И.И. Силин
Экология и экономика природных ресурсов бассейна р. Протва
(Калужская и Московская области)
Обнинск, 2003. - 302 с.

10. Изменение геологической среды и прогноз её развития

Факторы антропогенного воздействия на окружающую среду

Как показывает опыт изучения геологической среды промышленно развитых регионов [17], окружающая среда все чаще начинает подчиняться законам и циклам функционирования природно – технической системы  и играть роль их геологической основы.

Техногенная составляющая такой природно-технической системы оказывает прямое и опосредствованное воздействие на водную и газовую составляющие геологической среды через экзогенные геологические процессы и путем прямого инженерного воздействия.

В результате такого техногенного прессинга изменяются состав, физико-механические свойства и структура верхних слоев литосферы, изменяется рельеф, почвы и растительность, идет загрязнение подземных водоносных горизонтов, меняется состав и гидродинамические параметры подземных вод.

Подземные воды чутко реагируют на все изменения, происходящие на земной поверхности:  мелиорация почв, гидротехническое строительство, региональные изменения климата, осушение болот, изменение растительного покрова и т. д. Но самое сильное влияние на режим и состав подземных вод оказывает все возрастающий водозабор.

Под влиянием водоотбора в мезо-кайнозойской кровле сформировались обширнейшие депрессионные воронки.

Региональная депрессия сформировалась на территории Московской и прилегающих областей в окско-протвинском водоносном комплексе (рис. 10.1).  Ее поперечник превышает  200 км, а максимальное понижение уровней в центре превышает 100 м. Воронка продолжает расти. Её рост в южном направлении в конце 80-х годов составил порядка 300 – 500 м в год.

Рис. 10.1. Схематическая карта понижений и остаточных напоров в окско-протвинском водоносном комплексе
(составлена Г.А. Голодковской, Ю.Б. Елисеевым,1989г, пополнена  И.И. Силиным в 1999 г): 1-4. Снижение пьезометрических уровней соответственно: меньше 10м, 10-30 м, 3- -50 м, больше 50 м. 5 – изолинии понижения уровня в м.

По южному направлению   этой гигантской депрессионной воронки сформировались локальные воронки со снижением уровня в первые десятки метров. Такие понижения наблюдаются в гг. Балабаново и  Обнинске.  Средняя скорость снижения уровней.

 В настоящее время во многих случаях в пределах депрессии имеет место инверсия уровней, когда поверхностные воды из дрен превращаются в источники пополнения подземных вод, последние же разгружаются искусственным путем [8]. Даже такая общая характеристика водоносных комплексов  позволяет представить всю масштабность происходящих в геологической среде изменений.

Эксплуатация подземных вод привела к изменению их  температурного и гидрохимического режимов, к изменению регионального плана потока, характера взаимодействия между водоносными горизонтами, грунтовыми и поверхностными водами. Активное водопотребление подземных вод  заметно отразилась на водности малых рек, таких как Протва и ее притоки.  Расчеты показывают, что 20-30% стока бассейна реки Протвы  формируется за счет подземных вод, а модуль подземного стока составляет порядка 2 л / с· км².

По данным  В. С. Плотникова (МПР),  речные воды  при весеннем подъеме уровня инфильтруются в подземные горизонты и в дальнейшем питают водозаборы, что обеспечивает до 90% сработки  запасов подземных вод.

Такой баланс заставляет предъявлять особые требования к качеству поверхностных вод, по крайней мере в местах их инфильтрации в глубокие водоносные горизонты. Мы уже отмечали, что ухудшения качества подземных вод наблюдается на участках интенсивного «антропогенного водообмена», т.е. там, где ежесуточный отбор питьевых подземных вод и сброс загрязненных стоков превышает 1000 м³/сут. на п. км.

Снижение пьезометрического уровня на 10м ведет к росту давления вышележащих пород на водоносные толщи  на 0.1 МПа (мегапаскаля). Поэтому над крупными водозаборами гг. Обнинска, Балабаново, Боровска можно  ожидать локальные обрушения кровли водоносного пласта и как результат  - проседание поверхности, образование на плоских участках западин, возможно карстовых воронок. Признаками такого процесса является локальное  смещение и обвал грунтов в г. Кременки; проседание и обвал пород водовмещающего горизонта, питающего родник «Китижи» в центре г. Боровска, вследствие чего питьевая вода оказалась сильно загрязненной;  исчезновение болота, расположенного ниже завода «Сигнал» в г. Обнинске, и др.

Гидравлическая связь отдельных мезокайнозойских горизонтов между собой и с поверхностными водами в сочетании с интенсивным загрязнением с поверхности создает условия  для горизонтального и вертикального распространения элементов – загрязнителей. Режим грунтовых и связанных с ними вод  почти повсеместно изменен и наряду с сезонной цикличностью подчинен техногенным циклам.

 Примером этого могут служить интенсивное загрязнение подземных вод на водозаборах Центральном, Самсоновском, Вашутинском, так называемые «техногенные подтопления» подвалов и территорий в северной части города Обнинска, что обусловлено нарушением естественного стока грунтовых вод и недостаточным искусственным ливневым стоком. В связи с подпором грунтовых вод на участке, расположенном севернее выезда из г. Обнинска на Киевское шоссе произошло заболачивание правого  верховья  р. Дырочной, подъем газопровода, что создало в свое время аварийную ситуацию на этом участке.

Незавершенным гидротехническим решением отличается и южный вьезд в г. Обнинск, где созданная ливневая канализация не обеспечивает сток дождевых вод, а каскад прудов руч. Комсомольского из–за замедленного стока постепенно заболачивается.

Не решены вопросы ливневых стоков в гг. М. Ярославец, Боровск, Жуков, Балабаново, Белоусово, Кременки и др. В каждом из них имеются участки подтопления и заболачивания территорий, и,  наоборот, участки кальматации грунтов, оползневых смещений и плоскостной эрозии.

Вследствие распашки земель в долине правого притока руч. Угодки и стихийного сооружения дачниками каскада прудов в этой долине, изменилась гидрология пруда в центре г. Жукова (место отдыха). Весенним половодьем почвы с распаханный долины ручья вместе с отходами Кировской ПТФ были переотложены в пруд, где образовалась, перегородившая вход коса. Уровень воды в пруду понизился, сток из пруда практически иссяк. Можно ожидать постепенного заболачивания пруда.

Вообще режим малых рек описываемого района достоин более бережливого отношения. Вследствие большого числа поселений по берегам малых рек,  с одной стороны, обилия распаханных земель в прибрежной зоне, с другой стороны, и, наконец, почти с повсеместными дачными поселками по их берегам создаются локальные участки, крайне контрастные по условиям водопроводимости. Это и уплотненные или  асфальтированные территории, с которых происходит бурный сток дождевых и талых вод почти без поглощения, и создание искусственных водоемов, вызывающих локальный подъем грунтовых вод выше пруда и замедленный сток ниже него, это и засыпка оврагов и балок, нарушающее естественный сток, это и мешающие естественному  стоку фундаменты, это и утечки из коммуникаций,  и  отсыпки технических грунтов и т. д.

В результате техногенного преобразования природных условий в бассейнах малых рек происходит нарушение естественного режима. Сток становится более контрастным и более кратковременным, так как подтопление сводит практически к нулю емкость зоны аэрации как пространства, принимающего излишки поверхностных вод и рассредотачивающего их сброс. В результате чего  возрастает число случаев подтопления территории поселков и деревень даже в период «меженных» дождей.

Помимо искусственного изменения режима и условий распространения подземных вод существенный ущерб геологической среде промышленно развитых территорий наносится техногенным загрязнением.

Сложные гидравлические связи поверхностных и подземных вод, динамичность вертикальных и горизонтальных потоков веществ – загрязнителей среды создают условия, при которых раздельное изучение загрязнения подземных вод не дает желаемого эффекта. Только тогда, когда подземные и поверхностные воды рассматриваются как единая система – объект загрязнения, а техносфера – как источник,  генератор загрязняющих веществ, можно строить прогнозные модели загрязнения геологической среды.

Для городских территорий характерна сильная «пестрота» загрязнения, которая прослеживается и по площади и по разрезу зоны контаминации. При этом минерализация, газовый и химический состав вод изменяются скачкообразно. Наряду с гидрокарбонатно – хлоридными водами, отмечаются  сульфатно-хлоридные и нитратно-гидрокарбонатные, сульфатно-нитратные, хлоридно и нитратно- гидрокарбонатные. В стоках присутствуют нефтепродукты, соединения свинца, хрома, никеля, меди, кислоты,  ПАВ.

Так, снеговые пробы  г. Малоярославец, по наблюдениям Чернова А.С.(ВСЕГИНГЕО), характеризуются повышенной по сравнению с сельской местностью жесткостью (до 0.44 мг/л), высоким содержанием аммонийного азота, нитратов и нитритов,  фосфатов, кадмия, свинца, меди , цинка, алюминия и железа.

На территории сельских жилых массивов и дачных хозяйств, воды имеют гидрокарбонатно- хлоридный и гидрокарбонатно нитратный состав. В них присутствуют азотсодержащие вещества и ядохимикаты, такие как карбофос и гексахлорциклогексан.

На лугах отмечается повышенное содержание аммония, нитритов, нитратов, сульфатов и хлора.

Воды, фильтрующиеся с сельскохозяйственных полей, несут также соединения ниобия, скандия, циркония и марганца. Иногда в них встречается ртуть, цинк, медь и свинец.

 Грунтовые воды, поступающие с полей,  выносят также азот, фосфор, кальций, магний и калий. Проникновение этих веществ в подземные воды вызывает увеличение содержания в них органической составляющей. Органическое загрязнение подземных вод ведет к  изменению состава и водопроницаемости пород.

Вблизи животноводческих ферм подземные воды загрязняются нитратами, образующимися в результате бактериального окисления аммиака.

 Ремонтные базы сельхозтехники загрязняют среду сточными водами, содержащими цирконий, молибден, бор, олово, серебро, никель, вольфрам, медь, свинец, цинк.

Одним  из главных источников загрязнения являются свалки и санитарные зоны. Они опасны не только по токсикологической причине, но и по все расширяющейся бесконтрольности так называемых «стихийных» свалок. Рассредоточенное, подверженное стихийным процессам образование свалок несет значительно большую угрозу природной чистоте подземных сфер, чем поток загрязняющих веществ крупных производств, так как в этом случае невозможно осуществить эффективный профилактический прогноз и контроль.

Свалки являются, пожалуй, наиболее активными (из расчета количества продуцируемых загрязнителей с единицы площади) источниками загрязнения геологической среды и в частности подземных вод. Помимо прочего, грунтовые воды, идущие от свалок содержат аммиак, углекислоту и другие метаболиты. Особую опасность для здоровья людей представляет бактериальное загрязнение этих вод.

Анализ существующих в описываемом районе  крупных разрешенных свалок ТБО обнаруживает их неудачное местоположение. Все они размещены  в зоне повышенного техногенного водообмена и поэтому представляют большую опасность как источники долговременного загрязнения подземных вод. К сожалению, точно так же неудачно размещены старые и действующие  могильники радиоактивных отходов.

Промышленные предприятия  городов Обнинска, Боровска, Малоярославца, Балабаново, Боровска и др. частью расположены в зоне, самой природой предназначенной для рекреации, отдыха и спорта. Более того, некоторые  из них располагается в санитарно-защитной зоне водозаборов.

Грунтовые воды, стекающие с территории  предприятий, обогащены железом, марганцем, свинцом, хромом, медью, цинком, кобальтом, никелем, анионами сильных и слабых кислот, нефтепродуктами, фенолами, радиоизотопами.

Довольно значительные изменения геологической среды сопутствуют дорожному строительству. Обычно с ним связано заболачивание, эрозия и оползание пород, что связано с плохим состоянием дренажных канав и подрезкой оползнеопасных склонов.

Воды и биомасса придорожных болот принимает на себя большое количество канцерогенов, содержащихся в выхлопных газах автомашин. Среди 200 химических соединений, содержащихся в выхлопных газах автомобилей,  170 ядовиты. Поэтому для района чрезвычайно важен вопрос защиты городов  и поселков от загрязнения, привносимого транзитным транспортом, проходящим вдоль Киевского и Варшавского шоссе.

Таким образом, современные изменения геологической среды всегда имеют конкретные причины, но в сумме они преобразуются в мощный процесс формирования и переформирования той части окружающей природы, которая определяется понятием «геологическая» и является частью биосферы.

О роли социальной культуры в развитии и преобразовании геологической среды говорит тот факт, что все внешнее воздействие рассматривается как антропогенное, в то время как природные геологические процессы постепенно переходят в разряд инженерно – геологических.