1. ВИМОГИ ДО ЯКОСТІ ВОДИ І МЕТОДИКА ГІДРОХІМІЧНИХ ДОСЛІДЖЕНЬ
Господарська діяльність людини часто приводить до порушення приодного хімічного складу підземних вод. Найбільш по масштабу впли-ву на хімічний склад підземних вод інтенсивний розвиток промисло-вості міст, який супроводжується появою великої кількості стічних вод. Все це обумовлює мінливість хімічного складу води по площі і по глибині навіть для одного і того ж водоносного пласта і визна-чає необхідність детального вивчення його гідрогеохімічного режиму.
В хімічному складі прісних: поверхневих і підземних вод виділяють макрокомпоненти , в кількості десятків і навіть декілька со-тень мг/л і мікрокомпоненти, які зустрічаються в дуже малих кіль-костях і рідко досягають 1-5 мг/л
До мікрокомпонентів відносяться хлориди, сульфати, бікарбонати, натрій магній, кальцій, калій; їх відносний вміст визначає належ-ність води до того чи іншого гідрохімічного типу вод (1,2).
До мікрокомпонентів відносяться бром, йод, фтор, бор, літій, стронцій, мідь, радій, уран,
Проміжне положення між макро- і мікро компонентами займають іони органічні речовини і сульфіди, кількість яких в підземних водах може бути помічена. Крім цього, в підземних водах можуть знаходитися гази і мікроорганізми.
При гідрохімічних дослідженнях дня виявлення змін в режимі під-земних вод, оконтурення ареалів забруднення необхідне знання при-родного шару. Концентрації речовин цього фону є аномальними.
Концентрація хімічних речовин, які діють на органолептичні вла-стивості води, які зустрічається в природніх водах, або додають-ся до води в процесі її обробки, не повинні перевищувати нормативів, зазначених в табл. 1.1
Таблиця 1.
Нормативні значення компонентів в воді.
Назва показника | Норматив | Метод дослідження
Показник водню, рН | 6,0-9,0 | Вимірюється на рН-метрі будь-якої моделі з складним електродом з похибкою вимірювань, яка не перевищує 0,1 рН
Залізо (Fe), мг/л не більше | 0,3 | По ГОСТ 4011-72
Жорсткість загальна мг/екв./л, не більше | 7,0 | По ГОСТ 4151-72
Марганець (Mn), мг, не більше | 0,1 | По ГОСТ 4974-72
Мідь (Cu2+), мг, не більше | 1,0 | По ГОСТ 7388-72
Залишок полі фосфатів (), мг, не більше | 3,5 | По ГОСТ 18909-72
Сульфати, (), мг, не більше | 500 | По ГОСТ 4389-72
Сухий залишок, мг, не більше | 1000 | По ГОСТ 18164-72
Хлориди (Cl-), мг, не більше | 350 | По ГОСТ 4245-72
Цинк (Zn2+), мг, не більше | 5,0 | По ГОСТ 18293-72
Залишок амонію (Al), мг, не більше | 0,5 | По ГОСТ 18165-81
Берилій (Be), мг, не більше | 0,0002 | По ГОСТ 18294-81
Молібден (Mo), мг, не більше | 0,25 | По ГОСТ 8308-72
Миш’як (As), мг, не більше | 0,05 | По ГОСТ 4152-81
Нітрати (NO3), мг, не більше | 45,0 | По ГОСТ 18826-75
Поліакриламід залишковий, мг, не більше | 2,0 | По ГОСТ 19355-74
Свинець (Pb), мг, не більше | 0,03 | По ГОСТ 18293-73
Селен (Se), мг, не більше | 0,001 | По ГОСТ 19413-81
Стронцій (), мг, не більше | 7,0 | По ГОСТ 23950-80
Фтор (F), мг, не більше для кліматичних районів
Число мікроорганізмів в 1 мм3 води не більше | 100 | По ГОСТ 18963-73
Число бактерій групи кишкових паличок в 1 л води (код-індекс) не більше | 3 | По ГОСТ 18963-73
При розгляді геолого-гідрогеологічних умов району в даній ро-боті основну увагу приділено надсолевим, переважно четвертинним відкладам, вивчення яких має безпосереднє значення для оцінки їх змін під впливом техногенних факторів.
Калузький промисловий район розміщений в зовнішній зоні Перед-карпатського передового прогину. В геологічній будові надсолевого комплексу порід приймають участь, зверху-вниз: четвертинні відкла-ди, які підстиляються породами гіпсо-глинистої шляпи, або неогено-вими глинами.
Четвертинні відклади поширені повсюди. В верхній частині вони представлені "покривними суглинками", а в нижній - пісчано-гравійно-гальковими відкладами ("Карпатський галечник). По гра-нулометричному складі переважають середні пилеваті суглинки, ши-роко розповсюджені важкі і легкі. Важкі суглинки залягають пере-важно в нижній частині розрізу. Потужність суглинків від 2,5 до 3,0 м в долинах рік і потічків, до 14-15 м на , водорозділах.
Пісково-гравійно-галькові відклади складені від глинистої до крупногравікної і валунної різниці порід. Гранулометричний склад їх різнорідний. Вміст валунного матеріалу коливається від 1,2 % до 10 % гальки - від 38,2 до 60% ; гравійного - від 14,7 до 53,5 %, пісчаного - від 40 до 59 % пилеватих і глинистих частин - від 0,2 до 7,0 %.
В районі, який ми розглядаємо, аллювіальні відклади гальки підсти-лаються породами гіпсо-глинистої шляпи (ГГШІ), або неогеновими глина-ми. ГГШ є своєрідною корою вивітрювання соляних і соленосних порід і утворюється в результаті дії на останні поверхневих і підземних вод.
Під породами ГГШ залягають різнобарвні, розсланцовані глини і алев-роліти з рідкими прошарками глинистого пісковика. Потужність глин до-сягає сотні метрів.
В межах Калуської котловини підземні води приурочені, головним чи-ном, до покривних-суглинків, гравійно-галькових відкладів і порід, ГГШ.
Покривні суглинки характеризуються низькою водопроникністю. Кое-фіцієнти фільтрації їх коливаються від 0,001 до 0,9 м/доб. Дебіти джерел дорівнюють сотим долям л/с. Питомі дебіти свердловин не переви-щують 0,5-1,0 м3/доб. Води суглинків не мають широкого розповсюдження і зв’язані з прошарками (лінзами) пісчаних глин, або глинистих пісків. Мінералізація вод коливається від 0,2 до 2,4 г/л. По пере-важаючим компонентам вони хлоридно-гідрокарбонатні, або гідрокарбонатні-хлоридні натрієво-кальцієві, або кальцієво-натрієві. Тип вод сульфатний, рідше хлоридний, або гідрокарбонатний.
Водоносний горизонт на великій площі володіє напором, що обумовлено низькою водопроникністю покривних суглинків. Максимальні величини напорів характеризується на ділянках з найбільшою потужністю суглинків І досягають 5 м. По напряму до місцевих водотоків (р.Сівка, потічок Кропивник) величини напорів вод приналежних до галькових відкладів зменшуються до 0,7-1,5 м.
Води цього горизонту, не зачеплені техногенними факторами, в ос-новному прісні з мінералізацією, 0,2-1,0 г/л. Прісні води широко розповсюджені в межах Завадської і Войниловських висот, на північ-ній і північно-східній площах Калуської котловини, а також в ба-сейні р.Лімниця. Солоноваті води розповсюджені із південній і південно-західній частинах Калуської котловини і належать, або до долини р.Сівка і потічка Кропивник. Як показали дослідження В.Ф.Захарова /3/, ґрунтові води мають гідравлічний зв’язок з надсолевими розсолами порід гіпсо-глинистої шляпи. На локальних ділянках внаслідок розвантаження високомінералізованих надсолевих розсолів мінералізація ґрунтових вод в нижній частині досягає 10-45 г/л і більше.
По переважаючим компонентам прісні води переважно гідрокарбонат-хлоридні кальцієво-натрієві, рідше хлоридно-гідрокарбонатні натрієво-кальцієві. Тип вод сульфатний, або хлоридний, рідше гідрокарбонатний. Мінералізовані води по переважаючим компонентам хлоридно-гідрокарбонатно натрієво-кальцієві, рідне хлоридно-натрієві з від-носно підвищеним вмістом сульфат-іона і іона магнія. Тип вод хлоридний, або сульфатний.
Живлення водоносного горизонту галькових відкладів здійснюється за рахунок атмосферних опадів. Крім цього, запаси підземних вод галькового горизонту поповнюються і за рахунок поверхневих вод в період проходження повіні на ріках і потічках. Розвантаження ґрун-тових вод здійснюється переважно в напрямку загального стоку.
Підземні води пород гіпсо-глинистої шляпи не мають загального розповсюдження, а належать в основному до замкнутих, локальних зон, які просторово співпадають з виходом калійних покладів на "соляне зеркало". Практично вони відсутні на ділянках, де породи ГГШ заля-гають на соленосних глинах без прошарків калійних і кам’яних солей. Водопроникність порід невелика ( Кф коливається від 0,002 до 0,5 м/доба), що послужило основою для багатьох дослідників розгля-дати їх як практично водонепроникну товщу. В цілому по площі, най-менша водопроникність властива верхній частині розрізу ГГШ. Питомі дебіти свердловин змінюються від 0,04 до 1,7 м3/доба. Величина мі-нералізації вод складає 103-370 г/л і поступово збільшується з гли-биною. По переважаючим компонентам надсолеві розсоли відносяться до хлоридно-сульфатно-натрієво-магнієвих, або хлоридно-натрієвих. Тип розсолів хлоридний, або сульфатний.
Відкритий спосіб розробки калійних солей вперше в вітчизняній практиці здійснюється на Калуш-Голинському родовищі Домбровським кар’єром з 1967 року.
Будівництво і експлуатація Домбровського кар'єру обумовили ви-никнення техногенних факторів, які впливають на гідрохімічний режим поверхневих і підземних вод.
Суттєвий вплив на якість вод здійснювало осушення кар’єру за допомогою водопонижуючих свердловин. Такий спосіб приводив до інтенсивного засолення ґрунтових вод: вже в першин рік осушення мінералізація вод в районі кар’єру збільшилась до 19 г/л. Кар’єрний водовідлив із дослідного кар’єру, як і промислово-дослідного, приводять до засолення поверхневих і підземних вод. Во-довідлив із дослідного кар’єру (до початку осушення), коли прохо-дило інтенсивне зменшення статичних запасів водоносного і розсольного горизонтів, приводив до розвитку на поверхні, землі карстових провальних ям розміром в плані від 1 до 4 м; на цих ділянках надсолеві розсоли змішувалися з прісними водами гравійно-галькових відкладів, внаслідок чого мінералізація останні: досягала 5-10г/л . Щорічно кількість розсолів вилуговування зростає: так , якщо в 1967 році об’єм їх складав 190 тис.м3, то в Ї990 році - 282,8 тис.м3
На гідродинамічний режим підземних вод на Домбровському кар’єрі впливає кільцева дренажна траншея. В траншею проходить розгрузка вод із гравійно-галькових відкладів як з внутрікар’єрного поля, так і з зовнішніх бортів. Значний притік вод в траншею до 289 м /год, фіксується в весняний період і мінімальний - до 163 м3/год в зимо-вий. Середній притік в водозбірник №1 складає 112 м3/год, або 2688 м3/доба, або 981120 м3/рік. Середній притік в водозбірник дорівнює 103 м3/год, або 2472 м3/доба, або 902280 м3/рік. Таким чи-ном щорічне виснаження водоносного горизонту в районі кар’єру складає більш як 1,9 млн. м3.
При відкритій розробці калійних солей на поверхні землі розміщу-ються солевідвали, які являються необмеженим джерелом засолення по-верхневих і підземних вод високомінералізованими розсолами.
Дослідженнями встановлено, що в засоленні поверхневих і підземних вод приймають 3 групи розсолів, які нормуються в тілі солевідвалу: розсоли вилуговування, розсоли конденсаційного походження і розсоли, які утворюються внаслідок ущільнення порід.
При підземній розробці калійних солей в основному відбуваються зміни в гідродинамічному режимі ґрунтових вод, що зв’язано з водопроявами в гірничі виробки через провальні ями, шахтні стволи, трі-щини в водозахиснім потолочині, розвідувальні свердловини, тощо.
На руднику "Калуш" за останні 15 років зарегістровано 9 водопроявів, які належать до трьох самостійних каналів (мал,4.8), які ма-ють окремі зони розгрузки (гірничі виробки). Величина притоків в гірничі виробки приведена в табл. 4.2.
Сировинною базою виробництв калійного заводу є полі мінеральні і руди Калуш-Голинського родовища. Відходи від переробки руди розміщують в хвостосховища.
Хвостосховище № 1 розміщене в 1 км Північно-Західніше Домбровського кар'єру. Спочатку воно було розділене земляною дамбою на два бассейни (відстойника). Один із них призначався для зберігання відходів флотаційного циклу. Це так зване "галітово" хвостосховище, де йшло накопичення галіту, гіпсу і основної частини глинистих шламів після флотації. Другий бассейн - для накопичення відходів сульфатного циклу, це так зване хвостосховище мулу для глинистих шламів, які поступали із відділення згущення і протівточкової промивки. Дамба обвалування і має висоту 30 м. В 1970 році дамба, яка розділяла хвостосховище на два басейни була розмита і в даний час хвостосховище є практично єдиний басейн площею 72,3 га
Хвостосховище почало заповнюватися з жовтня 1967 p. І до 1986 року (кінець експлуатації хвостосховища). В ньому тепер сконцентровано біля 8,5 млн.м3 твердих і рідких відходів.
Формування ареалу засолонення почалося в 1968 році (12). Аналіз фактичного гідрогеологічного матеріалу, який ми маємо в нашому розпоряджені, показує, що по трьох свердловинах (628, 629, 631) мінералізація вод коливалася від 0,2 до 1,0 г/л, досягаючи в окремі зимові місяці 1,5-1,7 г/л і навіть до 84 г/л (сверд. 630, 627).
По переважаючих компонентах води, в основному, хлоридно-гідрокарбонатні, натрієво-кальцієві. Тип їх переважаюче хлоридний, рідше сульфатний двох підтипів, ще рідше гідрокарбонатний.
В 1985 році вивчався гідрохімічний розріз ареалу №.2 (мал. 4 ЛІ) Із малюнка видно, що проходить диференціація (сігерація) розсолів по глибині. Наприклад, якщо в свердловині 630 мінералізація води в верхній частині водоносного горизонту дорівнює 1,3 г/л, то в нижній -- 60,41 г/п.Ц
В 1985-1986 роках проводилося вивчення ареалу № 2 за допомогою фі-зичного моделювання (на фільтраційному лотку).
При переході від моделі до натури із результатів фізичного моделю-вання одержані слідуючі характеристики динаміки засолонення підзем-них вод в ареалі № 2:
- тривалість занурювання розсолів щільністю 1,237*103 кг/м3 в нижню частину водоносного горизонту до його підошви - 0,5 року;
середня швидкість просунення ареалу в плані - 33 м/рік;
тривалість стабілізації ареалу - 45 років, за цей час пройде розповсюдження засолонених вод в водоносному горизонті на 1500 м. Результати моделювання узгоджуються з польовими гідрогеологічними дослідженнями, проведеними в районі хвостосховища з метою оцінки впливу його на гідрохімічний режим підземних вод. Так, опробування підземних в свердловинах 630 і 627, пройдених в безпосередній близь-кості від джерела засолонення вод, показало, що розсоли досягли пі-дошви гравійно-галькових відкладів через 0,5 року після подачі від-ходів хімічної фабрики в хвостосховище. Засолонення криниці № 12, яка знаходилася в 350 м в північному східному напрямі від хвосто-сховища пройшло через 10,5 років. Із моделювання виходить, що до 2000 року ареал засолонення просунеться в водоносному горизонті на 800-900 м.
Хімічна фабрика працювала до 1975 року, на якій переробляли і полімінеральні калійні руди. Відходи від переробки складувалися спо-атку (в 30-40 роках) на північно-західній окраїні м.Калуша, утворюючи так звану "галду". Відходи в галді складалися із фаз: твердої (теригенно-солений матеріал) і рідкої (висококонцентровані розсоли). Спочатку висота складування досягала 10-15 м. В даний час вона не перевищує 3-5 м, а в деяких місцях, переважно в периферійних, галда повністю розмита. Площа зайнята солевідходами, складає біля 50 га.
Дані опробування криниць в 1985-1991 pp. підтвердили дальніше "опрісніння" ґрунтових вод і скорочення площі ареалу забруднення, спостереженнями в 1991 році встановлено, що ширина ареалу на І.ІХ.І99І р. становила 100-150 м, а довжина 400-450 м, тобто за 40 років ареал зменшився майже втричі.
В дальнійшому, в 50-70 роках відходи хімічних виробництв рудника "Калуш" розміщалися в 4-х шламосховищах, які розміщені в районі Домбровского кар'єру; формують вони частину ареалу № 4 (див. граф, додаток І). Об'єм солевих відходів становить тут біля 30 тис. м3. З шламосховищ рідка фаза (розсоли) розвантажуються в основному в дренажну траншею у вигляді джерел. Мінералізація солених вод досягає 37,41 г/л. Менша кількість розсолів під дією конвективного переносу засолює криниці і поверхневі водотоки. Так в криниці 14 мінераліза-ція води досягає 1,76 г/л, а в річці Сівка - 9,61./
Таким чином, підсумовуючи .весь розділ роботи можна зробити висновок, що в районі деяких промислових підприємствах проходять суттєві зміни, як гідродинамічного так і гідрохімічного режимів підземних вод. Проведеними роботами виявлені 7 ареалів засолонення підземних вод, загальна характеристика, яких зведена в табл. 4.З.
Таблиця 4.3.
Характеристика ареалів засолонення підземних вод
Номер ареала | Джерело засолонення | Площа арела, га | Мінералізація вод, г/л | Тип вод (по Курнікову-Валяшко)
1 | 2 | 3 | 4 | 5
Хвостосховище №1 | 150 | 10,6-54,3 | Сульфатний, підтип натрієвий
//-// | 12 | 2,6-4,8 | Сульфатний, підтип натрієвий
Акумулюючий басейн Домбровського кар’єру | 24 | 58,6-86,3 | Сульфатний, підтип магнієвий
Солевідвал №1 | 50 | 1,8-9,6 | Сульфатний, підтип натрієвий
4 | Солевідвал №2 | 25 | 1,5-27,9 | Сульфатний, підтип магнієвий
Щламосховище дослідно-промислової фабрики | 30 | 20,0-37,4 | Сульфатний, підтип натрієвий
5 | “Галда” хімічної фабрики рудника “Калуш” | 3,7 | 1,2-4,1 | Сульфатний, підтип магнієвий
6 | Ємності з концентрованими розсолами на промплощадці рудника “Калуш” | 1,2
7 | Солевідвали р-ка “Голинь ” від проходки шахтних отворів і підготовчих виробок | 7,5 | 1,3-8,7 | Хлоридний
Результати хімічного аналізу вод із режимних пунктів в районі ареалів засолонення приведені в табл. 4.4
Виробниче об'єднання "Хлорвініл", виробництва якого працюють в Калуші з шестидесятих років, до сьогоднішнього дня не має ні сміттєзвалищ, ні могильників по захороненню отрутохімікатів - відходів виробництва. При обслідуванні солевідвалів Домбровського кар'єру, що «розміщені в зовнішній частині кільцевої траншеї, а також в самій траншеї виявлена тара з під отрути (мал. 4.15, 4.16). Отрута з тари попадає в воду, що збирається в траншеї, а звідти викачується насосами в р.Сівку.
Буйний могильник об'єднання має для захоронения гексахлорбензолу. Треба відзначити, що місце для розміщення могильника вибрано без врахування гідрогеологічних умов. Тут розташовані озера, що з'єднані між собою протоками, які переходять у потік (мал. 4.17). Гексахлорбензол складувався без елементарного дотримання проекту.
3а даними Калуської районної санепідемстанції наявність гексахлорбензолу зафіксовано в підземних водах, нижче могильника. Це свідчить про те, що проходить міграція гексахлорбензолу. В про-бах води відібраних в свердловинах 104 та 102,виявлено гексахлорбен-зол в концентраціях 0,0075 та 0,005 мг/л відповідно. За результатами аналізів поверхневих вод в районі могильника гексахлорбензол від-сутній. Це очевидно зв'язано з великою кількістю атмосферних осад-ків, що промило площу могильника, а також його часткова рекультива-ція.
В межах ареалу № 4 сформувався ареал біологічного забруднення (див. граф, додаток № І) за рахунок сховища побутових відходів, яке Існувало до 1985 року. Як показав санітарно-мікробіологічний аналіз (проби І, 2, З, ІЗ) (табл. 4.2). Тут виявлено підвищення аміаку до 17 мг/л, нітритів до 12 мг/л (при нормі 3,3 мг/л), ніт-ратів до 120 мг/л (при нормі 45 мг/л), колі-індекс дорівнює 23, мікробне число досягає 530 (проба ІЗ).
Таблиця 4.2
Результати санітарно-мікробіологічного аналізу проб вод (липень 1991 р.)
№ пп | Номер проби | Аміак, мг/л | Нітрити, мг/л | Нітрати, мг/л | Колітітр | Колі-індекс | Мікробне число
1 | 1 | 5,0 | 3,5 | 90 | 42 | 20 | 130
2 | 2 | 4,0 | 4,1 | 120 | 4 | 230 | 600
3 | 3 | 0,7 | 10 | 80 | 43 | 20 | 410
4 | 13 | 17,0 | 12 | 60 | 49 | 23 | 530
Крім солевого складу визначалися такі елементи: феноли, хром 3-х і 6-ти валентні, нікель, мідь, залізо, алюміній. Гідрохімічні дослідження ЗО проб вод показали, що в „усіх пробах вище перечисленні елементи відсутні, крім заліза. Вміст його в пробах змінюється від 0,27 до 0,40 мг/л. Підвищену концентрацію заліза відмічено на відкосах дренажної траншеї, де проходить роз-вантаження розсолів iз хвостосховища, акумулюючого басейну, солевідвалу, шламосховищ.
Підвищений вміст заліза в пробах зв'язаний із збагаченням за рахунок алювіальних суглинків.
Вивчення природних умов на ділянках розміщення промислових підприємств, а також аналіз літературних даних (5, 14, 2) дозволив виявити фактори (табл. 5.1), які зумовлюють зміні гідрохімічного І гідродинамічного режиму ґрунтових вод.
Формування хімічного складу І мінералізації поверхневих і підземних вод залежить від таких факторів: клімат, рельєф, гідрологічні умови мінеральний склад порід і їх розчинність.
Вплив клімату в сукупності з геологічною будовою і рельєфу ви-ражається в кількості розсолів, які утворюються на солевідвалах і в кар'єрі в результаті водної ерозії
Роль рельєфу проявляється в визначені інтенсивності і напряму стоку розсолів в локальному і регіональному масштабах, а також в степені дренування забруднених ґрунтових вод. Відмічено, що в позитивних формах рельєфу водовміщаючі ґрунти більш промиті; в негативних формах рельєфу рух вод сповільнений, тому концентрація забруднення вод тут підвищена.
Коливання температури змінює властивості води як розчинника соляних мінералів (табл. 5.2). При підвищенні температури розчинність солей, як правило, збільшується, а значить збільшується кількість ; розсолів вилуговування
Таблиця 5.2
Розчинність хлоридних солей в залежності від температури /2/
Температура 0С | Розчинність солей, % (по масі)
NaCl | KCl | MgCl2 | CaCl2
0 | 26.3 | 21.9 | 34.6 | 37.3
30 | 26.5 | 27.2 | 35.9 | 52.5
60 | 27.1 | 31.4 | 38.0 | 57.8
100 | 28.2 | 35.9 | 42.2 | 61.3
Серед гідрогеологічних факторів забруднення ґрунтових вод основне значення має інтенсивність конвективного переносу солей, яка на розглядаючій ділянці істотно міняється в залежності від літалогічного складу водоносного горизонту, і це, при інших рівних умовах часто визначає різну мінералізацію ґрунтових вод на окремих ді-лянках ґрунтового потоку
Слід замітити, що в районі розміщення джерел забруднення в Калуському промисловому районі, при формуванні ареалів відіграють гравітаційні сили І конвективна дисперсія, а мо-лекулярно-дифузійний переніс в водоносних горизонтах незначний; тривалість цього процесу вимірюється мільйонами років (Смірнов C.І. 1971).