Взаимодействие поверхностных и подземных вод в зоне влияния Улан-Удэнского промышленного узла

Взаимосвязь поверхностных и подземных вод носит сложный, смешанный характер, во многом зависящий от сезона года. В меженные периоды речная сеть является дреной для подземных вод, их уклон направлен в сторону русел поверхностных водотоков. В половодье, в паводки высокие уровни поверхностных вод создают подпор подземным водам, уклон которых в это время направлен уже от реки. Кривая подпора может распространяться в сторону берегов речной долины на расстояние до нескольких сотен метров.

Гидродинамические изменения в течение года в зоне развития подпора влияют на миграцию загрязнений, переносящихся как поверхностными, так и подземными водами. После спада горизонта высоких вод происходит довольно резкое снижение уровня грунтовых вод в прибрежной полосе. В этот момент с застроенных территорий, располагающихся в прибрежной части рек, происходит стремительный вынос загрязнений, растворенных в подземных водах. Кроме этого, на территориях, попадающих в зону влияния подпора, активизируются такие процессы, как суффозия, просадка, набухание грунтов, подтопление и т.д.

Обратная картина миграции загрязнений может наблюдаться в периоды подъема уровней поверхностных вод, когда они создают подпор подземным водам и начинают их подпитывать. Поскольку речные воды являются сборной средой для сточных, талых и ливневых вод, они аккумулируют в себе и загрязнения, привносимые ими с прилегающих территорий. Эти загрязнения могут попадать в подземные воды посредством инфильтрации поверхностных вод в водоносный горизонт в ложе реки [1].

Выявление гидродинамических, гидрохимических закономерностей взаимодействия поверхностных, подземных вод в зоне подпора необходимо для оценки влияния г. Улан-Удэ на чистоту рек Селенга, Уда, которые являются транспортной средой для переноса загрязнений с жидким, твердым стоком в оз. Байкал, представляющий собой особо охраняемый природный объект.

Объекты и методы исследований

Территория исследований расположена в г. Улан-Удэ, где сконцентрированы основные промышленные объекты Бурятии. В пределах города действует разнопрофильный промышленный комплекс, который представлен следующими предприятиями: лесозаготовки и деревообработки, сельского хозяйства и продовольствия, теплоэнергетического комплекса, ЖКХ, легкой текстильной промышленности и бытового обслуживания, стройиндустрии, машиностроительного комплекса, хранения и реализации продуктов и предприятия автотранспорта.

Чтобы оценить воздействие Улан-Удэнского промышленного узла на местную гидрологическую сеть и грунтовые воды, детальному обследованию были подвергнуты окрестности г. Улан-Удэ. В процессе наземных исследований были отобраны пробы воды из рек, скважин и колодцев для определения макро- и микроком-понентного состава, органических веществ, нефтепродуктов, фенолов.

Мониторинг за качеством поверхностных и подземных вод проводился в двух гидрогеологических створах: Удинском и Селенгинском. В состав Удинского гидрогеологического створа входят р. Уда - проспект Автомобилистов -дачное товарищество «Вишня», дачное товарищество «Энергетик»; в Селенгинский гидрогеологический створ - р. Селенга - п. Сужа - дачное товарищество «Навигатор». Наблюдение за качеством поверхностных вод осуществлялось в р. Селенга в 2 км выше города (район п. Возне-сеновка, мост Вознесеновский) и 0,5 км ниже сброса сточных вод городских очистных сооружений (ст. Дивизионная), р. Уда в 1 км выше города (Генеральский мост), непосредственно в городе (район Стрелки) и в районе Центрального рынка.

С 14 апреля 2011 г. поменялись точки наблюдения в Селенгинском гидрогеологическом створе (и. Сужа и дачное товарищество «Навигатор» мы заменили и. Солдатским и Поселье) в связи с тем, что новые точки наблюдения (рисунке 1) находятся ближе к реке Селенга, что положительно отразилось на гидродинамическом взаимодействии поверхностных и подземных вод. Точки отбора проб подземных и поверхностных вод представлены на рис. 1.

Отбор проб поверхностных вод производился у берега вблизи поверхности воды. Для отбора и хранения проб воды применяли стеклянные или пластмассовые прозрачные бутыли емкостью 1,5

л. Перед отбором проб воды посуду несколько раз ополаскивали исследуемой водой, после чего наполняли и закрывали. Пробы для определения концентрации азотсодержащих веществ, железа, нефтепродуктов, СПАВов, ХПК подвергались консервации и после отправлялись в лабораторию для анализа. На месте определяли pH, Eh и 1° воды.

Отбор проб грунтовых вод производился из хозяйственно-бытовых скважин и колодцев. При отборе пробы из скважины в течение 20-60 минут откачивали воду. При этом следили за тем, чтобы выкачиваемая вода не проникала обратно в скважину.

Рис. 1. Точки отбора проб подземных и поверхностных вод

Мониторинг загрязнения поверхностных и подземных вод проводился в течение года, 1 раз в сезон в результате отобраны 36 проб поверхностных и подземных вод (16 подземных и 20 поверхностных).

Замеры уровней проводились каждые пять дней.

Ландшафтно-клима тическая характеристика

Улан-Удэнский промышленный узел расположен в пределах Иволгинской межгорной мезозойской впадины, у слияния рек Селенги и Уды. Впадина вытянута в широтном направлении и ограничена с севера отрогами хр. Хамар-Дабан и Улан-Бургасы, с юга - хр. Цаган-Дабан. Эти хребты в черте города представлены пре имущественно низкогорной частью, высотные отметки от 500 до 850 м над уровнем моря.

В геологическом отношении городскую территорию можно считать сложной. В ее пределах выделяются следующие главные породные комплексы: левый берег р. Уды, правый берег р. Селенги - нижнечетвертичные дресвяники и суглинки, озерно-речные плейстоценовые пески, супеси мощностью 30-70 м; центральная часть города - чередование литологически различных осадочных парод позднего мезозоя, выступов фундамента, сложенных гранитоидами.

Каждый породный комплекс имеет свой геохимический облик. Наиболее чистыми в геохимическом отношении являются супеси и песчаные толщи кривоярской свиты. Элементы распределены в них равномерно. Неогеновые крас- ноцветные глинистые отложения, встречающиеся на педиментах правого борта р. Уды, являются реликтовыми образованиями субтропического ландшафта. Для них характерно повышенное содержание железа и марганца.

Центральная часть города расположена на отложениях I-II надпойменной террас песчаного состава, северные окраины города - на предгорном пролювиальном шлейфе суглинистого состава. Эти отложения отличаются очень неравномерным распределением микроэлементов, что связано с техногенными процессами [2].

Климат резко континентальный с продолжительной зимой и коротким, но сравнительно жарким летом. Распределение температуры воздуха на территории города в основном зависит от горно-долинной циркуляции воздуха, температурных инверсий и подстилающей поверхности. Среднегодовая температура воздуха -1.7°С, самый холодный месяц - январь (-25,4 °C), самый теплый - июль (19,4 °C).

Преобладающим направлением ветра в зимнее время является западное и юго-западное. Весной преобладают северо-западные ветры. Наиболее часто наблюдаются штили и малая скорость ветра 0-1 м/с (47,2 %).

В зимний период относительная влажность воздуха на территории города почти не изменяется и составляет в среднем за месяц 70-80%. В летнее время относительная влажность воздуха колеблется в пределах 60-70%. Большая часть осадков в г. Улан-Удэ выпадает летом. Это связано как с влагосодержанием воздуха, так и с перемещением циклонов и фронтов [3].

Гидрологические условия района г. Улан-Удэ отличаются большой сложностью, обусловленной сложным геологическим строением, климатическими и геоморфологическими особенностями территории.

По условиям залегания и гидравлическому состоянию подземные воды района классифицируются следующим образом:

• -    грунтовые воды;

• -    артезианские воды;

• -    воды зон тектонических нарушений.

Грунтовые воды образуют единую гидравлическую зону и объединяют в своем составе пластовые воды рыхлых и коренных осадочных пород и трещинные воды изверженных и метаморфических образований. Они образуют грунтовые, большей частью открытые потоки, и только на участках, где имеют место слои относительно водоупорных пород, приобретают характер напорных потоков.

Артезианские воды в пределах пойм имеют подчиненное распространение преимущественно в южной части Удинской впадины и заключены в отложениях сангинской свиты.

Воды зон тектонических нарушений распространены локально. По гидравлическому состоянию они большей частью напорные. Поскольку одному и тому же одноосному комплексу могут быть свойственны и грунтовые, и артезианские воды, описание подземных вод рационально производить не по типам вод, а по водоносным комплексам и горизонтам [4].

Все водотоки - реки, ручьи, временные водотоки - принадлежат бассейну р. Селенги. Глубина р. Селенги 3-5 м, ширина 210-680 м, скорость течения до 1,7 м/с, при летних паводках -до 2,32 м/с. По химическому составу вода в реке гидрокарбонатная, магниево-кальциевая, с минерализацией от 100 до 140 мг/дм3. Наиболее крупные ее притоки на площади работ - р. Уда, Итанца, Кабанья. Река Селенга судоходна, навигация длится с мая по октябрь.

Замерзание рек начинается в конце октября, ледостав завершается к середине ноября. Все мелкие речки промерзают до дна, функционируют только подрусловые потоки. Таяние льда происходит постепенно и весенние половодья, как правило, не характерны. Незначительные весенние паводки наблюдаются на р. Селенга, и только в период проливных дождей (июль-август) река выходит из берегов, затопляя прибрежную зону в районе г. Улан-Удэ [5].

Воздействие улан-удэнского прмышленно-го узла на природную среду

В г. Улан-Удэ проживает около трети населения всей республики. Промышленность города представлена разнопрофильными предприятиями: авиационный, локомотивовагоноремонтный, приборостроительный и судостроительный заводы, деревообрабатывающий комбинат, фабрика по переработке шерсти и производству шерстяных тканей, мясокомбинат, мелькомбинат и др., - а также множеством мелких частных предприятий мебельного производства и пищевой промышленности. В пределах Улан-Удэнского промузла распологаются ТЭЦ-1 и ТЭЦ-П, крупные хранилища ГСМ, многочисленные АЗС [1].

Промышленные предприятия города имеют следующие особенности размещения, определяющие химический состав техногенных аномалий и потоков. Промышленная зона расположена в центральной части города и вытянута вдоль правобережья р. Селенги и Уды в широтном на- правлении. Два основных предприятия-загрязнителя расположены в ее центре - это ТЭЦ-1 и ЛВРЗ. К западу от них расположены стеклозавод, завод «Электромашина», судостроительный завод, к востоку - авиазавод^ ЗММК, асфальтозавод. Перечисленные предприятия могут быть очагами загрязнения атмосферы и всех компонентов ландшафта элементами трех классов токсичности (хрома, ванадия, свинца, ртути, молибдена, вольфрама, цинка и др.).

В юго-восточном районе города (Октябрьский район) выделяется вторая промышленная зона, вытянутая также в широтном направлении вдоль левобережья р. Уды и Селенги. В нее входят - карьер строительных материалов, текстильные, деревообрабатывающие предприятия и др.

Центральная часть города (севернее слияния р. Уды и Селенги, Советский, Железнодорожный районы) наиболее насыщена машиностроительным и энергетическим производством.

Юго-восточная часть (южнее слияния р. Уды и Селенги, Октябрьский район) - относительно молодой район города, включает предприятия легкой, пищевой, деревообрабатывающей промышленности [2].

Опробование было приурочено к окончанию летнего паводка - началу сентября, началу осенней межени - концу сентября и в этом году к началу весеннего паводка - в мае. В результате были получены данные, которые представлены в таблицах 1 и 2. Из таблиц видно, что в Удинском гидрогеологическом створе наблюдается превышение ПДК нескольких загрязняющих веществ: в реках превышена концентрация по железу общему и фенолам, также аммоний на границе с ПДК, в грунтовых водах - превышение ПДК наблюдается почти по всем компонентам. Также здесь можно наблюдать закономерность: что при малой воде концентрации загрязняющих веществ больше, а при большем количестве концентрации уменьшаются. В Селен-гинском гидрогеологическом створе превышение ПДК наблюдается по аммонию, железу и фенолам.

Из графиков, представленных на рисунках 2 и 3, видно, что относительные колебания уровней за период наблюдений на р. Селенга составили 1,4 м, на реке Уда - 0,7 м.

Во время летнего паводка (июль-август) подъем уровней речных вод оказал влияние на режим подземных вод в прибрежной части колебания их уровней находились в прямой зависимости от колебаний уровней поверхностных вод.

Рис. 2. Колебания уровней поверхностных и подземных вод в удинском гидрогеологическом створе

Дата наблюдений

Рис. 3. Колебания уровней поверхностных и подземных вод в Селенгинском гидрогеологическом створе

Заклю чение

Полученные результаты показывают, что р. Селенга и Уда загрязнены азотсодержащими соединениями, железом, органическими веществами, их концентрация выше ПДК для вод рыбохозяйственных водоемов. Р. Селенга в боль шей степени, чем река Уда, загрязнена аммонием, фенолами. В пределах города реки загрязняются нитратом, сульфатом, фенолами. Под воздействием колебания уровня грунтовых вод наблюдается изменение содержаний аммония, железа, нитрата и сульфата в несколько раз.