Введение к работе
Актуальность работы. Ресурсы подземных вод являются, как известно, основным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения, Орловская область имеет значительные запасы этих вод. По данным Комитета природных ресурсов Орловской области, величина разведанных запасов на 01.01.2009 г. составляет 2590,7 тыс. м3/сут. Доля подземных вод в балансе хозяйственно-питьевого водоснабжения -100%. Степень разведанности прогнозных ресурсов подземных вод по состоянию на 01.01.2011 г. составляет 29,8%.
В регионах в условиях интенсивной хозяйственной деятельности, может происходить загрязнение подземных вод и соответственно ухудшение их качества.
На качество подземных вод Орловской области в значительной степени влияют животноводческие комплексы, природным загрязнителем является также стронций, поступающий в подземные воды в ходе миграции из обогащенных стронцием водовмещающих пород.
Поэтому изучение условий формирования подземных вод и оценка геологической защищённости верхних водоносных горизонтов от загрязнения, а также выбор математического аппарата и разработка программного обеспечения расчётов движения загрязнённых вод в районе животноводческих комплексов являются весьма актуальными для регионов с интенсивной хозяйственной деятельностью человека и недостаточной защищенностью верхних водоносных горизонтов от загрязнения, каковым является Орловская область.
Целю работы является изучение подземных вод Орловской области и прогноз их загрязнения в районе животноводческих комплексов. В соответствии с этим поставлены следующие задачи:
изучить условия формирования подземных вод и геологическую защищённость верхних водоносных горизонтов на территории Орловской области;
осуществить мониторинг методом отбора проб подземной воды в водозаборных сооружениях животноводческих комплексов, являющихся потенциальными источниками загрязнения;
провести химический анализ проб по основным показателям, при обнаружении загрязняющих веществ установить основные гидро-геодинамические показатели водоносных горизонтов;
-изучить гидрогеологические условия и составить гидрогеологические карты и разрезы водозаборов предприятий, в которых содержатся некондиционные подземные воды;
установить генезис загрязнителей, форму миграции и пути их поступления в водозаборы животноводческих комплексов;
разработать программно-аналитический комплекс, на основании которого рассчитать основные гидрогеодинамические параметры, необходимые для прогноза массопереноса загрязняющих веществ;
произвести прогноз движения загрязняющих компонентов и отобразить полученные результаты графически.
Объект исследований: подземные воды Орловской области.
Предмет исследования: источники, характер, масштабы и динамика загрязнения водозаборов подземных вод в районе животноводческих комплексов.
Теоретической и методологической основой исследования являются труды В.М. Гольдберга, В.М. Шестакова, И.Е. Жернова, Л. Лункера, В.А. Мироненко, А.А. Рошаля, Л.С. Язвина и других российских ученых посвященные моделированию и прогнозам загрязнения подземных вод. Работы СР. Крайнова, характеризующие качество подземных вод и рассматривающие геохимические модели прогноза. Труды Б.В. Боревского, Н.И. Дробнохода, Н.Н. Бинденмана посвященные определению основных гидродинамических параметров водоносных горизонтов. Работы А.А. Лубянского посвященные гидрогеологической и геологической характеристике Орловской и Курской областей.
Материалы и методы исследования. В основу диссертационной работы положены авторские результаты, а также анализ банка данных службы ГМСН Орловской области, ОАО «Геоцентр-Москва» -филиалы «Геоцентр-Брянск», ТЦ «Орелгеомониторинг». Использованы материалы филиала по Орловской области ФГУ "ТФГИ по ЦФО". Исследования проводились с использованием методов: мониторинга, картографического, полевых исследований, анализа и синтеза, матема-тико-картографического моделирования, ГИС-технологий.
Достоверность результатов работы подтверждается использованием значительного объема исходных данных, которые получены в результате проведения мониторинга как собственно автором, так и при участии в работе службы ГМСН Орловской области ОАО, «Геоцентр-Москва» - филиал «Геоцентр-Брянск», ТЦ «Орелгеомониторинг». Также достоверность обеспечивается применением юстированных и нормируемых методов исследования и математической обработкой информации.
Научная новизна и практическая значимость. Впервые для подземных вод Орловской области установлен ранее неизвестный загрязнитель природного характера, обусловленный продвижением
стронция в водоносном задонско-оптуховском комплексе. Разработанная модель позволяет отслеживать продвижение фронта стронция на любой период времени, входящий в предел 27 лет, и прогнозировать его появление в местах возможного бурения скважин для водоснабжения. Проведенный анализ позволяет более точно рассчитать глубину бурения с целью использования кондиционный воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения на территории распространения природной аномалии.
Изученные гидрогеологическая обстановка, конструкция скважин, а также причина попадания нитратов в рабочий водозабор ОАО «Орловская птицефабрика» делает возможным водопотребление на данном предприятии, исключающее некондиционные подземные воды.
Разработаны программные продукты, которые позволяют во всех организациях, которые занимаются гидрогеологическими исследованиями, проводить расчеты для геофильтрацонного моделирования, гидрогеологических расчетов коэффициента фильтрации, скорости фильтрации, как в латеральном, так и вертикальном направлениях.
Защищаемые положения:
-
Результаты изучения условий формирования и загрязнения подземных вод Орловской области.
-
Результаты оценки качества подземных вод и прогноз движения стронциевого загрязнения в районе водозаборов животноводческих комплексов на территории Орловской области.
-
Программное обеспечение «Filtercomplex v 1.0», позволяющее оптимизировать вычислительный процесс моделирования загрязнения подземных вод.
-
Рекомендации по улучшению качества подземных вод в районе животноводческих комплексов Орловской области.
Апробация работы. Материалы диссертации представлены и доложены на региональных научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и студентов «Неделя науки» Орел ГАУ (Орел, 2010, 2011); Региональной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационный потенциал молодых ученых - АПК Орловской области» (Орел, 2010); Международной научно-практической конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Пути повышения устойчивости растениеводства к негативным природным и техногенным воздействиям» (Орел, 2011); XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2011» (Москва, ВВЦ, 2011); региональных выставках (Орел, 2010, 2011). Работа является победителем областного конкурса «Луч-
шая научно-исследовательская работа молодых ученых - 2011» (Орел, 2011).
Результаты исследований послужили основой для создания программного обеспечения «Filter Complex vl.O - расчет массопереноса в почвенном и водоносных горизонтах в условиях сельскохозяйственного производства в вертикальном и горизонтальном (латеральном) направлениях», представленного на XI Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи «НТТМ-2011» (Москва, ВВЦ, 2011), где данная работа получила высокие отзывы и золотую медаль «Лауреат ВВЦ».
Личный вклад автора. Автором лично разработана программа и план проведения научных исследований, выполнен отбор и химический анализ проб подземных вод водозаборов на территории животноводческих комплексов. Проведено изучение гидрогеологических условий, составлены гидрогеологические карты и разрезы водозаборов с зафиксированным загрязнением. Создана геофильтрационная модель продвижения фронта стронциевого загрязнения провинции в северозападной части Орловской области с установленным превышением ПДК в 1,2 -4,8 раза.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, предложений производству, общим объёмом 155 страниц текста. Содержит 11 таблиц, 18 рисунков, 23 приложения. Список использованной литературы включает 170 наименований, в том числе 29 источников на иностранных языках.
