Оценка качества подземных вод Коношского района Архангельской области

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Подземные воды играют значительную роль в природе, участвуя почти во всех физико-географических процессах, происходящих в литосфере [1, 2].

Благодаря перемещению вод происходит перенос растворенных веществ, растения получают питательные соли и влагу. Подземные воды влияют на формирование рельефа: оползни, суффозия, карст, термокарст. Они участвуют в питании рек и озер, являясь при этом самой устойчивой частью стока [2].

Неоценимо ресурсное значение подземных вод. Во-первых, они используются для водоснабжения: практически 80% населения пользуется пресными подземными водами. Во-вторых, из подземных вод извлекают многие тонны химического сырья: глауберовой соли, борной кислоты, буры; получают металлы: цезий, литий, радий, актиний, торий. В-третьих, получает развитие использование термических ресурсов подземных вод. На тепловой энергии работают геотермальные станции в Италии, Новой Зеландии, Мексике, Конго, Исландии, Японии, Северной Америке. Термальные воды расходуются также на отопление жилых домов, обогрев теплиц. В-четвертых, в лечебных целях широко применяются минеральные воды [Там же].

Несмотря на то, что запасы подземных вод огромны, их возобновление происходит очень медленно. Поэтому охрана подземных вод и их рациональное использование являются вопросами государственной важности. Для охраны пресных подземных вод выделяются особые участки - зоны санитарной охраны, на территории которых устанавливается строгий санитарно-эпидемиологический режим и реализовываются мероприятия по охране вод, водозабора и водопроводных сооружений от загрязнения [Там же].

Сохранение здоровья нации, снижение уровня смертности увеличение продолжительности жизни являются важнейшими условиями решения проблемы обеспечения национальной безопасности. К числу определяющих факторов охраны здоровья населения относится снабжение населения доброкачественной питьевой водой. Подземные воды являются важным компонентом природных ресурсов, использование которого растет стремительными темпами [Там же].

Подземные воды также являются элементом природной среды, антропогенные изменения которого оказывают негативные влияния на ряд элементов природной среды, таких как поверхностные воды, почва, растительность, животный мир и человек. Из этого следует, что актуальность этой проблемы, ее научное и практическое значение становится особенно очевидным [2].

Объектом исследования являются - подземные воды Коношского района Архангельской области.

Цель исследования - дать оценку качества подземных вод Коношского района Архангельской области и также оценить их использование в хозяйственно-питьевых целях.

Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1. Проработка научной литературы по теме: подземные воды их физические свойства и химический состав;

2. Дать подробную оценку качества подземных вод для рационального использования в качестве хозяйственно-питьевых вод;

3. Выявить влияние качества подземных вод на здоровье населения.

1. Подземные воды. их физические свойства и химический состав

1.1 Основные генетические типы подземных вод

Подземные воды - это воды, находящиеся в верхней части земной коры и залегающие ниже поверхности Земли. В литосфере вода содержится в крупных полостях, трещинах и порах горных пород, находится в постоянной взаимосвязи с горными породами и образует водоносные горизонты [3].

Водоносный горизонт - это часть пласта или пласт, заполненный водой и приуроченный к регионально выдержанным водопроницаемым породам, однотипным по гидрогеологическим признакам и имеющим общую пьезометрическую или гидравлическую поверхность [Там же].

В разное время разработкой генетической классификации занимались Э. Зюсс, Р.А. Дели, Н.И. Толстихин, А.М. Овчинников, Э.Т. Дегенс, А. Шеллер и многие другие [Там же].

Объяснению происхождения подземных вод посвящены следующие теории: инфильтрационная, конденсационная, седиментационная, ювенильная [4].

Генетические типы подземных вод представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1 - Генетические типы подземных вод.

Круговорот воды	Генетическая группа подземных вод	Генетический тип воды
Климатический	Метеорные	Инфильтрационные Конденсационные
Геологический	Седиментационные	Погребенные Элизионные Возрожденные
Мантийный	Ювенильные	Магматогенные Интрателлурические
Мантийно-океанический	Талассогенные	Литификационные Рифтогенные Субдукционные

Подземные воды атмосферного генезиса создаются за счет инфильтрации атмосферных осадков в горные породы, а также речных, озерных и вод местного поверхностного стока; инфлюации (втекания) названных вод по относительно крупным трещинам и каналам горных пород; поступления паров воды из воздуха в поры с их последующей конденсацией [3].

К водам атмосферного генезиса относятся так же воды, которые вырабатываются в пресноводных водоемах в процессе осадконакопления. Максимальное значение в создании вод атмосферного генезиса принадлежит инфильтрации атмосферных осадков и вод поверхностного стока. Воды атмосферного генезиса называются инфильтрационные [Там же].

Инфильтрационная теория объединяет происхождение подземных вод с процессами просачивания атмосферных и поверхностных вод суши вглубь Земли. Воды этого типа распространены в верхних горизонтах земной коры, где происходит интенсивный водообмен. На значительной глубине, в условиях слабого водообмена, могут сохраняться древние инфильтрационные воды. [4]

Конденсационная теория полагает, что скапливание подземных вод происходит в основном за счет конденсации водяных паров в порах и трещинах горных пород. Интенсивность конденсации объединена с особенностями района и его геологическими условиями, а также водно-физическими свойствами горных пород (плотность, пористость, зерновой состав) [Там же].

Воды этих генетических типов относятся к метеогенным. Вторую генетическую группу подземных вод образуют воды, которые участвуют в геологическом круговороте и получили наименование как седиментационные, то есть, создающиеся в процессе седиментации или образования осадочных пород. Такие воды еще называют погребенными (ископаемыми) или захороненными морскими, а в зарубежных странах еще и формационными [Там же].

Идея седиментационных вод наиболее развита в России А.Д. Архангельским, А.Н. Бунеевым, К.И. Марковым, А.М. Овчинниковым [5].

Авторы показали, что многие типы соленых глубоких подземных вод представляют собой сильноизмененные остатки древних морских, реже озерных бассейнов, в которых формировались сами осадочные породы. Седиментационная теория поясняет это происхождение части подземных вод одновременными процессами осадконакопления диагенеза, в ходе которых остаточные растворы или отжатые воды на длительный период, измеряемый геологическим масштабом времени, исключались из гидрологического круговорота, участвуя в геологической ветви. Среди седиментационных вод в соответствии с механизмом попадания их в водоносный горизонт различают погребенные воды, элизионные воды и возрожденные воды [3].

Погребенные - это свободные воды, которые, находясь в порах горных пород с момента формирования донного осадка, опустились на некоторую глубину и образовали водоносный горизонт [Там же].

Элизионные (элизия - выдавливание) - это воды, выдавленные под действием веса вышележащих пород из глинистых образований. Другими словами, это физически связанные с осадком на дне водоема воды, которые переместились на некоторую глубину и перешли в свободное состояние [Там же].

Возрожденные воды - это те, которые перенесены на большую глубину непосредственно кристаллической решеткой в форме кристаллизационных, цеолитных или конституционных вод и перешли в свободное состояние в результате разрушения структуры минерала [4].

Максимальные количества возрожденных вод появляются при перестройке структуры глинистых минералов, в основном при превращении монтмориллонита (который содержит до 24 % воды) в иллит и другие гидрослюды (содержание обычно не более 10% воды) - за счет высвобождения межслоевой воды глинистых минералов [Там же].

Ювенильная теория образования подземных вод в начале 19 века получила широкое распространение, ее предложил австрийский геолог Э. Зюсс [Там же].

Представленная гипотеза до настоящего времени остается весьма слабо обоснованной фактическими данными. Ювенильная теория разъясняет происхождение вод из продуктов магмы при ее извержении и застывании. Роль ювенильных вод немаловажна на ранних этапах формирования Земли, когда она явилась первоосновой, вступившей в дальнейшем в различные реакции [4, 5].

Среди ювенильных вод различают магматогенные воды - то есть, поступившие в земную кору вместе с магмой и выделившиеся из нее при остывании и интрателлурические воды, создавшиеся в результате дегазации вещества мантии и поступающие в земную кору по зонам глубинных разломов [4].

В гидрогеологическом круговороте выделяют вадозные (блуждающие) воды, которые создаются при сочетании инфильтрационных и седиментационных вод, выделяемых в процессе осадконакопления в морских бассейнах. В общем круговороте воды на Земле наиболее активно участвуют воды инфильтрационного и конденсационного происхождения [Там же].

1.2 Физические свойства подземных вод

К физическим свойствам воды относят цвет, запах, вкус, прозрачность, температуру, плотность, вязкость, электропроводность и радиоактивность [5].

Оценка физических свойств подземных вод является важнейшим показателем качества. При перспективе хозяйственно-питьевого использования подземных вод оценка соответствия их существующим государственным стандартам является обязательной [Там же].

Вода - одно из самых удивительных соединений на Земле; она давно поражает исследователей необычностью многих своих физических свойств. Так, по результатам вычислений Д. Херда температура плавления воды должна была составить по аналогии с температурой плавлений гидридов других элементов - 120 єС, а не ноль є С, как это наблюдается на самом деле. Её температура кипения должна быть равной - 112 єС, а фактически она равна + 100 єС [6]. Не менее изумительным является тот факт, что плавление воды сопровождается не расширением, как у подавляющего большинства соединений, а сжатием. Максимальной плотностью, а, следовательно, и минимальным удельным объемом вода обладает при температуре равной + 4 є С, а не 0 єС, как это можно было бы предположить [Там же].

Температура подземных вод это один из важнейших показателей генезиса и глубины их циркуляции [7].

Диапазон изменения известных температур природных вод на Земле составляет около 400 єС: от - 5 єС и ниже в районах развития многолетнемерзлых пород до 100 єС и более в гейзерах вулканических областей и до 350 - 370 єС в глубинных субаквальных источниках океанических впадин. Температура грунтовых вод в гумидной зоне от 3 до 10 єС, в аридной зоне до 12 єС и более. Артезианские воды могут достигать температуры 90 - 100 єС и более [7].

Температуры кипения и замерзания воды представлены в таблице 1.2 [6].

Таблица 1.2 - Температура кипения и замерзания воды и ее химических аналогов

Вещество	Молекулярный вес	Температура Кипения	Температура Замерзания
	80	- 42	- 64
	34	- 61	- 82
	18	+ 100	0

По данным таблицы 1.2 можно сделать следующий вывод: для вещества селеноводород неорганического бинарного соединения водорода и селена с формулой H2Se характерна температура кипения минус 42 °C, температура замерзания составляет минус 64 °C, молекулярный вес равен 80 г/моль.

Для сероводорода химическая формула - H2S, характерны: температура кипения минус 61 °C, температура замерзания - 82 °C, молекулярный вес 34 г/моль. У воды следующие характеристики: температура кипения равна +100°C, температура замерзания 0 °C, молекулярный вес составляет 18 г/моль.

Классификация подземных вод по температуре А.В. Щербакова представлена в таблице 1.3 [Там же].

Таблица 1.3 - Классификация подземных вод по температуре [Там же].

Балл	Температурные типы вод	Степень нагретости	Шкала температуры єС	Физические и биохимические критерии
1	Переохлажденные	Исключительно холодные	Ниже 0	Переход в твердое состояние
2	Холодные	Весьма холодные	0 - 4	3,98 єС температура максимальной плотности воды
3		Умеренно холодные	4 - 20	Единица вязкости определена при температуре 20 єС
4	Термальные	Теплые	20 - 37	Температура человеческого тела - около 37 єС
5		Горячие	37 - 50	Оптимальная температура для роста бактерий
6		Весьма горячие	50 - 100	Переход в парообразное состояние
7	Перегретые	Умеренно перегретые	100 - 200	Термометаморфизм (гидролиз карбонатов с выделением СО2, генерация абиогенного Н2S)
8		Весьма перегретые	200 - 375	Процессы углефикации органического вещества и углеводородов

Температуру воды в поверхностных объектах гидрогеологических исследований подземных вод (источники, колодцы, колонки) измеряют «ленивыми» термометрами, у которых шариковый резервуар обернут теплоизолирующим материалом, или родниковыми термометрами, имеющими вокруг шарикового резервуара специальную емкость, наполняющуюся исследуемой водой [7].

Питьевая вода является наиболее вкусной и освежающей, если ее температура составляет от 7 до 11 єС. Для лечебных целей (принятия ванн) наиболее ценной является вода с температурой 35 - 37 єС, то есть, близкой к температуре человеческого тела. Такая вода при употреблении не требует ни охлаждения, ни нагревания, поэтому широко употребляется на курортах [Там же].

Прозрачность подземных вод зависит от количества растворенных в них минеральных веществ, содержания механических примесей, коллоидов и органических веществ. Выделяют четыре категории прозрачности вод: прозрачные, слегка мутные, мутные, очень мутные [8].

При приблизительной оценке прозрачность выражается предельной высотой столба воды (см) в градуированном цилиндре с плоским дном, расположенного на расстоянии четыре см от дна цилиндра, или виден «крест» с толщиной линии один мм. Оценка прозрачности проводится фотометрическим путем сравнения со стандартными эталонными суспензиями каолина. Вода, которая используется для хозяйственно-питьевого водоснабжения, должна иметь прозрачность «по шрифту» не менее 30 см и «по кресту» не менее 300 см, по стандартной шкале - не более 1,5 мг/. По ГОСТ 2874-73 «Вода питьевая [27].

Гигиенические требования и контроль за качеством» мутность воды по шкале не должна превышать 1,5 мг/л [Там же].

Цвет подземных вод зависит от химического состава и наличия примесей, большей частью подземные воды бесцветны. Жесткие воды имеют голубоватый оттенок. Закисные соли железа и сероводород придают воде зеленовато-голубую окраску. Органические гуминовые соединения придают воде желтоватый цвет, взвешенные минеральные частицы - сероватый [9].

Согласно нормам, ГОСТ 2874-73 цветность по платинокобальтовой или имитирующей шкале допускается не более 20 градусов [27].

Запах в подземных водах не всегда проявляется. В большинстве случаев, запах воды связан с деятельностью бактерий, которые разлагают органические вещества, интенсивность запаха оценивают по следующей шкале по ГОСТ 3351-46 «Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности», которая представлена в таблице 1.4 [Там же].

Таблица 1.4 - Интенсивность запаха воды

Балл	Интенсивность запаха	Описательные определения
0	Никакого	Отсутствие ощутимого запаха
1	Очень слабый	Запах, не поддающийся обнаружению потребителем, но обнаруживаемый в лаборатории опытным исследователем
2	Слабый	Запах, не привлекающий внимание потребителя, но такой, который можно ощутить, если указать на него
3	Заметный	Запах, легко обнаруживающийся и могущий дать повод относиться к воде с неодобрением
4	Отчетливый	Запах, обращающий на себя внимание и делающий воду неприятной для питья.
5	Очень сильный	Запах настолько сильный, что делает воду непригодной для питья

Вода приобретает вкус при растворении в ней минеральных солей, газов, различных примесей. Распознают сладкий, соленый, горький и кислый вкус; при содержании в воде гидрокарбонатов кальция и магния, а также углекислоты вода приобретает приятный вкус. Высокое количество органических веществ придает воде сладковатый вкус [10].

Растворение хлористого натрия придает воде солоноватый вкус, а присутствие сульфатов магния и натрия дает воде горький вкус. Плотность воды устанавливается отношением ее массы к объему при определенной температуре. За единицу плотности воды принята плотность дистиллированной воды при температуре четыре єС. Плотность подземных вод изменяется от 1,0 до 1,4 г/ [9].

Вязкость характеризует внутреннее сопротивление частиц жидкости ее движению. Вязкость подземных вод главным образом зависит от температуры и количества растворенных в ней солей. С увеличением температуры вязкость уменьшается, а с увеличением минерализации подземных вод повышается [11].

Единицей динамической вязкости в системе СИ служит паскаль/секунда - вязкость такой среды, в которой при давлении сдвига 1 Па разность скоростей ламинарного движения жидкости на расстоянии один м составляет один м•с [9].

Изучения структуры и свойств воды раскрыли незакономерность изменения вязкости воды с повышением давления: в интервале температур от 0 до 30 єС она немного уменьшается, затем длинное время практически не изменяется и начинает увеличиваться, как и всех жидкостей, лишь по достижении давления порядка 108 Па. Вязкость воды уменьшается с ростом температуры [7].

Электропроводность подземных вод обусловлена тем, что они являются растворами электролитов. Электропроводность находится в прямой зависимости от количества растворенных в воде солей. Диапазон изменения удельных сопротивлений подземных вод составляет от 0,2 до 1,0 Ом·м [Там же].

Радиоактивность подземных вод вызывают наличием в них урана, радия и радона. Подземные воды, в той или иной степени радиоактивны [8].

Содержание гелия в подземных водах в последние годы стало объектом изучения. Гелий, представляющий собой продукт распада радиоактивных элементов, беспрерывно создастся в земной коре и мигрирует к поверхности по трещиноватым зонам. Единицей радиоактивности в системы СИ является беккерель - активность нуклида: один распад в одну секунду. Максимальной радиоактивностью характеризуются воды кислых магматических пород, а наименьшей - осадочные породы [10].

1.3 Химический состав подземных вод

Понятие «химический состав подземных вод» это совокупность содержащихся растворенных минеральных и органических соединений. Подземная вода - сложная физико-химическая система, которая изменяется в зависимости от состава и степени активности входящих в нее компонентов и термодинамических условий. Ионно-солевой комплекс подземных вод изображен микрокомпонентами, макрокомпонентами, радиоактивными элементами [Там же].

Практически в любой природной воде располагаются органические вещества и микроорганизмы, растворенные в воде, а также коллоиды и механические примеси. Общую минерализацию подземных вод составляет сумма растворенных в них веществ. Минерализация, как правило, выражается в г/л или мг/л. Создание химического состава и общей минерализации подземных вод объединено с двумя существенными факторами: первое - с условиями их происхождения; второе - с взаимодействием с горными породами, по которым движется подземная вода, и условиями водообмена [Там же].

В ряде случаев происходит процесс выщелачивания растворимых горных пород и соответственное обогащение подземных вод теми или иными минеральными солями. В глубинных водах в условиях затрудненного водообмена происходят максимальная концентрация растворенных веществ и значительное увеличение общей минерализации [13].

К настоящему времени опубликовано много классификаций подземных вод по их минерализации и химическому составу. В классификации В.И. Вернадского, О.А. Алексина выделяются четыре группы подземных вод [11]:

1. Пресные - с общей минерализацией до 1 г/л;

2. Солоноватые - от 1 до 10 г/л;

3. Соленые - от 10 до 50 г/л;

4. Рассолы - свыше 50 г/л.

Отнесение к пресным водам обусловлено нормами ГОСТ. Слабосолоноватые воды могут использоваться для нецентрализованного водоснабжения, а также для орошения; соленые используются для оценки минеральных вод. Выделение подгрупп рассолов необходимо для правильной оценки термальных, промышленных подземных вод и вод нефтяных месторождений. В соответствии с ГОСТом подземные воды по общей минерализации подразделяются на следующие группы, которые представлены в таблице 1.5 [11].

Таблица 1.5 - Классификация подземных вод по величине общей минерализации

Класс вод	Подкласс вод	Минерализация г/л
Пресные	Ультрапресные	< 0,2
	Умеренно пресные	0,2- 0,5
	Собственно пресные	0,5 - 1,0
Солоноватые	Слабосолоноватые	1 - 3
	Умеренно солоноватые	3 - 10
Соленые	Слабосоленые	10 - 30
	Сильносоленые	30 - 50
Рассолы	Слабые	50 - 100
	Крепкие	100 - 320
	Сверхкрепкие	320 - 500
	Предельно насыщенные	> 500

По данным таблицы можно сделать следующий вывод: по величине общей минерализации выделяют четыре класса вод, классы подразделяются на подклассы. Класс пресных вод подразделяется на ультрапресные, умеренно пресные, собственно пресные. Им присуща следующая минерализация: ультрапресные < 0,2 г/л, умеренно пресные - от 0,2 до 0,5 г/л и собственно пресные - от 0,5 до 1,0 г/л. Солоноватые воды делятся на: слабосолоноватые - от 1 до 3 г/л, умеренно солоноватые - от 3 до 10 г/л. - соленые: слабосоленые - от 10 до 30 г/л, сильносоленые - от 30 до 50 г/л. Среди рассолов выделяются слабые - с минерализацией от 50 до 100 г/л, крепкие - от 100 до 320 г/л, сверхкрепкие - 320-500 г/л и предельно насыщенные - > 500 г/л. Основной химический состав подземных вод устанавливается содержанием наиболее распространенных трех анионов - , , и трех катионов - , ,. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод - щелочность, соленость и жесткость [12].

По анионам выделяют три типа воды: первый тип - гидрокарбонатные, второй тип - сульфатные, тритий тип - хлоридные. Также характерен ряд промежуточных типов: гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные и более сложного состава [Там же].

По соотношению c катионами они могут быть кальциевыми или магниевыми, или натриевыми, или смешанными магниевыми, кальциево-магниево-натриевыми. При характеристике гидрохимических типов на первое место ставится преобладающий анион. Так, например, пресные воды в большинстве случаев гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, а солоноватые - могут быть сульфатно-кальциево-магниевыми [17].

Источниками поступления хлор-иона в подземные воды являются: древние морские бассейны, в которых вместе с минеральными отложениями накапливались воды хлоридного натриевого состава; растворение каменной соли; поступление из атмосферы, особенно в засушливых районах и вблизи морей и океанов; продукты жизнедеятельности животного мира [Там же].

Сульфаты в подземных водах могут скапливаться в результате растворения гипсов и ангидритов, а также окисления сернистых соединений и сульфидных минералов. Гидрокарбонатный ион поступает в подземные воды главным образом вследствие выщелачивания известняков, доломитов, мергелей [Там же].

Источниками поступления натрия в подземные воды являются океанические и морские воды, процессы выветривания изверженных горных пород, растворение отложений каменной соли. Присутствие магний-иона в подземных водах в основном связано с поступлением его с морскими водами, из атмосферы, в результате разложения минералов, содержащих магний [Там же].

Кальций в подземные воды поступает при выветривании изверженных горных пород и, особенно, в результате выщелачивания известняков, гипсов, доломитов, ангидритов. Жесткость воды определяется наличием в воде ионов Са и Mg. Для вод, употребляемых в хозяйственных и технических целях, жесткость имеет большое значение: в жесткой воде медленнее развариваются овощи и мясо она дает накипь в паровых котлах [13].

Общая жесткость - сумма ионов кальция и магния в мг-экв/л. Устранимая жесткость - это часть ионов кальция и магния, которые выпадают из раствора в осадок при кипячении воды в результате ее дегазации [Там же].

Часть ионов кальция и магния, которая остается в растворе после кипячения постоянная жесткость. По величине общей жесткости различают воды: очень мягкие - их жесткость составляет до 1,5 мг-экв/дм3; мягкие - с жесткостью от 1,5 до четырех мг-экв/дм3, средней жесткости - от четырех до восьми мг-экв/дм3, жесткие - от восьми до 12 мг-экв/дм3 и очень жесткие - их жесткость составляет более 12 мг-экв/дм3 [13].

Дождевые воды, воды, связанные с кристаллическими породами, грунтовые воды Севера являются мягкими. Повышенной жесткостью обладают воды известняков, доломитов и других карбонатных пород. Для питьевых целей используют подземные воды с жесткостью до семи мг-экв/ [26].

Агрессивность - показатель способности воды к разрушению материалов (цемента, бетона, металлов), строительных сооружений. Виды агрессивности: углекислотная, выщелачивания, обще кислотная, сульфатная, а также вызывающая коррозию металлов [7].

Углекислотная агрессивность проявляется в разрушении карбоната кальция, входящего в состав бетона, под действием, агрессивности, то есть избыточной по сравнению с равновесной, части свободной угольной кислоты. Содержание , агрессивность растет с уменьшением pH природных вод [Там же].

Агрессивность определяют по номограммам или экспериментально. В зависимости от содержания иона, минерализации, конструкции сооружения и гидродинамических параметров нормативами допускается различное содержание агрессивной углекислоты от 8,3 - 3,0 мг/ в опасных условиях [26].

Агрессивность выщелачивания характерна для вод с содержанием - меньшим, чем необходимо для равновесия с имеющимся количеством свободной углекислоты. Обычно эту величину определяет концентрация в атмосфере или в почвенном воздухе. [12].

Общекислотная агрессивность свойственна водам при низких величинах pH. Ионы , нейтрализуя гидроксид-ионы, образующиеся при диссоциации цементного камня, способствуют его дальнейшему растворению. Поэтому допустимые значения pH воды, контактирующей с нормальным бетоном специальных покрытий, не должны быть ниже 5,0 - 6,3 [12].

Сульфатная агрессивность характерна водам с высоким содержанием сульфат-иона и определена опасностью разрушения несульфатостойких сортов бетона за счет образования сульфатных соединений общего объема [Там же]. Магнезиальная агрессивность вызывается процессами катионного обмена бетона на воды, которые приводят к образованию в теле бетона рыхлого осадка гидроксида магния. Агрессивность наблюдается при содержании магния в водах более 750 мг/ [13].

Электрохимическая агрессивность вызывает разрушение (окисление) металла при образовании микрогальванических токов между этим металлом и электролитами воды или кислородом водяного пара, химическая связана с кислородом воды, а также с кислотами и щелочами в её составе, биохимическая - с деятельностью железобактерий. Все виды этой агрессивности приводят к появлению ржавчины и разрушению сооружений, скважин [15]. Исходя из вышесказанного, следует следующий вывод: вода - это наш источник жизни. Вода играет большую роль в жизни человека, ведь сам человек состоит почти на 80 % из воды.

Несмотря на то, что Россия является крупнейшей водной державой и располагает 1/5 общемировых ресурсов питьевой воды, ситуация с загрязнением водных объектов вызывает серьезную озабоченность. В настоящее время около 70 % населения России снабжается питьевой водой из поверхностных источников, 40 % которых не соответствуют санитарным нормам. Масштаб литературных источников позволяет подробно изучить данную проблему.

Подземные воды используются, главным образом в лечебных целях, это изучение химического состава, их лечебные свойства и распространение по территории, а также в промышленных целях и нужд сельского хозяйства.

2. Материалы и методы исследования

Объектом исследования являются подземные воды Коношского района Архангельской области. Основными материалами для оценки качества подземных вод послужили данные по эксплуатационным скважинам, пробуренных на территории Коношского района, «Комплексный территориальный кадастр природных ресурсов Коношского района», учебники по геоэкологии, географии, статистические справочники, а также ресурсы интернета.

Для теоретического обоснования темы были использованы следующие литературные источники: Климентов [6], П. П. Леонова А.В [3], Овчинников А.М. [5], Крайнов С.Р. [8], Зекцер И. С [4].

Методологической основой так же послужили различные государственные стандарты и федеральные законы (ФЗ):

1. ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством».

2. ГОСТ 3351-74 «Вода питьевая. Методы определения вкуса, запаха, цветности и мутности».

3. «Водный кодекс Российской Федерации» от 03.06.2006 № 74-ФЗ. «Охрана подземных водных объектов».

Также в работе используются расчетные методы, а именно метод расчета риска для здоровья населения.

Потенциальный риск развития неспецифических токсических эффектов, связанный с регулярным потреблением загрязненной питьевой воды целесообразно проводить в соответствии с уравнением:

(2.1)

где - вероятность развития неспецифических токсических эффектов при хронической интоксикации (от 0 до 1);

ПДК - норматив;

- коэффициент запаса, обычно принимаемый равным 10;

С - концентрация примеси в питьевой воде.

В работе были использованы общенаучные методы - это методы анализа, синтеза, сравнения, обобщения, ретроспективный метод, элементы картографического метода, сбор материала и статистическая обработка данных. Для сбора информации использован библиотечный материал [22].

Картографический метод - это метод исследований, основанный на получении необходимой информации с помощью карт для научного и практического познания изображенных на них явлений. Указанная методика достаточна для достижения поставленной цели исследования [Там же].

Метод анализа (разложение, расчленение) - в научном исследовании процедура мысленного разделения объекта, свойств объекта или отношения между объектами (явлениями, процессами) на части [Там же].

Метод синтеза (соединение, сочетание, составление) - соединение различных элементов, сторон объекта в единое целое (систему) [Там же].

Метод сравнения - это сопоставление изучаемого объекта с уже изученным для нахождения черт сходства либо различий между ними [Там же].

Метод обобщения - это мыслительная операция, заключающаяся в объединении многих предметов или явлений по какому-то общему признаку [Там же].

Ретроспективный метод - это метод изучения сложившихся в прошлом тенденций технического, социального, экономического развития объекта для формирования стратегии его развития [Там же].

3. Геоэкологическая характеристика Коношского района

3.1 Физико-географические факторы

Коношский район расположен в южной части Архангельской области, на северной окраине Восточно-Европейской равнины (в соответствии с рисунком 3.1). В геоморфологическом отношении территория района лежит в юго-западной части Онего-Двинско-Мезенской равнины [16].

Общая площадь территории Коношского района составляет 8459 , население 27,2 тысяч человек. Районный центр - рабочий поселок Коноша. В состав района входят восемь муниципальных образований (поселений). Общее число населенных пунктов составляет 168 [Там же].

Рисунок 3.1 - Схема расположения Коношского района в пределах Архангельской области

Рельеф Коношского района сложился в результате деятельности ледников в четвертичный период (около одного млн. лет назад). Мореные холмы и гряды особенно хорошо выражены в районе Вадьи. Из них же сложена и Коношско-Няндомская возвышенность, которая тянется с Юга на Север со средней высотой 160м. К востоку местность повышается. Наибольшая высота составляет 244 метра над уровнем моря [18].

В бассейне реки Вель наблюдается особенно волнистый характер рельефа, протоки этой реки протекают в нешироких, но глубоких долинах. Сама река Вель имеет значительную долину, но ее коренные берега порой возвышаются на 50 м и более от уровня воды [Там же].

В южной части района всхолмления чередуются со значительными по размерам заболоченными котловинными углублениями. Резкие колебания в рельеф вносят река Долгая, река Синцибино и река Осиновка, у которых глубокоовражистые, местами узкие долины. Здесь же расположены глубокие озерные впадины ледникового типа [Там же].

Гидрология. Территория района из-за особенностей рельефа является водоразделом трех больших рек - Северной Двины, Онеги и Кубены. Наибольшим является бассейн реки Волошка, впадающей в Онегу. Он занимает около 50 % площади Коношского района. Всего на рассматриваемой территории находится более 40 рек и около 70 озер. Самым большим является озеро Святое, его площадь составляет 5 , а затем в порядке убывания озера Назаровское, Сосновое, Вельское. По глубине в Коношском районе первое место занимает оз. Глубокое, глубина достигает 16 м [16].

На крупномасштабной карте района обозначены свыше 100 больших и малых болот, общей площадью 52466 Га - 6,2 % от площади района. По типу болота делятся на верховые сфагновые, сфагновые переходные и низинные. В низинной, юго-западной части района, за пределами Коношско-Няндомской возвышенности болот особенно много. Самое крупное болото, Долгая Чисть, тянется на 40 км к северу от оз. Воже и занимает площадь 2367 Га в пределах района, но имеет продолжение в Каргопольском районе [18].

Также непроходимые участки встречаются в болотах Соколье (1293 гектара) и Колодино у Ширбова, Великое (1161 гектар) и Бабино у Волошки, Кетское (1 036 гектаров) у Кленова [18].

В вохтомских краях расположены болота Большая и Малая Чисть, Дебедиха. Недалеко от Даниловской имеется еще одна Большая Чисть. Недалеко от третинских деревень расположились болота Липоньгское, Томашное, Черное. У Чублака, наоборот, болото носит название Красное. В Подюге находятся болота Ярпосько, Ципино, Избное, в районе Тавреньги - Перимское, Лыва [Там же].

Болота имеют исключительно важное значение для регулирования режима рек. Это особенно важно для Коношского района, где проходит водораздел бассейнов трех больших рек и здесь для них начинается водосбор [Там же].

Население района собирает в болотах ягоды - исключительно полезную клюкву и сладкую морошку [Там же].

Сфагновые болота являются хранилищами ценного торфа, который в нашем районе почти не используется [Там же].

Климат. Коношский район расположен в юго-западной части Архангельской области. Климат района умеренно-континентальный с продолжительной холодной многоснежной зимой, затяжной весной, коротким дождливым прохладным летом, продолжительной и ненастной осенью. Для весны и осени характерны неустойчивые температуры. Территория находится под переменным воздействием арктического воздуха и воздуха умеренных широт, что определяет изменчивость погодных условий [Там же].

Характерной особенностью климата района строительства является сравнительно высокая среднегодовая температура воздуха - +2,2 °С. Наиболее холодным месяцем в году со среднемесячной температурой - 12,7 °С является январь; наиболее теплым, с температурой +18 °С - июль. Абсолютный минимум - минус 45 °С, абсолютный максимум +36 °С. Переход среднесуточной температуры через 0 °С происходит в начале апреля и конце октября. Зима нередко сопровождается оттепелями, иногда достаточно продолжительными. Первые заморозки наблюдаются в середине сентября, последние - в конце мая [Там же].

Район относится к зоне избыточного увлажнения (при значительном количестве осадков имеет малое испарение). Среднегодовое количество осадков составляет 764 мм. Более половины осадков выпадает в теплое время года (май-сентябрь), часть из них расходуется на испарение, но большая часть неиспарившейся влаги, выпадающей в виде дождя и снега, скатывается в реки и заболоченные понижения рельефа [19].

Избыток влаги вместе с другими природными факторами способствует заболачиванию плоских равнинных участков местности. Заболачивание ограничивается локальными территориями, значительная часть территории района характеризуется периодическим переувлажнением почвы [Там же].

Среднее число дней с осадками - 210. Снежный покров появляется во второй - третьей декаде октября, устойчивый снежный покров формируется через две - три недели, то есть в первой декаде ноября. Высота снежного покрова составляет: средняя - 65 см, наибольшая - 90 см, наименьшая - 55 см. Снежный покров в среднем сходит 24 апреля, самый ранний в начале апреля, самый поздний в начале мая. Вскрытие рек в районе начинается 22 апреля со средней продолжительностью половодья 14 дней [Там же].

В районе преобладают ветра со скоростью до пяти м/с - более 70 %. Среднегодовая скорость ветра - 3,6 м/с, наибольшая среднемесячная - в январе, наименьшая - в июле. Увеличение скорости ветра при отрицательных температурах воздуха усиливает суровость климата. В зимнее время преобладают ветры юго-западного направления, в летнее - северного [Там же].

Характеристика климатических условий приводится по данным метеостанции «Котлас», расположенной вне исследуемой территории, но в схожих климатических условиях. Расчетные температуры воздуха наиболее холодной пятидневки, обеспеченностью 0,92 и обеспеченностью 0,94, соответственно, равны - 34 °С и - 19 °С. Продолжительность периода со средней температурой менее 8 °С - 237 суток, средняя температура - 5,3 °С. Нормативная глубина промерзания, рассчитанная согласно СНиП для самых худших условий холодного периода года и открытой поверхности, для различных типов грунтов района составляет: глины-суглинки - 160 см, пески-супеси - 176 см. Фактическая глубина промерзания существенно меньше, так как для района характерны многоснежные зимы и слабые ветры. В теплые зимы глубина промерзания грунтов может составлять всего 30 - 40 см [19].

Согласно районированию РФ по природно-климатическим факторам дискомфортности жизнедеятельности населения территория Коношского района относится к относительно неблагоприятной зоне (относительно дискомфортная). В неблагоприятной зоне возможна адаптация населения из средней полосы, но здесь требуются дополнительные вложения в поддержание жизни [16].

Проживание человека в дискомфортных или относительно дискомфортных климатогеофизических условиях приводит к более интенсивному использованию и быстрому истощению адаптационных резервов организма человека и, к ускоренному расходованию «человеческого капитала». Требуется принять законодательные и социально-экономические решения, обеспечивающие необходимый для сохранения качества социального, духовного и физического здоровья населения, уровень функционирования систем жизнеобеспечения [Там же].

3.2 Биологические факторы

По почвенному географическому районированию России земли Коношского района расположены в умеренно-холодном поясе (бореальном), центральной таежно-лесной области, среднетаежной подзоне подзолистых почв Онего-Двинской провинции [18].

Преобладают подзолистые почвы, которые занимают 66,9 % от общей площади района, в основном под лесами. Подзолистые почвы имеют кислую реакцию, обеднены азотом, фосфором и калием в доступной для растений форме, содержание гумуса один - четыре % [Там же].

Под хвойными лесами с травяным покровом (по песчаным террасам, вершинам холмов, гряд) формируются дерново-подзолистые почвы, а также встречаются торфяно-болотные, подзолистые, подзолисто-болотные. В поймах больших рек встречаются аллювиальные почвы [Там же].

Почвы поверхностного увлажнения имеют неблагоприятные водно- воздушные свойства. Имеют кислую реакцию по всему профилю, низкое содержание гумуса, сильное оглеение [18].

Почвы грунтового увлажнения развиваются там, где близко залегают грунтовые воды. Эти почвы также имеют кислую реакцию среды, высокое содержание азота, низкую обеспеченность доступными формами элементов питания. Болотно-подзолистые почвы почти не используются в земледелии. Даже сосны и ели, произрастающие на них, имеют чахлый вид [Там же].

Болотные почвы довольно распространены в Коношском районе, они занимают 21 % площади. В зависимости от условий питания они подразделяются на верховые и низинные. Низинные болотные почвы формируются в понижениях между холмами, на приозерных низменностях в условиях увлажнения грунтовыми водами. Их сразу можно заметить по характерной растительности: осока, тростники, мхи. После осушения эти почвы могут быть использованы для возделывания сельскохозяйственных культур [Там же].

Низинный торф имеет слабокислую реакцию, хорошо разлагается, богат питательными веществами и может применяться в качестве удобрения. Именно такой торф коношские дачники привозят на свои участки [Там же].

Дерно-глеевые почвы занимают 3,8 % площади района. Они образуются под сосновыми лесами, имеющими богатый травяной покров. Близкое залегание грунтовых вод обуславливает наличие в профиле этих почв ясных признаков оглеения. Перегнойный горизонт значителен, имеет коричнево-черную окраску, плотный, густо переплетен корнями. Эти почвы богаты питательными веществами, имеют слабо щелочную или нейтральную реакцию [Там же].

В поймах рек, например, р. Вель и ее притоков - Тавреньга, Сивзеньга, сформировались аллювиальные почвы. Это типичной формы наносы, отлагаемые реками при разливах. Аллювиальные отложения имеют хорошие агрохимические свойства, высокое содержание элементов питания для растений, нейтральную реакцию среды. Такие высокоплодородные пойменные почвы можно использовать под выращивание овощных культур [Там же].

В Коношском районе в таких местах расположились сенокосы с мощным травяным покровом и пастбища [18].

По растительности Архангельская область целиком входит в природную зону тайги, которая здесь подразделяется на подзоны с размытыми переходами и потому несколько неопределенными границами: подзона северной (севернее 64-65-й параллели), средней (основная часть области) и южной (район Коноши) тайги. Самая распространенная порода лесов - ель она занимает 65 %. Лучшими считаются ельники-зеленомошники, где над сплошным моховым покровом поднимаются черника, брусника, а подлесок почти отсутствует. В несколько более заболоченных местах - ельники-долгомошники с мощным покровом из мха «кукушкин лен», в местах с худшим дренажем - сфагновые ельники [16].

Сосновые леса, оттесненные елью в менее благоприятные места и образуют ряд типов, от самых продуктивных боров-зеленомошников до сухих боров на песчаных террасах и сфагновых сосняков на болотах [Там же].

Преобладание перестойных деревьев, захламляющих леса в удаленных от сплавных путей районах, неблагоприятно сказывается на санитарном состоянии архангельских лесов. Этому способствует значительная ветровальность из-за повышенной влажности почв и поверхностной корневой системы елей [28].

Определенное место занимают болотные и луговые растительные сообщества. Из последних высокими качествами отличаются заливные луга по долинам крупных рек с богатым травостоем из осок, канареечников, луговой чины, красного клевера, пырея и лисохвоста [Там же].

В соответствии с Лесным Кодексом Российской Федерации большая часть лесных массивов, находящихся на территории Коношского района (за исключением лесов на землях населенных пунктов) входит в состав лесного фонда Российской Федерации и является федеральной собственностью [Там же].

Земли лесного фонда на территории Коношского муниципального района находятся в ведении одного лесничества - Коношского. Контора лесничества расположена в поселке городского типа Коноша в трех км от ближайшей железнодорожной станции Коноша Северной железной дороги [16].

Общая площадь лесничества составляет согласно Лесохозяйственному регламенту Коношского лесничества 796816 га. Земли лесничества занимают 94,2 % площади Коношского района. Леса лесничества расположены в бассейнах трех крупных рек Европейского Севера: Северной Двины, Онеги и Сухоны, одним большим массивом, внутри которого находятся землепользования сельхоз формирований и других землепользователей [16].

Климат района расположения лесничества в целом благоприятен для произрастания древесных и кустарниковых пород. Покрытые лесом земли в лесничестве составляют 91,4 %. Лесистость территории района - около 86 % [28].

На территории лесничества имеются как лесные (92,4 %), так и нелесные земли. К лесным относятся покрытые лесом земли, не сомкнувшиеся лесные культуры, лесные плантации и питомники, естественные редины, а также непокрытые лесом земли (гари, погибшие насаждения, вырубки, прогалины, пустыри), предназначенные для лесовосстановления; к нелесным - находящиеся в лесах участки угодий (пашни, сенокосы, пастбища), воды, площади особого назначения (дороги, просеки, усадьбы, другие земли, обслуживающие нужды лесного хозяйства), а также неиспользуемые земли (болота, пески, овраги и др.), которые без кардинальных мелиоративных работ не могут быть переведены в лесную площадь [Там же].

В лесорастительных условиях лесничества основными лесообразующими породами являются сосна (18,3 %), ель (40,3 %), береза (36,4 %), осина (5,0 %), а также отмечены лиственница (0,002 %), сосна кедровая сибирская (0,004 %), ольха серая (0,01 %) и черная, ива древовидная формирующие чистые и смешанные древостои средней продуктивности. В целом по лесничеству преобладают средневозрастные насаждения - 40,4 %, 8,4 % составляют приспевающие, 28,7 % лесопокрытой площади занимают спелые и перестойные леса. Площадь болотных экосистем в границах лесничества составляет 6,9 % [Там же].

На землях лесного фонда Коношского лесничества расположен государственный природный биологический заказник регионального значения [19].

Согласно Лесохозяйственному регламенту Коношского лесничества виды использования лесов на его территории, следующие [19]:

1. Заготовки древесины;

2. Заготовки живицы;

3. Заготовки и сбора не древесных лесных ресурсов;

4. Заготовки пищевых лесных ресурсов и сбор лекарственных растений;

5. Ведения охотничьего хозяйства и осуществление охоты;

6. Ведения сельского хозяйства;

7. Реализации научно-исследовательской деятельности, образовательной деятельности;

8. Исполнение рекреационной деятельности;

9. Создания лесных плантаций и их эксплуатация;

10. Выращивания лесных плодовых, ягодных, декоративных растений, лекарственных растений;

11. Выполнения работ по геологическому изучению недр, разработки месторождений полезных ископаемых;

12. Строительства и эксплуатации водохранилищ и иных искусственных водных объектов, а также гидротехнических сооружений;

13. Строительства, реконструкции, эксплуатации линий электропередачи, линий связи, дорог, трубопроводов и других линейных объектов;

14. Переработки древесины и иных лесных ресурсов;

15. Осуществления религиозной деятельности.

При этом основным видом в Коношском районе санкционированного использования лесов является заготовка древесины [16].

На территории Коношского муниципального района расположена особо охраняемая природная территория регионального значения Государственный природный биологический заказник регионального значения «Коношский». Заказник находится на землях лесного фонда Коношского лесничества, входит в состав - частично территории МО «Ерцевское и МО «Коношское». Заказник был образован в 1976 году с целью сохранения, воспроизводства и восстановления численности речного бобра и лося, среды их обитания и для поддержания всеобщего экологического баланса [18].

Заказник имеет общую площадь 9,0 тыс. га. На территории заказника обитает белка-летяга, занесенная в Красную книгу Архангельской области [Там же].

Режим использования территории заказника и его охраны определяются Положение о заказнике [Там же].

Положение о Коношском государственном природном биологическом заказнике утверждено Постановлением Главы администрации Архангельской области № 198 от 28.10.2005 г [19].

На территории заказника Коношского района запрещены следующие виды деятельности и природопользования [30]:

1. Въезд любых видов транспорта вне дорог общего пользования в бесснежный период;

2. Проезд на гусеничном транспорте в бесснежный период вне технологических дорог, кроме транспорта природоохранных, правоохранительных органов и служб спасения при выполнении ими служебных мероприятий;

3. Рубить и сплавлять лес;

4. Использование ядохимикатов и пестицидов на территории заповедника;

5. Постройка зданий и сооружений, дорог и трубопроводов, линий электропередач и прочих коммуникаций (за исключением строительства, установленного абзацем третьим пункта 2.2 Положения);

6. Охота на все виды зверей и птиц, разорение гнезд, нор, дупел, плотин и других убежищ [30].

Разрешенные виды деятельности и природопользования [Там же]:

1. Организованный туризм;

2. Размещение хозяйственно-производственных объектов заказника;

3. Любительское и спортивное рыболовство в соответствии с действующим законодательством;

4. Традиционные виды деятельности (сенокошение, выпас скота, сбор грибов и ягод).

Обеспечение охраны и функционирование заказника находится в ведении агентства природных ресурсов и экологии Архангельской области, Государственного казенного учреждения Архангельской области «Центр природопользования и охраны окружающей среды» [19].

Схемой территориального планирования Архангельской области на территориях, имеющих природоохранную ценность различного характера, планируется организация новых ООПТ регионального значения [Там же].

Запасы дикорастущего сырья района не оценивались и в настоящее время, практически, не используются [30].

В условиях значительной безработицы во многих населенных пунктах сбор дикоросов имеет большое значение для жителей района, часть населения занимается сбором и реализацией дикорастущих грибов и ягод [Там же].

Видовой состав объектов животного мира многообразен. Распространенные виды животных на территории района: лось, кабан, бурый медведь, белка, заяц-беляк, горностай, куница, лисица, рысь, бобр, выдра, ондатра, норка, глухарь, тетерев, рябчик, белая куропатка, гуси, утки. Для целей ведения охотничьего хозяйства лесные участки в районе не арендуются [Там же].

Рыбными ресурсами территория Коношского района сравнительно не богата в связи с отсутствием крупных рек и озер. На водоемах района промышленное рыболовство не осуществляется [Там же].

3.3 Геологическое строение

В основу характеристики геологического строения района положены материалы геологосъёмочных работ масштаба 1:200000 [21].

По данным этих исследований, в геологическом строении территории Коношского района принимают участие образования различного возраста и генезиса: от коренных верхнепермских отложений до четвертичных осадков (от конечно-моренных отложений водоразделов до аллювиальных отложений). Верхнепермские отложения, залегающие с глубины от 70 до 100 м, представлены нижнеказанскими глинами и мергелями и верхнеказанскими трещиноватыми известниками. В разрезе четвертичных отложений района по результатам региональных геолого-съемочных работ выделяются следующие стратиграфо-генетические типы отложений [21]: