загрязненности подземных вод во многом определяется их защищенностью, т. е. перекрытостью отложениями, препятствующими проникновению загрязняющих веществ с поверхности земли или из вышележащего водоносного горизонта. Защищенность зависит от глубины до уровня подземных вод, мощности слабопроницаемых пород, литологии и сорбционных свойств пород.
Загрязнение подземных вод может выражаться в повышении содержания природных компонентов (в результате изменения гидродинамических условий водоносного горизонта), а также в появлении специфических веществ искусственного происхождения -неорганических (цианиды, роданиды), органических (нефтепродукты, пестициды, фенолы, синтетические поверхностно-активные вещества (СПАВ) и др.). Обычно выделяют две стадии загрязнения: начальную стадию, когда содержания компонентов выше фонового, но ниже ПДК, и собственно загрязнение, когда концентрации отдельных компонентов превышают ПДК. Вклад подземного стока в загрязнение Финского залива до сих пор не определялся. По нашим данным вклад загрязнения, приносимый с подземными водами, на локальном уровне представляет угрозу для экосистемы побережья. Так, результаты исследования позволили выявить повышенные концентрации ряда природных компонентов, среди которых выделяются барий, железо, бром, йод и другие [5]. Наибольшие концентрации железа (до 30 и более мг/л) отмечаются в подземных водах, приуроченных к четвертичным и девонским водоносным комплексам, в районах, где они содержат железистые минералы и перекрыты водоупорными породами и, соответственно, во вмещающих породах имеют место восстановительные условия (Eh = 50 - 100). Для остальных горизонтов характерны низкие концентрации железа менее 1 мг/л, что обусловлено положительными значениями Eh (до + 400). Там же, где уменьшается значение Eh, отмечается и повышенное содержание железа (до 3-5 мг/л).
Количество железа, ежегодно вносимого подземными водами, во второй зоне составляет около 34т.тонн, что в тысячи раз меньше количеств, вносимых с речным стоком. Распределение концентраций марганца, благодаря общности геохимических свойств, подчиняется тем же закономерностям, что и для железа, однако распространение минералов, содержащих марганец, несколько отличается. Повышенные концентрации марганца (до 0.3 мг/л), отмечены в напорных водоносных горизонтах, приуроченных к четвертичным отложениям. Повышенные концентрации бария связаны с наличием барий-содержащих минералов (барита и баритокальцита) и лимитируются наличием в воде сульфатов. Максимальные концентрации для пресных вод отмечены в вендском (гдовском) горизонте - до 1.2 мг/л, ордовикском водоносном горизонте - до 2.7 мг/л, в водах девонского комплекса -до 1.7 мг/л, в кембро-ордовикском водоносном комплексе - до 1.7 мг/л, в водах четвертичных отложений - до 0.9 мг/л. Повышенные концентрации брома (0.005-0.01 мг/л) отмечаются в водах вендского комплекса, причем они возрастают вместе с минерализацией и достигают максимальных значений для пресных вод (до 1 г/л) при переходе от гидрокарбонатно-натриевого к хлоридно-натриевому составу. По всей видимости, это связано с наличием этого элемента в водах морского генезиса, встречающихся в комплексе водовмещающих вендских песчаников и прослоях аргиллитов и алевритов. Повышенные концентрации приурочены к зонам наименьшей промытости вмещающих пород инфильтрационными водами. Значимые концентрации йода (до 70 мкг/л) и фтора (0.5-1.5 мг/л) отмечаются в водах вендского комплекса и распространены на относительно небольшой территории.
В процессе выщелачивания медноколчедановых руд природные воды обогащаются соединениями кобальта. Соединения кобальта в природных водах находятся в растворенном и взвешенном состоянии, количественное соотношение, между которыми определяется химическим составом воды, температурой и значениями рН. Растворенные формы представлены в основном комплексными соединениями. Значимые концентрации кобальта (до 0.068 мг/л) обнаружены только в водах вендского комплекса. Молибден легко мигрирует в щелочных содовых водах и при высоких значениях Eh. Значимые концентрации молибдена (до 0.018 мг/л) встречаются лишь в ордовикском горизонте. Среди радиоактивных компонентов подземных вод особое место занимает радон - невидимый, не имеющий вкуса и запаха, хорошо растворимый в воде тяжелый инертный газ. Радон является одним из продуктов радиоактивных рядов изотопов урана и тория. Будучи радиоактивным, он распадается, испуская а-частицы, продуцируя радиоактивные изотопы Ро, Pb, Bi, распад которых в свою очередь сопровождается как а, так и р излучением. Региональные исследования показали, что концентрации радона в подземных водах Санкт-Петербургского региона колеблются в значительных пределах и составляют 4 - 1700 Бк/л [14]. Концентрация радона в подземных водах зависит от ряда факторов. К главным факторам, определяющим концентрацию радона в водах, относится содержание материнских радиоактивных элементов, коэффициент эманации (доля радона, переходящая в поровое пространство пород) и пористость (трещиноватость) пород. При обогащении подземных вод радоном большую роль играют геолого-структурные, литолого-фациальные и гидрогеологические условия. Кроме того, на концентрацию радона в воде оказывает влияние время соприкосновения воды с породой, которое зависит от скорости движения подземных вод. На участках приподнятых геологических структур (щиты, массивы, антиклинальные структуры) условия формирования радоновых вод более благоприятные, чем в пределах впадин, прогибов и синклинальных структур.
Анализ загрязнения подземных вод, разгружающихся в Финский залив
Проявления антропогенного влияния, как на локальном, так и на региональном уровне, чрезвычайно многообразны. Последствиями такого влияния выступают - ухудшение общего состояния побережья, изменение условий существования растительного и животного мира, рост заболеваемости среди населения, загрязнение подземных вод. Тесная взаимосвязь всех элементов геосистемы обеспечивает ее целостность. Вертикальные (внутренние) связи внутри геосистемы способствуют распределению антропогенного воздействия от элемента к элементу, например, от растительности к почвам и через почвенный покров к подземным водам, от поверхностных и грунтовых вод к растительности, и в итоге влияют на изменение всего комплекса (рис 8.1.). Аккумуляция загрязнения происходит не только в илах водоемов и в почвах, а также поглощается, биотой (растениями, животными, микроорганизмами) и концентрируется в водоносных толщах. Круговорот воды создает условия для формирования поверхностной и подземной гидросферы, а также влияет на развитие биотических компонентов геосистемы. Вода играет большую роль в переносе вещества, и соответственно в распространении загрязнения. Если же говорить конкретно о подземном стоке, то антропогенное воздействие приводит к долговременным изменениям как, например, режима подземных вод, связанного с избыточным водоотбором из водоносных горизонтов.
Изменение режима подземных вод, соответственно влечет уменьшение поступления подземных вод в Финский залив. В пределах исследуемой территории наиболее интенсивно эксплуатируются ордовикский, гдовский и межморенный водоносные горизонты. Например, на Ижорском плато примерно половина родникового стока (ордовикский водоносный горизонт) расходуется на централизованное водоснабжение. Образование депрессионной воронки в гдовском и межморенном горизонте (и снижение пьезометрических уровней) могло привести к изменению характера взаимодействия подземных и поверхностных вод. Загрязнение подземных вод, разгружающихся в Финский залив, происходит на всей площади водосборного бассейна. Источники загрязнения окружающей среды могут быть разделены на площадные и точечные. К площадным относятся: 1. выбросы в атмосферу 2. региональное загрязнение грунтов 3. сельскохозяйственное загрязнение Точечные источники загрязнения могут быть разделены на : 1. предприятия атомно-промышленного комплекса 2. горные и горноперерабатывающие предприятия 3. промышленные предприятия 4. агрохозяйственные и животноводческие комплексы 5. санкционированные и несанкционированны свалки 6. сбросы сточных вод 7. портовые и нефтеналивные сооружения. Основные техногенные объекты восточной части Финского залива представлены на рис. 9.2. (см. глава 9).
На изучаемой территории зафиксированы выбросы в атмосферу диоксида серы, диоксида азота, окиси углерода, сероводорода, органических соединений, аммиака, тяжелых металлов. Вместе с атмосферными осадками эти соединения попадают на поверхность земли и, с инфильтрующимися водами, достигают уровня подземных вод. Региональное загрязнение грунтов характерно для территорий населенных пунктов и промышленных предприятий. Например, общая площадь населенных пунктов составила в Кингисеппском районе 9274 га, в Ломоносовском - 9187 га, в Волосовском -1114 га. В почвах и грунтах населенных пунктов и промышленных зон наблюдаются повышенные концентрации никеля, меди, цинка, свинца, мышьяка, кадмия. В промышленных зонах к этому списку добавляется хром. Техногенное загрязнение почв, являющихся депонирующей средой, формируется вокруг промышленных и сельскохозяйственных предприятий, мест свалок бытовых и промышленных отходов. Интенсивное загрязнение почв наблюдается на территориях, прилегающих к городам Кингисепп, Сланцы, Сосновый Бор. К региональному загрязнению приводят также выбросы автотранспорта. Загрязнение почв и грунтов в этом случае носит линейный характер. Загрязнение сельскохозяйственных земель связано с применением средств химизации. Подземные воды могут загрязняться минеральными и органическими удобрениями, ядохимикатами. Так, в Кингисеппском районе общая площадь пашни составляет 16296 га. Ежегодно в районе вносится 1660 т минеральных удобрений (86 кг на 1 га пашни) и 134 т органических удобрений. Обрабатывается ядохимикатами 3520 га посевов, в том числе 2075 га гербицидами от сорняков, 536 га - от вредителей и 1260-от болезней. Точечные источники загрязнения приурочены в основном к крупным населенным пунктам. Интенсивную техногенную нагрузку испытывает территория Большого Петербурга.
Рассмотрим уровни влияния разгружающихся подземных вод в пределах бассейна Финского залива. Региональное влияние притока подземных вод заключается в привнесении растворенных веществ в поверхностные воды. Т.е., солевой баланс поверхностных вод во многом связан с химическим составом подземных вод. На локальном уровне, где подземные (грунтовые) воды представляют собой техногенные растворы, они оказывают наиболее существенное влияние на состав поверхностных вод [75]. Особенно значимо влияние разгружающихся артезианских вод, обладающих повышенной минерализацией. Величина модуля ионного стока испытывает широтную зональность. Широтная зональность заключается в увеличении модуля ионного стока с севера на юг, связанного с ростом минерализации вод верхней гидродинамической зоны [71]. Увеличение величины модуля ионного стока происходит на участках развития легко растворимых карбонатных пород.
Для Финского залива средний модуль ионного стока по данным проведенных исследований составляет 52.2 тонн/год с км2. Основную долю в ионном стоке составляет хлор, сульфаты, кальций, магний, натрий. Сумма солей, поступающих с разгружающимися подземными водами, по сравнению с суммой солей поверхностных вод - величина незначительная. Однако, как уже говорилось ранее, химический состав разгружающихся подземных вод играет важную роль на локальном уровне. В этом случае, подземный сток принимает участие в загрязнении поверхностных вод. Например, в работе Воронова А.Н., Сениной Н.Н., Хазановича К.К. описывается случай загрязнения вод Таллиннского залива подземными водами, принимающими на себя загрязнение в результате растворения пиритного огарка, захороненного в почвенном слое [68]. Химическое предприятие складировало пиритный огарок в предглинтовой полосе в зоне грунтового потока, приуроченного к песчаным четвертичным отложениям. Поверхность грунтовых вод равномерно снижается от глинистого уступа до уровня моря, что свидетельствует о разгрузке подземных вод в воды залива. Единичный расход потока составил 0.02 м3 в сутки. С помощью равномерно распределенной системы шурфов изучалось изменение химического состава подземных вод. В целом под влиянием взаимодействия пиритного огарка с грунтовыми водами, состав последних существенно изменился. Величина рН снизилась до 3.4, концентрации сульфатов возросли до 2700 мг/л, содержание железа достигло 400мг/л, а фтора - до 55 мг/л. Минерализация грунтовых вод увеличилась до 7.5 г/л, при фоновой - в 270 мг/л.
