Геоэкология родниковых вод Сергиево-Посадского района Московской области

В связи с увеличением техногенной нагрузки на окружающую среду в последние годы все больше внимания уделяется проблеме загрязнения природных вод.

В качестве объектов исследования при изучении подземных вод и их возможного загрязнения могут быть использованы родники в связи с их исключительной чувствительностью к воздействию техногенных факторов [17]. При мониторинге состояния родников оцениваются санитарно-техническое состояние каптажа родника, санитарно-экологическое состояние площади водосбора, а также токсикологические и физико-химические показатели качества родниковой воды. Однако для комплексной оценки состояния родника и его защищенности от возможного загрязнения необходимо учитывать геоэкологические условия территории.

Большое значение изучение условий загрязнения родниковых вод приобретает в Сергиево-Посадском районе, где благодаря наличию двух резко различных типов рельефа широко распространены естественные выходы подземных вод на поверхность — родники.

Традиционно вода родников считается очень чистой, в связи с чем, многие люди предпочитают ее водопроводной воде. Кроме этого родники являются резервными источниками водоснабжения на случай аварии на водопроводной сети. В связи с этим возникает необходимость контроля качества родниковой воды в эпидемиологических и санитарных целях.

Питание большинства родников происходит за счет вод, приуроченных к мощному покрову рыхлых четвертичных (рму) отложений, наиболее подверженных техногенному воздействию и загрязнению, что непосредственно сказывается на их состоянии [4]. В частности, по составу, гидродинамическим характеристикам воды родников можно судить о состоянии питающих их грунтовых вод, о степени антропогенной нагрузки на территорию [71].

Исследований, посвященных проблеме изучения и охраны родниковых вод на территории Московской области и, в частности Сергиево-Посадского района, сравнительно немного. Систематический контроль качества воды родников, наиболее часто посещаемых местным населением, проводится региональными организациями с конца 60-х годов XX века. Особенности происхождения и защищенности подземных вод, питающих родники, рассмотрены в ряде работ, среди которых можно отметить труды A.M. Овчинникова [86], М. С. Орлова [87], В. М. Швеца, А. Б. Лисенкова, Е. В. Попова [108], O.A. Лиманцевой [71, 72], А. П. Белоусовой [3,4], А. Н. Воронова [23], Т. В. Андерсона [112] и др. Имеющиеся исследования в основном описывают источники загрязнения родниковых вод, однако, при этом не всегда учитывается геоэкологическая составляющая формирования родникового стока.

Таким образом, изучение изменения родникового стока во времени, а также геоэкологических условий его формирования, включая геологическое строение участков расположения родников с учетом влияния на них техногенных факторов, является актуальной проблемой.

Цели и задачи исследования.

Целью данной диссертационной работы явилось изучение влияния геоэкологических факторов на степень защищенности родниковых вод. от загрязнений на территории Сергиево-Посадского района Московской области.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Изучение геоэкологических условий формирования родникового стока на исследуемой территории, включая антропогенную нагрузку на территорию;

2. Анализ изменения режима и состава родниковых вод на территории Сергиево-Посадского района;

3. Классификация родников по геоэкологическим признакам;

4. Построение карт районирования территории с выделением участков с различной степенью антропогенного влияния на подземные воды, питающие родники, с целью разработки рекомендаций по экологически — безопасному использованию территории.

Объектом исследования являются родниковые воды Сергиево-Посадского района Московской области.

Предмет исследования — современные геоэкологические условия формирования родникового стока на территории района исследований.

Научная новизна.

Диссертация представляет современное обобщение результатов режимных наблюдений за родниками территории Сергиево-Посадского района за последнее десятилетие с использованием статистических методов обработки информации, позволившее впервые:

— подробно изучить динамику изменения химического состава родниковых вод на территории Сергиево-Посадского района;

— определить основные геоэкологические факторы, влияющие на изменение гидродинамических, химических и микробиологических характеристик родникового стока;

— выделить области максимального влияния геоэкологических факторов с построением серии карт районирования территории по степени защищенности от загрязнения;

— разработать рекомендации по хозяйственному освоению территории с учетом динамики изменения состояния родниковых вод под воздействием антропогенной деятельности.

Фактический материал.

При выполнении работы были использованы данные, полученные автором лично в ходе подробных исследований серии родников на территории Сергиево-Посадского района в период с 2001 по 2007 гг., а также результаты лабораторных исследований районных гидрогеологических организаций. Диссертация базируется на 750 химических анализах родниковой воды по 16 показателям, включая содержание тяжелых металлов, нефтепродуктов и др.

Кроме того, автором был обработан обширный картографический материал, построены и подробно описаны гидрогеологические разрезы участков расположения родников. По результатам ландшафтных наблюдений и полевых работ, проведенных в ходе экспедиций в составе гидрогеологической группы под руководством к. г.-м. н. Макеева В. М. (июнь.

2006 г., июль 2007 г.), были составлены карты и схемы гидрогеологических и геоэкологических условий формирования родниковых вод на исследуемой территории.

Методика исследования.

Сбор информации об условиях формирования родникового стока на территории района исследований проводился в ходе режимных наблюдений. Автором лично проводилось изучение геоэкологических особенностей поверхностей водосбора и мест выхода родниковых вод на поверхность, регулярное (сезонное) измерение дебита и температуры воды источников, а также отбор проб для последующего определения химических и бактериологических показателей качества воды на базе лаборатории Сергиево-Посадского филиала ФГУ «Менделеевский ЦСМ». Определение концентраций веществ, в частности, содержание нитратов и тяжелых металлов, проводилось спектрофотометрическим (ФЭК-56) и атомно-адсорбционным методами (спектрофотометр Varian CARY-100).

Впоследствии автором составлялась электронная база с занесением всех контролируемых параметров, в том числе геоэкологических факторов, физико-химических параметров воды источников и др. Далее проводилась статистическая обработка информации с применением методов корреляционного и кластерного анализа. Была построена серия карт района с выделением областей с различной степенью защищенности родниковых вод от антропогенного загрязнения. Работа проводилась с использованием современных методов обработки численной и графической информации, с помощью программных комплексов Excel, Access, Statistika, Corel Draw.

Практическая значимость.

Полученная при участии автора информация по загрязнению родниковых вод используется для оповещения населения о наличии в родниковых водах ряда загрязняющих компонентов, значения которых периодически превышают предельно допустимые концентрации (ПДК), а именно тяжелые металлы (Pb, Cu, Zn, Cd), нефтепродукты, нитраты, железо общее, жесткость общая, микробиологические показатели.

Научные и практические результаты, полученные автором в процессе проведения исследования, внедрены в практику работы местных органов Стандартизации и метрологии (использованы при уточнении набора необходимых физико-химических и микробиологических параметров для проведения экспресс-анализа родниковых вод, что подтверждено Актом внедрения № 11−20/725 от 02.11.2007 г.), а также используются для составления ежегодных отчетов о состоянии окружающей среды Экологическим отделом администрации Сергиево-Посадского района.

Личный вклад автора.

Автором лично производился сбор и обработка информации по состоянию родниковых вод в период с 2001 по 2007 гг. Были проведены геоморфологические и геологические исследования с построением гидрогеологических разрезов и карт. При непосредственном участии автора проводились режимные наблюдения. Автором производился отбор проб родниковых вод, их аналитическое и лабораторное исследование, а также статистическая обработка полученных результатов, составление картографических материалов и разработка практических рекомендаций по экологически безопасному хозяйственному использованию территории.

Публикации и апробация.

Результаты исследований неоднократно докладывались на научных конференциях Экологического факультета РУДН «Актуальные проблемы экологии и природопользования» в 2004;2008 гг.- на Ш-ем Международном Симпозиуме «Природные условия строительства и сохранения храмов Православной Руси» в 2006 г.- Областной межвузовской экологической конференции (г. Сергиев Посад) в 2007 г.- на круглом столе в рамках 1-ого Всероссийского конкурса «Экологическая опора России» в 2007 г.

Всего по теме диссертации опубликовано 10 печатных работ.

Основные защищаемые положения.

1. В результате проведенного районирования по степени защищенности родниковых вод от загрязнений выделено 4 района с различным защитным потенциалом (способностью препятствовать проникновению загрязняющих веществ в горизонт грунтовых вод, питающих родники).

2. Установлены корреляционные связи геоэкологических условий территории с конкретными компонентами в составе родниковых вод: пылевого загрязнения снегового покрова с S04~" (г = 0,49), NO3″ «(г = 0,45), Cd (г = 0,41) — загрязнения почв с РЬ (г = 0,68) — и, наконец, обратной зависимости удаленности от селитебных территорий с общей жесткостью (г = -0,59).

3. Использование методов кластерного анализа (по 16-ти признакам) позволили выделить три группы родников, отличающихся генетическими особенностями территорий (селитебные, сельскохозяйственные, рекреационные).

4. Построение серии карт геоэкологических условий формирования родниковых вод позволило выделить области максимального техногенного воздействия на участки расположения родников с последующей разработкой рекомендаций по мониторингу и охране родниковых вод.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав и заключения, изложенных на 150 страницах машинописного текста, включая 37 таблиц, 21 рисунок и 5 приложений. Библиография содержит 112 наименований.

Заключение

.

Сложность и разнообразие техногенной нагрузки в пределах Сергиево-Посадского района приводит к усложнению условий формирования и загрязнения подземных родниковых вод на его территории. Изучение проблемы формирования и загрязнения родниковых вод требует создания единого алгоритма, учитывающего как физико-химические показатели состояния родниковых вод, так и геоэкологические условия их формирования.

В ходе исследования удалось выделить водосборные площади отдельно взятого родника с целью уточнения влияния техногенных объектов на степень загрязнения подземных родниковых вод.

Разработанная методика эколого-гидрогеохимического картирования позволила построить карту техногенной нагрузки и установить участки родниковой разгрузки потенциально благоприятные для накопления определенных элементов-загрязнителей, что позволяет сузить набор контролируемых элементов при экологическом мониторинге отдельного объекта.