Комплексное использование и охрана водных ресурсов района г. Амман (Иордания)

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ

ДИССЕРТАЦИИ. Проблема загрязнения подземных вод в настоящее время является важной частью общей проблемы охраны окружающей среды. Опасность загрязнения подземных вод возникает в связи с инфильтрацией в водоносные горизонты сточных вод и жидких отходов промышленных производств, хозяйственно-бытовых стоков городов и населенных пунктов, а также стоков с сельскохозяйственных территорий.

Одной из актуальных гидрогеологических проблем в настоящее время в Иордании является охрана пресных подземных вод от загрязнения, поскольку они представляют собой единственный источник питьевого водоснабжения. Поэтому изучение условий загрязнения подземных вод и их защищенности, прогнозирование процесса загрязнения и изменения качества подземных вод, выявление областей загрязнения, оценка их масштабов, изучение закономерностей движения загрязняющих веществ в подземных водах во многом обуславливают выбор темы диссертационной работы. Объект исследований территории Амман — Эз-Зарка, являющейся одним из самых важных районов в Иордании в плане экономического, социального и сельскохозяйственного значения.

За последнее десятилетие в связи с интенсивным развитием промышленности и сельскохозяйственного производства и в то же время из-за отсутствия контроля сбрасываемых отходов — все это отрицательно сказалось на окружающей среде, в том числе на качество подземных вод, особенно на водозаборах, используемых для водоснабжения расположенных вблизи этих объектов.

Исходя из этого, проблема загрязнения подземных вод и изменения химического состава начала волновать специалистов, которые хотят сохранить эти водозаборы, снабжающие большое количество населения данного района и также разных видов заболеваний.

Как показали исследования последних лет, в районе Амман — Эз-Зарка недостаточно освещены важные вопросы, связанные с исследованием и локализацией источников загрязнения, проведением режимных наблюдений для контроля и изучения прогноза развития загрязнения подземных вод.

ЦЕЛИ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ — заключались в разработке научно-методических основ анализа и прогноза миграции загрязняющего вещества, а также в рекомендации способов оздоровления и устранения загрязнения на участках водозаборов.

ИДЕЯ РАБОТЫ заключается в том, что впервые для рассматриваемого района проведена комплексная оценка подземных водных ресурсов в условиях долгосрочного прогнозирования из возможного загрязнения и разработана технология реабилитации территории для обеспечения устойчивого централизованного водоснабжения.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИИ. В соответствии с поставленными целями решались следующие основные задачи:

1) анализ общих гидрогеологических и гидрогеохимических положений участков загрязнения подземных вод в районе Амман — Эз-Зарка;

2) выявление основных характеристик существующих источников загрязнения подземных вод;

3) изучение параметров массопереноса и детализация фильтрационных свойств площадей загрязнения подземных вод;

4) прогноз изменения химического состава и развитие загрязнения в условиях действующих источников загрязнения;

5) разработку мероприятий по предотвращению загрязнения подземных вод и способов оздоровления загрязненных территорий.

— 6.

НАУЧНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

1. Впервые для района г. Амман построена математическая модель формирования ресурсов и качества подземных вод. Выявлена значительная фшьтрационная неоднородность водоносных комплексов. Наиболее проводящая зона совпадает с центральной синклинальной зоной и контролируется геолого-структурными особенностями строения территории.

2. Разработаны методические принципы обоснованного выбора оптимальных методов численного моделирования движения загрязняющих компонентов в подземных водах. Показано, что метод «случайных блужданий» имеет несомненные преимущества при моделировании локальных источников загрязнения в условиях резко неоднородных фильтрационных полей.

3. Разработана технология активных методов устранения загрязнения подземных вод. В качестве эффективного способа защиты водозаборов подземных вод от некондиционных вод локальных источников загрязнения предложен вариант создания систем «гидавлического барража». Для устранения площадного нитратного загрязнения рекомендовано использовать метод микробиологической денитрификации.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ДОСТОВЕРНОСТЬ РЕЗУЛЬТАТОВ: в работе использованы методы численного моделирования геофильтрации и гемиграции подземных вод, базирующиеся на материалах опытных полевых исследований.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА РАБОТЫ заключается в следующем: 1) рассмотрено использование метода случайных блужданий для прогноза загрязнения подземных вод- 2) дан прогноз развития загрязнения подземных вод на период до 2015 г.- 3) исследованы новые методы устранения загрязнения (санирования) подаваемых вод способами микробиологической денитрификации.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ заключается в том, что на основании выполненного комплекса гидрогеологических и гидрохимических исследований дается обоснование долгосрочного прогноза загрязнения подземных вод, а также в разработке методов защиты водозаборов подземных вод от основных источников загрязнения.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения диссертационной работы докладывались на научных семинарах и конференциях кафедр общей геологии и промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета дружбы народов, СПбГГИна 7-х Толстихин-ских чтениях (г.С.-Петербург).

ПУБЛИКАЦИИ — по результатам научных исследований опубликовано две печатные работы.

Работа была выполнена на кафедрах общей геологии и промышленной экологии и безопасности жизнедеятельности Российского университета Дружбы народов под руководством профессора, академика Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности В. И. Тагасова. В обсуждении результатов работ принимали участие научные сотрудники и преподаватели кафедр, всем им автор выражает глубокую признательность. Особую признательность за постоянное внимание к работе автор выражает научному консультанту доценту, к.г.-м.н. Л. В. Фролову.

— 8.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Таким образом, основные результаты диссертационной работы сводятся к следующему.

1. Детально изучены геолого-гидрогеологические условия района Амман Эз-Зарка. Водоносные горизонты района характеризуются весьма слабой природной защищенностью от проникновения в них техногенных загрязнений, а трещиновато-пористый характер основных коллекторов, отсутствие в разрезе выдержанных водоупоров способствует распространению загрязнений как по глубине, так и по площади.

Решение обратной задачи методами численного моделирования выявило значительную фильтрационную неоднородность водоносных комплексов. Наиболее проводящая зона совпадает с центральной синклинальной зоной и контролируется геолого-структурными особенностями строения территории. В этой зоне проводимость достигает величины 1700 м2/сутки. На остальной территории проводимость существенно меньше и находится в пределах 100−300 м2/сутки. Схема распределения величины проводимости для рассматриваемой территории была построена впервые.

2. Загрязнение подземных вод района Амман — Эз-Зарка осуществляется по двум основным схемам 1) поступление токсичных компонентов из локальных очагов загрязнения- 2) площадное проникновение основных загрязняющих компонентов через почвенные слои и зону аэрации. По первой схеме происходит загрязнение тяжелыми металлами и другими химическими компонентами, которые в конечном итоге вызывают постепенное повышение общей минерализации подземных вод. Вторая схема, в основном, соответствует распределению нитратного загрязнения подземных вод.

Как показывают результаты натурных наблюдений за последнее время в описываемом районе отмечается увеличение содержания нитратов со скоростью от 1 до 10 мг/л в год. Максимальные концентрации нитратов в верхней части водоносных комплексов достигают 100 мг/л, с глубиной их содержание уменьшается до 30−45 мг/л. Впервые для описываемого района найдена корреляционная связь между количеством выпадающих атмосферных осадков и содержанием нитратов в подземных водах.

Техногенное загрязнение территории приводит к выходу из строя основных водозаборных скважин. Общая минерализация на некоторых из них достигает 5 г/л.

3. Построены геофильтрационная и геомиграционная модели, позволяющие выполнять прогнозы развития загрязнения подземных вод в районе Амман — Эз-Зарка.

Для выбора метода численного моделирования были проанализированы методы конечных разностей, конечных элементов и метод случайных блужданий. Показано, что метод случайных блужданий имеет несомненные преимущества при моделировании точечных источников загрязнения в условиях резко неоднородных фильтрационных полей.

Рассмотрены вопросы точности моделирования методом случайных блужданий, на специальных тестовых примерах показано, что ошибки на уровне 5−10% были получены для общего числа моделирующих частиц порядка 500−700 шт., при этом число частиц, попадающих в расчетные блоки, желательно иметь в пределах 10−15 шт.

4. Характер развития загрязнения подземных вод описываемого района от локальных источников оценивался с помощью численного моделирования. Было показано, что максимальному загрязнению будет подвергаться центральная зона повышенной проводимости. Эта зона собирает и транспортирует загрязнение в направлении к северной границе рассматриваемого гидрогеологического района, при этом общая минерализация подземных вод в наиболее загрязненной зоне в среднем за расчетный период (т.е. примерно до 2015 года) подниматься в 3−4 раза.

В качестве эффективного способа защиты водозаборов подземных вод от некондиционных вод был рассмотрен вариант создания систем «гидравлического барража». Этот способ позволяет отжать загрязнение воды к центральной части структуры при относительно небольшом дополнительном расходе (около 10% от объема откачиваемых вод) закачиваемых вод.

5. Нитратное загрязнение подземных вод в районе Амман — Эз-Зарка предлагается устранять методом микробиологической денитрификации. В микробиологическом процессе восстановления нитратов участвуют органическое вещество, которое, окисляясь, забирает кислород нитратов и восстанавливает азот до свободного газа. Расчет процессов денитрификации основывался на оценке термодинамического равновесия между растворенными в подземных водах кислороде, органике и нитратов. В диссертации описаны основные соотношения в нитратной системе. Выполнены специальные расчеты на ЭВМ применительно к условиям верхнего водоносного горизонта. Показана возможность снижения содержания нитратов в подземных водах, при ликвидации источников нитратного загрязнения процессы денитрификации будут носить необратимый характер.

6. Для устранения источников загрязнения рекомендован комплекс общеэколологических мероприятий. Такими мероприятиями могут быть:

1) уменьшение объемов и доз удобрений подаваемых на сельскохозяйственные поля;

2) усиление контроля за состоянием и производительностью станций, перерабатывающих канализационные воды и обеспечение подключения районов новостроек к общей канализационной системе;

3) усиление контроля за эффективностью работы очистных станций находящихся на территории заводов и фабрик, а также за качеством сбрасываемых сточных вод;

4) организация зон санитарной охраны вокруг всех водозаборных скважин, особенно расположенных вдоль р. Эз-Зарка;

5) организация зон санитарной охраны (охранного пояса) непосредственно вдоль р. Эз-Зарка;

6) разделение систем водоснабжения хозяйственно-питьевого, технического, а также водоснабжения для орошения.

Заканчивая изложение основных результатов диссертационной работы, отметим некоторые возможные направления дальнейших исследований по затрагиваемым проблемам.

Прежде всего, требует специального глубокого исследования проблема миграции загрязняющих веществ в пределах зоны аэрации, поскольку именно эта зона определяет последующее распространение мигрирующих компонентов в водоносных горизонтах.

Требует также специального исследования проблема мониторинга качества подземных вод. Развитие сети наблюдательных скважин позволит уточнить и детализировать выполненные расчеты и, в дальнейшем, создать достаточно надежную постоянно-действующую математическую модель территории Амман — Эз-Зарка.

— 95.