Физико-географическая характеристика подземных вод Московской области

Физико-географическая характеристика подземных вод Московской области

Подземные воды в Московской области имеют 5 уровней залегания:

  • грунтовые воды
  • межморенный полунапорный водоносный горизонт
  • надъюрский напорный горизонт
  • среднекарбоновый напорный горизонт
  • нижнекарбоновый напорный горизонт

Первые три уровня находятся выше первого от поверхности земли водоупорного горизонта, глубина которого на территории Московской области весьма изменчива и колеблется от 1-3 до 70 м. Для грунтовых вод характерно отсутствие напора, резкие перепады глубины залегания и мощности водоносных горизонтов. Ниже горизонта грунтовых вод находится еще 2 водоносных горизонта, которые гидравлически связаны с грунтовыми водами, это межморенный полунапорный водоносный горизонт и надъюрский напорный горизонты.

Все три горизонта питаются преимущественно за счет атмосферных осадков и поверхностного стока. Пополнение запасов воды в них происходит преимущественно в весенний период. Выход на поверхность грунтовых вод происходит в долинах малых рек и ручьев, воды межморенного полунапорного горизонта просачиваются к поверхности через древние и современные песчаные отложения (аллювий) в речных поймах, воды надъюрского водоносного горизонта поступают на поверхность через крупные восходящие источники, расположенные в руслах рек.

Среднекарбоновый и нижнекарбоновый напорные водоносные горизонты залегают на глубине более 100 м в известняковых и доломитовых отложениях каменноугольного периода. Они характеризуются значительной мощностью - до 50-70 м и относительной гидравлической обособленностью от других водоносных горизонтов. Эти воды являются основным источником водоснабжения городов и поселков на территории Московской области.

Химический состав подземных вод

В целом для подземных вод Московского региона характерна высокая степень минерализации, концентрация солей достигает 20 мг/л. Воды обладают повышенной щелочностью, обусловленной высоким содержанием гидрокарбонатов, а также жесткостью из-за обилия солей кальция и магния. В некоторых случаях отмечается превышение ПДК по содержанию железа и марганца, а также повышенная концентрация фтористых соединений.

Химический состав подземных вод обусловлен следующими факторами.

  • типом питания
  • составом горных пород
  • степенью изоляции от поверхностного стока и других водоносных горизонтов

Грунтовые воды в Московской области относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу с небольшим содержанием сульфатов и хлоридов. В формировании их солевого состава основную роль играет инфильтрация атмосферных осадков через почву. С этим связана повышенная концентрация в них солей железа и марганца. Кроме того, под влиянием загрязненного поверхностного стока в отдельных случаях зарегистрировано повышенное содержание кадмия, алюминия, свинца, мышьяка, никеля, хрома, кобальта, ванадия.

Данные о превышении ПДК по одному или нескольким из этих показателей имеются для скважин в окрестностях г. Волоколамска, пос. Щербинка, г. Истры и др. крупных промышленных районов. В районах интенсивной сельскохозяйственной деятельности - в Можайском и Истринском районах, а также в окрестностях Звенигорода в грунтовых водах обнаружены фосфорорганические пестициды, а также повышенная концентрация биогенных элементов, в частности аммонийного азота.

Загрязнение грунтовых вод может быть связано не только с инфильтрацией тех или иных веществ через почвенные горизонты, но и с нарушением норм эксплуатации водозаборных сооружений и отсутствием строго охраняемых зон санитарной охраны. В частности, этим обусловлено большинство случаев бактериального заражения подземных источников.

Воды межморенного полунапорного и надъюрского напорного горизонта по своим физико-химическим свойствам мало отличаются от грунтовых вод, так как в большинстве случаев связаны с ними гидравлически. Уровень их загрязненности уменьшается с глубиной. Наиболее глубоко залегающие воды среднекарбонового и нижнекарбонового напорного горизонта более минерализованы, чем грунтовые. Они практически повсеместно относятся к гидрокарбонатно-кальциево-магниевому типу с небольшой примесью сульфатов и хлоридов. Однако в некоторых местностях в солевом составе преобладают сульфаты.

Из-за наличия минералов целестина и стронцита в горных породах, образующих водоносные горизонты глубокого залегания, в подземных водах наблюдается повышенное содержание стронция (до 2-5 мг/л). Концентрация стронция в воде постепенно увеличивается с глубиной скважин. В водах среднего карбона часто наблюдается повышенное содержание фтористых соединений. В скважинах Можайского и Рузского районов концентрация фтора нередко превышает ПДК, равное 1,2 мг/л.

Санитарно-гигиеническая характеристика подземных вод и методы их очистки

Подземные воды Московской области характеризуются повышенной жесткостью. Присутствие ионов кальция и магния обусловливает общую жесткость. Карбонатная жесткость зависит только от концентрации гидрокарбонатов и карбонатов этих элементов. Средняя общая жесткость воды в Московской области находится в пределах 4,2-5,7 мг-экв./л при нормативе 8,0 мг-экв./л. (нормальная общая жесткость воды, при которой у потребителя отсутствуют проблемы - 2,5-3,0 мг-экв./л).

Наиболее эффективным способом умягчения воды является метод ионного обмена. Его принцип заключается в свойстве некоторых веществ при контакте с водой замещать содержащиеся в растворе ионы нежелательных элементов безопасными ионами натрия, водорода и др. Обычно в технологии очистки воды используются фильтры, загруженные специальными полимерными ионообменными материалами. Эффективность их работы определяется ионообменной емкостью загрузки, которая в свою очередь зависит от режима эксплуатации и, в частности от скорости фильтрации.

Одной из наиболее актуальных проблем использования подземных вод Московской области в целях питьевого водоснабжения является повышенная концентрация железа и марганца. ПДК для этих элементов в соответствии с принятыми в 2001 г. санитарными правилами и нормами (СанПиН 2.1.4.1074-01) составляет 0,3 и 0,1 мг/л соответственно. Несмотря на отсутствие выраженного токсического эффекта, эти элементы важны в санитарно-гигиеническом отношении, так как их концентрация определяет интенсивность развития специфических микроорганизмов - железобактерий, колонии которых поселяются на внутренних поверхностях труб и металлоконструкциях. В процессе жизнедеятельности эти организмы выделяют окисляющие железо ферменты, что в десятки раз повышает скорость коррозионных процессов. При этом в воду выделяются нерастворимые продукты окисления, что повышает мутность воды и придает ей окраску.

Для очистки воды от избыточного железа применяются различные способы. Наиболее доступным среди них является аэрация воды и обработка ее окислителями - хлором, перманганатом, озоном и др. Эффективно также применение фильтрации через ионообменные фильтрующие элементы.

В некоторых районах Московской области в подземных водах отмечено повышенное содержание фтора. Этот элемент необходим для человеческого организма, где он играет важную роль в формировании эмали зубов. В то же время повышенная концентрация фтора приводит к поражению костной ткани, известному под названием флюороз.

Для удаления избыточной концентрации фтора используют фильтрацию через сорбенты - оксиды и гидроксиды алюминия и магния, фосфат кальция, основные соли алюминия.
Участившиеся в последнее время случаи загрязнения подземных вод делают актуальной проблему очистки от органических загрязнений и в частности от пестицидов. Большинство этих соединений обладает высокой токсичностью и их присутствие в питьевой воде крайне нежелательно. Для очистки воды от органики ее обрабатывают различными окислителями - хлором, перманганатом, озоном. Высокий эффект дает сорбция на фильтрах, загруженных активированным углем. Наиболее дешевым способом удаления органики является аэрация.

В. Лукин,
эколог, к.б.н.