Каково значение подземных вод для человека? Для нормальной жизнедеятельности человеку нужно выпивать около двух литров воды в сутки, но питье — не единственное направление траты. В среднем на одного жителя современного города расходуется до 1000 литров каждые 24 часа. Еще одним супер-потребителем подземных вод считается промышленная сфера. Жидкости, в этом случае, используются, например, для производства бумаги (расходуется 450–1000 м3 воды на одну тонну), для производства стали (150‒200 м3), меди (500 м3).
Еще более значимыми подземные воды становятся в связи с проблемами загрязнения поверхностных вод, которые в случае отсутствия интенсивного внешнего загрязнения могут полностью или частично выполнять функции подземных в части снабжения населения и промышленности. В том числе по этой причине растет доля подземных источников для обеспечения работы систем центрального водоснабжения. Доля российских городов, использующих подземные, превышает 60%.
Химических состав подземных вод
Растворы, формирующиеся под поверхностью земли — сложные многокомпонентные системы, которые включают в себя комплекс соединений, имеющих неорганическую и органическую природу, а также газы и вещества компонентов живых организмов.
В таблице представлены основные компоненты, входящие в их состав.
| Компоненты | Характеристика | Примеры |
| Компоненты неорганической природы (макро и микрокомпоненты) | Этот вид веществ, входящих в состав подземных вод (ПВ) разделяют на макро- и микрокомпоненты, в зависимости от их концентрации. К первым (макро-) относятся вещества с концентрацией более 1 мг/л, при концентрации веществ менее 1 мг/л — к микро-. На основе макрокомпонентов ПВ классифицируют по химическому составу и потребительским свойствам. Геолого-гидрогеологические условия районов залегания ПВ определяют наличие и концентрацию тех или иных неорганических веществ, в том числе минеральный состав водовмещающих пород. | Mg2+, Cl−, Ca2+, Na+, K+, SO42− и HCO3− |
| Компоненты органической природы | Органические вещества ПВ представлены почти всеми классами органических соединений. Как правило, концентрация веществ выше на поверхности и становится меньше с глубиной. | Высокомолекулярные, нафтеновые кислоты, аминокислоты, углеводородные соединения. |
| Компоненты живых организмов | В подземных водах присутствуют различные микроорганизмы, в том числе бактерии, вирусы, микроскопические водоросли и простейшие. | Денитрифицирующие, сапрофитные, гнилостные бактерии. |
| Газы | Газы находятся с подземными водами в постоянном взаимодействии. В составе различают атмосферные (попадают из атмосферы), биохимические (образуются при разложении веществ микроорганизмами), химические газы (результат взаимодействия с породой) и газы ядерных реакций (результат радиоактивных распадов). | Атмосферные: N2, O2, CO2, Ne, Ar; Биохимические: CH4, CO2, H2S, H2; Химические: CO2, H2S, СО, N2, HCl; Продукты распада: Rn |
Гидродинамические, климатические, геологические, геоморфологические и другие условия управляют формированием и изменением химического состава подземных вод.
В качестве основных механизмов формирования состава можно выделить:
Рисунок 1 — Факторы формирования химического состава ПВ
Источники подземных воды
Подземные воды относятся к полезным ископаемым. Их запасы, в отличие от других видов природных ресурсов, могут в значительной степени возобновляться со временем.
Месторождениями подземных вод называют области водоносных горизонтов или их комплексы, в пределах границ которых есть условия для забора подземных вод определённого качества и состава, соответствующего установленным требованиям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного применения.
В зависимости от источников происхождения выделяют следующие виды:
- Инфильтрационные — образуются в процессе инфильтрации (просачивания) атмосферных осадков, выпадающих на поверхность Земли в глубину, где происходит накопление подземных вод. Атмосферные осадки — один из главных источников пополнения подземных вод;
- Конденсационные — проникновение водяного пара в области низких температур (толща почвы или горных пород) с последующим переходом в жидкое состояние и накоплением воды в породах — причина образования подземных вод данного типа;
- Седиментогенные — представляют собой воды морского генезиса, образовавшиеся в процессе накопления морских осадков;
- «Ювенильные» (магматические) — образуются в областях вулканической деятельности молодых гор, обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты.
Виды подземных вод
В зависимости от классификационных признаков выделяют разные виды подземных вод. Рассмотрим наиболее распространенные подходы к классификации.
По условиям залегания и характеру водовмещающих пород
В классификации подземных вод по условиям залегания выделяют три типа вод:
- Зоны аэрации;
- Грунтовые воды;
- Межпластовые (артезианские) воды.
Рисунок 2 — Схема залегания подземных вод
В состав первой зоны залегания подземных вод входят почвенные, капиллярные воды и верховодка.
В состав второй зоны входят грунтовые воды.
Формирование первых двух зон происходит под влиянием физико-географических факторов, при этом воды этих зон свободно взаимодействуют с атмосферой
Чем различаются грунтовые и межпластовые воды, которые входят в третью зону? Межпластовые воды находятся в водоносных горизонтах перекрытых и подстилаемых водоупорными пластами и в свою очередь делаться на напорные (артезианские) и безнапорные.
Рисунок 3 — Классификация ПВ по степени залегания
По гидравлическим условиям
Бассейны подразделяются на напорные и безнапорные воды:
- Напорные — воды, оказывающие гидростатическое давление (артезианские воды);
- Безнапорные — воды, имеющие свободную поверхность, давление на которое равно атмосферному (грунтовые воды).
По характеру использования
По данному признаку подземные воды подразделяются на:
- хозяйственно-питьевые — в которых не содержится вредных для человека микроорганизмов и веществ, а также обладающие определенными потребительскими свойствами (например, благоприятными вкусовыми качествами, прозрачностью и отсутствием окраски);
- технические — растворы, используемые в промышленности или сельском хозяйстве. Требования к данному виду зависят от специфики конкретного производства. Одна из основных качественных характеристик — жесткость воды;
- промышленные — воды содержащие полезные элементы в объеме, пригодном для промышленного получения. Например, йод и бром извлекают из подземных вод;
- минеральные (лечебные и лечебно-столовые) — это воды, содержащие газы, неорганические минеральные вещества, микрофлору и оказывающие лечебное воздействие на организм человека при умеренном потреблении. Они образуются в результате геохимических процессов выщелачивания, растворения солей и ионного обмена в системе вода‒порода.
- термальные — имеют температуру более 20оС. В определенных условиях температура может достигать 1000-1200оС. Области применения термальных вод зависят от их температуры. В частности, они могут использоваться для выработки электроэнергии и теплоснабжения.
По температуре
Классификация подземных вод по температуре представлена на рисунке:
По степени минерализации
Минерализация (солесодержание) воды характеризуются содержанием растворенных в ней веществ. На уровень минерализации влияют условия залегания подземных вод, которые определяют качество воды в источнике (из-за различной растворимости минералов) и деятельность человека (городские стоки и стоки промышленности смешиваются с природными подземными водами).
Рисунок 5 — Классификация ПВ по степени минерализации
По реакции среды (рН).
По водородному показателю рН воды разделяются на:
- сильнокислые рН =3,5
- кислые 3,5–5,5
- слабокислые 5,5–6,8
- нейтральные 7,2–8,5
- щелочные рН ≥8,5
Каждая из приведенных классификаций в той или иной степени используется при проектировании подземных водоисточников и систем водоснабжения.
Причины загрязнения подземных вод
В условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду подземные воды также подвергаются загрязнению и истощению. В связи с этим защита подземных вод, а также решение проблем охраны и рационального использования воды занимают особое место.
Загрязнение подземных вод происходит в процессе инфильтрации вредных веществ с поверхности. В то же время существует несколько типов источников загрязнения:
- промышленные объекты, использующие вещества, обладающие способностью мигрировать с подземными водами, например, нитраты;
- места хранения промышленной продукции и отходов;
- места накопления бытовых отходов;
- искусственно орошаемые сельскохозяйственные поля.
Особенно опасны места хранения пестицидов, в том числе запрещенных к употреблению, а также предприятия, связанные с добычей и переработкой нефти.
Источниками химического загрязнения бывают сточные воды и твердые отходы предприятий, содержащие различные неорганические и органические вещества. В процессе фильтрации сточных вод в подземных водах вблизи территории предприятия могут появляться тяжелые металлы, ароматические, токсичные и другие вредные вещества.
В сельскохозяйственных районах загрязнение подземных пресных вод может произойти из-за чрезмерного использования пестицидов и удобрений, применения устаревших способов возделывания почвы, нарушение правил направления распашки склонов, выбор неподходящих сельскохозяйственных культур.
Химические загрязнители попадают в напорные водоносные горизонты из подземных вод через ствол водозаборной или разведочной скважины, в случае некачественной изоляции такой скважины от соседних водоносных горизонтов. Химическое загрязнение водоносных горизонтов может распространяться на огромные расстояния.
Серьезную угрозу здоровью населения представляет действие подземных вод, биологически загрязненных микроорганизмами, возникающими в местах длительной фильтрации загрязненной бытовой воды, выгребных ямах, животноводческих дворах и др.
Не меньшую угрозу качеству подземных вод представляет тепловое загрязнение, связанное со сбросом отработанных тепловых технологических сточных вод. Изменение температуры подземных вод ускоряет процессы диссоциации труднорастворимых минералов, содержащих тяжелые металлы и токсичные элементы. Также температура снижает растворимость газов, что в свою очередь смещает положение равновесия химических реакций в подземных растворах.
Поэтому при использовании подземных вод для нужд населения, нужно учитывать, что вода может быть сильно загрязнена и только анализ воды из скважины, анализ воды из колодца, анализ родниковой воды и микробиологический и паразитологический анализ питьевой воды в лаборатории может определить степень и тип ее загрязненности и помочь сделать правильный выбор очистительной системы.
Используемая литература
- Ищук А.В., Садиров А.Н. Характеристика подземных вод // В сборнике: Научное сообщество студентов. сборник материалов VII Международной студенческой научно-практической конференции. 2016. С. 15-18.
- Корнев А.Н., Морозова Л.А. Проблемы загрязнения подземных вод Российской Федерацией // В сборнике: Естественные науки: актуальные вопросы и социальные вызовы. Материалы III Международной научно-практической конференции. Составители: Н.С. Шуваев, Е.А. Колчин. 2020. С. 197-199.
- Сидорова Л.П., Низамова А.Ф. Подземные воды – важнейший регулятор пресной воды: Учебный электронный текстовый ресурс. – Екатеринбург. - 2016
