МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР

Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ

по выявлению и оценке загрязнения подземных вод

УДК 556.388.001.8

Методические рекомендации m выявлению и оценке загрязнения подземных вод. Составителя:    В.М.Гольдберг,    С.Г.    Мелькановицкая и

В.М.Лукьянчиков М.: ВСЕГИНГЕО, 1988.

В рекомендациях изложены методические вопросы выявления областей загрязнения подземных вод в районах техногенных объектов; оценки уровня загрязнения подземных вод на участках промышленных предприятий, централизованных водозаборных сооружений, по скважинам региональной наблюдательной сети; проведения газовой съемки для изучения загрязнения подземных вод; обобщения данных о качестве подземных вод. по территории деятельности производственной геологической организации..

Методические рекомендации предназначены для производственных геологических организаций системы Мингео СССР.

Табл. - 17, список использ. источ. - 30 назв.

Составители: В.М. Еольдберг, С.Е. Мелькановицкая, В.М. Лукьянчиков.

Одобрено Управлением гидрологических работ Мингео СССР 31 марта 1988г.

Редактор В.И. Кузнецова Корректор Н.В. Меркушенкова

начинаться с анализа техногенной ситуации на поверхности для выявления фактических и потенциально возможных источников их загрязнения. Из установленных на территории деятельности ИГО источников загрязнения, о которых шла речь в п.2 табл.1, выбираются несколько самых крупных предприятий, выбрасывающих в окружающую среду наибольшие количества жидких, а также твердых и газообразных отходов. Примерное количество таких объектов 5-7, но их в зависимости от конкретных условий может быть меньше или больше. Этими объектами могут быть химические, горнодобывающие, нефтеперерабатывающие, фармацевтические, энергетические, целлюлозно-бумажные и другие промышленные предприятия, агропромышленные комплексы (животноводческие, свиноводческие, птицеводческие), крупные приемники отходов и, прежде всего бассейны промышленных и коммунальник сточных вод.

При выборе этих объектов должны быть установлены все относящиеся к ним признаки, о которых говорится в п.2 табл.1 и 2. Для более наглядного представления техногенной ситуации целесообразно составление крупномасштабной карты с нанесением на неё источников загрязнения, водозаборных и наблюдательных скважин.

Поступающие с поверхности земли загрязняющие вещества попадают, прежде всего, в горизонт грунтовых вод. Поэтому при изучении загрязнения подземных вод первоочередное и основное внимание должно быть уделено грунтовым водам.

При выявлении области загрязнения в грунтовых водах необходимо иметь в виду следующие обстоятельства. Область загрязнения грунтовых вод обычно совпадает с площадью источника загрязнения и приурочена к месту утечки стоков. Фильтрующиеся с поверхности стоки, прежде чем достичь уровня грунтовых вод, проходят через зону аэрации. Накапливающиеся загрязняющие вещества могут служить вторичным источником загрязнения грунтовых вод. Изучение загрязнения горизонта грунтовых вод должно сопровождаться изучением по площади загрязнения почвенного слоя и пород зоны аэрации путем изучения водных вытяжек из пород.

Размеры загрязненной площади почвогрунтов могут быть ориентировочным показателем области размеров загрязнения водоносного горизонта.

Над поверхностью загрязненных подземных вод может формироваться "облако" газообразных веществ, испаряющихся с поверхности загрязненных подземных вод. В особенности это относится к грунтовым водам, загрязненным нефтепродуктами.

Поэтому полезным может оказаться проведение газовой съемки для изучения состава подпочвенного воздуха в зоне аэрации. Такая съемка по аномалии состава воздуха в зоне аэрации может выявить область загрязнения подземных вод, которая в дальнейшем может быть уточнена по данным бурения и опробования скважин.

Загрязненные сточные воды и чистые подземные воды образуют систему неоднородных жидкостей, различающихся по своим химическим свойствам, минерализациям, температурам. Различие химического состава к минерализации обуславливает различие электропроводимостей загрязненных и

чистых подземных вод, что является предпосылкой использования геофизических (электроразведочных) методов для оконтуривания области загрязнения.

Таким образом, при выявлении и изучении очагов загрязнения подземных вод, наряду с бурением скважин, проведением опытных гидрогеологических работ (включая опытно-миграционные работы) и непосредственным опробованием подземных вод целесообразно использование комплекса методов:    ландшафтно-техногенной    (выявление источников

загрязнения), почвенной (изучение загрязненности почво-грунтов) и газовой съемок, а также геофизических методов. Применение этих методов должно способствовать повышению информативности разведочных работ, снижению объема бурения.

Следует провести обследование всех водозаборных и наблюдательных скважин и колодцев в радиусе 5+10 км от площади объекта и основных его источников загрязнения (приемников отходов, системы промышленной канализации).

Результаты обследования водозаборных сооружений в увязке с расположением источников загрязнения и направлением штока подземных вод позволяют наметить площадь полевых работ и расположение скважин.

До бурения скважин или одновременно с ним целесообразно провести площадные геофизические исследования, изучить загрязненность почвенного слоя в окрестностях промышленной площадки и хранилищ отходов, в случае нефтяного загрязнения подземных вод осуществить газовую съемку подпочвенного воздуха с двумя-тремя точками отбора проб газа по глубине.

На характер загрязнения подземных вод, размеры и форму области загрязнения влияют свойства загрязняющих веществ, фильтрационная неоднородность пород по площади и слоистость разреза, направление и расход естественного штока подземных вод, граничные условия пласта. Эти обстоятельства необходимо учитывать при размещении разведочных скважин.

Так, при попадании в водоносный горизонт нефтяных углеводородов, которые по удельному весу легче воды, загрязняется преимущественно верхняя часть горизонта.

При загрязнении подземных вод высококонцентрированными растворами с удельным весом, значительно превышающим удельный вес воды, растворы будут оседать к подошве водоносного горизонта, и перемещаться по ней.

Наличие естественного штока подземных вод определяет несимметричное распространение загрязняющих веществ по водоносному горизонту. Область загрязнения развивается вниз по штоку и ограничена вверх по штоку. Кроне того, движение загрязненных вод происходит в сторону близлежащих участков крупного отбора подземных вод (водозаборные сооружения для водоснабжения, осушения, шахтного водоотлива и др.). Поэтому разведочные скважины следует располагать по направлению естественного штока подземных вод и в сторону участков интенсивного отбора подземных вод.

На перемещение загрязняющих веществ в подземных водах существенно влияет плановая фильтрационная неоднородность

водовмещающих пород и слоистость разреза. Tax, наличие в пласте локальных участков слабопроницаемых пород вызывает образование "языков" фронта загрязнения по перифериям этих участков. И, наоборот, если эти участки обладают повышенной водопроводимость», то "языки" фронта загрязнения формируется    внутри этих участков.    Неравномерно    перемещаются

загрязняющие вещества в условиях слоистого разреза (наиболее быстро перемещение происходит по высокопроницаемым прослоям).

Таким образом, исследование очагов загрязнения требует знания гидрогеологических условий исследуемой территории.

На каждом из выбранных для изучения участков промышленных и агропромышленных предприятий, бурятся скважины на грунтовые воды. Количество    разведочных    скважин    определяется    конкретными

гидрогеологическими и техногенными условиями. В среднем на одном объекте разбуривается 20-25 скважин. Этими скважинами должна быть охарактеризована площадь, прилегающая к промышленной площадке и в первую очередь площадь в районе производственных приемников отходов.

Разведочные скважины должны располагаться по профилям, идущим от источника (или группы источников) загрязнения по потоку подземных вод и направлениям к участкам интенсивного отбора подземных вод с учетом указанных факторов. Скважины на профилях должны последовательно пересекать участок интенсивного загрязнения, переходную зону и область незагрязненных вод.

Обязательным условием изучения области загрязнения и контроля за её состоянием является то, что часть скважин должна располагаться в пределах области загрязнения, а часть скважин - в области незагрязненных вод. Это необходимо для наблюдений за динамикой развития области загрязнения.

При размещении и оборудовании разведочных скважин следует предусмотреть возможность их максимального использования в дальнейшей в качестве наблюдательных скважин. Поэтому расположение разведочных скважин должно удовлетворять требованиям к расположению наблюдательных скважин (см. разд. 4),

При большой мощности водоносного горизонта необходимо его поинтервальное опробование в верхней, средней и нижней частях.

По участку исследования должна быть построена карта, изогипс водоносного горизонта, определено направление движения подземных вод. Целесообразно также построить карту мощности водоносного горизонта (при наличии исходных данных).

Во всех скважинах должны быть выполнены пробные откачки продолжительности) до суток, а в отдельных скважинах - опытные откачки продолжительностью 5-7 сут. При опытных откачках в качества наблюдательных скважин следует максимально использовать соседние разведочные скважины. Составной частью опытных откачек должны служить индикаторные исследования для определения пористости и других миграционных параметров водовмещающих пород. При этой индикатор запускается в наблюдательную скважину и ловится в центральной скважине. Могут быть другие варианты проведения опытно-миграционных исследовании /15/.

Но Материалам пробных и опытных откачек определяются фильтрационные свойства пород водоносного горизонта и строится карта коэффициента фильтрации (водопроводимости). Данные откачек и значения коэффициентов фильтрации или водопроводимостей приводится по форме табл.З, .8 графе 3 указывается вид откачки и время её проведения. Если в скважине выполнялись пробная и опытная откачки, то в последующих графах 4-10 даются сначала сведения по пробной откачке, а затем по опытной. В графе 4 приводится продолжительность откачки (если откачка длилась меньше суток, то продолжительность указывается в часах; если откачка длилась больше суток то - в сутках). При пробных и одиночных откачках, т.е. при отсутствии наблюдательных скважин, графы 7 и 8 не заполняются (делается прочерк). Если опытная откачка велась из куста с одной наблюдательной скважиной, то в 7-й и 8-й графах проставляются значения ri и Si если же откачка велась из куста с двумя наблюдательными скважинами, то в графе 7 проставляются значения ri и г₂, а в графе 8 соответствующие значения S_b и S₂

Из скважин отбираются Si пробы подземных вод на анализ, по результатам которых определяются общие и специальные показатели качества воды (разд. 1.2).

По результатам разведки участка загрязнения составляется крупномасштабная гидрохимическая карта-схема области    загрязнения

водоносного горизонта двух видов: карта минерализации воды и карта концентрации характерного вещества в воде в изолиниях по площади области загрязнения. В зависимости от конкретных условий эти карты могут быть совмещены или построена одна на них.

Масштабы выбирается в зависимости от размеров области загрязнения и может варьировать от 1:5000 до 1:50 000.

Итак, основными картами, которые должны быть построены по каждому крутому очагу загрязнения подземных вод после проведения на нем разведочных работ, являются:    карта фактического    материала,

гидрогеологическая карта, карта изогипс горизонта грунтовых вод, карта фильтрационных свойств город, гидрохимическая карта области загрязнения (в изолиниях минерализации и концентрации основного вещества).

Конечным итогом изучения области загрязнения является оценка масштабов загрязнения согласно методике, изложенной в равд.7.

Помимо разведки на участках крупных промышленных предприятий с их производственными приемниками отходов, должны быть разбурены скважины на отдельных наиболее значительных по размерам и давно существующих городских, районных и областных приемниках отходов -промышленных свалках, мусоросвалках, поляк фильтрации и орошения сточными водами. Имеется в виду разбуривание скважин не непосредственно на площади приемников отходов, а вблизи них. Выбирается 7-10 таких приемников отходов, расположенных в разных условиях. На каждом из выбранных приемников отходов бурятся 4-6 скважин.

Таблица 3 Данные откачек и значения коэффициента фильтрации К (или водопроводимости, Km)

№ п/п Номер скважин Вид откачки (пробная, опытная) Продолжит, откачки, сут. (или часы) Дебит, м3, сут Понижение в центр, скважине, м Расстояние до наблюд. скважины г, м Понижение в наблюд. скважине S, м К, м/сут или Km, м2 сут Расчетная зависимость 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Сведения о качестве подземных вод приемников отходов Таблица 4

№ п/п Приемник отходов, ведрмствен. принадл., местоположение, с какого года Индекс водоносного горизонта, литология, мощность ш, м фоновая минерализация М г/л Номера скважин и их расстояния, г, м от приемника отходов Площадь приемника отходов в F, га, его длина, L, м и ширина d, м Основные показатели загрязнения и их средние величины Приближенные размеры площади загрязнения, га 1 2 3 4 5 6 7

Назначение скважин - выявить качество подземных вод и степень их загрязнения вследствие влияния приемника отходов. Из-за небольшого количества скважин здесь не ставится задача оценки масштабов загрязнения, как это предусмотрено в раад.7, а лишь возникает необходимость выявить загрязнение подземных вод. В дальнейшей эти скважины должны стать наблюдательными. Скважины располагаются на двух профилях, ориентированных m потоку подземных вод; на каждом профиле по 2-3 скважины. Вместо двух профилей может быть оборудован один со всеми скважинами, расположенными на этом профиле. В последней случае расстояние между скважинами, а, следовательно, и длина профиля, должен быть такими, чтобы скважины контролировали переход от загрязненных подземных вод к незагрязненным.

Сведения по результатам опробования скважин представляется по форме табл.4, в графе 4 которой указывается номера наблюдательных скважин и их расстояния от периметра приемника отходов; условными знаками обозначается её расположение по потоку (—►), против потока (<—), вкрест потока ( )подземных вод. В графе 6 записываются основные показатели загрязнения подземных вод, характерные для данного объекта, и их осредненные значения (среднеарифметические по скважинам). Например, минерализация воды, общая жесткость, концентрация отдельных веществ, температура и др. В графе 7 указываются приближенные размеры площади загрязнения, которые складываются из площади самого накопителя и площади области за пределами накопителя, на которой находятся разбуренные скважины, показывающие загрязнение подземных вод.

4. СОЗДАНИЕ НАБЛЮДАТЕЛЬНОЙ СЕТИ НА ОЧАГАХ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Для контроля за состоянием подземных вод и, прежде всего за их загрязнением необходимо создание наблюдательной сети скважин, охватывающей крупные промышленные и сельскохозяйственные объекты, с деятельностью которых связано загрязнение подземных вод, и крупные централизованные водозаборные сооружения подземных вод, где существует опасность их загрязнения. Из объектов сельскохозяйственной мелиорации такая сеть обязательно должна сооружаться на площадях орошения сточными водами.

Загрязнение подземных вод в значительной степени обусловлено загрязнением атмосферы и атмосферных осадков, поверхностных вод, почвы. Поэтому контроль за загрязнением подземных вод должен быть увязан с контролем за загрязнением указанных компонентов природной среды.

Задачами наблюдательной сети в связи с охраной подземных вод являются:

-    своевременное обнаружение загрязнения в подземных водах (в особенности это имеет значение на участках водозаборов);

-    изучение размеров и динамики области загрязнения подземных вод во времени и по площади, т.е. определение скорости и направления

распространения загрязнения;

-    изучение движения загрязненных веществ в подземных водах с учетом физико-химических процессов взаимодействия этих веществ с подземными водами и породами и природных процессов самоочищения загрязненных подземных вод;

-    корректировка прогнозов распространения загрязненных вод в пласте по результатам наблюдений за их фактическим движением и на этой основе совершенствование «годики прогноза.

Сеть наблюдательных скважин размещается с учетом местоположения, характера и размеров (формы) источников загрязнения; конфигурации области загрязнения подземных вод; строения водоносного горизонта (мощность, неоднородность) и его граничных условий; направления естественного движения подземных вод; скорости движения загрязненных подземных вод; местоположения водозаборных сооружений и путей поступления к ним загрязненных или природных некондиционных вод.

Количество наблюдательных скважин и их расположение должны быть "скользящий" во времени, т.е. наращивание такой сети должно определяться характером (неравномерное или равномерное перемещение фронта загрязнения) и скорости) перемещения загрязненных вод, которые устанавливаются по результатам начального этапа наблюдений.

Поскольку в процессе режимных наблюдений необходимо уловить изменение гидрохимической обстановки, то одним из основных факторов, определяющие расположение наблюдательных скважин, является скорость продвижения по пласту загрязненных вод.

В районе источника загрязнения наблюдательная сеть наращивается от него вине по потоку подземных вод; в районе водозабора - от границы области загрязненных или некондиционных вод по направлению к, участку расположения водозаборных скважин.

В районе промышленных и сельскохозяйственных объектов основная нагрузка, поступающими с поверхности земли загрязняющими веществами падает на грунтовые воды. Поэтому наблюдательные скважины оборудуется преимущественно на горизонт грунтовых вод.

Анализ проб воды производится не только на общие и стандартные показатели, но и на характерные для данного объекта.

Наблюдательная сеть должна включать как скважины, находящиеся в зоне влияния источника загрязнения, так и фоновые скважины. Оборудование наблюдательных скважин зависит от гидрогеологических условий водоносного горизонта (мощности, неоднородности, разреза) и свойств загрязняющих; веществ. При большой мощности водоносного горизонта целесообразно создание куста из двух-трех наблюдательных скважин, оборудованных фильтрами на его верхнюю, среднею и нижнюю части. Подробно вопросы размещения наблюдательных скважин для контроля за загрязнением поддетых вод изложены в работах /3,13,15/.

Сведения об имеющихся и вновь разбуренных наблюдательных скважинах, находящихся на основных очагах загрязнения, приуроченных к участкам промышленных и агропромышленных предприятий и участкам приемников отходов, вносятся в табл.5. В графе 4 при выделении пунктов

наблюдений с ярусно расположенными скважинами указывается количество скважин в каждом пункте (кусте). Например, имеется 10 наблюдательных точек, из них в пяти точках по одной наблюдательной скважине, в двух точках -по две наблюдательные скважины, в трех точках - по три наблюдательные скважины; записывается это так: 10, 5(1), 2(2), 3(3). В графе 5 сведения о расстоянии наблюдательных скважин от источника загрязнения, их ориентировка относительно наставления потока подземных вод дается по пунктам наблюдения, например: № 3, (—►), г=200 м. В графе 6 указываются глубины установки фильтров в наблюдательных скважинах по пунктам наблюдения. Если в пункте наблюдения две или три скважины, то указывается глубина установки фильтра каждой из скважин.

5. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ В ПОДЗЕМНЫХ ВОДАХ НЕКОТОРЫХ ОРГАНИЧЕСКИХ ВЕЩЕСТВ

5.1. Определение нефтепродуктов

Ввиду сложности систем нефти и нефтепродуктов аналитическое понятие нефтепродуктов при их определении в водах ограничивается суммой углеводородов. Под термином "нефтепродукты" подразумевают неполярные и малополярные углеводороды (алифатические, ароматические, эпициклические), составляющие главную и наиболее характерную часть нефти и продуктов её переработки.

Методы, используемые в настоящее время для определения нефти и нефтепродуктов в природных водах, южно разделить на три основные группы:

-    неспецифические;

-    обладающие групповой специфичностью по отношению к тем или иным нефтяным углеводородам;

-    высокоспецифические по отношению к индивидуальным компонентам нефтей, подходящие для идентификации источника загрязнений и количественной оценки.

Как правило, все методы являются "гибридными", включают процедуру выделения нефтепродукта из образца (экстракция, адсорбция и др.) в сочетании с тем или иным способом конечного измерения.

Неспецифические методы имеют ограниченное применение и низкую чувствительность. Например, весовой метод может быть использован для определения углеводородов нефти с температурой кипения более 200 °С, при содержаниях более 5-10 мг/л. Трудность получения воспроизводимых результатов в области низких концентраций (менее 1 мг/л) связана с возможными ошибками на стадиях удаления растворителя высушивания экстракта и определения "конечной точки" взвешивания.

Сведения о наблюдательных скважинах на основных очагах загрязнения Таблица 5

№ п/п Наименование очага загрязнения и его источника, местоположение Индекс водоносного горизонта, литология, мощность, ш, м фоновая минерализация М, г/л Общее кол-во наблюдательных пунктов, в том числе пунктов наблюдений с ярусными скважинами Номера пунктов наблюдений, их расстояния г, м, от объекта ориентировка относительно потока (—►), (<—), (^) Г лубина установки фильтров в наблюдательных скважинах по пунктам наблюдения Примечания 1 2 3 4 5 6 7

К методам, обладающим групповой специфичностью, можно отнести спектрофотометрические методы, основанные на поглощении в инфракрасной (ИКС), ультрафиолетовой (УФС) области спектра или на флуоресценции.

Фотометрические методы используют для количественной оценки, в меньшей степени - для идентификации. Метод инфракрасной спектрофотометрии регистрирует, главным образом, парафиновые и циклопарафиновые    углеводороды,    метод    ультрафиолетовой

спектрофотометрии - всю группу ароматических углеводородов, метод видимой флуоресценции - полициклические ароматические углеводороды. Отличительной особенностью фотометрических методов является необходимость построения градуировочной кривой для количественной оценки нефтепродуктов, причем правильность результатов в значительной степени определяется составом калибровочной смеси. В конечном счете, чем больше доля углеводородов, определяемых данным методом, тем надежнее метод. Ввиду того, что парафиновые и циклопарафиновые углеводороды преобладает в нефтях и нефтепродуктах; метод ИКС принципиально более, пригоден для оценки суммарного содержание нефтепродуктов. Чувствительность, различных вариантов метода составляет 0,02-0,1 кг/л. Для калибровки используют трех компонентную смесь: н-гексадекан-изооктан-бензол, измерения проводят в области 2700-3100 см"¹.

Среди высокоспецифических методов наиболее информативными являйся газохроматографические методы (ГХ), так как они позволяет решать задачи, как количественной оценки, так и идентификации источника загрязнений нефтепродуктами. Большим преимуществом ГХ методов является возможность проводить количественный анализ без градуировки по образцу. Чувствительность большинства применяемых вариантов ГХ методов составляет 0,01-0,1 мг/л.

Разнообразные нефтепродукты и миграционные формы могут быть проанализированы при использовании разных вариантов ГХ методик, позволяющих учитывать низкокипящие и высококипящие углеводороды. Обычным условием реализации высокочувствительного анализа является применение пламенно-ионизационного детектора (ПИД) в сочетании с различными способами обогащения пробы. Для выделения высококипящих углеводородов наиболее часто применяют экстракцию, для выделения низкокипящих наряду с экстракцией используют анализ равновесной фалы или обогащение путем "выдувания" током инертного газа с улавливанием на сорбент.

Методологический подход к контролю нефтяных загрязнений в подземных водах основывается на данных об особенностях миграции и рассеяния нефтяных углеводородов в подземной гидросфере. Основными физическими факторами рассеяния нефтепродуктов в окружающей среде являются процессы их испарения, растворения, адсорбции, главными факторами разрушения - химическое и биохимическое окисление. Соотношение этих факторов для различных сред, в частности для поверхностных и подземных вод существенно различно, что важно учитывать при использовании разных методов исследования. В поверхностных условиях состав нефтепродуктов под влиянием испарения и интенсивно протекающих

Введение

Для решения природоохранных задач и обоснования водоохранных защитных мер, изучения ресурсов пресных подземных вод, оценки масштабов загрязнения подземных вод, рассмотрения вопросов охраны подземных вод на Комиссии Президиума Совета Министров СССР по охране окружающей среды к рациональному использованию природных ресурсов (КОС), а также для ежегодного выпуска бюллетеня о состоянии качества подземных вод на территории СССР необходимы наиболее полные и систематические сведения об уровне их загрязнения. Дня этого необходимо выявление и изучение основных очагов загрязнения подземных вод, создание на них специализированной наблюдательной сети скважин и проведение систематических наблюдений. Изучение очагов загрязнения подземных вод становится    одним из    важных и    самостоятельных    направлений

гидрогеологических исследований в системе Министерства геологии СССР и входящих в состав работ по охране подземных вод.

Министерство геологии    СССР включило в план    работ

производственных геологических организаций изучение основных очагов загрязнения подземных вод с завершением этих работ в 1969-1990 гг. и последующей передаче» их результатов во ВСЕГИНГЕО для систематизации и обобщения. Методическое руководство этими работами осуществляет, ВСЕЕИНЕЕО.

Работы по изучение основных очагов загрязнения подземных вод должны включать:

-    характеристику основных источников загрязнения в пределах территории деятельности ПЕО;

-    приведение на отдельных объектах, приуроченных к наиболее крупным источникам загрязнения, полевых работ с бурением и опробованием скважин;

-    создание и развитие наблюдательной сети скважин на известных и вновь разведанных основных очагах загрязнения подземных вод на наиболее крупных и грязеемких промышленных и сельскохозяйственных объектах, а также по необходимости на крупных централизованных водозаборных сооружениях, где имеется опасность загрязнения подземных вод;

-    обобщение фондовых материалов по загрязнению подземных вод, качеству воды на водозаборных сооружениях и скважинах опорной наблюдательной сети;

-    обобщение материалов о загрязнении подземных вод го результатам ранее выполненных и ведущихся в настоящее время разведочных работ разного назначения.

Бурение скважин предусматривается только на первый от поверхности водоносный горизонт, т.е. горизонт грунтовых вод.

По выявленным областям загрязнения подземных вод производится оценка масштабов загрязнения. Проводимое в ПЕО изучение загрязнения подземных вод относится, главным образом, к пресным подземным водам, используемым для питьевых целей.

Решение этих вопросов с целью выявления и изучения очагов

процессов химической и биохимической деструкции претерпевает за короткий срок быстрые изменения. В подземной среде наиболее существенна роль процессов растворения и адсорбции, процессы разрушения заторможены, и нефтяное загрязнение может длительно сохраняться. В силу этого выбор аналитических методов при изучении нефтяного загрязнения подземных вод определяется в первую очередь общими закономерностями существования и миграции углеводородов в подземных водах.

Ввиду особенностей движения нефтяных загрязнений в пористых средах особенную опасность для загрязнения подземных вод нефтяными углеводородами представляют нефти и нефтепродукты, обладающие малой вязкостью и заметной растворимостью. В первую очередь это бензины, керосины, также дизельные топлива и сама нефть.

Согласно данным, полученным ГХ методом, растворенная форма нефти и различных нефтепродуктов представлена одним и тем же набором моноядерных ароматических углеводородов, главным образом С₆-Сю, доля которых от суммы углеводородов, перешедших в раствор, составляет от 80 % для бензинов и до 99 % для дизельных топлив, при растворимости бензинов -98-129 мг/л, керосинов -6-11 мг/л, дизельного топлива - около 4 мг/л нефтей -до 20 мг/л.

В настоящее время является очевидным, что нет универсального метода или процедуры подготовки пробы, подходящих для определения разных видов нефтепродуктов во всех областях концентраций углеводородных загрязнений в различных природных условиях. Для решения частных вопросов пригодны отдельные методы. В то же время для количественного учета нефтепродуктов на уровне ПДК, когда вид загрязняющего топлива не известен, а также для идентификации источника загрязнения необходимо рациональное комплексирование методов.

В наиболее общем виде задача количественного анализа для водных сред связана с определением суммы углеводородов в двухфазной системе, т.е. растворенных; и эмульгированных углеводородов разных классов, выкипающих в широком интервале температур. Таким образом, методы выделения и конечного измерения должны предусматривать определение низкокипящих и высококипящих углеводородов и фиксировать все их классы, т.е. парафины, циклопарафины и ароматические углеводороды. При выборе методов для анализа нефтяных углеводородов, в подземных водах необходимо учитывать, что в истинном растворе преобладают легколетучие ароматические углеводороды, а диспергированные нефтепродукты более близки по составу к исходным.

Учитывая возможности и ограничения различных методов, для количественной оценки можно рекомендовать:

-    метод ИК спектрофотометрии в варианте, предусматривающем экстракционное выделение без последующего концентрирования /18, 21/ и метод ГХ;

-    для идентификации источника загрязнения - метод ГХ. Например, целесообразно сочетание двух ГХ методик, одна из которых предусматривает возможность регистрации высококипящих углеводородов путем экстракционного выделения низкокипящим растворителем, другая

загрязнения подземных вод рассматривается в настоящих методических рекомендациях. Они предназначены для производственных геологических организаций системы Мингео СССР, где эти работы должны проводиться. Вместе с тем эти рекомендации носят общий характер в отношении работ по выявлению и оценке загрязнения подземных вод.

Методические рекомендации подготовлены д-ром геол.-мин. наук В.М. Гольдбергом, 5-ый раздел написан канд. хим. наук С.Г. Мелькановицкой, 6-й раздел - канд. геол.-мин. наук В.М.Лукьянчиковым.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ПО ОХРАНЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

1.1. Понятие загрязнения подземных вод

Под загрязнением подземных вод понимается такое изменение их свойств (химических, физических и биологических) по сравнению с фоновым состоянием, которое делают эту воду полностью или частично непригодной для использования по хозяйственному назначению.

Количественными критериями, относительно которых характеризуется изменение качества воды, являются показатели ее фонового качества и показателе качества хозяйственного использования.

Фон подразделяется на естественный и техногенный. К первому относится качество подземных вод, практически не подверженное техногенному воздействию, ко второму - качество подземных вод в условиях техногенного воздействия, но при этой меняющееся медленно и в небольшое пределах и не превышающее допустимых норм.

В зависимости от того, какой фон (естественный или техногенный) известен на исследуемой территории, он используется для отсчета изменения качества воды в основных очагах загрязнения.

Фоновое качество подземных вод характеризуется показателями (сухой остаток, общая жесткость, концентрация отдельных веществ и др.), которые свойственны этим водам до начала интенсивного техногенного воздействия. Например, качество подземных вод до строительства и эксплуатации промышленного или агропромышленного объекта или качество воды на водозаборном сооружении до начала подтягивания к нему некондиционных вод.

Показатели качества (допустимые норны), определяющие возможность хозяйственного использования подземных вод по тону или иному назначению, характеризуются специальными требованиями. Качество питьевых вод определяется требованиями ГОСТ 2874-82. "Вода питьевая". Допустимые нормы для питьевых вод включают предельно допустимые концентрации (ПДК) отдельных химических веществ в подземных водах, предельно допустимые значения микробиологических показателей (коли-титр, коли-индекс), предельно допустимые значения органолептических показателей.

Обозначим показатели фонового и предельно допустимого качества соответственно через Сф и С_п,. где обычно Сф < С_п.

Выделяется две степени загрязнения /3/:

I - допредельная, концентрация с загрязняющего вещества больше С_ф, но меньше С_п, т.е.

Сф < С< С_п. или С _ф<С < С,

г

г    —    С

где С_ф =— _с = _У.

с„ С

П - запредельная концентрация загрязняющего вещества больше С_п, т.е.

С > С_п или С > I.

Первая степень соответствует начальной стадии загрязнения. Во второй степени выделяются следующие градации (подстепени):

Па. I <С < 10; Пб. 10 < С <100; Ив. С > 100.

Градация Пв характеризует экстремальное загрязнение.

При изучении загрязнения подземных вод выделяется, в основном, вторая степень с указанием градаций Па, Пб и Пв. Это относится к участкам промышленных и других объектов, являющихся источниками загрязнения, а тагане к выделению областей загрязнения по скважинам региональной опорной наблюдательной сети. На участках водозаборных сооружений выделяются степени I и Па.

1.2. Показатели загрязнения подземных вод

Участки загрязнения подземных вод выделяются по общим и специальным показателям качества воды. К общим показателям относятся: минерализация (М), общая жесткость (Ж), окисляемость перманганатная (0), температура (t), величина pH, содержание хлоридов (СГ), сульфатов ( S0₄²"), нитратов (NO"₃), фтора (F), железа (Fe), марганца (Мп ), меди (Си²⁺), цинка (Zn ²⁺), свинца (РЬ²⁺), содержание нефтепродуктов ( н/п ).

Специальные показатели включает набор определений, выполняемых при полном химическом анализе; содержание хлорорганических пестицидов, бенз(а)пирена, СПАВ, фенола, специфические вещества, характерные для конкретных объектов.

При характеристике качества воды обязателен учет органолептических и микробиологических показателей.

Определение общих показателей производится согласно нормативным документам: сухой остаток - ГОСТ 18164-72, общая жесткость - ГОСТ 4151-72, хлориды - ГОСТ 4245-72, сульфаты - ГОСТ 4389-72, нитраты - ГОСТ 18826-73, фтор - ГОСТ 4386-81, железо - ГОСТ 4011-72, цинк и свинец - ГОСТ 18293-72, медь - ГОСТ 4388-72, марганец - ГОСТ 4974-72.

Методика определения окисляемости перманганатной и содержания нефтепродуктов изложена в работах /11,12,17/, величины pH в работе /IV/, температуры - в работе /14/.

Характеристика очагов загрязнения подземных вод дается, прежде всего, по общим показателям; дополнительной является характеристика по

специальным показателях.

1.3. Типы загрязнения подземных вод

Основными типами загрязнения подземных вод является химическое и тепловое. Особенно распространено химическое. Нередко химическое и тепловое загрязнения проявляются совместно.

Главными признаками химического загрязнения является повышенные значения показателей качества воды по сравнению с фоновыми; появление я водах несвойственных им в природных условиях веществ антропогенного происхождения. Химическое загрязнение может сопровождаться изменением температуры, появлением окраски и запаха воды, образованием техногенной газовой составляющей.

Химическое загрязнении подразделяется на следующие основные виды (характеризуемые показателем качества воды иди содержанием в ней преобладающего загрязняющего компонента): по минерализации, общей жесткости, хлоридное, нитратное, сульфатное, фторное, тяжелометалльное (медью, цинком, свинцом), углеводородное, ядохимикатное (главным образом, хлорорганическое), общее органическое (характеризуемое окисляемостъ перманганатной).

Главным признаком теплового загрязнения является повышенная по сравнению с фоновой температура воды.

Перечисленные виды химического загрязнения и тепловое загрязнение должны быть отражены при изучении основных очагов загрязнения подземных вод.

1.4. Оконтуривание области загрязнения

Область загрязнения оконтуривается по линии минерализации I г/л или по линии предельных значений других обобщенных показателей (общей жесткости, окисляемости перманганатной), или по линии ПДК для наиболее характерного загрязняющего компонента, или по линии ПДК группы основных загрязняющих компонентов. В последнем случае (например, для трех загрязняющих веществ) контур области загрязнения должен проходить через точки, в которых соблюдается условие

где Сь Сг и Сз - фактические содержания трех выделенных загрязняющих веществ в подземных водах;

С_1п, С_2п и С_3п - предельно допустимые концентрации (ПДК) этих веществ.

Точки, в которых сумма относительных концентраций (С/С_п) загрязняющих веществ больше 1, попадают в область загрязнения.

Значение ПДК для указанных показателей загрязнения согласно ГОСТ

2874-82 «Вода питьевая» составляют: сухой остаток 1000 мг/л, общая жесткость 7 моль/м³, хлориды 350 мг/л, сульфаты 500 мг/л, нитраты 45 мг/л (или 10 мг/л в пересчете на азот), фтор 0,7-1,5 мг/л (в зависимости от климатического района), медь 1 мг/л, цинк 5 мг/л, свинец 0,03 мг/л, железо мг/л, марганец 0,1 мг/л. Предельная величина окисляемости перманганатной согласно ГОСТ 2761-84 «Источники централизованного хозяйственнопитьевого водоснабжения» составляет 2 мг 0/л для источника первого класса качества и 5 мг 0/л для источника второго класса качества.

Например, область загрязнения оконтуривается по величине минерализации, существенно превышающей фоновую. В загрязненной воде содержатся в значительных количествах по сравнению с фоком хлориды, нитраты, тяжелы» металлы (медь, цинк, свинец). В этом случае область загрязнения характеризуется величиной минерализации (сухим остатком), концентрациями хлоридов, нитратов, тяжелых металлов. Другой пример. Область загрязнения оконтуривается по величине общей жесткости, в воде в повышенных количествах содержатся фтор и нефтепродукты. В этом случае область загрязнения характеризуется величиной общей жесткости, концентрациями фтора и нефтепродуктов.

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ИСТОЧНИКОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Загрязняющие вещества поступают в подземные воды из различных хозяйственных объектов, а также из природных сред.

Источники загрязняющих веществ южно разделить на две группы -антропогенные (или техногенные) и природные. К антропогенным относятся промышленные и агропромышленные предприятия (заводы, горно-обогатительные, фабрики, нефтепромыслы, животноводческие комплексы, птицефабрики и др.); поверхностные приемники жидких и твердых отходов; автозаправочные и моечные станции; склады горячего, ядохимикатов и химических продуктов; различного рода могильники; автотранспорт и др.

Среди природных источников загрязнения могут быть выделены естественно некондиционные и антропогенно некондиционные, К первым относятся природные подземные и поверхностные водные объекты (водоносные горизонты, моря, соленые озера и реки), содержащие естественные некондиционные воды, ко вторым - природные среды (атмосфера, поверхностные и подземные воды, почвы), загрязненные вследствие хозяйственной деятельности.

Основную роль в загрязнении подземных вод играют антропогенные источники и в первую очередь земляные приемники промышленных, коммунальных и сельскохозяйственных отходов.

Приемники отходов являются причиной наиболее интенсивного загрязнения. К ним относятся бассейны промышленных сточных вод (накопители, отстойники, испарители), пламонакопители и хвосто-хранилища, хранилища твердых отходов (солеотвалы, золоотвалы, мусоросвалки), шля орошения сточными водами, поля фильтрации.

По территории деятельности производственной геологической

организации составляется описание основных техногенных объектов, являющихся или могущих быть источником загрязнения подземных вод. К ним относятся промышленные и агропромышленные предприятия, которые вырабатывают большие количества отходов, выбрасываемых в окружающую среду, и земляные приемники отходов.

Приемники отходов могут быть производственными и коммунальными. Первые находятся на балансе предприятия и предназначены для приема отходов данного предприятия. Но нередко приемник отходов какого-либо предприятия принимает отходы Других предприятий. Коммунальные приемники отходов (мусоросвалки, приемники отходов городских очистных сооружений и др.) находятся на балансе коммунального хозяйства населенного пункта (города).

Основой для получения сведений по промышленным и агропромышленным (сельскохозяйственным) предприятиям, приемникам отходов являются материалы инвентаризации источников выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду и материалы инвентаризации накопителей отходов, выполненных в 1979-1965 гг.

Дополнительные сведения собираются в районных и областных исполнительных комитетах, на самих предприятиях во время их обследования.

Сведения по крупным промышленным и агропромышленным предприятиям заносятся в табл.1, а сведения по приемникам отходов в табл.2. Таблицы составляются по территории деятельности ПГО. Если в эту территорию входит несколько областей, то таблицы составляются по каждой области в отдельности; название области и ПГО указывается в заголовке таблиц.

Порядок заполнения табл. 1 и 2 следующий (по отдельным графам он указан непосредственно в этих таблицах).

Таблица 1

№ п/п Название объекта, местоположение, ведомство, год создания Кол-во отходов за год, млею т Минерализация стоков М, г/л, концентрация основных компонентов, мг/л, температура (t), pH Виды приемников отходов и их кол-во Г лубина уровня грунтовых вод h, м, их минерализация фоновая М, г/л, мощность грунтовых вод ш, м Наличие наблюдат. Скважин и их кол-во жид ких твер дых 1 2 3 4 5 6 7 8 М= Накопители, h= so4= поля фильтрации М= II о £ т= t= pH-

Каталог приемников отходов (название ПГО и области) Таблица 2

№ п/п Вид приемника, местоположение, кому принадлежит, год создания, наличие экрана Площадь, F, га емкость V, м3, глубина Н, м Предприятия, сбрасывающ ие отходы Кол-во отходов за год, млн. т Минерализация стоков М, г/л, концентрация основных компонентов, мг/л, тем-pa t, pH воды в накопителе Г лубина уровня грунтовых вод h, м, их минерализа ция фоновая М, г/л, мощность грунтовых вод ш, м Наличие набл. скважин и их кол-во жид ких твер дых 1 2 3 4 5 6 7 8 9 F= М=...,Ж= h= Нет V= С1=...,РЬ= М= Н t=...,pH= !П=

Таблица 1. В графе 2 дается полное официальное название предприятия; указывается населенный пункт или район, где находится предприятие; министерство или ведомство, к которому относятся предприятия и с какого года оно создано. В графах 3 и 4 указывается количество жидких и твердых отходов, сбрасываемых этим предприятием за год. В графе 5 приводятся сведения, относящиеся к жидким отходам; приводятся показатели качества сточных вод из числа указанных в разд. 1.2 и других специфических показателей, наиболее характерам для этих точных вод. В графе 6 отмечается, какие виды приемников отходов имеются в данном предприятии и количество каждого из них. Например, два соленакопителя и два поля фильтрации или один шламонакопитель и один золоотвал и т.д. Содержание графы 7 ясно из её названия; необходимо подчеркнуть, что минерализация грунтовых вод указывается фоновая, т.е. соответствующая грунтовым водам за пределами зоны влияния предприятия. В графе 8 проставляется количество действующих наблюдательных скважин на грунтовые воды, расположенных на промышленной площадке и в непосредственной близости от неё.

Таблица 2. Эта таблица тесно связана с предыдущей, поскольку в ней приводятся сведения по приемникам отходов, часть из которых относится к предприятиям, указанным в табл.1. В графе 2 отмечается вид приемника отходов, местоположение (район, населенный пункт, город), кому принадлежит (предприятию или городскому коммунальному хозяйству), когда этот приемник отходов был сооружен (начал действовать), наличие или отсутствие экрана в основании приемника-накопителя стоков. Если приемник отходов принадлежит предприятию, то оно должно быть названо точно так же, как оно записано в табл.1, а вид приемника отходов должен соответствовать виду, указанному в графе 6 табл.1. В графе 3 записываются занимаемая приемником площадь, его емкость и средняя глубина. В графе 4 указываются предприятия, которые сбрасывают отходы в данный приемник. В графе 7 приводятся сведения о качестве сточных вод в накопителе или о качестве сточных вод, сбрасываемых на поля фильтрации и поля орошения.

Сведения об источниках загрязнения по территории ПГО затем обобщаются по республикам (РСФСР, УССР, КазССР., УэССР и др.).

3. ВЫЯВЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ОЧАГОВ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

К важнейшему виду работ в области охраны подземных вод относится выявление очагов их загрязнения /4/.

Под очагом загрязнения подземных вод понимается приуроченная к антропогенному объекту область водоносного горизонта, содержащая воды существенно иного качества по сравнению с фоновым качеством вод этого горизонта и сформировавшаяся вследствие утечек стоков с поверхности земли.

К основным очагам загрязнения относятся те из них, которые отличаются значительными размерами и интенсивности) загрязнения и обусловлены воздействием наиболее крупных и грязеемких промышленных, агропромышленных предприятий и приемников отходов.

Поэтому изучение областей загрязнения подземных вод должно