РОЛЬ ГИДРОГЕОЛОГИИ В ОПРЕДЕЛЕНИИ КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
РОЛЬ ГИДРОГЕОЛОГИИ В ОПРЕДЕЛЕНИИ КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Романов Андрей Александрович
инженер гидрогеолог, генеральный директор, ООО"АКВАСТРОЙМОНТАЖ",
РФ, г. Санкт-Петербург
THE ROLE OF HYDROGEOLOGY IN DETERMINING GROUNDWATER QUALITY
АННОТАЦИЯ
В этой статье исследуется влияние гидрогеологии на качество подземных вод. В ней разъясняются основные гидрогеологические концепции и исследуются как гидрогеологические, так и антропогенные факторы, влияющие на качество подземных вод. Обсуждаются различные методологии, включая новые технологии в гидрогеологических исследованиях. Тематические исследования иллюстрируют влияние гидрогеологии на качество подземных вод в различных регионах. В заключение статьи подчеркивается важность гидрогеологического понимания для эффективного управления подземными водами, стратегий сохранения и выработки политики. Это также подчеркивает будущие возможности для совершенствования гидрогеологических исследований.
ABSTRACT
This article examines the influence of hydrogeology on the quality of groundwater. It explains the main hydrogeological concepts and explores both hydrogeological and anthropogenic factors affecting the quality of groundwater. Various methodologies are discussed, including new technologies in hydrogeological research. Case studies illustrate the impact of hydrogeology on groundwater quality in various regions. In conclusion, the article emphasizes the importance of hydrogeological understanding for effective groundwater management, conservation strategies and policy development. It also highlights future opportunities for improving hydrogeological research.
Ключевые слова: подземные воды, гидрогеология, сельское хозяйство, устойчивое использование, качество.
Keywords: groundwater, hydrogeology, agriculture, sustainable use, quality.
По данным ООН, 2,3 млрд человек, или каждый четвертый живущий в мире, испытывают нехватку воды. Население планеты быстро растет, и оценки показывают, что при нынешних методах водопользования к 2030 году будет 40-процентный разрыв между прогнозируемым спросом и доступными запасами пресной воды.
Как элементарный ресурс, поддерживающий жизнедеятельность людей, подземные воды признаны во всем мире за их роль в промышленности, сельском хозяйстве и бытовом снабжении. Его сложности и тонкости, часто скрытые под поверхностью Земли, в первую очередь изучаются через призму гидрогеологии. Используя принципы науки о земле, гидрогеология исследует пространственные и временные закономерности подземных вод, тем самым предлагая ключевую информацию о характеристиках и динамике подземных вод. Цель этой статьи - прояснить важную роль, которую играет гидрогеология в определении качества подземных вод. Она начинается с изучения основных гидрогеологических принципов, потом переходит к анализу влияния различных гидрогеологических факторов и вмешательства человека на качество подземных вод и завершается рассмотрением последствий для устойчивого управления подземными водами. Такой подход подчеркивает фундаментальную важность углубленного понимания гидрогеологии для построения устойчивого будущего.
“Гидрогеология – это наука, которая изучает подземные воды планеты: закономерности их распространения в земной коре, условия залегания и движения, их свойства и состав, взаимодействие с горными породами, а также условия и возможности их хозяйственного пользования” [1, c.5]. Эта область подчеркивает важность двух ключевых аспектов: концепции водоносных горизонтов и динамики стока подземных вод. Водоносные горизонты, способные удерживать и передавать воду, являются важнейшими подземными резервуарами для подземных вод. Траектория движения воды внутри этих сооружений, управляемая разницей в силе тяжести и давлении, образует поток грунтовых вод и, по сути, очерчивает подземный сегмент круговорота воды.
Круговорот воды символизирует бесконечное движение воды внутри гидросферы Земли посредством таких процессов, как просачивание, эвапотранспирация и пополнение запасов. Он определяет пространственное и временное распределение подземных вод, существенно влияя на их качество.
“Подземные воды составляют часть гидросферы – водной оболочки земного шара. Они встречаются в буровых скважинах на глубине до нескольких километров” [2, с.270].
Качество подземных вод – это многогранное понятие, зависящее от множества физических, химических и биологических показателей. Физические индикаторы охватывают такие элементы, как температура, мутность и цвет, в то время как химические индикаторы охватывают такие аспекты, как рН, жесткость и различные концентрации ионов. Биологические индикаторы в первую очередь фокусируются на микробных компонентах, включая различные бактерии, вирусы и другие микроорганизмы. Вместе эти параметры обеспечивают целостную оценку качества подземных вод, укрепляя фундаментальные принципы гидрогеологии.
Также стоит отметить, что значительное влияние оказывают гидрогеологические факторы, при этом решающую роль играют характеристики геологических материалов, динамика стока подземных вод, взаимодействие с поверхностными водами и климатические условия.
Геологические материалы влияют на качество подземных вод благодаря своей пористости и проницаемости. Пористость, мера пустот внутри геологических формаций, определяет объем воды, который они могут хранить. Проницаемость, с другой стороны, определяет легкость, с которой вода может проходить через эти пространства, что, следовательно, влияет на скорость переноса загрязняющих веществ.
Скорость и направление потока грунтовых вод, определяемые рельефом и перепадами давления, дополнительно влияют на качество грунтовых вод. Быстрый поток может ограничить естественное поглощение загрязняющих веществ, в то время как направление потока может определять распространение загрязняющих веществ внутри водоносного горизонта.
Взаимодействие поверхностных вод, охватывающее процессы пополнения и сброса, также оказывает влияние на качество подземных вод. Подпитка, процесс просачивания поверхностных вод в водоносные горизонты, может вносить загрязняющие вещества, в то время как сброс, выход грунтовых вод на поверхность, может переносить подповерхностные загрязняющие вещества в поверхностные экосистемы.
Наконец, климатические и метеорологические факторы, такие как характер осадков, температура и скорость эвапотранспирации, влияют на качество подземных вод, изменяя скорость пополнения и модифицируя геохимические реакции внутри водоносных горизонтов. Подводя итог, можно сказать, что понимание этих гидрогеологических факторов имеет решающее значение для точной оценки качества подземных вод и управления им.
Деятельность человека представляет собой еще одно измерение влияния на качество подземных вод, в значительной степени связанное с гидрогеологическими процессами.
Изменения в землепользовании, особенно урбанизация, обусловленная непроницаемыми поверхностями и увеличением объема сточных вод, может изменить структуру подпитки и привести к появлению загрязняющих веществ. А методы ведения сельского хозяйства могут привести к накоплению питательных веществ в водоносных горизонтах, главным образом из-за чрезмерного использования удобрений и пестицидов.
Промышленная и бытовая деятельность также приводит к образованию широкого спектра загрязняющих веществ. Они варьируются от тяжелых металлов и органических соединений, образующихся в промышленности, до нитратов и фармацевтических остатков из бытовых отходов. Пути, по которым проходят эти загрязняющие вещества, в первую очередь определяемые гидрогеологическими условиями, определяют их воздействие на качество подземных вод.
“Изменение климата - одна из основных причин изменения среды гидрогеологических бассейнов и одна из многих причин влияния на водные ресурсы” [3, с.173]. Повышение температуры и изменение характера осадков могут влиять на скорость пополнения запасов и сток грунтовых вод. Повышение уровня моря, особенно в прибрежных районах, может вызвать проникновение соленой воды в пресноводные водоносные горизонты, что повлияет на их качество.
Взаимодействие между этими антропогенными воздействиями и естественными гидрогеологическими процессами формирует общее качество подземных вод. Признание этого переплетения может служить руководством для стратегий по управлению и смягчению воздействия деятельности человека на подземные воды, прокладывая путь к устойчивому использованию этого ценного ресурса.
В гидрогеологических исследованиях используется целый набор методологий и техник, которые включают мониторинг, моделирование и внедрение новых технологий.
Мониторинг подземных вод представляет собой важнейшую часть исследований. Это предполагает системный подход к сбору и анализу проб. Этот процесс не только оценивает текущее состояние качества подземных вод, но и позволяет выявлять временные тенденции и пространственные закономерности. Полученные данные служат основой для понимания динамики систем подземных вод и связанных с ними параметров качества.
В сочетании с мониторингом гидрогеологическое моделирование служит жизненно важным инструментом для прогнозирования поведения подземных вод и содействия эффективному управлению ими. Эти модели моделируют процессы, управляющие стоком подземных вод и переносом загрязняющих веществ, позволяя прогнозировать будущие сценарии на основе текущих наблюдений и предполагаемых условий. Как таковые, они выступают в качестве важных инструментов поддержки принятия решений для стратегий управления подземными водами и их сохранения.
Параллельно с этими традиционными методами в гидрогеологические исследования постоянно внедряются новые технологии. Такие инновации, как дистанционное зондирование, искусственный интеллект и изотопная гидрология, обеспечивают улучшенные возможности сбора, анализа и интерпретации данных. Эти достижения не только повышают точность и эффективность исследований подземных вод, но и расширяют понимание гидрогеологических процессов.
По сути, сочетание этих методологий и техник укрепляет возможности гидрогеологических исследований по выявлению критических аспектов качества подземных вод.
Важнейшими примерами со всего мира, подчеркивающими ощутимое влияние гидрогеологических факторов на качество подземных вод, являются такие регионы, как Канадский щит и Большой Артезианский бассейн в Австралии, которые выступают положительными примерами, а Бангладеш и части Центральной долины в Калифорнии, демонстрируют более сложные условия.
Канадский щит, состоящий из древних кристаллических пород с низкой проницаемостью, содержит нетронутые водоносные горизонты. Подземные воды здесь часто перемещаются медленнее, что обеспечивает естественное ослабление потенциальных загрязняющих веществ, что приводит к относительно высокому качеству подземных вод.
Аналогичным образом, Большой Артезианский бассейн, обширная многослойная система водоносных горизонтов в Австралии, известен своими грунтовыми водами хорошего качества. Благодаря полузасушливому климату региона и глубокому залеганию водоносного горизонта угроза загрязнения в результате поверхностной деятельности значительно ниже.
И наоборот, в Бангладеш неблагоприятные гидрогеологические условия привели к серьезному кризису в области здравоохранения. Неглубокие водоносные горизонты региона, состоящие из аллювиальных отложений, естественным образом содержат мышьяк. В результате подземные воды, добываемые из этих водоносных горизонтов, представляют серьезную опасность для здоровья местного населения.
Аналогичным образом, некоторые районы Центральной долины в Калифорнии сталкиваются с проблемами качества подземных вод из-за интенсивного использования земель в сельском хозяйстве и связанного с этим загрязнения нитратами. Плодородные почвы этого района и проницаемые отложения способствуют проникновению этих загрязняющих веществ в нижележащие водоносные горизонты.
Эти тематические исследования подчеркивают глубокое влияние гидрогеологии на качество подземных вод, влияющее на их пригодность для различных видов использования и их воздействие на экосистемы и здоровье населения.
Глубокое понимание гидрогеологии способствует эффективному управлению подземными водами и их сохранению. Признание внутренней взаимосвязи между гидрогеологическими факторами и качеством подземных вод позволяет осуществлять целенаправленные стратегии, такие как защита источников, рекультивация загрязненных участков и содействие устойчивому использованию подземных вод.
Инициативы по защите источников отдают приоритет охране зон подпитки и минимизации поступления загрязняющих веществ, руководствуясь гидрогеологическими знаниями. Усилия по восстановлению сосредоточены на очистке загрязненных систем подземных вод, что часто требует понимания стока подземных вод и природы геологических материалов. Политика устойчивого использования направлена на то, чтобы сбалансировать темпы добычи с естественной подпиткой, основанной на динамике круговорота воды.
Не менее важна роль информирования общественности и выработки обоснованной политики. Повышение осведомленности общественности о гидрогеологических принципах может способствовать ответственному использованию водных ресурсов и рациональному управлению ими. Законодательные органы, обладающие гидрогеологическими знаниями, могут разработать надежные стратегии управления подземными водами, обеспечивающие долгосрочную устойчивость и жизнестойкость.
В заключение следует отметить, что роль гидрогеологии в формировании качества подземных вод значительна. Предлагая всестороннее понимание систем подземных вод, она служит основой для эффективных стратегий управления и сохранения. Будущие исследования могут быть сосредоточены на дальнейшем уточнении гидрогеологических моделей и интеграции передовых технологий, расширяя горизонты исследований подземных вод, чтобы ориентироваться в вызовах меняющегося мира.
Список литературы:
- Гидрогеология : учеб. пособие / Ю.А. Гледко. – Минск: Выш.шк., 2012. – 446 с.: ил.
- Горбулина А.О. Подземные воды //Молодежь и системная модернизация страны. – 2020. – С. 270-273.
- Муратханов Д.Б. и др. Рекомендации по предотвращению, ликвидации и ослаблению негативных последствий изменения климата на подземные воды Казахстана //Актуальные проблемы экологии и природопользования. – 2020. – С. 173-176.