Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,940

ВОДОЗАБОРЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА

Меньшикова Е.А. 1 Щукова И.В. 1
1 Естественнонаучный институт Пермского государственного национального исследовательского университета (ЕНИ ПГНИУ)
Горно-химический профиль промышленной специализации города Соликамска Пермского края, где расположено уникальное Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей, являющееся единственной сырьевой базой калийной промышленности России, обусловливает высокий уровень техногенной нагрузки на все компоненты природной среды, в том числе на подземные воды. Однако, несмотря на интенсивную техногенную нагрузку с поверхности земли – со стороны многочисленных производственных предприятий г. Соликамска и Верхнекамского месторождения солей, химический состав и минерализация подземных вод в пределах эксплуатируемых месторождений пресных подземных вод полностью отвечают питьевым нормам и достаточно стабильны во времени. Это обеспечивается не только хорошей естественной защищенностью верхнесоликамской водоносной подсвиты – основного коллектора пресных подземных вод исследуемой территории, но и организацией зон санитарной охраны водозаборов, соблюдением величины разрешенного водоотбора. Результаты исследований получены на основе анализа гидрохимических данных многолетнего мониторинга десяти крупных водозаборов и эпизодических наблюдений отдельных водозаборных скважин в пределах г. Соликамска и прилегающих к городу территориях.
Подземные воды
месторождения
водозаборы
1. Гагарский М.Д., Столбов В.А. Пермская область: отрасли, регионы, города. - Пермь, 1997.
2. Города и районы Пермской области. - Пермь, 2005.
3. Методические рекомендации по составлению гидрогеологических карт Европейской территории СССР масштаба 1:1500000. - М. : ВСЕГИНГЕО, 1982.
4. Минерально-сырьевые ресурсы Пермского края : энциклопедия / под ред. А.И.Кудряшова. - Пермь : Книжная площадь, 2006. - 464 с.
5. Состояние и охрана окружающей среды г.Соликамска в 2010г. - Соликамск, 2010.
6. Шимановский Л.А., Шимановская И.А. Пресные подземные воды Пермской области. - Пермь : Пермское книж. изд-во, 1973. - 197 с.
7. Шимановский Л.А. Соликамский водоносный комплекс Камского Приуралья // Геология и петрография Западного Урала. - Пермь, 1974. - Вып. 6. - С. 134-161.

Введение. Подземные воды, обладающие, в сравнении с поверхностными водами, более высоким качеством и стабильностью состава, в условиях интенсивной техногенной нагрузки являются приоритетным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения. Горно-химический профиль промышленной специализации города Соликамска Пермского края, где расположено уникальное Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей, являющееся единственной сырьевой базой калийной промышленности России, обуславливает высокий уровень техногенной нагрузки на все компоненты природной среды. В связи с чем их современное состояние определяется как естественными структурно-зональными условиями, так и техногенными факторами.

Город Соликамск относится к числу старейших городов Урала, он образован в 1781 г. благодаря богатым соляным промыслам на берегу р. Усолки вологодского купца Калинникова, организовавшего выварку соли [1; 2]. В промышленности города доминируют предприятия химической, целлюлозно-бумажной, цветной металлургии, имеются предприятия лесозаготовительной и деревообрабатывающей, пищевой, полиграфической отраслей и промышленности строительных материалов [5]. В границах г. Соликамска функционируют два крупнейших калийных рудоуправления Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС) - СКРУ-1 и СКРУ-2, непосредственно у его восточной границы (административно на территории Соликамского района Пермского края) - СКРУ-3. Рудоуправления с 2011 г. являются структурными подразделениями ОАО «Уралкалий». Калийные предприятия включают в свой состав как рудники, ведущие подземную добычу сильвинито-карналлитовых руд и каменной соли, так и обогатительные фабрики по их переработке.

Процесс обогащения калийного сырья связан с образованием значительных масс отходов, представляющих собой, главным образом, галитовые отходы, глинисто-солевые шламы и избыточные рассолы, специфическая особенность которых - значительное содержание в их составе легководорастворимых минералов. Частично отходы закладываются в выработанное шахтное пространство, большая их часть размещается в солеотвалах и шламохранилищах [3]. Существенное воздействие на недра при переработке калийных руд связано именно с химическим воздействием отходов производства, которые благодаря высокой растворимости обуславливают развитие процессов засоления грунтов, поверхностных и подземных вод. Основное воздействие на компоненты гидросферы оказывают рассолы, фильтрующиеся из отвально-шламовых объектов. Большая их часть погружается до соляно-мергельной толщи и выводится из зоны активного водообмена.

Общая характеристика района исследований. Верхнекамское месторождение калийно-магниевых солей в структурном плане приурочено к центральной части Соликамской впадины Предуральского краевого прогиба. Геологический разрез ВКМКС представлен отложениями вендского комплекса, девонской, каменноугольной, пермской систем и четвертичными отложениями. Собственно месторождение представлено солями нижнепермской галогенной формации (P1sl1) Соликамской впадины. По схеме гидрогеологического районирования территории России исследуемый район относится к северной части Предуральского артезианского бассейна Восточно-Европейской системы артезианских бассейнов, к Северо-Предуральскому бассейну блоково-пластовых вод - индекс III-7А.

По условиям взаимосвязи водоносных подразделений с поверхностью в вертикальном разрезе осадочного чехла выделяются два гидрогеодинамических этажа, разделенные региональным иренским водоупором (отложения кунгурского яруса пермской системы). В верхний гидрогеодинамический этаж входят все надиренские подразделения. В нижний - все более древние гидрогеологические подразделения, которые практически утратили связь с поверхностью и характеризуются застойным гидродинамическим режимом.

В верхнем гидрогеодинамическом этаже на территории исследований выделяются следующие основные гидрогеологические подразделения: водоносные горизонты четвертичных отложений (pgQ, aQ, fQel), слабоводоносный локально-водоносный шешминский терригенный комплекс (P1šš), водоносная верхнесоликамская терригенно-карбонатная подсвита (P1sl2), слабоводоносная нижнесоликамская соляно-мергельная подсвита (P1sl1) [6; 7].

Водоносная верхнесоликамская терригенно-карбонатная подсвита (P1sl2) является основным коллектором пресных подземных вод исследуемой территории. Она распространена повсеместно. Водовмещающие породы представлены известняками, мергелями, песчаниками, тонкослоистыми алевролитами. Характерны частые фациальные изменения литологического состава по простиранию и по разрезу. Мощность верхнесоликамской подсвиты увеличивается в восточном направлении от нескольких десятков метров в долине р. Камы до 70-100 м в восточной и юго-восточной части исследуемой территории. Верхнесоликамская терригенно-карбонатная подсвита представляет собой хорошо проницаемую толщу. К верхней части разреза до глубины 5-6 - 30-40 м приурочены трещинно-грунтовые воды, чаще они безнапорны. Ниже местных эрозионных врезов, на глубинах до 10-20 - 80-100 м, распространены трещинно-пластовые воды, обладающие напором, величина которого возрастает с погружением пород к центральной части Камской депрессии [6].

Неодинаковая обводненность подсвиты обусловлена неравномерной трещиноватостью пород. Преобладающие дебиты родников 1,0-15,0 л/с, дебиты скважин 0,4-47,0 л/с. Наибольшее количество водопритоков в скважинах отмечается до глубины 100 м. Ниже в связи с затуханием экзогенной трещиноватости частота водопритоков падает. Обводненность верхнесоликамской терригенно-карбонатной подсвиты заметно повышается в долинах рек и на придолинных участках, в присводовых частях антиклинальных поднятий. В пределах синклинальных структур она снижается. Разгрузка подземных вод происходит, как правило, в виде крупных концентрированных родников и пластовых выходов. Наиболее крупные родники, пластовые выходы, высокодебитные скважины приурочены к положительным структурам, долинам рек и трещиноватым известнякам верхней части разреза.

Подземные воды верхней части подсвиты, залегающие выше эрозионного вреза, имеют в основном гидрокарбонатно-кальциевый состав с минерализацией 0,2-0,3 г/дм3, величина общей жесткости 3,9-4,8 мг-экв/дм3. Ниже эрозионного вреза до глубины 50-100 м распространены пресные гидрокарбонатные магниево-кальцевые и гидрокарбонатные кальциево-натриевые воды с минерализацией до 0,5 г/дм3. Взаимодействие верхнесоликамской водоносной подсвиты с нижележащей нижнесоликамской затруднено, поскольку во многих случаях они разделены более или менее выдержанными прослоями глин. Гидравлическая связь все же имеет место на локальных участках (в очагах разгрузки) и в естественных условиях проявляется в изменении химического состава подземных вод (повышение содержания сульфатов и хлоридов). Такие локальные участки, вероятно, связаны с тектоническими зонами. Здесь минерализация подземных вод составляет 2,4-4,0 г/дм3, состав воды хлоридно-сульфатный [6; 7].

Подземные воды верхнесоликамской терригенно-карбонатной подсвиты обладают хорошей защищенностью от загрязнения. По существующей градации [3] подземные воды подсвиты относятся ко второй и преимущественно к третьей категориям - условно защищенные и защищенные.

Благодаря низкой минерализации и значительным ресурсам, воды верхнесоликамской водоносной подсвиты имеют большое практическое значение. За счет вод этого комплекса обеспечиваются бытовые и технические нужды населения и предприятий городов Соликамск и Березники, прилегающих к ним населенных пунктов.

Результаты исследований. На территории г. Соликамска и прилегающих к городу территорий Соликамского района можно выделить порядка 10 крупных водозаборов и множество водозаборных скважин, которые расположены в населенных пунктах (рисунок 1, таблица 1).

Таблица 1 - Перечень исследуемых водозаборов

Водозаборы

Месторождения

«Калиец»

Соликамское месторождение пресных подземных вод

СКРУ-1

2-БИС СКРУ-1

Чернореченское месторождение пресных подземных вод

«Лесное»

 

СКРУ-2

Поповское месторождение пресных подземных вод

Садового товарищества «Магний»

 

Бывшей птицефабрики «Соликамская»

 

Скважины в населенных пунктах

 

№ 1 СКРУ-3

Селянское месторождение пресных подземных вод

№ 2 СКРУ-3

«Усолка»

Усольское месторождение пресных подземных вод

Водозаборы Соликамских рудоуправлений имеют утвержденные зоны санитарной охраны. Скважины оборудованы счетчиками для замера водоотбора, пьезометрами для замера уровня воды (исключение составляет водозабор № 1 СКРУ-3). Основными наблюдаемыми показателями являются величина водоотбора (суммарный дебит водозабора), дебит отдельных водозаборных скважин, уровень подземных вод, физические свойства и химический состав подземных вод.

Мониторинг подземных вод осуществляется регулярно и в полном объёме по микробиологическим, органолептическим и обобщенным показателям. Согласно результатам оценки наблюдений за качеством подземных вод, которые проводятся собственниками водозаборов и Северным филиалом ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Пермском крае», качество извлекаемой воды по анализируемому перечню показателей (HCO3-, SO42-, Cl-, NO3-, NO2-, Ca2+, Mg2+, Na+ и K+, NH4+, Feобщ., общая минерализация, рН, перманганатная окисляемость, нефтепродукты, общая жесткость, ПАВ, фенольный индекс, мутность, радиоактивность и микроэлементы) полностью отвечает питьевым нормам (СанПиН 2.1.4.1074-01), оно стабильно и не претерпевает существенных изменений, как в многолетнем, так и внутригодовом режиме. Тенденция ухудшения качества воды не наблюдалась. Исключение составляет водозабор № 1 СКРУ-3, который возник стихийно в период 1988-1989 гг. без проведения геологоразведочных работ, запасы подземных вод не подсчитывались, здесь при соответствии качества вод по основным показателям отмечены единичные превышения величины общей жесткости вод. С вводом в опытно-промышленную эксплуатацию водозабора № 2 СКРУ-3 водозабор № 1 СКРУ-3 эксплуатируется в минимальном объеме только одной скважиной.

 

Рисунок 1 - Расположение месторождений и водозаборов подземных вод в пределах исследуемой территории (Гидрогеологическая основа - Иконников, 2004).

Согласно проведенному анализу эксплуатация отдельных водозаборов подземных вод осуществляется без утвержденных зон санитарной охраны, водозаборные сооружения (водонапорные башни, водоводы, водозаборные скважины) находятся в неудовлетворительном состоянии, контроль качества питьевой воды либо вообще не организован, либо ведется не регулярно. Эпизодические наблюдения за качеством подземных вод выявляют повышенные, но не превышающие ПДК, минерализацию, концентрацию хлоридов и показатель общей жесткости. При этом загрязнение отмечается только по азотистым соединениям (NO3-, NO2-). Вероятно, это связано с нарушением условий водоотбора и загрязнением прилегающих территорий с поверхности (водозабор бывшей Соликамской птицефабрики и скважины в населенных пунктах Родники, Геологоразведка, Усовский, Чашкино, садовое товарищество «Магний»).

Выводы. Несмотря на интенсивную техногенную нагрузку с поверхности земли - со стороны многочисленных производственных предприятий, химический состав и минерализация подземных вод верхнесоликамской водоносной подсвиты за последние 25-30 лет не претерпели существенных изменений. Это обеспечивается хорошей естественной защищенностью водоносного подразделения, организацией зон санитарной охраны водозаборов, соблюдением величины разрешенного водоотбора.

Рецензенты:

  • Кудряшов Алексей Иванович, доктор геол.-мин. наук, директор научно-производственной фирмы «Геопрогноз».
  • Флаас Александр Сергеевич, доктор геол.-мин. наук, профессор кафедры геологии нефти и газа Пермского государственного национального исследовательского политехнического университета, почетный работник высшего образования РФ.

Библиографическая ссылка

Меньшикова Е.А., Щукова И.В. ВОДОЗАБОРЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В ЗОНЕ ВЛИЯНИЯ ГОРНО-ХИМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВА // Современные проблемы науки и образования. – 2011. – № 6. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=5249 (дата обращения: 26.09.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074