Гидрогеологические исследования. 
Основы геоэкологии

В процессе гидрогеологических исследований:

• — определяются участки и источники загрязнения;
• — оценивается защищенность подземных вод от загрязнения;
• — изучается влияние техногенных нарушений подземной гидросферы на поверхностный сток, растительность, деградацию мерзлоты, экзогенные геологические процессы и т. д.;
• — выявляется истощение подземных вод.

Характер загрязнения подземных вод зависит от типа источника загрязнения и от геохимической ситуации.

К основным источникам загрязнения подземных вод относят промышленные, коммунально-бытовые и сельскохозяйственные сточные воды, для которых характерен определенный набор загрязняющих веществ. Например, состав промышленного стока горнодобывающего предприятия зависит от состава добываемой руды. В подземные воды попадают хлориды, сульфаты, бром, йод, калий, натрий, кальций, железо, нефтепродукты.

По типу источника загрязнение подразделяется на:

• — химическое (стоки предприятий, сельскохозяйственные стоки);
• — биологическое, вызванное органическими веществами (канализационный сток, сброс сточных вод пищевой и текстильной промышленности, животноводческих комплексов);
• — физическое (сброс в реки шлама, песка, глины, шлаков, которые через водозаборы поступают в подземные воды);
• — радиоактивное, происходящее в результате добычи, обработки и использовании радиоактивных материалов, эксплуатации и аварий на АЭС и т. д.

Так как каждый тип источника характеризуется определенным набором загрязняющих веществ, то при его исследовании изучаются свойственные этому типу показатели.

К числу важнейших показателей, определяющих геохимический тип подземных вод, относятся показатель концентрации водородных ионов (водородный показатель) pH и окислительно-восстановительный потенциал Eh.

По величине водородного показателя определяют кислотность воды. Для нейтральных вод pH = 7, для щелочных pH > 7 и для кислотных pH < 7. Также выделяются весьма кислые (pH 9).

Окислительно-восстановительный потенциал Eh служит мерой окислительной или восстановительной способности среды, его величина непосредственно связана с величиной водородного показателя. pH определяется при всех видах лабораторных исследований, Eh предпочтительно определять у объектов.

Каждому типу геохимических подземных вод соответствует определенный набор элементов, концентрация которых может превысить ПДК (табл. 2.18).

Таблица 2.18

Характеристика загрязненных подземных вод.

Окончание табл. 2.18

К природным факторам защищенности грунтовых вод относятся глубина залегания грунтовых вод и наличие водоупорных пород, играющих роль противофильтрационных экранов.

По В. М. Гольдбергу выделяются три категории защищенности водоносных горизонтов:

• — защищенные — мощность водоупора т > 10 м и Н₂ > Н* (Н₂ — уровень нижележащего, а — вышележащего горизонта);
• — условно-защищенные (при 5 м <�т<10миН₂>Н₁, а при т> 10 м Н₂ <
• — незащищенные (т <5 м и Н₂ < Hj) или водоупор прерывистый, но площади, имеющий «фильтрационные окна», зоны повышенной трещиноватости и Н₂ < H_t.

Характер влияния загрязняющих веществ зависит не только от химических и физических свойств растворов, но и от гидродинамики фильтрационных и миграционных потоков.

Фильтрационные свойства пород можно изучать с помощью опытных наливов в шурфы с однокольцевым инфильтрометром. В дно шурфа вдавливают кольцо диаметром 30—50 см. В кольцо подают воду, уровень которой поддерживают постоянным. После стабилизации расхода рассчитывают коэффициент фильтрации (в м/сут):

где а — коэффициент, зависящий от глубины вдавливания кольца в грунт (L) и диаметра кольца d:

L/d… до 0,03 0,04 0,05.

А… 1,06 1,08 1,1;

Е — коэффициент, значение которого зависит от суммы Я + Z и диаметра кольца (Я — высота капиллярного поднятия); Z — высота слоя воды, л); Q — количество фильтрующейся через породу воды, м³/сут.

Миграционные свойства устанавливаются в полевых или лабораторных условиях. Полевые опытные работы включают в себя:

• — налив индикаторного раствора в миграционную скважину,
• — последующая откачка из этой скважины или из реагирующей скважины.

Обычно создают специальные миграционные кусты, состоящие из одной центральной и до трех наблюдательных скважин. Иногда они совмещаются с опытно-фильтрационными работами.

Техногенные изменения подземной гидросферы (подъем уровня грунтовых вод, заболачиваемость и др.) могут нарушить ландшафт, изменить поверхностный сток, повлиять на развитие карста, просадок и т. д. Подобные изменения выявляются с помощью дешифрирования аэрокосмосиимков, маршрутных исследований и гидрогеологических работ.

Данные о качестве, величине отбора подземных вод и ее изменении, развитии депрессионной воронки, характере загрязнения и об истощении ресурсов получаем при обследовании водозаборов.

Для исследования подземных вод пробы берутся из скважин родников, реже из колодцев. Количество скважин зависит от масштаба и сложности работ. Например, в масштабе 1: 200 000 количество скважин колеблется от 5 до 11 на 1000 км². Из скважин пробы берутся после откачки.

При обследовании и опробовании водопунктов в полевом дневнике записывается номер источника, его местоположение, формы и размеры выхода, прозрачность, цвет, запах, вкус, температура, наличие газов и минеральных образований, радиоактивность, его приуроченность к определенному водоносному горизонту, геолого-литологическая характеристика горизонта, режим и использование вод источника. В районах развития мерзлых пород оценивается связь источников с таликами.

Среди показателей подземных вод изучению, прежде всего, подлежат температура, содержание С1~, SO|~, НСО3, С0₂, СО, Na (Na + К), сухой остаток, сумма металлов (Zn + Си + Pb), pH, NO3, N0₂, NHJ, растворенный кислород, сероводород, органическое вещество и показатели, характерные для конкретного источника загрязнения, например, хлориды, карбонаты, нитраты, Mg, Са, Fe, Си и т. д.

Для оценки загрязнения подземные воды исследуются на нефтепродукты, пестициды, органический углерод, фенолы, поверхностно-активные вещества, 6енз[а]пирен, окисляемость, Cr, Ni, Fe, Hg, Cd и т. д.

При отборе проб, помимо специальных оиробоватслей (типа ОГП, ОПК и др.), используются пробоотборники различных конструкций от простейшего (бутылка с пробкой и грузом на шнуре) до современных, которые обеспечивают отбор проб воды и газа из скважин больших глубин. В процессе отбора пробы фильтруются и тут же проводятся химико-аналитические исследования.

С помощью автоматического многоканального анализатора АМА-202 возможно регистрировать 17 физико-химических параметров воды: pH, Eh, температуру, мутность воды, концентрацию растворенного кислорода, ионов С1~, NO3, F~, Cu²⁺, Na⁺, Fe⁺², Сг⁺³, PO^³, нитритов и т. д.

Табл. 2.19 дает представление об используемых гидрогеологических методах при эколого-геологических исследованиях.

Таблица 2.19

Методы гидрогеологических исследований