Захист міських територій від НГП. 4 страница

Автотрофна продукція і гетеротрофна деструкція — дві найважливіші сторони перетворення речовини й енергії у водних екосистемах. Характер і інтенсивність продукційно-деструкційних процесів і, отже, механізм біохімічного самоочищення визначаються структурою конкретної екосистеми. Тому вони можуть істотно розрізнятися в різних водних об'єктах. Більш того, у межах одного водного об'єкта існують різні зони життя (екологічні зони), що відрізняються співтовариствами організмів, що їх населяють. Ці відмінності обумовлені зміною умов існування при переході від поверхні до глибини і від прибережних зон до відкритих частин.

У водотоках у силу інтенсивного перемішування і невеликих глибин вертикальна зональність не виражена. По живому перетині потоку розрізняють рипаль — прибережну зону і медиаль — відкриту зону, що відповідає стрижневі ріки. Для рипалі характерні невисокі швидкості потоку, зарослі макрофітів, високі значення кількісного розвитку гідробіонтів. У медиалі швидкості руху води вище, кількісний розвиток гідробіонтів нижче. По подовжньому профілю розрізняють зони плесів і зони перекатів. У зоні плесів, що характеризуються уповільненим потоком, населення кількісно багатче, але якісно бідніше. Для перекатів характерна зворотна картина.

Комплекс екологічних умов позначається на процесах самоочищення у водотоках. Для уповільнених потоків характерні сприятливі умови для фотосинтезу, інтенсивні процеси трансформації речовин, процеси осадження. Для зон з підвищеними швидкостями характерні інтенсивні процеси перемішування, газообміну і деструкції речовин.

У водоймах екологічна зональність виявляється чіткіше, ніж у водотоках. У водоймах по горизонтальному профілю виділяють літораль — зону прибережних мілководь і пелагіиаль (лімнічна зона) — зону відкритої води. У глибоких водоймах у водній масі пелагіалі по вертикалі виділяють три зони — епілімніон, металімніон і гіполімніон. Металімніон, або термоклин, є зоною, що розділяє епілімніон і гіполімніон. Він характеризується різким зниженням температури води (1 градус на 1 м глибини). Вище металімніона розташований епілімніон. Для епілімніона характерна перевага продукційних процесів. Зі збільшенням глибини, у міру зниження фотосинтетично активної радіації (ФАР) відбувається зменшення інтенсивності фотосинтезу. Глибина, при якій продукція стає рівною деструкції, називається компенсаційним горизонтом. Вище нього розташовується трофогенна зона, де переважають продукційні процеси, а нижче — трофолітична, де переважають процеси дихання і розкладання. Трофогенна зона знаходиться в епілімніоні, а трофолітична, як правило, охоплює металімніон і гіполімніон.

У придонній зоні водойм, крім літоралі, виділяють профундаль — глибоководну частину, що приблизно збігається з частиною ложа водойми, заповненої водами гіполімніона.

Таким чином, у водоймах можна виділити зони з перевагою фотосинтетичної продукції і зони, де йдуть тільки процеси деструкції речовин. У гіполімніоні, особливо в зимовий і літній періоди, часто спостерігаються анаеробні умови, що знижує інтенсивність процесів самоочищення. Навпроти, у літоралі температурний і кисневий режими сприятливі для інтенсивного протікання процесів самоочищення.

Евтрофікування, під яким розуміють гіперпродукцію органічної речовини у водному об'єкті під дією зовнішніх і внутріводоймних факторів, є однієї із серйозних екологічних проблем, з яким зіштовхуються майже всі розвинуті країни. Евтрофікуванню піддані практично будь-які водні об'єкти, однак найбільше яскраво воно виявляється у водоймах. Евтрофікація водойм є природним процесом, її розвиток оцінюється геологічним масштабом часу. У результаті антропогенного надходження біогенних речовин у водні об'єкти відбувається різке прискорення евтрофікації. Підсумком цього процесу - антропогенної евтрофікації - є зменшення тимчасового масштабу евтрофікації від тисяч років до десятиліть. Особливо інтенсивно процеси евтрофікації протікають на урбанізованих територіях, що зробило їх одним з найбільш характерних ознак, властивим міським водним об'єктам.

Трофність водного об'єкта відповідає рівневі надходження органічної речовини або рівневі його продукування в одиницю часу і, таким чином, є вираженням спільної дії органічної речовини, що утворилася при фотосинтезі і надійшла ззовні. За рівнем трофності виділяють два крайніх типи водних об'єктів — оліготрофні і евтрофні.

Основним механізмом природного процесу евтрофікації є замулювання водойм. Антропогенна евтрофікація відбувається внаслідок надходження у воду надлишкової кількості біогенних елементів, як результат господарської діяльності. Високий зміст біогенів стимулює автотрофну гіперпродукцію органічної речовини. Результатом цього процесу є цвітіння води внаслідок надмірного розвитку флори. Серед біогенних елементів, що надходять у воду, найбільший вплив на процеси евтрофікації мають азот і фосфор, оскільки їхній зміст і співвідношення регулює швидкість первинного продукування. Інші біогенні елементи, як правило, містяться у воді в достатніх кількостях і не впливають на процеси евтрофікації.

Віднесення водного об'єкта до певного рівня трофности здійснюється по надходженню органічної речовини. Оскільки зазначений параметр на практиці контролювати складно, як індикатори трофічного рівня використовують інші характеристики водної екосистеми, які тісно пов'язані з трофічним станом водойми. Ці характеристики називають індикаторними. Найбільше часто в сучасній практиці як індикатори використовують величини надходження біогенних речовин, концентрації біогенних речовин у водному об'єкті, швидкість розходування кисню в гіполімніоні, прозорість води, біомасу фітопланктону. Фітопланктон є основним первинним продуцентом у більшості водних екосистем. Тому екологічний стан більшості водойм визначається фітопланктоном і залежить від ряду фізичних, хімічних і біологічних факторів середовища існування.

Фізичні фактори евтрофікації. Освітленість. Проникнення світла в товщу води визначається рядом факторів. Падаюче світло поглинається самою водою і розчиненими в ній забарвленими речовинами, розсіюється зваженими речовинами, що знаходяться у воді. Глибина, на якій освітленість складає 5% від освітленості на поверхні, називається евфотним горизонтом. Вище евфотного горизонту розташовується евфотна зона. Зміна первинної продукції по глибині залежить від зміни освітленості. У літні місяці можливий зсув максимуму продуктивності в глибину. Це пояснюється надлишковою освітленістю на поверхні, що приводить до пригноблення фітопланктону, унаслідок чого найкращі умови для його існування створюються в більш глибоких шарах.

Температура впливає на фізичні і біологічні процеси евтрофікації. Вона визначає ступінь насичення води киснем, температурний профіль впливає на інтенсивність вертикальної турбулентності й у такий спосіб впливає на перенос біогенів із придонних областей у епілімніон. Температура також впливає на величину первинної продукції. Значення оптимальної температури міняється в залежності від виду організмів, але в більшості випадків лежить у діапазоні 20-25^о С.

Швидкість потоку. Величина швидкості впливає на життєдіяльність гідробіонтів. При значеннях швидкостей, рівних так званій лімітуючій швидкості, починається процес пригноблення гідробіонтів, а збільшення швидкості до значень більше критичних приводить до загибелі гідробіонтів.

Хімічні фактори евтрофікації. Розчинений кисень (РК). Низька концентрація РК у воді приводить до розвитку анаеробних процесів. У цьому випадку основним джерелом продукування стають анаеробні процеси ферментації, що приводять до виділення у воду метану і сірководню. Концентрація РК змінюється як із глибиною, так і протягом добового циклу. У денний час у трофогенному шарі відбувається збільшення концентрації РК. Однак у темний час доби фотосинтетична діяльність відсутня і відбувається тільки споживання кисню. Амплітуда добових коливань РК пропорційна біомасі первинних продуцентів. У евтрофікованих водоймах це може привести до формування в темний час доби анаеробних умов.

Біогенні елементи. Гідробіонтам потрібно безліч біогенних речовин у визначеній пропорції. При недостачі кожного з них швидкість росту популяції сповільнюється. У цілому, швидкість росту популяції залежить від наявності елемента, що лімітує, і може бути описана кривою Міхаеліса-Ментен-Моно. Як правило, до числа елементів, що лімітують, у водних екосистемах відносяться фосфор, азот і, значно рідше, вуглець. При підвищеному надходженні біогенів, що лімітують, швидкість первинного продукування може досягти максимальної величини, що приводить до евтрофікації.

Біологічні фактори евтрофікації. Більшість організмів може існувати у визначеному діапазоні фізичних і біохімічних впливів, що називається діапазоном толерантності. У процесі адаптації біологічні види можуть розширювати свій діапазон толерантності. Оскільки згодом умови середовища існування в екосистеме міняються, перевагу одержують види, що володіють більшою здатністю пристосовуватися до нових умов. Результатом цього є сукцесія співтовариств.

З розвитком евтрофікації домінуючими стають екстремальні умови за концентрацією РК, освітленості, приступності біогенних речовин. У цих умовах перевагу одержують синьозелені водорості (cianobacteria), що мають найбільшу здатність до адаптації завдяки:

• своїм відносно великим розмірам, через що вони не можуть споживатися зоопланктоном;

• здатності фіксувати розчинений у воді азот, протидіючи, таким чином, умовам його лімітування;

• здатності обходитися меншим змістом у воді двоокису вуглецю в порівнянні з іншими водоростями;

• інтенсивному розвиткові при більш низькому, чим іншої водорості, співвідношенні азоту до фосфору;

• виділенню у воду продуктів, що припиняють ріст інших водоростей;

• здатності регулювати свою плавучість, протидіючи несприятливому впливові фізичних факторів.

Здатність поверхневих водних об'єктів підданих антропогенному навантаженню до самоочищення, як правило, недостатня для протистояння високому рівневі зовнішнього негативного впливу. У результаті водні екосистеми піддаються перебудові, наслідком якої є збідніння видового складу, біологічної цінності гідробіонтів, погіршення якісних характеристик води. З цієї причини для промислово розвинутих країн із граничною гостротою виникає проблема захисту водних об'єктів і відновлення деградованих водних екосистем. Рішення цієї задачі можливе тільки шляхом спільного впливу на аллохтонне надходження речовин у водні об'єкти і внутріводоймові процеси.

Зовнішній вплив на водні об'єкти виявляється у вигляді надходження в них сторонніх домішок і тепла, що приводить до порушення норм якості води. З метою підтримки здатності водних об'єктів, що самооищення, і забезпечення різних видів водокористування обсяг зовнішніх впливів не повинен перевищувати встановлених нормативів ГДС. Реалізація норм ГДС досягається за рахунок зменшення кількості зворотних вод або зниження концентрації речовин у них. Основними організаційно-технічними заходами, що застосовуються в цих цілях, є:

• зміна технології виробництва;

• каналізування і санітарне очищення міст;

• повторне використання стічних вод;

• очищення стічних вод.

Зміна технологічних процесів убік ресурсо зберігаючих, мало- і безвідходних технологій є одним з найбільш економічно й екологічно ефективних напрямків. Однак такий шлях, як правило, характеризується високою капіталоемністю і вимагає первісних інвестицій.

Каналізування населених пунктів дозволяє запобігти забрудненню водних об'єктів неорганізованим стоком. Організований стік з каналізаційних мереж, як правило, направляється на очисні споруди. При відсутності очисних споруд зниження негативного впливу на якість води водних об'єктів може бути досягнута за рахунок використання спеціальних конструкцій випусків стічних вод, що забезпечують більш ефективне розведення стічних вод.

Санітарне очищення території дозволяє знизити надходження речовин у дощові і снігові стічні води, знизити забруднення грунтових вод і тим самим зменшити надходження забруднюючих речовин у водні об'єкти. Цей метод є досить ефективним і відносно малозатратним.

Повторне використання стічних вод може здійснюватися шляхом оборотного водопостачання в межах одного підприємства або передачею стічних вод в інші сфери господарювання. Наприклад, використання очищених стічних вод для технічного водопостачання або зрошення.

Оборотне водопостачання може здійснюватися як єдина система для всього підприємства або у вигляді окремих циклів для цеху або групи цехів.

Запобігання скидання підігрітих вод зменшує імовірність розвитку процесів евтрофікації водних об'єктів.

Очищення стічних вод є найбільш традиційним способом зниження навантаження на водні об'єкти.

Керування якістю води водних об'єктів на основі цілеспрямованого втручання в хід внутріводоймових процесів досягається в основному впливом на абіотичні компоненти екосистеми.

Технології захисту і відновлення для водотоків. В основі цих технологій лежить цілеспрямована зміна гідрологічних умов або безпосередній вплив на біотичну частина водної екосистеми. Основними технічними рішеннями є зміна швидкості потоку, форми поперечного переріза русла, матеріалу кріплення берегових укосів і розробка спеціальних біоінженерних споруд.

Швидкість потоку є одним з головних екологічних факторів у водотоках. Вона впливає на всі біотичні компоненти водної екосистеми - планктон, бентос, перифітон, макрофіти. Цей вплив має прямий і непрямий характер. Прямий виявляється в безпосередньому механічному впливі потоку на гідробіонти. Непрямий вплив здійснюється через зміну фізичних і хімічних умов у водотоці, наприклад, швидкості процесу атмосферної реаерації, умов перемішування, мутності потоку. Швидкість потоку є комплексним керуючим фактором. Чим більше час перебування речовини у водотоці, тим сильніше виявляються процеси біохімічної трансформації речовин. Чим більше транспортуюча здатність потоку, тим менше його прозорість. У свою чергу прозорість води сильно впливає на продукційні процеси і тепловий режим водотоків. Швидкість потоку лімітує швидкість росту різних біотичних співтовариств. Для кожного виду водоростей існує так звана лімітуюча швидкість потоку при досягненні якої розвиток водоростей сповільнюється, і критична швидкість потоку, при якій водорості перестають розвиватися і можуть загинути.

Форма перетину русла має велике значення для трансформації органічних речовин. Змінюючи форму русла, можна змінювати швидкість потоку і співвідношення трофогенного і трофолітичного шарів, домагаючись у такий спосіб необхідного співвідношення продукції і деструкції.

При штучному облицюванні берегових укосів, характерному для водних об'єктів, що знаходяться в межах міста, велике значення має використовуваний лицювальний матеріал. Його вид багато в чому визначає інтенсивність процесів самоочищення. Наприклад, облицювання берегів щебенем або бетоном приводить до їхнього посиленого обростання і, як наслідок — до автохтонного вторинного забруднення водного об'єкта за рахунок збільшення продукції органічної речовини.

Перспективним напрямком розвитку технологій захисті водотоків є розробка біоінженерних споруд типу біоплато. Для захисту і відновлення водних об'єктів використовують природні або штучні біоплато різних типів. Руслові біоплато являють собою мілководні розширення русла з розвитий вищою водною рослинністю. Очищення води тут проводиться вищою водною рослинністю по всьому перетині потоку. Створення руслових біоплато можливе на ділянках водотоків глибиною не більш 1,5—2 м, зі швидкістю потоку до 0,2—0,3 м/с. Берегові біоплато являють собою зарослі вищої водної рослинності уздовж берегів водотоку. Очищення води в цьому випадку відбувається тільки частиною потоку. Гирлові біоплато розташовуються в місцях впадання у водотік малих приток. Наплавні біоплато призначені для очищення верхнього шару поверхневих вод. У цьому випадку вища водна рослинність розмішається в спеціальних плаваючих контейнерах, що розташовуються поперек потоку.

Біоінженерні споруди типу біоплато дозволяють істотно понизити вміст забруднюючих речовин у поверхневих водах. Очищення води здійснюють всі елементи співтовариства вищої водної рослинності. Зважені речовини затримуються й осаджуються в основному макрофітами. Головну роль у деструкції органічних речовин грає бактериоперифітон — бактеріальна плівка, що розвивається на підводній частині вищої водної рослинності. Біогенні елементи асимілюються вищою водною рослинністю, накопичуються в надводній її частині і кореневій системі, що дозволяє надовго виключити їх з водного середовища. Нафтопродукти окиснюються бактериоперифітоном і карбогенокиснюючими бактеріями, кількість яких у заростях вищої водної рослинності істотно зростає за рахунок виділення рослинами специфічних стимуляторів і споживання ними інгібіторів росту цих бактерій. Пестициди, важкі метали і радіонукліди вилучаються вищою водною рослинністю і накопичуються в її кореневій системі і зеленій масі. Феноли накопичуються і трансформуються вищою водною рослинністю, летучі феноли частково виділяються в атмосферу.

Технології для захисту і відновлення водойм. У водоймах характер внутріводоймових процесів багато в чому визначається ступенем і характером екологічної стратифікації. Найважливішою проблемою водойм є евтрофікація, тому більшість захисних технологій спрямовані на протидію цьому процесові. Такі технології називаються технологіями деевтрофікації. Метою деевтрофікації є зниження рівня трофності водних об'єктів.

Видалення донних відкладень. Вміст біогенних елементів у донних відкладеннях звичайно збільшується від нижніх шарів до верхнього. Тому видалення верхніх шарів цих відкладень приводить до оголення шарів, збіднених біогенними елементами і, отже, до зниження переносу їх у водну товщу.

Екранування донних відкладень, що створює фізичний бар'єр на границі розділу "вода - донні відкладення". Як екран можуть використовуватися пластикові плівки, пісок, глина.

Відвід води з гіполімніона, у результаті якого з водойми вилучаються багаті біогенами води. Ця технологія ефективна в глибоких водоймах з великим періодом водообміну.

Хімічна обробка, заснована на використанні речовин, що сприяють осадженню біогенних елементів або перетворенню їх у менш доступну для мікроорганізмів форму. Найбільш ефективним і екологічно безпечним є використання в цих цілях сульфату алюмінію.

Зміна умов середовища перебування. В основі цих технологій звичайно лежить затемнення, що приводить до зниження первинної продукції органічної речовини. Існують різні технології затемнення - використання спеціальних барвників, що вибірково пропускають сонячне світло, світлонепроникних плаваючих покриттів, посадка високих дерев по берегах.

Прогноз стану поверхневих вод базується на математичному моделюванні процесів формування якості води з урахуванням існуючих і планованих зовнішніх впливів на водний об'єкт. Моделі якості води можуть бути різної складності. Чим складніше процеси, що моделюються, тим більшу кількість параметрів включають у модель.

Для оперативного прогнозу звичайно використають динамічні моделі, що дозволяють ураховувати мінливість стану водного об'єкта в часі. При середньостроковому й довгостроковому прогнозуванні використовуються статистичні й аналітичні моделі. Статистичні моделі засновані на аналізі й статистичній обробці експериментальних даних, отриманих безпосередньо на досліджуваному водному об'єкті. Аналітичні моделі дозволяють виконати прогноз якості води, використовуючи теоретичні уявлення про природу й основні закономірності модельованих процесів. Цей клас моделей відрізняється більшою, у порівнянні зі статистичними моделями, універсальністю й одержав широке розповсюдження в прогнозних розрахунках.

За рівнем складності моделі якості води поділяють на 4 основні групи:

• балансові моделі, в основі яких лежить баланс між надходженням, об'ємом і зміною в результаті внутріводоймових процесів маси речовини у водному об'єкті;

• однокомпонентні моделі, що описують трансформацію окремих речовин у водному середовищі;

• двохкомпонентні моделі, що описують взаємозалежну трансформацію БСК і розчиненого кисню в природних поверхневих водах;

• багатокомпонентні моделі, що описують взаємозалежну трансформацію речовин у водній масі.

Балансові моделі використовують при прогнозуванні якості води у водоймах. В основі цього класу моделей лежить оцінка водного балансу й балансу речовин у водоймі. Прибуткова частина балансу визначається надходженням водних мас і речовин з водозбору, видаткова - стоками з водойми, випаруванням, обміном з донними відкладеннями. Внутріводоймові процеси описуються, як правило, у термінах "чорного ящика" (як різниця між прибутковою й видатковою частиною) або приблизно оцінюються на основі балансу мас. Балансові оцінки базуються на систематичних вимірах на водозбірній території й у самій водоймі.

При довгостроковому прогнозуванні якості води у водоймах використовують балансові моделі, що дозволяють розрахувати значення середніх концентрацій речовин залежно від величини антропогенного навантаження на водойму.

Двокомпонентні моделі якості води одержали широке розповсюдження при прогнозних розрахунках вмісту органічних речовин, що оцінюється величиною БСК, і розчиненого кисню у воді водойм і водотоків. Зміст кисню в поверхневих водах визначається співвідношенням його надходження, головним чином, у процесі атмосферної реаерації й споживанням його в основному на процеси біохімічного окиснення органічних речовин.

Атмосферна реаерація являє собою процес надходження кисню з атмосфери у воду через вільну поверхню потоку. Надходження кисню у водний об'єкт обмежується його розчинністю у воді. Кількісною характеристикою розчинності кисню є величина концентрації насичення, тобто концентрації розчиненого кисню у воді, при якій кисень перебуває в стані рівноваги.

Багатокомпонентні моделі якості води використають для прогнозу змісту у водоймах і водотоках речовин, зв'язаних між собою процесами взаємної трансформації. Особливо важливо враховувати взаємну трансформацію речовин у водному середовищі у випадках, коли в процесі трансформації у водному середовищі утворяться нові нормовані речовини, тобто відбувається вторинне забруднення водного об'єкта. Явище взаємної трансформації речовин досить характерно для процесів самоочищення водних об'єктів. Зокрема, в основі кругообігу азоту, фосфору, вуглецю лежать процеси взаємної трансформації речовин, і із цим явищем тісно зв'язаний процес евтрофікації водних об'єктів.

Як правило, водна екосистема містить у собі планктонну, бентосную підсистеми й підсистему вищої водної рослинності (ВВР). Кожна із зазначених підсистем у свою чергу містить у собі більше прості підсистеми нижнього рівня. До складу планктонної підсистеми входять фито-, зоо- і бактериопланктон. Бентосная підсистема представлена микрофито-, макрофито-, макрозоо- і бактериобентосом. Підсистема ВВР містить у собі властиво рослинну частину, а також планктони, бентос і перифитон на ВВР.

Прогноз стану евтрофікованих водних екосистем може здійснюватися на основі математичної моделі STOOKS, яка описує залежність показників якості води від біотичних і абіотичних компонент екосистеми з урахуванням специфіки процесів продукції й деструкції в кожній підсистемі.

Лекційне заняття № 9

Водне середовище міста: формування, охорона та прогнозування стану підземних вод

1. Формування підземних вод на міських територіях.

2. Охорона і методи поповнення запасів поверхневих вод.

3. Санітарні норми охорони водозаборів.

4. Прогнозування стану підземних вод.

Із всіх елементів літосфери найбільшою динамічністю й швидкістю відповідної реакції на вплив техносфери володіють підземні води. До підземних вод відносять всі види води, що перебувають нижче поверхні землі.

За характером зв'язку з гірськими породами й ступеня рухливості підземні води підрозділяють на три групи: хімічно зв'язану, включаючи конституційну, кристалізаційну і цеолитну; фізично зв'язану, включаючи міцнозвязану, слабкозвязану й капілярну; і вільну воду.

Хімічно зв'язана вода втримується усередині мінералів, що складають породи, силами, що значно перевищують силу ваги. Видаляється з мінералів при нагріванні. Повне руйнування кристалічних ґраток з видаленням конституційної води відбувається при температурах у кілька сотень градусів. Кристалізаційна вода видаляється при температурі, що перевищує 105° С; цеолітна виділяється поступово, починаючи з температур порядку 40° С.

Фізично зв'язана вода втримується головним чином у тонкодисперсних породах і втримується на поверхні часток силами, що мають електричну природу. Диполі міцнозвязаної води входять до складу гранули колоїдної міцелли, слабкозвязана вода входить до складу дифузійного шару, що розташовується навколо адсорбційного шару, молекули якого втримуються силами молекулярного притягання. Слабкозвязанна вода може пересуватися в процесі вирівнювання товщини гідратної оболонки в сусідніх часток, а також під впливом осмотичних і електроосмотичних сил. У глинах кількість слабкозвязаної води може досягати 30%, а сумарна кількість зв'язаної води - до 50%.

Капілярна вода є найбільш рухливою із всіх видів зв'язаної води. Капілярна вода не підкоряється закону сили ваги й пересувається в капілярних порах знизу нагору від рівня підземних вод. Обмеження рухливості пов'язане з дією сил поверхневого натягу на границі розділу "вода-порода".

Вільна (гравітаційна) вода заповнює пори й порожнечі в гірських породах і пересувається в них під впливом сили ваги зверху вниз або в різних напрямках під впливом перепаду тисків (градієнта напору).

Науково-технічний прогрес нерозривно пов'язаний з використанням і забрудненням підземних вод. Основними стимулами до використання підземних вод в індустріальну епоху були потреба в більше якісній і здоровій, ніж поверхнева, воді й більша зручність використання підземної води, джерело якого максимально наближене до об'єкта водопостачання. Протягом сторіч людина використовує природну систему очищення й доставки води до місця використання. Ця природна система, що включає водоносні горизонти, що розділяють їх водовмісні шари, які перекриваються ненасиченими ґрунтами, у силу своєї великої ємності й специфічних властивостей у більшості випадків забезпечує більш стійке водопостачання, у порівнянні з поверхневими джерелами води. Однак у межах практично будь-якого регіону ресурси підземних вод за об'ємом завжди поступаються поверхневим. Так, ресурси поверхневих вод, формовані на території України в маловодний рік, становлять 29 700 млн м³, а прогнозні ресурси підземних вод не перевищують 7000 млн м³ що майже в чотири рази менше. У ряді випадків підземні воли не задовольняють вимогам, висунутим до питної води.

В теперішній час основний обсяг використовуваної людиною підземної води - це прісні води, що циркулюють у зоні активного водообміну, що простирається від приповерхніх шарів землі до глибин від сотень метрів до 1 км. Живлення підземних вод здійснюється в основному з атмосферних опадів, що вимивають із ґрунтів, ґрунтів зони аерації й пор водонасиченої зони накопичені там і постійно поповнювані забруднюючі речовини. Перший від поверхні водоносний горизонт - ґрунтові води, у силу своєї наближеності до джерел забруднення й відсутності ізолюючих шарів повсюдно забруднений. Забруднення цих вод у містах настільки значне, що їхнє очищення для наступного використання недоцільне.

Міжпластові води, що залягають на глибинах до 100 м, мають порівняно більшу захищеність від поверхневих забруднень. Цикли водообміну цих горизонтів становлять від декількох років до декількох десятків років. Ці води в наш час широко використовують для водопостачання населених пунктів. Однак в останні десятиліття тенденції до техногенного забруднення підземних вод України, що залягають неглибоко, намітилися на третині всіх експлуатованих водозаборах питних вод. Наприклад, у Харкові на водозаборах, розташованих у межах міста, у воді верхньомілового водоносного горизонту, що залягає в інтервалі глибин 40—80 м, фіксується наднормативний вміст нафтопродуктів, сліди фенолів, пестицидів.

Найбільшу захищеність прісні підземні води мають у межах артезіанських басейнів, зона розвитку яких простирається до глибини від кількох сотень метрів до 1 км. Повний водообмін у цих горизонтах відбувається протягом сотень і тисяч років.

На перший погляд, це начебто дає можливість користуватися чистим джерелом води ще тривалий час. Однак на практиці в силу специфічних гідродинамічних і геохімічних процесів, що відбуваються в підземній гідросфері при інтенсивному відборі підземних вод, і надходженні забруднюючих речовин через стовбури несправних свердловин якісні показники підземних водоносних горизонтів поступово погіршуються.

Математичне моделювання гідрогеологічних процесів дозволяє прогнозувати кількісні показники цих змін. Глибокі горизонти прісних вод можуть піддатися впливу як забруднених горизонтів, що знаходяться вище, так і нижче комплексів, що містять некондиційні солонуваті води. Мало вивченим залишається склад порових розчинів прилягаючих слабоко пронкних шарів, віджим яких також може давати збільшення змісту в експлуатованих артезіанських водах небажаних компонентів - таких як солі твердості, хлориди, сульфати. Fe, F, Br, В, Li, Sr, А1, сірководень, нітрити.

Погіршення якості води, пов'язане з надходженням макро- і мікрокомпонентів із прилягаючих товщ у силу ненасиченості природних вод завжди незворотнє. При експлуатації артезіанських водозаборів за період амортизаційного строку (звичайно 25 років) вилучення підземних вод відбувається з ділянки, що має площу, вимірювану декількома квадратними кілометрами. Приплив небажаних інгредієнтів в експлуатований водоносний горизонт у той же період відбувається на всій площі депресії, вимірюваної багатьма десятками квадратних кілометрів. Таким чином, на урбанізованих територіях під впливом інтенсивної господарської діяльності складається порушений (антропогенний) режим підземних вод. Зміна гідродинамічних характеристик підземних вод (напору, швидкості, витрати), їхнього складу й температури відбувається не тільки під впливом природних факторів (атмосферних опадів, температури, режиму поверхневих вод і ін.), але й техногенних, які часто відіграють провідну роль.

Дата добавления: 2015-05-24