90680

Загрязнение подземных вод нефтепродуктами на территории посёлка Тогузак Костанайской области

Курсовая

Экология и защита окружающей среды

Недостаток воды становится одной из причин неустойчивости экономического развития в некоторых регионах порождает спор конфликтные ситуации между отдельными странами и зонами что негативно влияет на состояние региональной и глобальной безопасности.

Русский

2015-06-09

541 KB

6 чел.

Введение.

В последние десятилетия дефицит  водных ресурсов все более остро ощущается многими государствами мира. Недостаток воды становится одной из причин неустойчивости экономического развития в некоторых регионах, порождает спор, конфликтные ситуации между отдельными странами и зонами, что негативно влияет на состояние региональной и глобальной безопасности [1].

Пресные подземные воды являются полезным ископаемым и очень часто единственным источником питьевого водоснабжения. Поэтому их роль в водоснабжении возрастает с каждым годом. Это обусловлено высоким качеством пресных подземных вод и лучшей защищенностью их от загрязнения по сравнению с поверхностными водами суши. Активное использование подземных вод приводит к истощению их запасов, с одной стороны, и их загрязнению с другой [2, 3, 4].

В результате хозяйственной деятельности человека на поверхность земли попадают и скапливаются там огромные количества различных веществ, большей частью антропогенного происхождения. К ним относятся, прежде всего отходы (промышленные, коммунальные, транспортные, сельскохозяйственные), которые образуют основную долю нагрузки природной среды загрязняющими веществами, а также используемые в сельском хозяйстве и промышленности удобрения и ядохимикаты, складируемые на поверхности земли и под землёй, нефтепродукты, химические реагенты и другие. Загрязняющие вещества, инфильтруясь вместе со сточными водами, атмосферными осадками и частью поверхностного стока, проникают в подземные воды и изменяют их качество – химический и органолептический состав, физические свойства. Всё это является основной причиной загрязнения подземных вод                                          

Для республики Казахстан, как и для многих стран, проблема отходов производства и потребления является одной из актуальных проблем. Острота этой проблемы в республике обусловлена, в первую очередь, значительной концентрацией промышленного производства. В республике размещены крупные предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отраслей промышленности, машиностроения, предприятия энергетики, автотранспорта и ряда других. На долю предприятий нефтеперерабатывающей отрасли приходится примерно 35-40% от общего образования отработанных нефтепродуктов по республике, доля предприятий топливно-энергетического комплекса составляет 25%, не менее значительны объёмы образования отработанных масел и на предприятиях машиностроительного комплекса, автотранспорта [5].

В Казахстане нелегально сбрасывается на почву и в водоёмы от 26 до 77% всех отработанных масел; 40-48% собирается, но из всех собранных отработанных масел только 14-15% идёт на регенерацию, а остальные 26-33% используются как топливо или сжигаются.

Отработанные нефтепродукты являются опасными загрязнителями практически всех компонентов природной среды – поверхностных и подземных вод, почвенно – растительного покрова, атмосферного воздуха. При оценке такого загрязнения не всегда удаётся определить возможность возврата экологической системы к устойчивому состоянию или необратимой деградации [6].

Подземные воды являются более защищёнными от загрязнения, нежели поверхностные воды. Но загрязняющие вещества инфильтруясь, проникают в водоносные слои. Как правило, в первую очередь загрязнение охватывает пресные грунтовые воды, которые находятся ближе к поверхности земли. Поэтому загрязнение подземных вод опасно для сельской местности, где население для водоснабжения использует скважины или колодцы.  

В связи с этим цель работы: изучение загрязнения подземных вод нефтепродуктами на территории посёлка Тогузак Костанайской области.

 Задачи:

1.  Охарактеризовать природно-климатические условия района работ

2. Исследовать источники загрязнения подземных вод, особенности нефтяного загрязнения.

3. Определить  области загрязнения, мощности линзы нефтепродуктов,


1 Мировой водный баланс

Гидросфера это совокупность всех водных объектов Земли, которые не связаны химически и физически с минералами земной коры: материковые (глубинные, почвенные, поверхностные), океанические, атмосферные. Вода на земле присутствует в трех агрегатных состояниях, однако наибольший объем приходится на жидкую фазу, которая оказывает большое влияние процессы, происходящие на земле. Как особая оболочка Земли она включает воды: материковые океанические, вода в атмосфе и биологическая вода.

Несколько миллиардов лет назад Земля была лишена свободной воды. Около 4 млрд. лет назад – объем гидросферы составлял лишь 20 млн. км3, т. е. был в 7000 раз меньше современного. Процесс формирования гидросферы был длительным. Происходил он за счет процесса кристаллизации гранитной магмы, изверженной при вулканической деятельности в докембрийский период. В.И. Вернадский определил, что в настоящее время на каждые 20 км2 поверхности магмы приходится приблизительно 1,3 млрд. км3 воды, что примерно совпадает с объемом мирового океана. И в настоящее время этот процесс продолжается. Весь объем воды мантии, служащий источником формирования воды на Земле, оценивается в 20 млрд. км3 (в 15 раз больше общего объема гидросферы. По некоторым данным ежегодный прирост объема гидросферы за счет дегазации мантии составляет около 1км3.

Гидросфера находится в тесной зависимости с литосферой (подземные воды), атмосферой (парообразная влага), и живым веществом биосферы. Распределение воды в биосфере приведено в таблице 1.

Таблица 1

Распределение водных масс в гидросфере Земли

Части гидросферы

Объем (тыс. км3)

% от общего объема

Мировой океан

1370323

94,2

Подземные воды, всего,

60000

4,12

В т. ч. зоны активного

Водообмена

4000

0,27

Ледники

24000

1,65

Озера

230

0,016

Почвенная влага

75

0,005

Пары атмосферы

14

0,001

Речные воды

1,2

0,0001

Вся гидросфера

1454643,2

100

Подавляющая часть природных вод (94,2%) это воды мирового океана, представляющего собой уникальную природную систему. В нем происходят грандиозные процессы обмена, трансформации энергии и вещества планеты.

Различные физические, химические и биологические процессы объединяются, образуя единую природу океана – древнейшую область биосферы Земли. В процессе образования океана происходили глобальные изменения природной среды под воздействием различных процессов: солнечного излучения, геологических и геохимических факторов и, что весьма значимо, под влиянием биологических процессов. Живые организмы, поглощая солнечную энергию, способствуют накоплению свободной энергии и передачи ее по трофическим уровням в экосистемах, изменению геохимических циклов, осадкообразованию и формированию различного рода илов.

Подземные воды связаны с поверхностными: образуются они в результате процессов фильтрации поверхностных вод в глубинные слои Земли. Кроме того, подземные воды питают реки, озера и моря. Следовательно, они являются неотъемлемой частью океана и поверхностных вод суши. В той же мере это относится к атмосферной воде – парообразной влаге.

Гидросфера отличается высокой динамичностью, движущей силой которой служит круговорот воды. Гидросфера Земли находится в тесной взаимосвязи с другими сферами – литосферой и атмосферой. Связь гидросферы с земной корой осуществляется посредством подземных вод. Атмосферная влага в виде пара связывает гидросферу с атмосферой.

Гораздо сложнее взаимодействие гидросферы с живыми компонентами биосферы. Основную массу организмов составляет вода, живые организмы состоят не менее чем на 75% из воды. Но общая масса воды как части органического мира незначительна относительно объема гидросферы.

Можно сказать, что наша планета является планетой воды, а не земли, так как более 75% ее занимают водные поверхности океанов, льдов, озер и болот, а над планетой плывут облака в виде скоплений парообразной воды. Весь объем гидросферы, по современным подсчетам, несколько превышает 1,4 млрд. км 3. При этом объем воды лишь Мирового океана превышает 1,37 млрд. км3 (94 % общего объема). Мировой океан – это непрерывная водная оболочка Земли, окружающая материки и острова и обладающая общностью солевого состава.

Современные сведения об объеме воды озер и водохранилищ не всегда достоверны. Это связано с отсутствием систематизированных данных о глубинах и площади больших озер, с трудностями учета объема воды в малых озерах. Считается, что объем воды во всех озерах мира составляет не менее 275000 км3.

Водохранилища наполняются водой речного стока, который не достигает океана. Отсюда следует, что рост объема озерной части гидросферы происходит за счет океана, теряющего соответствующий объем (5 000 км 3).

Объем почвенной влаги оценивается в 83 тыс. км3. Почвенная влага находится в непосредственном обмене с атмосферой и легко подвержена испарению, за счет транспирации. При этом часть почвенной влаги расходуется на питание подземных вод, объем которых определяется наиболее сложно (600 000 км3, 4% общего объема). Значительная масса вод земной коры химически связана с минералами, т. е. входит в их состав. Объем химически связанной воды верхней части земной коры составляет 60 млн. км3.

В пределах распространения вечной мерзлоты, до глубины 500 м, а иногда и глубже, подземные воды находятся в твердом состоянии в виде льда. В среднем на подземные воды суши приходится 35 % всех ресурсов пресной воды.

Большое хозяйственное значение имеют минеральные подземные воды. Это воды, которым присущи необычные свойства (например, повышенная температура) или определенная концентрация минеральных веществ, растворенных газов и органических соединений. По своему назначению они делятся на: лечебные, которые применяются в лечебных целях (для питья или водных процедур); промышленные, которые представляют собой сырье для добычи полезных компонентов (поваренной соли, брома, иода, бора и др.); термоэнергетические, которые служат для получения подземного тепла.

Когда впервые был определен объем всех русловых речных вод Земли – около 1200 км3, или менее одной десятитысячной процента всего объема гидросферы, удивительным казалось то, что столь малый объем служит началом формирования почти всех источников пресных вод, доступных для использования. Однако это явление вполне закономерно в связи с тем, что водообмен в речных руслах обладает исключительно высокой активностью.

Крупной частью гидросферы являются полярные ледники – 1,6 % общего объема гидросферы.

Недостаточно полно оценена еще одна часть гидросферы – водные пары атмосферы. Ее объем был вычислен  М.И. Львовичем на основании данных о влажности воздуха в пределах тропосферы, выше которой влага фактически отсутствует. Объем, пара в пересчете на воду составил 14 000 км3 (0,001%). Объем этой части гидросферы мал, но ее значение чрезвычайно велико, так как она дает начало всем пресным водам на Земле (таблица 2) [8].

Таблица 2

Мировой водный баланс

Элемент баланса

Поступления

Расход

объем (км3)

слой (мм)

объем (км3)

слой (мм)

Суша (поверхность 148 628 000 км2)

Осадки

108 400

720

Речной сток

37 300

250

Испарение

71 100

470

Океан (поверхность 361 455 000 км2)

Осадки

411 600

1 140

Речной сток

37 300

100

Испарение

448 900

1 240

Сумма для всего земного шара

557 300

557 300

Мировой водный баланс достаточно постоянен, но балансы континентальных и океанических вод, если их брать в отдельности, непостоянны вследствие ежегодных вариаций режима осадков.

В геологическом масштабе времени легко обнаружить частые нарушения равновесия в балансе океанических и континентальных вод. Именно этим можно объяснить значительные изменения уровня океанов, изменения с которыми в большинстве случаев связаны изменения климата на планете.

В настоящее время распределение влаги в системе континент – океан является результатом не совпадающих во времени динамических процессов (климатических, тектонических и т.д.). Современный период времени характеризуется переходом из влажной континентальной фазы в сухую. Это означает, что континенты отдают часть своей воды океанам. Наблюдения последних восьмидесяти лет подтверждают ежегодное повышение уровня океанов на 1,2 мм, что соответствует уменьшению запасов вод суши на 430 км3 в год.

Ежегодный объем воды, который человечество может использовать на свои нужды, составляет 37,3 тыс. км3, если учитывать количество воды, впадающей в моря только по гидрографической сети. Кроме того, могут быть использована часть подземных вод равная 13 тыс. км3.

1.1  Источники пресной воды

Из общего количества воды на Земле столь нужная для человечества пресная вода составляет немногим более 2% от общего объема гидросферы или 37526,3 тыс. км3 (таблица 3).

Таблица 3.

Мировые запасы пресной воды

Источники пресной воды

Объем, тыс. км3

Пресная вода в озерах и других внутриконтинентальных водоемах

125

Пресная вода в ручьях, реках и т.д. (в среднем)

1,25

Грунтовые воды (до глубины 0,8 км от поверхности)

4200

Грунтовые воды (на глубине от 0,8 до 4 км)

4200

Пресная вода в ледниках и полярных ледяных шапках

29000

Нужно учесть, что основная часть пресных вод (около 70 %) заморожена в полярных льдах, вечной мерзлоте, на горных вершинах. Воды в реках и озерах составляют лишь 3 %, или 0,016% от общего объема гидросферы. Таким образом, воды, пригодные для использования человеком, составляют ничтожную часть общих запасов воды на Земле. Проблема усложняется еще и тем, что распределение пресной воды по земному шару крайне неравномерно. В Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% речных стоков.

Россия по ресурсам поверхностных вод занимает ведущее место в мире. Только в озере Байкал сосредоточено 20 % мировых запасов пресной воды. При общем объеме 23 тыс. км3 в озере ежегодно воспроизводится около 60 км3 редкой по чистоте воды.

На Земле становится все больше мест, где пресной воды катастрофически не хватает. Для получения дополнительного количества воды, бурят глубокие скважины, строятся водоводы, акведуки и новые водохранилища.

Пресную воду мы получаем либо из подземных водоносных горизонтов, либо из поверхностных водоемов, т. е. из природных озер и рек или из водохранилищ, созданных руками человека. В США за тридцатилетний период, с 1950 по 1980 г., использование подземных и поверхностных вод увеличилось на 150 % с 810 млрд. л до 1625 млрд. л в сутки. При этом на долю поверхностных вод пришлось около 80 %, а подземных вод около 20 %. Такой прирост потребления воды определяется главным образом возросшими потребностями промышленности и расходами на ирригацию [9].

Существуют и другие способы получения воды, пригодной для питья. В некоторых промышленно развитых районах обессоливание, или опреснение, морской воды каким-либо способом, например с помощью перегонки, может сделать даже океаническую воду пригодной для питья. Там, где воды очень мало, люди собирают в цистерны дождевую воду, чтобы использовать ее для своих нужд. Однако увеличение запасов воды таким дорогостоящим способом незначительно. В общем люди всецело полагаются на пресные подземные и поверхностные воды как источники питьевой воды.

 

1.2 Поверхностные и грунтовые воды

Плотина, перекрывающая реку, останавливает течение воды, образуя водохранилище. Она пропускает через водосбросы лишь такое количество воды, которое обеспечивает ее течение ниже, и удерживает воду выше по течению для того, чтобы постепенно выпускать ее потом, когда напор потока снизится. Водохранилище увеличивает количество воды, доступной для человека и окружающей природы. Без водохранилища не возможно устойчивое использование речных ресурсов, а из водохранилища любой город может постоянно без перебоев забирать необходимое количество воды.

Таким образом, наземные водохранилища - выравнивает поступление пресной воды во времени; собирая большие ее массы в благоприятные сезоны, он делает воду доступной в периоды, когда наблюдается ее дефицит. В противоположность этому водоносные горизонты, являющиеся естественными подземными резервуарами, в которых вода содержится до того момента, когда она перейдет в поверхностные воды озер и рек. Водоносные горизонты могут быть огромными, простираться на сотни километров; объемы воды в таких горизонтах огромны [10, 11].

По своему качеству вода из наземных водохранилищ отличается от подземных вод. В поверхностных водах всегда содержатся различные взвеси, часть которых оседает на дно, другая же остается в воде. Кроме того, в поверхностных водах, как правило, присутствуют органические соединения, попадающие туда с городскими и сельскохозяйственными стоками. Поэтому, если поверхностные воды используются для питьевых целей, они должны проходить цикл полной очистки. Очистка поверхностных вод необходима для удаления неприятного вкуса, цвета и запаха, а также для того, чтобы сделать воду прозрачной и освободить ее от опасных химических соединений и болезнетворных организмов.

Вода, извлекаемая из водоносных горизонтов, намного чище, особенно если этот горизонт долго не эксплуатировался или не был сильно истощен. В подземных водах, кроме того, содержится большое количество растворенных минеральных солей. В грунтовых водах нет водорослей, поскольку они лишены солнечного света. Вода достигает водоносного горизонта, просачиваясь через мощные слои почвы, содержание в ней бактерий и вирусов много ниже, чем в надземных водах. Однако для подземных вод характерен запах сероводорода, возникающий в результате разложения бактериями органического вещества, которое происходит в отсутствие кислорода.

Грунтовая вода может оказаться загрязненной химическими веществами, нефтепродуктами и микроорганизмами, находящимися в значительных количествах на поверхности земли. Поскольку смена воды в водоносных горизонтах происходит крайне медленно, занимая нередко нескольких столетий, в ней могут накапливаться различные микроорганизмы и концентрироваться химические элементы. Поэтому грунтовые воды могут быть крайне ненадежным источником питьевого водоснабжения – попадание в них различных загрязнителей может сделать их непригодными для целых поколений [12].

Грунтовые воды выполняют более ограниченный набор функций, чем поверхностные. Во многих городах грунтовые воды являются единственным источником водоснабжения. В сельских районах, где стоимость строительства и расширения водораспределительной системы очень высока, люди для удовлетворения своих потребностей в воде пользуются колодцами. Грунтовые воды применяются также для орошения; это обычная практика в сельскохозяйственных районах, где мало поверхностных вод или где строительство оросительных каналов чересчур дорого. Грунтовые воды обеспечивают водой около половины населения Соединенных Штатов. Они дают также приблизительно треть всей воды, используемой в США для орошения.

Грунтовые воды выполняют еще одну довольно незаметную и до конца еще неоцененную функцию. Они подпитывают и часто не дают пересыхать летом ручьям и небольшим рекам, которые могут быть использованы в качестве источника воды.

Фактически в мировых ресурсах пресной воды ресурсы подземных вод намного превосходят ресурсы поверхностных (таблица 3). Однако представление о неограниченных их запасах обманчиво, потому что грунтовые воды накапливаются очень медленно в течение сотен и даже тысяч лет. Скорость извлечения грунтовых вод не соответствует скорости притока новых объемов воды; заполнение водоносного горизонта происходит в результате такой же медленной постоянной фильтрации, которая имела место в прошлом. Кроме того, грунтовые воды на глубине более 0,8 км часто содержат слишком много солей, чтобы использовать их в качестве воды для питья и орошения.

Использование грунтовых вод дает потребителям целый ряд преимуществ. Во-первых, поскольку грунтовая вода порой располагается вблизи пункта ее использования, можно экономить на прокладке труб, а нередко и на стоимости откачки. Во-вторых, можно обеспечить устойчивый выход воды в течение долгого времени как в сухие, так и во влажные сезоны. Это преимущество, однако, может оказаться иллюзорным, если водоносный горизонт истощен последовательными чрезмерными откачками. В-третьих, в слаборазвитых районах грунтовые воды обычно не подвержены бактериальному, вирусному или химическому загрязнению.

Существуют и исключения из этих общих характеристик качества. Грунтовая вода может оказаться загрязненной химическими веществами и микроорганизмами. Например, химические соединения из минеральных удобрений просачиваются через почву в подземный резервуар, служащий источником воды для города Тусона в Аризоне. В 1964 г. болезнетворные бактерии попали в водоносный горизонт, поставляющий часть воды для Лос-Анджелеса; из-за отсутствия надлежащего хлорирования часть населения города, пользовавшаяся этой водой, была поражена эпидемией дизентерии. Если в грунтовые воды попадут болезнетворные микроорганизмы, они могут оставаться там, в течение жизни многих поколений, поскольку смена воды в водоносных горизонтах происходит крайне медленно, занимая нередко несколько сотен лет. Другим негативным фактором, является то, что, по мере того как скважины углубляются, количество «вкусной» воды начинает уменьшаться. Вода, выкачиваемая с больших глубин, - это древняя вода, которая растворяла в себе минеральные соли из почвы, возможно, в течение тысячелетий. Мы называем такие насыщенные минеральными солями воды минерализованными. Если содержание солей высокое, то вода не будет способствовать увеличению урожаев и может даже погубить почву и растения.

Сколько же воды можно изымать из водоносного горизонта, чтобы не причинить ущерба ее запасам? Как и в случае с водохранилищами, это количество зависит от поступления воды в водоносный горизонт. Ежегодный забор воды не должен превышать ежегодное восполнение горизонта - если только потребители воды не хотят, чтобы объем воды в водоносном горизонте начал сокращаться. В некоторых районах скорость забора воды превышает скорость ее восполнения, и уровень воды в водоносных горизонтах понижается. Известно, что в пустынных областях дожди лишь изредка пополняют водоносный горизонт. В течение многих лет в результате испарения в атмосферу улетучивается большая часть воды с поверхности. Только в особо влажные годы воды оказывается достаточно для того, чтобы часть ее пополняла водоносный горизонт. Поскольку водоносные горизонты восстанавливаются очень медленно, казалось бы, разумно избегать любого длительного использования грунтовых вод, когда вода забирается со скоростью, превосходящей скорость ее естественного восполнения. Следует активно избегать орошаемого земледелия, на которое тратятся грунтовые воды намного быстрее, чем происходит их возобновление.

Несмотря на то, что новых источников воды становится все меньше, часто и сейчас можно удовлетворить растущие потребности в ней. Один из очевидных способов этого - побудить людей экономить воду. Добиться этого, в частности, можно, повысив плату за воду, поскольку тогда люди будут искать способы ее экономии. Экономить можно везде: в быту, в промышленности и в сельском хозяйстве.

Имеется и другой способ удовлетворить растущие потребности в воде без создания новых источников - это соединение и совместное использование уже существующих систем. Необходимо комплексное использование грунтовых и поверхностных вод. Поскольку запасы поверхностных вод не столь постоянны, как запасы грунтовых, т. е. доступное количество первых может меняться в разное время, грунтовые воды могут использоваться для того, чтобы “заполнять” периоды нехватки воды. Грунтовые воды компенсируют недостаток поверхностных вод, стабилизируя их запас на более высоком уровне без экстенсивного использования самих грунтовых вод.

Во многих районах часто можно создавать запасы воды, не нанося при этом значительного ущерба природе; для этого необходимо планировать управление водными ресурсами, которые координируют действия уже существующих водохранилищ. Современная инженерная наука нашла методы для того, чтобы путем объединения управлять независимыми речными системами таким образом, что выход воды из таких систем превосходил тот, который получается при их независимом использовании. Это означает, что резервуары, образующие систему, способны устойчиво давать больше воды, если спуск воды из них синхронизирован и объединен, чем, если бы каждый из них управлялся индивидуально. Создать объединенные системы главных водных источников района с целью предотвратить возможные нарушения в водоснабжении. Если бы коммуникации были объединены, то районы, имеющие избыток воды, могли бы отдавать ее часть тем районам, которым воды не хватило.

Новой технологией, опробованной пока лишь экспериментально, является нагнетание сжатого воздуха в скважины для того, чтобы “вытолкнуть” воду из ненасыщенной зоны вниз, под уровень грунтовых вод. Эта вода, удерживаемая капиллярными силами в верхней ненасыщенной зоне, обычно очень медленно просачивается вниз к водоносному горизонту.

1.3 Использование пресных вод

В зависимости от того, каким образом используют водные ресурсы, все отрасли хозяйственной деятельности подразделяют на две категории:

  •  Водопользователи - это отрасли, которые используют водоемы для различных целей, но безвозвратный водозабор не ведут. К ним относятся гидроэнергетика, водный транспорт, рыбное хозяйство, местные органы, использующие воду для нужд населения, т.е. службы хозяйственно-питьевого потребления;
  •  Водопотребители - это отрасли, которые используют воду из водоемов, причем часть ее используется безвозвратно. Крупнейшими водопотребителями являются теплоэнергетика (особенно АЭС), сельское хозяйство, а из промышленности - химическая и металлургическая [13].

Современный город с населением 1 млн человек потребляет в сутки 300 тыс.м3 воды, из которых 75 - 80% превращаются в сточные воды. Потребности в чистой, пресной воде с каждым годом растут.

Все большее значение на промышленных предприятиях приобретает применение оборотной системы водоснабжения или повторного использования воды. В 1985 году удельный вес оборотной и последовательно используемой воды на производственные нужды составлял 237,6 км3, или; 71% от всей необходимой для производственных процессов. На предприятиях Оренбуржья введение оборотной системы водоснабжения дало возможность повторно использовать 1 млрд. 900 миллионов кубометров воды в год, в результате чего река Урал стала чище. Внедрение в Челябинске оборотного водоснабжения на промышленных предприятиях позволило резко сократить потребление речной воды с 8,8 до 5,5 тыс. м3/сутки и уменьшить сброс сточных вод в канализацию.

Заслуживает внимания повторное использование очищенных сточных вод из систем канализации для орошения полей и лугов. Например, в Челябинской области в 80—90-х гг. очищенными стоками поливали поля на площади более 4,5 тыс, гектаров. Следовательно, оборотное водоснабжение является существенным резервом экономного использования воды и сохранения водоемов в чистоте. Но оно должно совершенствоваться, способствуя снижению вредных стоков, отвечать правилам охраны поверхностных вод от загрязнения сточными водами. Использование оборотных и замкнутых систем водоснабжения позволяет в 10 – 50 раз уменьшить потребление природной воды.

Потребление воды промышленностью и сельским хозяйством в настоящее время достигло огромных размеров. При этом многие считают, что запасы пресной воды неисчерпаемы и что пресной воды достаточно для всех нужд человечества. Конечно же, это глубокое заблуждение. Человечеству не угрожает недостаток воды. Ему грозит недостаток чистой воды.

Проблема недостатка пресной воды в настоящее время возникла по следующим основным причинам:

1.Интенсивное увеличение потребностей в воде в связи с быстрым ростом населения планеты и развитием отраслей деятельности, требующих огромных затрат водных ресурсов.

2.Потери пресной воды вследствие сокращения водоносности рек и снижения объема подземных вод.

3.Загрязнение водоемов промышленными и бытовыми стоками [14].

По оценкам специалистов, безвозвратное водопотребление составляет около 150 км3 в год, т.е. 1 % устойчивого стока пресных вод. По расчетам, потребность в воде на Земле  будет возрастать в среднем на 3,1 % в год. В настоящее время люди ежегодно расходуют 3000 км3 пресной воды.

Больше всего воды потребляет сельское хозяйство. При этом 75% ее теряется безвозвратно. В промышленности вода используется для приготовления растворов, охлаждения и нагревания жидкостей и газов, очистки растворов и газовых смесей, для транспортировки сырья, для теплоэнергетических целей, для удаления отходов, мытья оборудования, тары, помещений и др.

Средний химический комбинат ежесуточно расходует (т. е. потребляет и отводит) 1-2 млн. м3 воды. В крупных городах с населением свыше 3 млн. человек суточный расход воды достигает 2 млн. м3, а годовой - 1 км3. При этом к качеству потребляемой воды предъявляются достаточно высокие требования, что вызывает необходимость сложных технологических процессов водоочистки и водоподготовки.

Качество воды, используемой на производственные цели, устанавливается в каждом конкретном случае в зависимости от назначения воды и требований технологического процесса. Качество воды - это совокупность физических, химических, биологических и бактериологических показателей, обусловливающих пригодность воды для использования в промышленном производстве и быту [8].

2 Загрязнение гидросферы

Рост населения, бурное развитие промышленности, сельского хозяйства и транспорта вызывает не только увеличение водопотребления, но приводит и к прогрессирующему загрязнению воды. Загрязнение рек, озер, грунтовых вод, морей и даже океанов происходит с нарастающей скоростью, так как в водоемы поступает огромное количество взвешенных и растворенных органических и неорганических веществ, микроорганизмов, бактерий, тепла и прочих загрязнений.

   

  1.  Загрязнение нефтью и нефтепродуктами

К числу наиболее распространенных и вредных загрязняющих веществ относятся нефть, ежегодное поступление которой в моря и океаны, по данным ООН, достигает 6 - 7 млн. т. Ожидается дальнейший рост загрязнений нефтью из-за постоянного увеличения объема ее добычи, особенно с континентального шельфа.

Каждая тонна, нефти покрывает тонкой пленкой примерно 12 км2 водной поверхности и загрязняет до миллиона тонн морской воды. Нефтяная пленка вызывает гибель оплодотворенной икры, нарушает процессы фотосинтеза и выделения кислорода, осуществляемого фитопланктоном, нарушая тем самым газообмен между атмосферой и гидросферой.

Нефтепродукты попадают в морскую воду непосредственно в результате аварий и сбросов или выноса речными и ливневыми стоками и грунтовыми водами, а также из атмосферы, главным образом в составе атмосферных осадков (таблица 4). Первый канал поступлений приводит к локальным или региональным загрязнениям морской среды, а второй - к глобальным.

Таблица 4

Распределение потерь нефти от общей суммы потерь в океане за год.

Потери, %

Вид потерь

1

При бурении скважин

5

Смывается с суши ливневыми водами

6

При аварии танкеров и буровых платформ

10

Выпадает в океан с осадками

10

Выносится сточными водами

17

Сбрасывается в портах и припортовых акваториях

23

Сбрасывается в океан с промывочными и балластными водами с танкеров

28

Выносится реками

Кроме техногенных источников загрязнения, имеются и природные. Естественные выходы нефти образуются в местах ее просачивания из нефтеносных слоев через земную кору. Такие выходы известны у берегов Южной Калифорнии, в Мексиканском и Персидском заливах, Карибском море. Скорость поступления нефти из естественных выходов обычно невелика, поэтому, таким образом в моря и океаны попадает сравнительно небольшое количество нефтяных углеводородов, а основную массу загрязнений Мирового океана (более 90%) поставляют источники антропогенного происхождения.

Нефтяные загрязнения, формирующие локальные зоны, остаются устойчивыми во времени, поэтому в их распространении огромную роль играют океанические циркуляции. Именно они переносят нефтяные загрязнения в наиболее чистые районы Мирового океана, в том числе и в Северный Ледовитый океан.

Поступившие в воду нефтепродукты деградируют в результате химического, фотохимического и бактериального разложения, а также деятельности некоторых морских организмов и высших растений. Однако «процесс» естественной нейтрализации нефтепродуктов достаточно длителен и может составлять от одного до нескольких месяцев.

Смешиваясь с водой, нефть образует эмульсию двух типов: прямую «нефть в воде» и обратную «вода в нефти». Прямые эмульсии, составленные капельками нефти диаметром до 0,5 мкм, менее устойчивы и характерны для нефти, содержащей поверхностно-активные вещества. При удалении летучих фракций нефть образует вязкие обратные эмульсии, которые могут сохраняться на поверхности, переноситься течением, выбрасываться на берег и оседать на дно. Однако наибольшую опасность по своим последствиям представляют нефтяные пленки, образующиеся на водной поверхности и уменьшающие теплопроводность и теплоемкость верхнего водного слоя. Поэтому наличие нефтяной пленки сказывается на процессе испарения. Так, на спокойной воде из-за тонкого слоя нефти испарение уменьшается в 1,5 раза, а при скорости ветра до 6 - 8 м/с - на 60%, так как пленки служат барьером для молекул воды и снижают аэродинамическую шероховатость водной поверхности. Экспериментально установлено, что за 1 ч с поверхности океана в одну квадратную милю при наличии нефтяной пленки испаряется 45 т воды, в то время как при отсутствии пленки - 97 т. Замедление процесса испарения приводит к тому, что воздушные массы, движущиеся над океаном, слабее насыщаются водяным паром.

В естественных условиях через границу раздела атмосфера - водная поверхность непрерывно происходит обмен кислородом и углекислым газом, интенсивность которого при наличии нефтяной пленки сильно уменьшается. При определенных условиях нефтяные пленки понижают температуру поверхностного слоя воды (не ниже +4°С), что приводит к повышению ее плотности и в результате верхний слой воды погружается в глубину, занося туда нефтяное загрязнение. В мелководных бассейнах поверхностные загрязненные слои могут опускаться на дно и образовывать придонные воды, содержащие значительное количество нефти.

Нефтяные загрязнения воздействуют и на живые организмы, экранируя солнечное излучение и замедляя обновление кислорода в воде. В результате перестает размножаться планктон - основной продукт питания морских обитателей. Толстые нефтяные пленки нередко становятся причиной гибели морских птиц.

Нефть отрицательно влияет на физиологические процессы, протекающие в живых организмах, вызывают патологические изменения в тканях и органах, нарушает работу ферментативного аппарата, нервной системы. Нефть - своего рода наркотик для морских обитателей. Замечено, что некоторые рыбы, «хлебнув» однажды нефти, уже не стремятся покинуть отравленную зону. Кроме того, она отрицательно влияет на вкусовые качества мяса морских обитателей.

Нефтяное загрязнение - грозный фактор, влияющий на жизнь всего Мирового океана. Особенно опасно загрязнение высокоширотных вод, где из-за низкой температуры нефтепродукты практически не разлагаются и как бы «консервируются» льдами, поэтому нефтяное загрязнение может нанести серьезный ущерб окружающей среде Арктики и Антарктики

2.2 Загрязнение материковых вод

Материковые воды обычно подразделяют на поверхностные, почвенные, подземные. Пресные материковые воды распределены на поверхности Земли крайне неравномерно. Так, в Европе и Азии, где проживает 70% населения мира, сосредоточено лишь 39% мировых речных вод. На территории России 82% речного стока приходится на северные районы страны, которые по климатическим условиям малопригодны для развития земледелия и существенно менее заселены, чем южные районы, экономически более развитые, но испытывающие дефицит пресной воды.

Неравномерное распределение осадков и все возрастающее загрязнение гидросферы привели к тому, что во многих странах ощущается недостаток пресной воды. В настоящее время около 300 млн человек испытывают проблемы, связанные с нехваткой пресной воды, и это число может возрасти в 10 раз к 2025 г.

Однако наиболее ощутимый удар по пресной воде наносят современные технологии, так как под их воздействием растет загрязнение рек и озер промышленными и бытовыми отходами, токсичными веществами. Только промышленность ежегодно сбрасывает в реки более 160 км3 промышленных стоков - неочищенных или недостаточно очищенных. Они загрязняют свыше 4 тыс. км3 речных вод, т.е. около 10% общего речного стока. В промышленно развитых странах эта цифра достигает 30% и более. В итоге большинство рек Европы, Северной Америки и других континентов в своих руслах несут уже не пресную воду, пригодную для водоснабжения населения, а разбавленные сточные воды городов, промышленных предприятий, животноводческих ферм и т.д., в реках вместо чистой воды сложные растворы и взвеси вредных химических веществ и бактерий.

Интенсивное загрязнение воды, превышающее возможности ее самоочищения, приводят к превращению в пустыни больших территорий. Некогда полноводные чистые реки и озера сплошь и рядом мелеют, в них размножаются сине-зеленые водоросли, и вода становится не пригодной ни для питья, ни для жизни рыб и других водных организмов.

Число загрязнителей пресной воды достигает 2500. По данным Всемирной организации здравоохранения, до 80% всех заболеваний, связанных с качеством среды обитания, - результат употребления населением грязной воды. Почти 2,5 млрд жителей планеты страдает дизентерией, гепатитом, диареей и другими заболеваниями, связанными с загрязнением воды.

Основными источниками загрязнения материковых вод являются:

1. Атмосферные воды, несущие массы вымываемых из воздуха поллютантов (загрязнителей) промышленного происхождения. При стекании по склонам атмосферные и талые воды дополнительно увлекают с собой большие массы различных веществ. Особенно опасны стоки с городских улиц и промышленных площадок, несущие массы нефтепродуктов, мусора, фенолов и кислот [15].

2. Городские сточные воды, включающие преимущественно бытовые стоки, содержащие фекалии, детергенты (поверхностно-активные моющие средства), микроорганизмы, в том числе патогенные.

3. Промышленные сточные воды, образующиеся в самых разнообразных отраслях производства, среди которых наиболее активно потребляют воду черная металлургия, химическая, лесохимическая и нефтеперерабатывающая промышленности.

С развитием промышленности и увеличением потребления воды растет и количество жидких отходов - сточных вод. Еще в 60-х годах ежегодно в мире образовывалось около 700 млрд. м3 сточных вод. Примерно 32 % из них - промышленные сточные воды, загрязненные различными веществами. Только половина жидких промышленных отходов подвергалась очистке тем или иным методом. Другая половина сбрасывалась в водоемы без какой-либо очистки.

Различные технологические процессы производят следующие основные типы сточных вод:

1. Реакционные воды, образующиеся в процессе реакций с выделением воды. Эти воды загрязнены как исходными веществами, так и продуктами реакции.

2. Воды, содержащиеся в сырье и исходных продуктах (свободная или связанная вода); в результате переработки загрязняются всевозможными веществами.

3. Промывные воды - воды после промывки сырья, продуктов, тары, оборудования, маточные водные растворы.

4. Водные экстрагенты и абсорбенты.

5. Охлаждающие воды, не соприкасающиеся с технологическими продуктами и использующиеся в системах оборотного водоснабжения, несут в себе тепловое загрязнение.

6. Бытовые воды - воды столовых, прачечных, душевых, туалетов, воды после мытья помещений и т.д.

7. Атмосферные осадки, стекающие с территории населенных пунктов и промышленных предприятий, загрязненные различными химическими веществами.

Общие характеристики бытовых и промышленных сточных вод приведены в таблице 5.

Таблица 5.

Характеристика бытовых и промышленных сточных вод

Показатели

Бытовые

сточные воды

Промышленные

сточные воды

Происхождение

Образуются в результате хозяйственно-бытовой деятельности и физиологических выделений людей

Образуются в результате технологических процессов на производстве, сопровождающихся удалением отходов, потерей сырья и реагентов или готовой продукции.

Количество

Ограничено пределами водопотребления населения для физиологических и культурно-бытовых нужд

Определяется потребностями технологических процессов и характеризуется значительными колебаниями

Режим

Спуска

Неравномерный, определяющаяся бытовыми условиями жизни населения

Неравномерный - соответственно технологическому процессу.

Взвешенные

Вещества

Присутствуют постоянно, разнообразны по количеству и качеству

Крайне разнообразны по количеству и качеству

Реакция

Нейтральная или слабощелочная

От резко щелочной до резко кислой, нередко меняющейся во времени

Химический состав

Преобладают органические соединения животного или растительного происхождения

Преобладают органические синтетические вещества и минеральные соединения

Токсичность и бактерицидность

Обнаруживается в различной степени

Обнаруживается в различной степени

Продолжение таблицы 5

Типичность состава и свойств

Заметно выражена, колебания концентрации зависят от уровня водопотребления

Выражена лишь для одинаковых производств

Гигиеническое значение

Преимущественно эпидемиологическое, обще санитарное

Преимущественно общесанитарное значение, иногда эпидемиологическое, часто токсикологическое

Методы обезвреживания

Биологические на типовых сооружениях с дезинфекцией

Разнообразные, химические, физические, механические, дезинфекция как исключение

В сточных водах гидролизной промышленности присутствуют спиртовые и фурфурольные компоненты, последрожжевая бражка, сивушные, эфироальдегидные и скипидарные фракции, различные кислоты.

При сульфитном способе производства бумаги один из наиболее обычных сбросов - сульфитный щелок. Стоки могут иметь кислую, нейтральную или щелочную реакцию, что в любом случае связано с изменением рН водоема.

Около 30% всей массы загрязняющих веществ в различные источники воды поступает с поверхностными и ливневыми стоками с территорий санитарно неблагополучных населенных мест, сельскохозяйственных объектов и угодий, оказывая наиболее сильное влияние в период весеннего паводка [16, 17].

В середине 90-х годов XX в. около 50% населения Казахстана использовали для питьевых целей воду, не соответствующую гигиеническим требованиям по различным показателям качества. Так, в 1992 году 22,1% исследованных проб питьевой воды, подаваемой населению, не отвечали гигиеническим требованиям по санитарно-химическим и 12,3% - по микробиологическим показателям. Треть населения Казахстана для питьевых целей использует воду из децентрализованных источников. Анализ воды из таких источников показал, что 28% проб не отвечают гигиеническим требованиям по санитарно-химическим, а 29,4% - по бактериологическим показателям [18, 19].

Изменения рН водной среды в результате загрязнения оказывает отрицательное влияние на организмы. В пресноводных озерах и реках рН воды обычно 6 - 7, живые организмы адаптированы именно к этому уровню. Изменение реакции воды всего на одну единицу рН по сравнению с оптимумом приводит в большинстве случаев к стрессу, а нередко и к гибели различных групп водных организмов. Подкисление озер и рек влияет и на сухопутных животных, так как многие птицы и звери входят в состав пищевых цепей, начинающихся с водных экосистем.

Сброс канализационных стоков, особенно неочищенных или недостаточно очищенных, оказывает отрицательное влияние на круговорот органического вещества в водоеме, грозит опасностью инфекционных заболеваний, и в первую очередь человека. Из загрязняющих веществ очень опасны детергенты, или синтетические моющие средства. Выброшенные в водоемы, они сильно пенятся. Слой пены может достигать значительной толщины и препятствует доступу кислорода в воду [20].

В наибольшем количестве в фосфатсодержащих моющих средствах присутствуют соединения фосфора, служащие для смягчения воды. Сухие моющие средства (порошки) обычно содержат триполифосфат натрия; жидкие моющие средства могут содержать фосфаты калия или натрия. Смягчители необходимы потому, что вода нередко содержит ионы кальция или магния. Ионы магния и кальция соединяются с мылом и образуют нерастворимый осадок. Этот осадок не дает мыльной пены и не растворяет грязь или жир. Аналогичным образом ионы кальция и магния могут связываться с поверхностно-активными, или растворяющими грязь молекулами моющих средств. Смягчители воды образуют комплексы с этими кальциевыми и магниевыми ионами. Без смягчителей производителям пришлось бы вводить в выпускаемые ими моющие средства большое количество довольно дорогих поверхностно-активных веществ, чтобы быть уверенным в возможности успешного применения их продукции в местах с жесткой водой.

Попадающие в воду полициклические ароматические углеводороды, ароматические амины (например, бензин), N-нитрозосоединения обладают канцерогенным действием, вызывая опухолевые образования в разных органах.

Экологически опасны не только токсичные вещества, содержащиеся в сточных водах. Масса волокон, выбрасываемых предприятиями, связанных с производством различных материалов, способна забивать дыхательные системы водных организмов и вызывать их гибель.

Источником загрязнения водных объектов является и сельское хозяйство. Во-первых, повышение урожайности, продуктивности земель неизбежно связано с применением ядохимикатов, используемых для подавления вредителей, болезней растений и сорняков. Эти ядохимикаты непосредственно попадают на поверхность почвы или смываются на большие расстояния, неизбежно оказываясь в водных объектах.

Во-вторых, животноводство связано с образованием больших масс мертвой органики (навоза, подстилки), мочевины, которые опять-таки могут оказываться в водных объектах. Эти отходы не ядовиты, но их массы огромны (вспомним, что получение 1 кг. мяса «стоит» 70 - 90 кг кормов) и, несмотря на их не токсичность, они ведут к тяжелым последствиям для водных экологических систем. Сточные воды, содержащие органические вещества (не только от животноводства), содержат массу биогенных элементов, в том числе азота и фосфора [21].

Ртуть давно известна как яд. Она поступает в природные воды различными путями из многих источников. Во время дождя и таяния снега ртуть может смываться с промышленных площадок [22].

Спектр загрязняющих материковые воды веществ очень широк и включает в себя не только основные загрязнители морей и океанов, но и специфические загрязнители. Считается, что в водоемы поступает свыше 500 тыс. различных веществ [23]. Тяжелые металлы (свинец, ртуть, цинк, медь, кадмий) активно накапливаются в пищевых цепях, конечное звено которых занимает человек. В качестве интегральной характеристики загрязненности материковых вод используются классы опасности качества воды (таблица 6).

Таблица 6

Характеристики интегральной оценки качества воды

Индекс

загрязненности

воды (ИЗВ)

Класс

качества

воды

Оценка качества воды

менее  0,2

I

Очень чистые

более    0,2

II

Чистые

более      1

III

Умеренно загрязненные

более      2

IV

Загрязненные

более     4

V

Грязные

более     6

VI

Очень грязные

более    10

VII

Чрезвычайно грязные

Еще один вид загрязнения природных вод - тепловое загрязнение. Промышленные предприятия, электростанции (ТЭС, АЭС) нередко сбрасывают в водоемы (водохранилища) подогретую воду, приводящую к повышению в них температуры. В водоемах с повышением температуры уменьшается содержание кислорода, увеличивается токсичность загрязняющих воду примесей, нарушается биологическое равновесие, происходит смена видового состава организмов, например, водорослей. С повышением температуры в загрязненной воде наблюдается бурное размножение болезнетворных микроорганизмов и вирусов.

Важным источником пресной воды в ряде регионов Казахстана являются подземные воды. Однако подземные воды в последние годы также подвергаются техногенному загрязнению из-за сильного загрязнения поверхности земли и наземных водотоков. Нередко это загрязнение настолько велико, что вода из них непригодна для питья.

Большую опасность представляют загрязнения вод радиоактивными веществами. Поведение радионуклидов в водоемах значительно сложнее, чем в атмосфере, так как здесь на скорость их перемещения, направленность и характер рассеивания влияет значительно большее число факторов. Кроме того, в водоемах помимо рассеивания происходит и концентрирование радиоактивных веществ.

Распространение радионуклидов в воде осуществляется под влиянием двух факторов:

а) физико-химических: адсорбция, ионный обмен, осаждение, седиментация (осадок), флоккуляция (хлопьеобразование);

б) биотических - поглощение водными организмами непосредственно из воды, накопление некоторых из них как в организмах, так и в почве.

В некоторых случаях процессу накопления радионуклидов в донных отложениях способствуют бентосные организмы, которые при жизни интенсивно их инкорпорируют, а, отмирая, отдают грунту.

По характеру распределения в водоеме радиоактивные изотопы могут быть разделены на четыре группы:

1) гидротропные, остающиеся в большом количестве в воде;

2) биотропные, интенсивно поглощающиеся живыми организмами;

3)педотропные, накапливающиеся преимущественно в донных отложениях;

4) эвритропные, равномерно распределяющиеся между различными составляющими водоема.

На поведение радиоактивных веществ в реках существенное влияние оказывает химический состав воды, степень ее минерализации, количество и характер взвешенных примесей. В реках, где взвешенные твердые частицы имеют тенденцию к оседанию в определенных местах, большая часть радиоактивных продуктов неравномерно задерживается на дне, создавая локальные очаги загрязнения.

Загрязнение водных систем представляет большую опасность, чем загрязнение атмосферы, по следующим причинам:

1 процессы регенерации или самоочищения протекают в водной среде гораздо медленнее, чем в воздухе;

2 источники загрязнения водоемов более разнообразны;

3 естественные процессы, осуществляющиеся в водной среде и подвергающиеся действию загрязнений, более чувствительны сами по себе и имеют большее значение для обеспечения жизни на Земле, чем те, которые протекают в атмосфере.

Следует иметь в виду, что большинство загрязняющих веществ включается в биологический круговорот и в пищевые цепи. В конечном итоге они накапливаются в тканях рыб, животных (например, ртуть, ДДТ и др.). Возможность трансформации веществ в водной среде и избирательного накопления их живыми организмами - всегда должна учитываться при решении вопроса об опасности того или иного химического загрязнения.

      3  Загрязнение подземных вод

В наибольшей степени подвергнуты загрязнению подземные воды, расположенные близко от поверхности земли. Таковыми являются грунтовые воды и подземные воды первых от поверхности напорных горизонтов, составляющих зону активного водообмена. Последняя характеризуется сравнительно высокими скоростями движения подземных вод по пласту и относительно небольшим (по сравнению с более глубокими водоносными горизонтами) временем движения подземных вод от области питания до области разгрузки.

В гидрохимическом отношении подземные воды, приуроченные к зоне активного водообмена, большей частью пресные (минерализация до 1г/л). Поэтому именно пресные воды наиболее подвержены воздействию загрязняющих веществ, и понятие «загрязнение подземных вод» относится в первую очередь именно к ним [8].

Изменение качества подземных вод может выразиться в увеличении минерализации, содержания типичных для них веществ (хлор, сульфаты, кальций и другие), в появлении в подземных водах несвойственных им веществ искусственного происхождения (пестициды, нефтепродукты), в изменении температуры и рН, в появлении запаха, окраски и так далее.

При характеристике загрязнения подземных вод следует исходить из конкретных количественно определённых показателей. Этими показателями являются фоновые показатели и нормы качества воды, обусловливающие возможность использования подземных вод для тех или иных целей. Нормами качества воды называют установленные значения показателей качества по видам водопользования.

На основе изложенного, загрязнение подземных вод определяется следующим образом: это вызванное антропогенной деятельностью изменения качества воды (физических, химических, биологических свойств) по сравнению с естественным состоянием и нормами качества воды по видам водопользования, которые делают эту воду частично или полностью непригодной для использования по целевому назначению [14].

К показателям качества воды в естественном состоянии относятся показатели качества подземных вод, не подвергшихся заметному изменению вследствие антропогенной деятельности. Обязательным условием отнесения показателей качества подземных вод к естественным является идентичность гидрогеологических условий на участке, где химический состав подземных вод является не нарушенным, и на участке, где подземные воды загрязнены.

В настоящее время во многих случаях имеет место уже изменённый в некоторой степени состав подземных вод, и первоначальное состояние восстановить невозможно. В этом случае под фоновым качественным состоянием подземных вод имеют в виду сложившийся, достаточно стабильный режим подземных вод в удалении от исследуемой области загрязнения, но в аналогичных с нею гидрогеологических условиях.

Загрязнение подземных вод вызывается большим количеством веществ – несколькими десятками и более. Поэтому из загрязняющих веществ выбирают 2-3 наиболее характерных и содержащихся в наибольших количествах.

3.1 Загрязняющие вещества и их классификация

Вещества, ухудшающие качество воды по сравнению с её естественным состоянием и нормами водопользования, называются загрязняющими [3] . Они содержатся в отходах, образующихся в результате антропогенной деятельности (промышленные, коммунальные, сельскохозяйственные). Эти отходы скапливаются на поверхности земли, и оттуда их жидкая фаза проникает в подземные воды. Загрязняющими могут быть многие полезные вещества, например нефть и её продукты, пестициды, минеральные удобрения, химические реагенты и другие конечные продукты промышленного производства.

Основными загрязняющими веществами по генетическому признаку являются:

  1.  промышленные отходы и выбросы автотранспорта
  2.  коммунальные отходы
  3.  загрязняющие вещества сельского хозяйства (животноводческие отходы и агрохимические продукты)
  4.  нефть и нефтепродукты
  5.  природные некондиционные воды
  6.  воды шахтного и рудничного водоотлива

По физическому состоянию загрязняющие вещества подразделяются на: твёрдые, жидкие и газообразные. Все три категории присутствуют в промышленных отходах; газообразные вещества содержатся в выбросах автотранспорта; твёрдые и жидкие – в коммунальных и сельскохозяйственных отходах.

Основное значение в загрязнении подземной гидросферы имеют жидкие вещества, которые путём фильтрации проникают в водоносные горизонты. Твёрдые отходы и вещества воздействуют на подземные воды, растворяясь и частично переходя в жидкую фазу при выпадении атмосферных осадков или под влиянием поверхностного стока. Газообразные вещества распространяясь на большую площадь, воздействуют на подземные воды в региональном масштабе с меньшей степенью интенсивности. Газообразные вещества попадают в подземные воды из оседающей на поверхность земли пыли, с дождевыми осадками и из снежного покрова.

По химическому признаку загрязняющие вещества (в основном жидкие) подразделяются на:

  1.  содержащие преимущественно неорганические соединения (к этой группе  относят сточные воды предприятий химических производств, шахтные и рудничные воды и другие)
  2.  содержащие преимущественно органические соединения (относятся нефть и нефтепродукты, пестициды, сточные воды предприятий фармацевтической промышленности и другие)
  3.  содержащие неорганические соединения и органические соединения (коммунальные сточные воды, сточные воды нефтеперерабатывающих заводов и другие)
  4.  содержащие тяжёлые металлы (сточные воды гальванических цехов, горно-обогатительных фабрик)
  5.  содержащие радиоактивные вещества (сточные воды предприятий по переработке радиоактивного сырья и атомной энергетики).    

        Сточные воды по степени их загрязнённости и содержанию токсичных веществ (показатель – кратность их разбавления до ПДК по наиболее токсичному компоненту) делятся на три группы:

  1.  высокотоксичные (разбавление свыше 1010 раз)
  2.  среднетоксичные (разбавление от 105 до 1010 раз)
  3.  слаботоксичные (разбавление от 102 до 105 раз)

Признак кратности разбавления может быть использован для характеристики сточных вод по интенсивности их окраски и запаха.

По стойкости загрязняющие вещества могут быть неразлагающимися (хлориды), очень стойкими – время распада до 10 лет, стойкими – от 1 года до 10 лет, нестойкими – от 1 месяца до 1 года, весьма нестойкими – менее 1 месяца.

Загрязняющие подземные воды вещества разделяются также на:

  1.  консервативные, не вступающие во взаимодействие с породой (хлор, кальций)
  2.  неконсервативные, взаимодействующие с породой (органические соединения, катионные формы металлов).

3.2 Основные виды загрязнения подземных вод

Рассмотренные выше вещества проникают в водоносные горизонты в виде растворов и вызывают загрязнение подземных вод, которое можно разделить на три вида:

  1.  химическое
  2.  бактериальное
  3.  тепловое

Химическое загрязнение  вызывается практически всеми рассмотренными веществами.

Данное загрязнение проявляется в увеличении по сравнению с фоновой минерализации подземных вод, росте концентраций содержащихся в подземных водах макро- и микроэлементов, появлении несвойственных минеральных и органических соединений и увеличении их содержания во времени. Сопутствующими являются интенсивная окраска воды, запах, повышенная температура.

В загрязнённых подземных водах содержатся различные вещества, но наиболее часто встречаются хлориды, нитраты, нефтяные углеводороды, органические соединения, тяжёлые металлы.

Химическое загрязнение является в целом стойким, сохраняется в течение длительного времени, может распространяться на значительное расстояние по водоносному горизонту.

Разнообразие загрязняющих веществ обусловливает различные процессы взаимодействия между ними, с одной стороны, подземными водами и породами - с другой. Эти процессы в конечном итоге влияют на миграцию загрязняющих веществ по водоносному горизонту, на условия их нахождения в подземных водах. Важную роль пи этом играет природная и искусственно созданная в результате техногенного воздействия окислительно-восстановительная обстановка в водоносном пласте.

Бактериальное загрязнение – это увеличение содержания в подземных водах (по сравнению с естественным состоянием) патогенных и санитарно-показательных микроорганизмов. К санитарно-показательным микроорганизмам относятся бактерии группы кишечная палочка, энтерококк. К патогенным микроорганизмам относятся энтеробактерии (шигеллы, сальмонеллы), бактериофаг Е. Со, энтеровирусы (вирус полиомиелита).

Бактериальное загрязнение является частью общего биологического загрязнения, которое может вызываться водорослями, вирусами и другими представителями микрофлоры и микрофауны.

Основной особенностью загрязнения является ограниченность его распространения внутри водоносного горизонта, что объясняется небольшим временем выживаемости бактерий в подземных водах (300-400 суток).

В целом вследствие ограниченного времени выживаемости и процессов поглощения область бактериального загрязнения носит в водоносном горизонте временный и локальный характер.

Тепловое загрязнение – это загрязнение, проявляющееся в повышении температуры подземных вод по сравнению с фоновой. С изменением температуры подземных вод связано изменение их химического состава, содержания газа (особенно кислорода), изменение их биологических свойств и вкусовых качеств.

Тепловое загрязнение вызывается различными причинами, из которых можно выделить две основные:

       1.образование в районе крупных промышленных предприятий (тепловые, атомные электростанции), а также городов тепловых аномалий в окружающей среде

       2.сброс на поверхность земли нагретых промышленных и коммунальных сточных вод.

В первом случае положительная температурная аномалия захватывает недра земли, происходит нагревание подземных вод. Во втором случае фильтрующиеся с поверхности нагретые воды проникают в водоносный горизонт и создают область теплового загрязнения.

Изменение температурного режима подземных вод обусловлено не только отдельными промышленными предприятиями, но и населённым пунктом в целом. На территории крупных населённых пунктов формируется «остров тепла» как в атмосфере, так и в недрах.

Повышение температуры может составлять 5-10ОС и более по сравнению с фоновой температурой. Повышение температуры вызывает изменение газового и химического состава подземных вод, растворение одних веществ и выпадение в осадок других. Характерным последствием является возрастание биомассы в воде, «цветение» воды.

Тепловое загрязнение во многих случаях сочетается с химическим загрязнением, вследствие чего наблюдается повышение токсичности содержащихся веществ.

      3.3 Источники загрязнения подземных вод

Загрязняющие вещества поступают в подземные воды из различных антропогенных объектов, а также природных сред. Поэтому по признаку происхождения все источники делят на две группы: антропогенные и природные.

К антропогенным источникам относятся:

  1.  промышленные и сельскохозяйственные предприятия, вырабатывающие большие количества отходов
  2.  поверхностные приёмники жидких и твёрдых отходов
  3.  автозаправочные и автомоечные станции
  4.  склады горючего, ядохимикатов и химических реагентов
  5.  автотранспорт

Антропогенные источники загрязнения могут быть разделены на: индустриальные, сельскохозяйственные, коммунальные, транспортные и урбанизированные.

Среди природных источников загрязнения выделяют: естественно некондиционные и антропогенно некондиционные. К первым относятся природные подземные и поверхностные водные объекты (водоносные горизонты, моря, солёные озёра), содержащие естественно некондиционные воды. Вторую группу составляют природные среды (атмосфера, почва, поверхностные и подземные водные объекты), загрязнённые вследствие антропогенной деятельности. Основную роль в загрязнении подземных вод играют антропогенные источники, особенно при формировании областей интенсивного загрязнения. На изменение качества воды значительно влияют природные источники загрязнения.

Все источники загрязнения по конфигурации в пространстве делятся на:

  1.  локальные (точечные), занимающие небольшую площадь (кладбища, участки хранилищ отходов)
  2.  линейные (к ним относятся загрязнённые реки, нефтепроводы, автомагистрали)
  3.  площадные (крупные сельскохозяйственные территории, населённые пункты)             

Источники загрязнения выделяют по степени обусловленного ими загрязнения:

4.  источники умеренного загрязнения (изменение качества загрязнённых вод до ПДК)

5  .источники значительного загрязнения (изменение качества загрязнённых вод от 1 до 10 ПДК)

6.  источники высокого загрязнения (изменение качества загрязнённых вод от 10 до 100 ПДК)

7.  источники экстремального загрязнения (изменение качества загрязнённых вод свыше 100 ПДК)

Кроме того, источники загрязнения выделяют по типу вызываемого ими загрязнения (источники химического, теплового, бактериального загрязнения), а также по размерам формируемой ими в подземных водах области загрязнения, которая характеризуется площадью F и длиной L. По этому признаку выделяются источники: местные (менее 100 км2), ограниченно региональные (от100 до 1000 км2) и региональные (более 1000 км2).

Загрязнение подземных вод не является процессом изолированным, локальным, на который воздействует только техногенный источник загрязнения. Оно тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом. Проникающие в подземные воды загрязняющие вещества сначала попадают в различные природные среды, загрязняют их, а затем из этих сред и через них – в подземные воды. Загрязнённые в результате антропогенной деятельности природные среды являются вторичными источниками загрязнения, а техногенные источники являются первичными.

В общем, загрязнение подземных вод зависит, с одной стороны, от нагрузки природной среды загрязняющими веществами антропогенного происхождения, а с другой стороны от природных геолого-гидрогеологических условий. Особую роль играют сами загрязняющие вещества, их химические и физические свойства. Поэтому необходимо рассмотреть свойства нефти и нефтепродуктов.

      3.4 Нефть и нефтепродукты

Нефть подразделяется на сырую и товарную (первично-обработанную). К нефтепродуктам относятся бензины, керосины, топливо для воздушно-реактивных двигателей, дизельные и котельные топлива (мазуты), масла, смазки и так далее. Наиболее часто загрязнение поверхностных и подземных вод вызывается нефтью, бензинами, керосинами. Другими нефтепродуктами, такими, как смазки, масла, тяжёлые топлива подземные воды загрязняются значительно реже, что объясняется большой вязкостью этих веществ, вследствие чего уменьшаются их утечки, текучесть и распространение во внешней среде.

Нефть и её производные на 90-95% представляют собой смесь различных углеводородных соединений, которые подразделяются на три класса: парафины, циклопарафины и ароматические углеводороды. Из неуглеродных соединений в нефти содержатся сера, азот, металлы в количестве 5-10%.

На условия нахождения нефтепродуктов в подземных водах существенно влияют их свойства, особенно плотность, растворимость, температура кипения. Плотность нефти и большинства нефтепродуктов меньше единицы, то есть меньше, чем плотность воды; исключение составляют мазуты, отдельные смазочные масла.

Нефть в целом плохо растворяется в воде и принято считать, что нефть и вода образуют систему взаимонерастворимых и несмешивающихся жидкостей. Но среди углеводородов имеется группа ароматических соединений (бензол, толуол, ксилол, этилбензол и другие), которые сравнительно хорошо растворяются в воде. Так, растворимость бензола составляет 1500-1700 мг/л, толуола 450-500 мг/л, бензина 14-175 мг/л, керосина 4-13 мг/л, дизельного топлива 3-18 мг/л. Но в целом, растворимость в воде даже плохорастворимых углеводородов значительно больше их допустимого содержания в питьевых водах (0,1 мг/л для нефтепродуктов и 0,001мг/л для фенолов).

В воду переходят преимущественно ароматические углеводороды (главным образом бензол, толуол, ксилол), образующие с ней истинные растворы (на молекулярном уровне). Другие углеводороды составляют с водой эмульгированные смеси.

Необходимо отметить, что нефть и нефтепродукты содержащиеся в подземных водах под влиянием биогенного разложения, а также химического окисления могут разрушаться. При этом образуются нафтеновые кислоты, фенолы, эфиры, карбонильные соединения, которые являются полярными и обладают весьма высокой растворимостью. Вследствие этого состав водорастворимой части нефтепродуктов и их производных меняется во времени [4].

Температура кипения нефтепродуктов характеризует их способность к улетучиванию. Углеводороды с низкой температурой кипения, содержащиеся в большом количестве в бензинах, могут сравнительно легко испаряться с поверхности загрязнённых ими грунтовых вод, образуя в зоне аэрации газовое облако, что может быть использовано на практике при изучении областей загрязнения подземных вод.

3.5 Нефтяное загрязнение подземных вод

Различие свойств нефтяных углеводородов и воды обусловливает особенности их нахождения в подземных водах.

Вследствие особенностей углеводородов (плотность, слабая растворимость) они располагаются преимущественно в верхней части разреза водоносного горизонта. Часть углеводородов размещается в виде линзы на поверхности водоносного горизонта (для грунтовых вод). Эта линза состоит из однофазной жидкости – углеводородов; её мощность в зависимости от количества проникших в водоносный горизонт нефтепродуктов может колебаться от нескольких сантиметров до 1-2 метров и более.

Другая часть углеводородов, располагающаяся ниже однофазного слоя (линзы)

и за его пределами, образует с водой двухфазную смесь в виде эмульсии. Наиболее растворимые углеводороды (в основном ароматические) образуют с водой раствор. Таким образом, по вертикали и в плане углеводороды образуют как бы три зоны – линза не смешивающейся с водой однофазной жидкости (углеводородов); зона двухфазной системы (эмульсия нефти в воде); зона раствора углеводородов в воде.

С движением двухфазной системы связаны понятия фазовой проницаемости пористой среды. Проницаемость породы для одной фазы (нефти) зависит от содержания в породе другой фазы (воды). Если содержание нефти превышает 80-85%, то порода будет практически непроницаема для воды, и в ней будет происходить движение только нефти. И, наоборот, при содержании нефти меньше 20-15% порода будет проницаема только для воды.

Нефтепродукты, просочившиеся с поверхности земли, продвигаются лишь в относительно тонком слое верхней части водоносного горизонта на отметках уровня грунтовых вод. На движение нефтепродуктов большое влияние оказывает неоднородность проницаемого слоя, а также гидравлический градиент. В основном слой нефтяных веществ на поверхности грунтовых вод перемещается, прежде всего, под действием потока грунтовых вод. При движении нефтяных веществ в водонасыщенной среде часть нефтепродуктов остаётся связанной с породой вследствие влияния сорбции и поверхностных сил, что существенно замедляет течение нефтяных веществ.

На контакте подземных вод с линзой нефтепродуктов, последние могут переходить в подземные воды в эмульгированном (взвешенном) виде; на всей поверхности контакта нефтепродуктов с инфильтрующимися и подземными водами происходит вынос из них растворимых углеводородов.

С точки зрения загрязнения подземных вод распространение растворённых и взвешенных нефтяных веществ, для подземных вод наиболее опасно, чем распространение нефтяных веществ по поверхности в виде однофазной жидкости, так как оно охватывает более обширную территорию.

Характерным признаком нефтяного загрязнения подземных вод является специфический запах нефти и нефтепродуктов, наличие на поверхности воды нефтяной плёнки.


4 Район и методы исследования

4.1  Краткий обзор природы Костанайской области

Костанайская область расположена на севере Казахстана. Ее площадь превышает 196 000 км2 (или 19 600 000 га). На севере и северо-западе Костанайская область граничит с Российской Федерацией (Курганская, Челябинская и Оренбургская области), на западе и юго-западе - с Актюбинской, на востоке - с Северо-Казахстанской, Акмолинской, на юго-востоке - с Карагандинской областями Казахстана [24].

Основные природные особенности Костанайской области определяются ее внутриматериковым положением на стыке Урала, Западной Сибири и Центрального Казахстана. Разнообразие геоморфологических, климатических и почвенно-растительных условий на территории области обусловливают разнообразие ландшафтов, относящихся к хорошо выраженным в широтном направлении природным зонам -лесостепной, степной, полупустынной (опустыненные степи и остепненные пустыни) [25].

Протянувшись почти на 800 км от северных границ Казахстана до Приаральской низменности на юге и 250 - 400 км с запада на восток, от предгорий Урала до равнинного Убаган-Ишимского водораздела, Костанайская область отличается большим разнообразием природных условий. Северная часть Костанайской области находится в пределах юго-западной окраины Западно-Сибирской низменности, южная - в пределах Тургайской столовой страны, на западе часть области расположена на наклонном Зауральском плато, на юго-востоке она занимает окраину Казахского мелкосопочника.

В центральной части область пересекает широкая меридиональная депрессия - Тургайская ложбина, которая имеет характер широкой и морфологически ясно выраженной долины. Тургайская ложбина отграничена на западе от Зауральского плато низким Адаевско - Улькаякским плато, на востоке и юго-востоке от Казахского мелкосопочника и отрогов гор Улутау - Восточно-Тургайским плато. В пределах ложбины выделяются пойма и две надпойменной террасы. В результате молодых тектонических явлений Тургайского прогиба произошло изменение уклонов Тургайской ложбины. При этом образовалось два бассейна ложбины, разделенных порогом близ озера Аксуат и имеющих противоположные уклоны: северный - Убаганский и южный - Тургайский. Современные долины рек Убагана и Тургая выработаны в днище Тургайской ложбины, которая изобилует солеными и пресными озерами, болотами и солончаками. Центральная часть ложбины (к северу от озера Аксуат до озера Кушмурун включительно) характеризуется наибольшей засоленностью.

Равнины Тургайского плато наиболее высоких уровней (в северной части плато - 270 - 290 м, в центральной и восточной - 270 - 290 м, в центральной и восточной - 300 - 320 м) слабо расчленены, их плоские поверхности нарушаются редкими останцовыми буграми, лиманными понижениями и западинами. Равнины более низких уровней с волнистым рельефом характеризуются значительным расчленением и широко развитой овражно-балочной сетью. По существу это те же пластовые равнины, претерпевшие значительную денудационную обработку. Среди указанных равнин встречаются структурные плосковерхие останцовые плато типа сглаженных турткулей с крутыми и сильно расчлененными склонами, которые, по-местному, выделяются как горы (Кызбельтау, Каргалытау, Жиландытау, Текетау).

Обращенные к Тургайской ложбине склоны и пологонаклонные скаты пластовых равнин, распространенные по водоразделам Улькаяк - Кабырга, Кабырга - Теке, Тургай - Жиланчик, а также на территории южнее Жиланчика, образуют еще более низкий геоморфологический уровень. Они отличаются значительным расчленением как линейного, так и озерно-котловинного и бугристого типов.

Широкое развитие в пределах плато получили древне - аллювиальные речные и озерные равнины. Это в большинстве случаев пологоволнистые, относительно пониженные поверхности и надпойменные террасы, приуроченные к древним долинам рек Тургая, Жиланчика, Улькаяка, а также к древним ложбинам стока (Сыпсынагашская, Жаман-Аккольская). Для южной части Тургайского плато характерно распространение эоловых равнин с гривноложбинным рельефом. Гривы, обычно вытянутые в направлении с северо-востока на юго-запад, чередуются с вытянутыми понижениями, занятыми солеными озерами, сорами и солончаковыми болотами.

На  водоразделах Улькаяк - Тургай,  Тургай - Жиланчик  широко развиты всхолмленные и бугристые супесчаные равнины, нередко перемежающиеся сучастками развеваемых песков. Отдельно выделяются два массива барханно-бугристых песков (Тосыккум и Аккум).

Самая южная часть Тургайского плато в пределах области представлена пластовыми волнистыми равнинами наиболее низкого уровня. Эти равнины и их пологонаклонные склоны оканчиваются крутыми цинковыми уступами, обращенными к Челкар-Тенгизкой впадине.

Северо-западная часть Костанайской области располагается в пределах Зауральского предгорного плато. В этой части области в большинстве случаев распространены наклонные к востоку равнины с плоским, местами останцово - увалистым рельефом. Абсолютные высоты плато изменяются в среднем от 250 м до 350 м.

Северная часть плато отличается озерно-котловинным типом расчленения. Здесь, за исключением крайнего запада, слабоволнистая равнина расчленена многочисленными западинами, глубоко врезанными озерами и лиманами. Своеобразное строение рельефа Зауральского плато и характер его расчленения, по утверждению некоторых авторов, связаны с новейшей тектоникой.

Южная часть Зауральского плато более расчленена, здесь распространены денудационные цокольные слабоволнистые равнины с отдельными сопками, расчлененными узкими речными долинами притоков Тобола и густой овражно-балочной сетью. Кроме того, встречаются мелкосопочные массивы с выходами коренных пород на поверхность.

К наиболее ясно выраженным речным долинам следует отнести долины рек Тобола, Тургая и Аята. В долинах этих рек выделяются более или менее широкие поймы и две или три надпойменные террасы. Поймы и надпойменные террасы не везде хорошо прослеживаются [26]. В верхнем и среднем течении Тобола Тургая пойма почти не выражена. Подобная картина наблюдается и в долинах глубоко врезанных рек-Убагана, Аята, Улькаяка, Сарыозеня и многих других. Здесь обычно прослеживаются одна или две надпойменные террасы.

4.2 Геологическое строение области

Геологическое строение обусловлено двумя крупными геоструктурами уральского и центрально казахстанского происхождения. На стыке этих областей выделяется тектонический прогиб, вошедший в геологическую терминологию как Тургайский [27]. Преобладающая часть Костанайской области располагается в пределах этого прогиба, в котором древний палеозойский складчатый фундамент перекрыт толщей горизонтально залегающих осадочных пород мезо-кайнозойского возраста, образующих платформенный чехол. Породы складчатого фундамента обнажаются лишь в западной и юго-восточной частях области. Основу фундамента составляют мощные смятые в складки докембрийские породы,   представленные   метаморфическими   комплексами.   Верхний верхнего палеозоя, более мощные в западной, уральской, части и менее мощные в восточной, центрально казахстанской. Это в основном девонские и каменноугольные отложения, представленные алевритами, песчаниками, известняками и другими осадочными породами, переслаивающимися с эффузивными породами: туфами, порфирами, диабазами. Вся верхнепалеозойская толща пронизана многочисленными интрузиями кислых и основных пород. Мезо-кайнозойские отложения, перекрывающие фундамент, имеют большую мощность в осевой части прогиба, достигающую 1000 м, а по восточному и западному бортам выклиниваются. Нижние слои платформенного чехла мезо-кайнозойского возраста представлены каолинитовыми глинами, песчаниками и алевролитами триасового и юрского периодов. Среди отложений мелового периода широкое распространение получили пестроцветные каолинитовые и бокситовые глины. Западно-Сибирская низменность в пределах Костанайской области представляет собой окраину древней тектонической впадины, заполненной рыхлыми отложениями неогенового и четвертичного возраста. Аккумулятивно-денудационные пластовые равнины различного уровня представляют собой плоские, относительно приподнятые поверхности, сформировавшиеся в основном в нижнетретичный-верхнетретичный период в результате сложного взаимодействия непрерывных тектонических поднятий и денудации.

Широкое развитие в пределах Тургайского плато получили древне-аллювиальные речные и озерные равнины. Тургайская ложбина, сформировавшаяся в олигоцен-четвертичный период, выделяется как древняя эрозионно-тектоническая депрессия. Для Зауральского плато характерно близкое подстилание, а местами и выходы на дневную поверхность палеозойского фундамента. Последний представляет собой складчатые метаморфизованные кристаллические породы и прорывающие их изнутри, выровненные примерно под один уровень длительной денудационной деятельностью. С поверхности этот фундамент прикрыт крайне мощными элювиалльно - делювиальными четвертичными отложениями. На крайнем юго-востоке области выделяется Казахская мелкосопочная равнина, прилегающая к Улутаускому низкогорью. Она представляет собой древнюю горную страну, в течение длительного периода подвергавшуюся процессам денудации и абразии. Высокие части этой территории представлены водораздельным мелкосопочником, отличающимся чередованием отдельных куполообразных холмов или гряд, сложенных кристаллическими породами палеозоя, с понижениями и глубоко врезанными речными долинами.

Более низкие, абразионно-денудациаонные равнины характеризуются волнистым и увалистым рельефом. Среди них встречаются отдельные сопки и размытые поверхности (древние коры выветривания), сложенные цветными глинами. В целом мелкосопочник характеризуется широким развитием щебнистых делювиальных отложений и значительным расчленением. Значительное распространение в области получили эоловые отложения неоплейстоцена. На севере они приурочены к массивам боровых песков (Аракарагай, Казанбасы, Аманкарагай, Наурзум), а на юге занимают водораздельные равнины и склоны, прилегающие к долинам рек системы Тургая. Аллювиальные и озерно-аллювиальные отложения неоплейстоцена характеризуются преимущественно тяжелым механическим составом и засоленностью. Они занимают преобладающую часть Тургайской ложбины, встречаются в верховьях р. Тобола, по долинам рек Улькаяка, Улы-Жиланчика и притокам Тургая.

Современные четвертичные отложения имеют ограниченное распространение и представлены аллювиальными осадками в пойменных частях рек области, а так же озерными и лиманно-озерными отложениями по крупным депрессиям. Среди четвертичных образований известный интерес представляют довольно распространенные элювиально-делювиальные отложения лессовидного характера. Осадконакопление в четвертичный период происходит в сложных условиях аккумулятивной и денудационной обработки территории, связанной с деятельностью ледниковых вод и новейшей тектоникой. Четвертичные отложения на территории Костанайской области в целом отличаются небольшой мощностью. Исключение составляют аллювиальные осадки Тургайской ложбины, долин рек Тургая, Улы-Жиланчика, Тобола, а также крупных бессточных впадин, образовавшихся в результате деятельности ледниковых вод.

Климат. Костанайская область, расположенная в центре Евроазиатского материка, отличается резко континентальным климатом. Климатические условия изменяются в широких пределах в связи с большой протяжностью территории, а также влиянием Уральских гор на западе и Казахского мелкосопочника на востоке. Западные воздушные массы значительно иссушаются, проходя над Уралом и Зауральским плато, а восточнее Тургайской ложбины начинает сказываться влияние орографической преграды. На западных склонах Казахского мелкосопочника и прилегающих равнинах воздушные массы отдают остатки своей влаги. Поэтому изогиеты на территории области опущены в западной и восточной частях и приподняты в центральной. Для климата области характерно последовательное нарастание температур воздуха и уменьшении осадков с севера на юг. Показатели теплообеспеченности и влагообеспеченности в этом направлении колеблются в следующих пределах: среднегодовая температура воздуха от -1°С до - 6,9°С, средне июльская - от +19,3°С до +25,1°С, средне январская - от - 18°С до минус 8,2°С. Средняя продолжительность безморозного периода - 110 - 160 дней, с устойчивым снежным покровом -160 -105. Годовая сумма осадков от 390 мм на севере до 159 мм. Зима обычно холодная и малоснежная, в холодный период область находится под влиянием сибирского антициклона, при ясной погоде температура падает до-30-40°С мороза, иногда ниже. Наибольшей высотой снежного покрова отличаются февраль и март. В этот период на севере снежный покров достигает в среднем 20 - 30 см, на юге -18-20 см. Сильные и продолжительные ветры и обычно сдувают снег с повышенных частей рельефа в балки и овраги, что приводит к более глубокому промерзанию почв на оголенных участках. Зимой наблюдаются бураны (от 18 до 52 дней в году). Весна короткая, отличается сухостью и быстрым нарастанием температур, что связанно с частым вторжением теплых воздушных масс с юга. Для весеннего периода характерны частые сильные и сухие ветры, быстро иссушающие поверхность почвы. Нередко суховеи сопровождаются пыльными бурями. Лето жаркое и сухое, несмотря на относительно большое количество осадков.     Жаркий период с температурами воздуха более +20°С на севере непродолжителен, на юге достигает трех месяцев. Количество крайне сухих дней с относительной влажностью воздуха менее 30% на севере не превышает 15 - 20, а на юге достигает 60 и более. Как и весной, летом довольно часты сильные суховеи, которые усиливают и без того значительную испаряемость влаги и способствуют развеванию почв. По многолетним данным метеостанций области отмечаются периодические засухи. Количество осадков в засушливые годы в 2 -3 раза меньше средних многолетних, а во влажные значительно превышает их. В резко засушливые годы в черноземной зоне области выпадает до 150 мм осадков, а на юге области - 80 мм и, наоборот, в исключительно влажные годы количество осадков на севере достигает 500 - 600 мм, а на юге -250 - 300 мм. Осенний период отличается пасмурной, иногда дождливой погодой. Заморозки наступают довольно быстро, нередко со второй половины сентября, но снег ложится поздно, особенно на юге, -бывают случаи, когда снег выпадает только к концу декабря.

4.3 Поверхностные и грунтовые воды

Гидрографический облик Костанайской области характеризуется слабым и неравномерным развитием речной сети. Речная сеть хорошо развита только в северной и южной частях области. На севере она состоит из степных рек, принадлежащих к системе Тобола, и на юге образована реками бассейна Тургай. В пределах области насчитывается более 300 рек протяжность свыше 10 км. Основная часть из них представлена основными водотоками. Рек длинной больше 100 км -21, свыше 500 км - две. Все реки имеют преобладающее снеговое питание, однако, характер и продолжительность паводков различны. Внутригодовое распределение речного стока крайне неравномерно, более 90% его на крупных и средних реках и почти весь годовой сток малых водотоков формируется в период весеннего снеготаяния. Расход воды в этот период обычно в 300 -400 раз превышает средний многолетний расход. По степени минерализации реки области также различны. Минерализация и химический состав речных вод зависят от засоленности почв, дренируемых реками. В связи с этим наибольшей минерализации отличаются реки, дренирующие засоленную Тургайскую ложбину. Реки, стекающие с Зауральского плато и Казахского мелкосопочника, наиболее опреснены. Большое распространение на территории области получили временные водотоки, особенно на юго-востоке. Основная часть годового стока водотоков осуществляется за счет талых весенних вод и крайне незначительно - в периоды ливневых дождей. Бурные проявления подобных стоков обычно сопровождаются интенсивной водно-эрозионной деятельностью.

В Костанайской области насчитывается более 5000 озер, их суммарная поверхность составляет около 3% территорий. Распределены озера крайне неравномерно, более 90% их сосредоточено в северной части, главным образом на Тобол - Ишимском водоразделе. Озера преимущественно располагаются в мелких впадинах и имеют обширные водосборы. Приходная часть водного баланса озер слагается в основном из снеготалых вод и частично -за счет осадков теплого периода. Приток воды кратковременен и целиком зависит от многоводности года. В связи с этим после одно-, резкого двухгодичного подъема уровня воды в озерах наступает длительный период спада, вплоть до полного пересыхания. Отдельные озера, получающие дополнительное питание за счет подземных вод, имеют более плавный ход уровня. Расход озерных вод происходит целиком за счет испарения, в годы особенно жарким и сухим летом значительная часть мелких озер пересыхает, а в конце многолетних сухих периодов пересыхают и более крупные озера, такие, как Кушмурун, Аксуат и другие. Костанайские озера имеют различную минерализацию, в целом же на юге больше соленных и горько-соленых озер, а на севере - пресных и слабоминерализованных. Особенно много саленных озер встречается в Тургайской и Сыпсынагашской ложбинах.

На территории области выделяются следующие гидрогеологические районы: Зауральский и Улутауский, приуроченные к соответствующим морфоструктурам, и районы, расположенные в области Тургайского прогиба-Тобольский в северной части и Тургайский в южной. В первых двух районах развиты трещинные и пластовотрещинные воды, залегающие в породах складчатого палеозоя. Эти воды располагаются близко к поверхности и преимущественно опреснены, общая минерализация их не превышает 1 -2 г/л. Палеозойские воды Тургайского прогиба, располагающиеся под мощной толщей мезо-кайнозойских осадков, преимущественно высокоминерализованные. Мезо-кайнозойские отложения в области Тургайского прогиба представлены чередованием водопроницаемых и водоупорных слоев, вследствие чего водоносные горизонты расположены поэтапно. Юрские пластово-трещинные воды встречаются локально в депрессиях палеозойского ложа, отличаются высокой минерализацией, до 21 г/л, по химическому составу хлоридно-сульфатно-натриевые   и   хлоридно-натриевые.   Среди   меловых   вод наиболее широко распространены пластовые, располагающиеся в разнозернистых песках. Это преимущественно минерализованные (5 г/л и более) воды хлоридно-натриевого типа. В отдельных районах области, главным образом на Тобол-Убаганском междуречье, встречаются опресненные меловые воды с минерализацией до 2 -3 г/л.      Грунтовые воды нижнетретичного периода получили широкое распространение по всей территории области. Они представлены пластово-трещинными напорными водами, располагающимися в опоках и опоководных песчаниках эоцен-плиоценового возраста. В большинстве случаев воды пресные и слабоминерализованные. На междуречных пространствах Тобол -Убаган, Убаган - Ишим и на юге области, в пределах Тургайского плато, встречаются грунтовые воды неогенового возраста, приуроченные к тонкозернистым пескам. По степени минерализации и химическому составу воды пестрые, что связано с различными условиями залегания. На Тобол-Убаганском междуречье преобладают пресные воды. Они также встречаются в Карасуском и Семиозерном районах. В северной части Амангельдинского, Джангильдинского районов неогеновые воды располагаются близко к поверхности и отличаются высокой минерализацией. Среди первых от поверхности грунтовых вод значительное место занимают третичные воды, различные как по степени минерализации, так и по химическому составу. В целом отмечается усиление минерализации этих вод от запада к востоку и в южном направлении. Олигоценовые воды, располагаются в песках и алевритах на глубине 2 - 5 м и отличаются невысокой минерализацией (до 1 г/л), в центральной и восточной части они более минерализованы (до 3 г/л). К востоку от Убагана распространены плиоценовые грунтовые воды, которые располагаются на глубине от 3 до 10 м и обычно минерализованы (до 5 г/л). В пределах Предтургайской равнины и северной части Тургайского плато олигоценовые, и плиоценовые воды располагаются обычно глубже 10 м и сильно минерализованы.

В пределах области развиты подземные воды, приуроченные к различным отложениям четвертичного периода. Они встречаются в покровных делювиальных супесях на глубине от 5 до 10 м, по степени минерализации пестрые -от пресных до соленых. Воды эоловых песчаных отложений (Семиозерный район, боры Аман-Карагай, Ара-Карагай, Наурузум, левобережье Тобола, правобережье Улу-Жиланчика, песчаный массив Ак-Кум) встречаются на глубине до 3 м, они обычно пресные и слабо минерализованы.

4.4 Почвенный покров Костанайской области

подчинен широтной зональности в связи с постепенным усилением засушливости с севера на юг. Выделяются следующие почвенные зоны: зона черноземов с подзонами обыкновенных и южных черноземов, зона каштановых почв с подзонами темно-каштановых, каштановых и светло-каштановых почв и подзона бурых пустынных почв.

Зона черноземов расположена в северной части и занимает более 7 млн. га. Она в основном находится в пределах Западно-Сибирской низменности, на западе зона охватывает восточную часть Зауральского плато, а на юге-востоке-плоскую равнину Убаган-Ишимского междуречья. Южная граница черноземной зоны проходит на разных широтах: на западе и востоке она опускается соответственно до 51° 41 и 52° 45 с.ш. Подзона обыкновенных черноземов занимает северную меньшую половину зоны. Типичными для подзоны являются обыкновенные среднегумусные черноземы тяжело- и среднесуглинистого механического состава, которые занимают преобладающую часть территории. В целом для подзоны характерно широкое распространение березовых и березово-осиновых колков с солодями, особенно распространенными в ее северо-восточной и западной частях. Именно эти части подзоны выделяются географами как южная лесостепь и колочная степь. Среди зональных автоморфных почв подзоны обыкновенных черноземов преобладают разновидности среднесуглинистого и тяжелосуглинистого механического состава. На водоразделе Тобол -Убаган и в восточной части встречаются черноземы легкосуглинистого, супесчаного и очень редко - песчаного механического состава (главным образом, в Боровском районе, среди небольших массивов сосновых боров). Среди интразональных почв распространены лугово-черноземные (на пониженных массивах среди березовых колков и по микропонижениям), луговые почвы в понижениях на водоразделах и в долинах рек, а также аллювиально-луговые и аллювиально-болотные почвы, солонцы луговые и солончаки. Подзона южных малогумусных черноземов занимает большую часть черноземной зоны области (55%). Центральная часть подзоны находится на южной окраине Западно-Сибирской низменности, западная в Зауральском степном плато и восточная - на Убаган-Ишимской водораздельной равнине. Почвенный покров подзоны неодинаков в различных ее частях. На западе, в пределах Зауральского степного плато, распространены южные малогумусные черноземы средне- и тяжелосуглинистого механического состава, среди которых нередко встречаются карбонатные и солонцеватые роды. В юго-западной части подзоны и вдоль верховьев Тобола распространены южные неполноразвитые черноземы, формирующиеся по сопкам и повышенным местам. Центральная часть отличается пестротой почвенного покрова, преобладают нормальные и южные солонцеватые черноземы среднесуглинистого и легкосуглинистого механического состава. Южные солонцеватые черноземы образуют самостоятельные массивы и комплексы с различным содержанием солонцов. По хорошо дренированным склонам к рекам Аят, Тобол и Убаган, а также водораздельным участкам (Тобол -Убаган) встречаются крупные массивы южных супесчаных черноземов. Восточная часть подзоны отличается однородным почвенным покровом, представленным в основном южными карбонатными черноземами, развивающимися на желто-бурых покровных карбонатных суглинках. Среди интразональных почв развиты лугово-черноземные несолонцеватые, солонцеватые и карбонатные, встречающиеся в микропонижениях по водоразделам, и различные рода луговых почв, формирующихся как в понижениях на водоразделах, так и в долинах рек и крупных озерных понижениях. Вокруг соленых озер распространены луговые солончаки, местами соровые.

Зона каштановых почв (включает три подзоны - темно-каштановая, каштановая и светло-каштановая) занимает больше половины всей территории области. В основном она находится в пределах Тургайского плато, в северной части захватывает Предтургайскую равнину, переходную к Западно-Сибирской низменности. Южная граница зоны проходит примерно по ширине 49° с.ш.      Подзона темно-каштановых почв располагается в центральной части области, она занимает Предтургайскую равнину и север Тургайского плато. В целом подзона темнокаштановых почв отличается неоднородным почвенным покровом. Северная и южная части подзоны по плоским повышенным участкам характеризуются широким распространением темно-каштановых почв легкого механического состава. Для северной части это преимущественно супесчаные темно-каштановые, для южной - супесчаные и песчаные. Почвы более тяжелого механического состава приурочены кслабодренированным пониженным участкам и представляют комплексные участки солонцеватых темно-каштановых почв с солонцами, перемежающими с солонцово-солончаковыми комплексами (Сыпсынагашская ложбина стока, крупные озерные депрессии Тентяксор и Карасор и другие). Центральная часть подзоны и восточная окраина ее в пределах области отличается однородным почвенным покровом, представленным темно-каштановыми карбонатными почвами преимущественно тяжелосуглинистого механического состава, нередко в сочетании с лугово-каштановыми и луговыми карбонатными почвами по степным западинам. На крайнем западе в условиях расчлененного рельефа формируются темно-каштановые щебнистые и неполноразвитые почвы. В пределах Тургайской ложбины и на прилегающих пологих склонах развиты комплексы с большим количеством солонцов, нередко составляющих фон. Наряду с автоморфными широко распространены полугидроморфные и гидроморфные комплексы. В южной части подзоны отдельными массивами выделяются островные боры на песках (Наурузум-Карагай) и песчаные массивы, покрытые осиново-березовыми колками (Сыпсын). Подзона каштановых почв проходит широкой полосой в центральной части Тургайского плато. В формировании каштановых почв в пределах Костанайской области значительное участие принимают почвообразующие породы, представленные желто-бурыми тяжелыми карбонатными суглинками и глинами, занимающими плоские столово - останцовые плато, засоленными суглинками (по древним ложбинам стока)   и   песчано-супесчаными   отложениями   водоразделов   Улькаяк - Кабырга, Кабырга - Теке. Наибольшее распространение в подзоне получили тяжелосуглинистые каштановые карбонатные почвы, которые в настоящее время распаханы под зерновые культуры. Распространены комплексы каштановых солонцеватых почв с солонцами и каштановые почвы легкого механического состава. По склонам к рекам и на слабодренированных относительно пониженных участках развиваются солонцовые комплексы. В пределах гор Кызбельтау и отчасти Карагальтау встречаются неполноразвитые каштановые почвы на хрящевато-щебенчатых элювиальных и делювиальных отложениях. Относительно пониженныечасти междуречья Сарыузень-Текезаняты преимущественно солонцами солонцово-солончаковыми комплексами. В западной части подзоны, южнее массива карбонатных каштановых почв, распространены легкосуглинистые каштановые и песчаные почвы, занимающие крупные водораздельные участки. Среди интразональных почв присутствуют лугово-каштановые почвы и луговые почвы по долинам рек и близ озер, особенно в пределах Тургайской ложбины. Подзона светло-каштановых почв располагается в южной части Костанайской области, ее северная граница проходит извилистой линией примерно по 500 30, с. ш., с юга же она ограничена песками Тасым и Аккум и рекой Жиланчик. Подзона охватывает водоразделы Улькаяк - Тургай, Тургай - Жиланшик, а на востоке - мелкосопочный район Улутау. Почвенный покров подзоны (в пределах водораздела Улькаяк-Тургай и прилегающей с запада к Улькаяку равнины) отличается распространением светло-каштановых почв легкого механического состава, особенно светло-каштановых супесчаных почв. Встречаются также светло-каштановые легкосуглинистые и песчаные почвы. Отдельными некрупными массивами выделяются закрепленные и полузакрепленные пески. Примерно аналогичный почвенный покров характерен и для правобережной части реки Тургая. В центральной части подзоны преимущественно распространены автоморфные солонцы, местами в комплексе с солонцеватыми светло-каштановыми почвами. По неглубоким бессточным степным западинам формируются луговые и лугово-степные солонцеватые и засоленные почвы. В восточной половине подзоны с увалисто-холмистым рельефом вершины увалов или грив заняты светло-каштановыми часто солонцеватыми почвами различного механического состава, по склонам они переходят в комплексы с сонцами, нижние части склонов заняты солонцово-солончаковыми комплексами. На левобережной части Кара-Тургая широко развиты светло-каштановые карбонатные и солонцеватые почвы тяжелосуглинистого механического состава, местами комплексы этих почв солонцами. Восточная часть подзоны (правобережье Кара-Тургая) целиком расположена в пределах мелкосопочника со светло-каштановыми солонцеватыми почвами суглинистыми и тяжелосуглинистыми, как правило, защебненные разновидности. Широко развиты также неполноразвитые и малоразвитые светло-каштановые почвы, формирующиеся по вершинам и склонам сопок с близким подстиланием плотных кристаллических пород. В межсопочных понижениях и долинах глубоко врезанных рек встречаются лугово-каштановые и луговые почвы, местами лугово-степные и луговые комплексы. По пологоволнистым межсопочным равнинам часто встречаются комплексы светло-каштановых почв с солонцами, а по плоским относительно повышенным участкам северо-восточной части подзоны - светло-каштановые карбонатные почвы, часто защебненные. В пределах подзоны светло-каштановых почв выделяется широкая долина реки Тургай и примыкающая к озерам Сарыкопа пониженная равнина, где преобладают гидроморфные полугидроморфные почвы (луговые почвы различной степени солонцеватости и засоленности, нередко комплексирующие с луговыми солонцами). Местами в долине р. Тургая встречаются лугово-болотные и болотные почвы и луговые солончаки.            

Пустынная зона с бурыми почвами занимает южную незначительную часть области. Переход от светло-каштановых почв к бурым, происходит постепенно. В целом для подзоны бурых пустынных почв характерна чрезвычайная комплексность и повышенная засоленность, что связано с разнообразием рельефа, характером почвообразующих и подстилающих пород и сухостью климата. В подзоне распространены бурые пустынные солонцеватые почвы легкого механического состава, легкосуглинистые и супесчаные. Эти почвы редко образуют однородные массивы, чаще они комплексируютсяс пустынными солонцами. Встречаются в основном в южной и восточной частях подзоны в условиях волнистого, сильно расчлененного рельефа. Нередко среди таких почв и комплексов встречаются соровые солончаки в понижениях. Бурые не солонцеватые почвы встречаются реже, они формируются в условиях волнистого рельефа в пределах приподнятого плато, южнее реки Улы - Жиланшик. По механическому составу это в основном супесчаные почвы, нередко среди них встречаются соровые солончаки. Широко распространены пустынные солонцы под кокпеково-биюргуновой и чернополынной растительностью или комплексы, особенно в центральной части водораздела Тургай-Улы-Жиланшик. Среди пустынных солонцов распространены главным образом мелкие и корковые, местами встречаются такыровидные солонцы и солончаки. Солонцы средние и глубокие встречаются значительно реже и формируются, как правило, на легких супесчаных, реже - легкосуглинистых почвообразующих породах в западной части подзоны и по высоким террасам р. Улы -Жиланшик. Среди интразональных почв в подзоне небольшое развитие получили луговые осолоделые почвы под кустарниками, занимающие блюдцеобразные понижения. В низовьях р. Улы — Жиланшик и местами по узкой ее пойме встречаются луговые солончаковатые почвы, луговые солонцы и солончаки. На самом юге подзоны, вблизи чинков, а также в верховьях Улы -Жиланшика выделяются небольшие участки такыров.

4.5 Флора и растительность

На территории Костанайской области выделены следующие обобщенные категории зонального порядка: лесостепь, степь и полупустыня.

Лесостепь на территории области занимает небольшие участки, где чередуются березовые и Осино - березовые колки с луговыми и богаторазнотравно - ковыльными степями. Южнее на территории области представлена "колочная степь", где на степных пространствах в западинах произрастают небольшие леса, в центре которых развиваются ивовые заросли или осоковые болота.

Степная зона на территории области подразделяется на подзоны умеренно-засушливых богаторазнотравно-ковыльных степей на обыкновенных черноземах, засушливых разнотравно-ковыльных степей на южных черноземах, умеренно-сухих типчаково-ковыльных степей на темно-каштановых почвах, сухих ксерофитноразнотравно-типчаково-ковыльных степей на каштановых почвах, опустыненных полынно-ковыльно-типчаковых степей на светло-каштановых почвах. Зональные типы степей разнообразны, что обусловлено различиями почвенных условий и региональными особенностями состава сообществ (географические варианты).

Южнее развиваются эфемерово-полынные северные пустынные растительные формации (остепненные пустыни, или полупустыни), соответствующие подзоне бурых пустынных почв. Помимо растительных ассоциаций зонального порядка широкое распространение получили сообщества на интразональных почвах. Для луговых и аллювиально-луговых почв характерны злаковые луга - пырейные, вейниковые, острецовые, костровые и разнотравно-злаковые. На засоленных гидроморфных почвах развиты галофитные луга, преобладающая растительность которых состоит из ячменя, лисохвоста, ломкоколостика, остреца, чия и других видов. Повсеместное распространение получили травяные болота -тростниковые, пырейно-тростниковые и осоковые. Большое разнообразие представляют растительные группировки на солонцах. Степные солонцы черноземной зоны покрыты ковыльно-типчаковыми, грудницево-типчаковыми и полынно-типчаковыми группировками. На солонцах каштановой зоны распространенытипчаково-полынные, грудницевые, чернополынные, селитряно-полынные, черно-полынно-биюргуновые и полынно-кокпековые сообщества. Для пустынных солонцов характерны кокпековые и биюргуновые группировки. Галофитные сообщества и их комплексные на солончаках представлены в   основном сочно-солянковой растительностью.

Преимущественно к интразональным сообществам относятся лесные сообщества области (кроме лесов лесостепной зоны), которые в области представлены березовыми, осиново-березовыми лесами и сосновыми борами. В целом неблагоприятные для лесной растительности условия ограничивают состав древесных пород. Обычны различные виды берёз, сосна обыкновенная, осина. Произрастают также тополь белый, ива древовидная, ольха черная, черемуха, лох и даже лиственница (реликтовая лиственнично-березовая роща находится в Тарановском районе), а на юге встречаются саксаульники. Выделяется две лесорастительные провинции, которые в целом вписываются в границы природных зон. Провинция Зауральско-Убаганских лесов занимает северную часть области и охватывает равнины Зауральского плато и юго-западную окраину Западно-Сибирской низменности, размещаясь на территории колонной, лесостепи, и лишь на западе области небольшая её часть заходит в степную зону. В ее пределах выделяется несколько лесорастительных районов с региональными чертами природных ландшафтов. В западно-северо-западной части (юго-восточная часть Зауральского плато) распространены многочисленные очень мелкие березовые и осиновые колки, небольшие сосняки и кустарниковые ивняки. В центральной части междуречья Тобола и Убагана лиственные леса образуют сравнительно крупные колки, при этом осинники занимают увлажненные западины, а березняки более сухие понижения. Здесь же растут березовые байрачные леса в верхней части склона к реке Тобол, в то время как балочные долины реки Убаган покрыты луговым разнотравьем. Равнины междуречья заняты мелкомассивными сосняками и березняками. Центральные участки некоторых колков заболочены, и тогда осина и береза уступают место иве. В этом районе многочисленны озерные и лугово-болотные понижения. В южнойчасти Западно-Сибирской низменности с волнистым рельефом древостой из березы и осины растут по понижениям, а открытые участки заняты степной растительностью. Провинция Абуго-Тургайских ленточных боров занимает среднюю часть территории области. Район остепненных сосновых лесов в древней Абуго- Тобольской ложбине древнего стока расположен в северной половине степной зоны. Сосновые леса здесь растут по вершинам высоких песчаных гряд и верхним частям их склонов. Березовые и осиновые леса приурочены к нижним частям склонов песчаных гряд и нередко прилегают к берегам солёных озёр-соров. Район опустыненных сосновых лесов в Абуго-Тургайской ложбине древнего стока лежит в пределах территории Наурзумского заповедника в подзоне сухих степей. Лес занимает полосу песков, перевеянных ветром. Район сосновых лесов в урочище Терсек (Наурзумский заповедник) расположен также в подзоне сухих степей. Ленточный бор приурочен к выходам древних песков на верхней террасе Тургайской ложбины. Крупные лесные массивы области с севера на юг - Боровской, Аракарагай, бор Казанбасы, бор Аманкарагай, небольшой заповедный ленточный бор Терсек-Карагай (Наурзумский заповедник) и самый южный лесной массив бор Наурзум-Карагай (Наурзумский заповедник).

4.6 Фауна и животный мир

Фауна позвоночных животных Кустанайской области включает 65 видов млекопитающих, свыше 300 видов птиц, из которых около 160 гнездится, 6-9 видов пресмыкающихся, 6 видов земноводных, и более 20 видов рыб.

Млекопитающие представлены следующим образом: насекомоядные (ежи, землеройки, выхухоль) - 8 видов, рукокрылые (летучие мыши) - 5, хищные (псовые, куньи, кошачьи) - 12, копытные - 4, грызуны - свыше 30 видов.

В березовых и осиново-березовых лесах лесостепи обитают лось, косуля, рысь, волк, лисица, барсук, горностай, ласка, заяц беляк, обыкновенный еж, лесная мышь, полевка-экономка, красная полевка, обыкновенная бурозубка, а также колонок и лесная мышовка. Среди птиц характерны малый пестрый дятел, зяблик, садовая славка, ремез, пеночка-весничка, длиннохвостая синица, бекас, белая куропатка, а также широко распространенные серая куропатка, тетерев, большой пестрый дятел, иволга, кукушка, вяхирь, большая и обыкновенная горлицы, большая синица, лесной конек, обыкновенная горихвостка, серая и ястребиная славки и другие. Сохранившиеся фрагментарно участки луговых степей служат местообитаниями краснощекого и большого (рыжеватого) сусликов, обыкновенного хомяка, хомяка Эверсмана, узкочерепной и обыкновенной полевок, полевой мыши, слепушонки, зайца- русака, степного хоря. Фауна птиц состоит из широко распространенных видов: полевой жаворонок, перепел, серая куропатка, луговой лунь, болотная сова, большой кроншнеп, чибис, луговой и черноголовый чеканы, желтая трясогузка, полевой конек и другие.

В "колочной степи" среди млекопитающих доминируют степные грызуны: большой суслик, хомяки обыкновенный и Эверсмана, степная пеструшка, полевки, слепушонка, заяц русак, в колках обитают красная полевка, полевка- экономка, обычны заяц беляк, косуля, лось, обыкновенный еж, лисица, барсук. Среди птиц многочисленны хищники - "мышееды": пустельга, ушастая сова, кобчик, луговой лунь. Для открытых пространств наиболее характерны полевой жаворонок, полевой конек, перепел, луговой чекан, большой кроншнеп, чибис, в колках обычны тетерев, вяхирь, обыкновенная горлица, кукушка, козодой, грач, сорока, серая ворона, до недавнего времени была многочисленна белая куропатка. В богаторазнотравно- ковыльных степях среди грызунов преобладают лесная и полевая мыши, большой суслик, хомяк Эверсмана,, обыкновенная и узкочерепная полевки. Из птиц абсолютно доминируют полевой жаворонок и полевой конек, обычны также обыкновенная каменка, перепел, серая куропатка, луговой лунь, болотная сова, на склонах речных долин обычны обыкновенный хомяк, лесная и домовая мыши, обитают красная полевка, степная пеструшка, мышь малютка. Среди птиц характерны полевой жаворонок, полевой конек и появляющийся здесь белокрылый жаворонок. На участках повышенного засоления в понижениях и приозерных котловинах в обедненных степях в комплексах с галофитными сообществами среди грызунов преобладают степная пеструшка, обыкновенная полевка, лесная мышь и появляются "южане"- малый суслик и большой тушканчик. Птицы в наибольшей степени представлены полевым и белокрылым жаворонками, полевым коньком и обыкновенной каменкой.

В засушливых разнотравно-ковыльных степях на южных черноземах на сохранившихся участках обитают степной сурок, большой суслик, хомяк Эверсмана, джунгарский хомячок, слепушонка, обыкновенная полевка, из хищников появляется корсак, обильны степная пеструшка, большой тушканчик, ушастый еж, встречающиеся севернее лишь локально. Из птиц, помимо широко распространенных полевого и белокрылого жаворонков, полевого конька, обыкновенной каменки, перепела, большого кроншнепа, встречаются луговой и степной луни, болотная сова, появляется стрепет. В галофитных вариантах разнотравно- ковыльных степей обитает также малый суслик, а среди характерных видов птиц появляются черный жаворонок, каменка плясунья и редкие кречетка и журавль красавка.

В сухих дерновиннозлаковых степях обитают степной сурок, степная пеструшка, обыкновенная полевка, слепушонка, степная мышовка, хомяк Эверсмана, большой тушканчик, ушастый еж, заяц русак, степной хорь, корсак, заходит сайга. На посевах расселяются лесная и домовая мыши. Среди птиц появляется степной орел, обычным становится стрепет, в прошлом была многочисленна дрофа.

В псаммофитных типчаково-тырсовых и разнотравно-песчаноковыльных степях доминирует большой суслик, обычны степная пищуха и тушканчик емуранчик. Среди птиц бывают многочисленны стрепет, а на закустаренных понижениях луговой лунь. В Тургайской ложбине на солонцеватых почвах и на солонцах высокая численность степной пеструшки, желтого и малого сусликов, большого тушканчика, на которых охотятся степной хорь и корсак. В фауне птиц, наряду с полевым, белокрылым и черным жаворонками, обычен малый жаворонок, степной и луговой луни, а также редкие кречетка, каспийский зуек, журавль-красавка, степной орел. В опустыненных степях еще встречается сурок, но абсолютно доминируют степная пеструшка, желтый и малый суслики, большой тушканчик, ушастый еж, а среди птиц жаворонки: малый, полевой, белокрылый и черный, каменки, журавль- красавка, степной орел, появляется канюк курганик. В степях низкого мелкосопочника среди характерных грызунов (степная пеструшка, желтый суслик) появляется тушканчик прыгун и приаральский толстохвостый тушканчик, специфичность фауны птиц характеризуют каменки и горная чечетка. На крайнем юге области для полупустыни типичны обширные поселения желтого и малого сусликов, многочисленны тушканчики: большой, емуранчик и тарбаганчик. Среди птиц основу населения составляют малый, белокрылый и полевой жаворонки, каменки, характерены саджа, кулик авдотка, журавль красавка, из хищных птиц курганник и степной орел. На песчаных массивах обитают желтый и малый суслики, емуранчик и гребенщиковая песчанка, среди птиц кое-где сохранилась дрофа. В южных сообществах с черным саксаулом из грызунов обитают гребенщиковая песчанка, степная пеструшка, обыкновенная полевка, большой тушканчик, желтый и малый суслики.

Для всей полупустынной зоны характерны стада сайгаков. Фауна птиц представлена жаворонками, каменками, авдоткой, каспийским зуйком, встречаются черная ворона, серый и туркестанский сорокопуты, славки, курганник, бродячие черные грифы, белоголовые сипы, и другие. Фаунистические комплексы изолированных лесных массивов- березово-осиновых колков и островных сосновых боров, разбросанных вплоть до южных сухих степей, обедняется с севера на юг с одновременным увеличением числа степных видов.

Богатством и разнообразием фауны выделяются долины степных рек и экосистемы пресных озер. В долинах северных рек, имеющих кустарниковые заросли, обитают красная полевка, полевка- экономка, обыкновенный хомяк, лесная мышь, мышь малютка, водяная полевка, ондатра (в Тоболе - выхухоль, местами бобр), заяц-беляк, ласка, горностай, барсук. Из птиц многочисленны полевой жаворонок, полевой конек, желтая и белая трясогузки, варакушка, перепел, серая куропатка, обыкновенная горлица, луговой лунь, славки, луговой и черноголовый чеканы, сорокопут жулан, обыкновенный соловей. В долинах южных рек последних двух заменяют туркестанский сорокопут и южный соловей.

На крупных тростниковых озерах среди млекопитающих характерны водяная полевка, ондатра и кабан. Из птиц в большом числе гнездятся лысуха, серый гусь, утки (серая, кряква, шилохвость, чирки, красноголовый нырок и др.), поганки, чайки (серебристая, сизая, озерная, малая), крачки, кулики, большая выпь, серая цапля, на юге-большая белая цапля, колпица, на некоторых водоемах- розовый и кудрявый пеликаны, большой баклан, лебеди (шипун и кликун), серые журавли, многочисленны мелкие певчие птицы (камышевки, овсянки, сверчки, трясогузки и др.).

На соленых озерах обитают пеганка, огарь, шилоклювка, сизая чайка. Своеобразные комплексы характерны для береговых и техногенных обрывов и старых построек (зимовок, мазаров). Это летучие мыши и птицы, гнездящиеся в норах, нишах и других укрытиях (удод, каменка плешанка, береговая ласточка, галка, степная пустельга, золотистая щурка, сизоворонка).

Огромные массивы пахотных земель в настоящее время представляют собой местообитания мелких мышевидных грызунов, грачей, жаворонков, коньков и каменок. В городах и крупных поселках сформировалась специфичная урбанофауна.

Несмотря на значительные трансформации ландшафтов для фауны птиц области характерна высокая насыщенность редкими видами, включенными в Красную книгу. Их встречается 34 вида, в том числе 19 гнездится: розовый и кудрявый пеликаны, лебедь кликун, савка, колпица, серый журавль, журавль красавка, орлан белохвост, беркут, могильник, степной орел, балобан, дрофа, стрепет, джек, саджа, кречетка, филин, черноголовый хохотун. Из редких видов млекопитающих отмечены выхухоль, бобр, каменная куница.

Исследования проводились на территории загрязнения железнодорожной станции Тогузак в первую очередь был проведён анализ техногенной ситуации на поверхности, для выявления фактических и потенциально возможных источников загрязнения. Такими источниками могли являться промышленные предприятия, крупные приёмники отходов и другие.

После проведённого анализа техногенной ситуации, было выявлено два возможных  источника загрязнения на данном участке: нефтепродуктопровод Синеглазово-Костанай-Аманкарагай и АО «Тогузакский элеватор». После ревизионных работ (проведённых АО «Гидрогеология») выяснилось, что нефтепродуктопровод негативного влияния на подземные воды не оказывает. Поэтому источником загрязнения мог явиться только АО «Тогузакский элеватор». Потенциальными очагами загрязнения на территории последнего могут являться склады ГСМ (новый, действующий с 1975 года, и старый, захороненный в 1975 году), а также подземный топливопровод, проходящий на глубине 0,5 метра, проведённый в 1975 году к зерносушилкам вдоль зерноскладов, и ликвидированный в 1993-94 годах.

Знание геологических и гидрогеологических условий участка позволяют определить направление движения потока грунтовых вод, его глубину и место разгрузки, а кроме того позволяют выявить водоупорные породы, препятствующие распространению загрязнения.

     4.7 Геологическое строение участка

Участок "Тогузакский элеватор" расположен на правом склоне долины реки Тогузак. В пределах участка исследований форма долины реки ассиметричная, как правило, с пологими левобережными и крутыми правобережными склонами. Ширина долины реки 2,5-6,0 километров. Пойменная и надпойменная террасы хорошо выражены в рельефе. Ширина аллювиальных террас от 500 до 1000-1200 метров. Русло реки слабоизвилистое, состоит из чередования плёсов и перекатов. Водный режим реки Тогузак весьма непостоянен и зависит от времени года и сезонов водности. Воды реки используются для поливного земледелия.

В геологическом строении участка принимают участие породы от палеозойского до четвертичного возраста [28]. В основании разреза залегают осадочные породы силура-карбона. Они залегают на глубине 50-60 метров и представляют собой складчатый и дислоцированный разломами фундамент. На этой поверхности образовалась маломощная 3-10 метров древняя кора выветривания, представленная каолиновыми глинами и щебнисто-дресвяными глинистыми породами.

На палеозойском фундаменте почти горизонтально залегают морские осадочные отложения верхнего мела, палеогена и образования четвертичного возраста. Верхнемеловые отложения распространены повсеместно и представлены глинами с прослоями песчаников и песков. Мощность отложений 3-12 метров. Кровля отложений располагается в интервале высот от +115  до +135 метров.

Выше по разрезу залегают среднеэоценовые отложения тасаранской свиты. Литологически свита представлена переслаивающимися пачками опоковидных глин, опок, песков, песчаников. В пределах долины в типовом разрезе отсутствует верхняя пачка песков и песчаников, размытых при формировании долины и здесь  представлена глинистыми опоками и песчаниками. Суммарная мощность отложений достигает 35-40 метров.

Четвертичные аллювиальные отложения представлены песками с прослоями глин, суглинков и гравийно-галечниковых пород. Пески разнозернистые (от мелкозернистых до крупнозернистых), в различной степени глинистые, кварцевые. Залегают аллювиальные отложения с размывом на глинистых опоках и песчаниках среднего эоцена. Мощность отложений достигает 15-20 метров.

   4.8 Гидрогеологические условия участка

В пределах участка и на прилегающей территории распространены подземные воды, которые приурочены к четвертичным аллювиальным, среднеэоценовым и палеозойским отложениям.

Гидрогеологические условия были детально изучены в процессе проведения съёмочных и поисково-разведочных работ на Веринском месторождении подземных вод, расположенном в 2 километрах юго-западнее станции Тогузак, а также при изыскании источников водоснабжения для станции Тогузак.

Первым от поверхности является водоносный горизонт четвертичных аллювиальных отложений, распространённый в пределах в пределах поймы и надпойменной террасы реки Тогузак и прослеживающейся полосой шириной от 500 до 1200 метров. Водоносный горизонт перекрыт проницаемыми, но практически безводными покровными четвертичными суглинками и супесями. Мощность покровных отложений составляет 1-13 метров, коэффициент фильтрации по данным опытных наливов в среднем равен 0,13-0,35 м/сутки. Водовмещающими породами аллювиального горизонта являются разнозернистые пески в различной степени глинистые с включением гравийно-галечниковых отложений. Содержание части гравия до 66,8%, песчаных до 68%, пылеватых до 3,4%, глинистых до 9,5%. Для аллювиальных отложений характерна изменчивость гранулометрического состава пород в плане и разрезе. По направлению от русла реки и бортам долины в составе песчаных фракций начинают преобладать мелкие частицы, и несколько повышается содержание глинистых частиц с одновременным снижением, содержанием гравия. В вертикальном разрезе отмечается увеличение содержания крупных фракций песка и гравия по направлению от кровли к подошве горизонта с одновременным уменьшением пылеватых и глинистых частиц. Коэффициент фильтрации по данным лабораторных исследований изменяется от 0,46 до 36,28 м/сутки. По данным кустовых откачек, проведённых на участках разведочных работ, коэффициент фильтрации составляет 30-40 м/сутки. Коэффициент водоотдачи равен 0,17. Мощность водовмещающих пород изменяется от 0,1,5 метров в краевых частях долины до 9-13 метров на переуглубленных участках. Горизонт содержит грунтовые воды. Глубина залегания уровня изменяется от 2-4,5 метров в пойме до 12-13 метров в бортах долины. Вдоль русла наблюдается много родников, мочажин и участков высачивания. Удельные дебиты скважин, каптирующих горизонт, составляют 0,1-3,0 л/с.

Минерализация вод аллювиальных отложений изменяется от 0,2 до 1,2 г/л. Пресные воды в основном гидрокарбонатные. Солоноватые воды сульфатно-хлоридные. Площадь питания аллювиального водоносного горизонта совпадает с площадью распространения. Питание горизонт получает за счёт инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации паводковых вод, а также путём подпитыванием нижезалегающим водоносным горизонтом среднеэоценовых отложений. Разгрузка водоносного горизонта происходит в русло реки Тогузак.

Режим подземных вод аллювиального водоносного горизонта характеризуется приречным видом, то есть синхронное изменение уровня подземных вод с величиной инфильтрации снеготалых вод и изменением уровня воды в реке в тёплое время года. Амплитуда колебания уровня подземных вод в пойме составляет 0,75 метра, в пределах надпойменной террасы – 0,66 метра.

Вторым от поверхности является водоносный горизонт среднеэоценовых отложений. Распространён горизонт повсеместно. Подошвой водоносному горизонту служат водоупорные глины верхнемелового возраста, кровлей (в долине реки Тогузак) – четвертичные аллювиальные отложения.

Среднеэоценовый водоносный горизонт имеет ярусное строение. В нём два водоносных интервала, разделённых слабопроницаемыми опоковидными глинами мощностью 15-20 метров.

Верхний водоносный интервал содержит безнапорные воды, приуроченные к трещиноватым опокам с прослоями песка и песчаника. Глубина залегания уровня подземных вод составляет 3-11 метров. Мощность водоносного интервала изменяется от 18-25 метров на водоразделе до 0-1 метра в долине реки, где подземные воды разгружаются.

Нижний водоносный интервал приурочен к трещиноватым песчаникам и содержит напорные и слабонапорные воды. Глубина залегания кровли водовмещающих песчаников изменяется от 10-20 метров в долине реки до 50 метров на водоразделе. Мощность водоносных песчаников составляет 7,5-12,0 метров. Величина напора достигает 18,6 метров. Следует отметить, что в долине реки Тогузак статический уровень воды верхнего опокового горизонта находится на 2,9 метра выше, чем нижнего яруса. Абсолютные отметки статических уровней равны соответственно 149,5 и 146,6 метров.

Питание водоносного горизонта происходит за счёт атмосферных осадков на участках выхода среднеэоценовых отложений на дневную поверхность. Областью разгрузки являются река Тогузак и глубоко врезанные овраги. Здесь имеются многочисленные мочажины и родники. Выход родников наблюдается на контакте опок и подстилающих глин на 2-3 метра выше уровня реки Тогузак.

Водообильность пород верхнего и нижнего интервалов среднеэоценового водоносного горизонта резко отличается. Пески и опоки верхнего и нижнего интервалов по всей площади своего распространения обладают невысокой водообильностью, для них характерными являются дебиты скважин  0,3-1,4 л/с при понижении уровня на 13,0-17,9 метров. Водообидьность песчаников нижнего интервала резко изменяется. Наибольшей водообильностью песчаники обладают в долине реки Тогузак, по мере удаления от долины водообильность их уменьшается. Дебиты скважин в долине реки изменяются в пределах 2,0-9,1 л/с при понижении уровня на 2,7-1,0 метр.

Подземные воды нижней части среднеэоценовых отложений имеют более высокую минерализацию (0,8-1,1 г/л) по сравнению с подземными водами верхней части (0,2 г/л). По химическому составу подземные воды преимущественно сульфатно-гидрокарбонатные натриевые. По данным  режимных наблюдений на Веринском месторождении подземных вод амплитуда колебания уровня подземных вод в среднем составляет 0,67 метра.

Подземные воды нижнего интервала среднеэоценового водоносного горизонта, используемые для хозяйственно-питьевого водоснабжения станции Тогузак, каптируются двумя эксплуатационными скважинами на водозаборе, расположенном на юго-западной окраине посёлка, а также одиночной скважиной на территории Тогузакского элеватора.

Третий от поверхности водоносный горизонт приурочен к верхней трещиноватой части, палеозойского фундамента. Мощность трещиноватой зоны изменяется в широких пределах от 5-10 до 50 метров и более. Формируются воды в породах различного возраста от силура до карбона, тем не менее, они гидравлически связаны, имеют общую пьезометрическую поверхность и образуют единый водоносный комплекс. Водовмещающими породами в пределах станции Тогузак являются порфириты. Распространены подземные воды повсеместно. Они отделены от вышележащего водоносного горизонта слоем водоупорных глин верхнемелового возраста мощностью 5-10 метров. Коэффициент фильтрации верхнемеловых глин по лабораторным данным изменяется от 0 до 0,166 м/сутки. Глубина залегания подземных вод 30 метров и более. Воды напорные. Пьезометрические уровни устанавливаются на глубинах от 5-6 метров в долине реки Тогузак до 20-40 метров на водоразделе. Водообильность палеозойских отложений, в основном, низкая, лишь в долине реки Тогузак дебит скважины составил

4,3 л/с при понижении уровня на 6,9 метров. Воды комплекса преимущественно слабосолоноватые с минерализацией 1-3 г/л; тип воды хлоридно-сульфатный. Питание комплекса происходит за счёт инфильтрации атмосферных осадков на участках западнее рассматриваемой территории, где палеозойские отложения выходят на дневную поверхность, а также за счёт перетекания вод из среднеэоценового водоносного горизонта. Воды комплекса движутся на восток и частично разгружаются в долину реки Тогузак за пределами участка [29].

      5  Методика и объёмы работ

Программа работ состояла из нескольких этапов:

  1.  Исследование геологических и гидрогеологических условий участка.
  2.  Определение ширины загрязнённого нефтепродуктами потока в колодцах по улице Железнодорожной. Определение ширины и мощности слоя нефтяных веществ на поверхности грунтовых вод.
  3.  Проведение буровых работ, для получения более полной картины загрязнения и его ликвидации путём откачки.
  4.  Организация режимных наблюдений по пяти скважинам для определения площади и глубины растекания нефтепродуктов. Прокачка скважин и колодцев.
  5.  Организация наблюдения за загрязнением подземных вод нефтепродуктами в течение 2006-2009 г.г.)

 Произведено обследование территории загрязнения подземных вод. Область загрязнения развивается вниз по потоку и ограничена вверх по потоку, следовательно, движение грунтовых вод к месту разгрузки (в данном случае к реке Тогузак) определяет направление загрязнения. Для определения ширины загрязнённого потока в колодцах по улице Железнодорожной (расположенных в 100-150 метрах от источника загрязнения) были взяты пробы воды. Наиболее интенсивное загрязнение отмечено в колодцах от дома № 115 до дома № 121, где на поверхности грунтовых вод (в колодцах) образовался слой дизельного топлива мощностью до 0,6 метров с концентрацией 740-810 г/дм3. Ширина потока грунтовых вод, загрязнённого нефтепродуктами, в пределах улицы Железнодорожная составляет 400 метров.

Для получения более полной информации о загрязнении был пробурен профиль из трёх наблюдательных скважин.

Скважины расположены ниже по потоку грунтовых вод от источника загрязнения: скважина №96011 – в 15 метрах от действующего склада ГСМ,  скважина № 96022 – в 10 метрах от старого склада ГСМ, скважина № 96033 – в 100 метрах от зерносушилки.

Скважины бурились колонковым способом всухую глубиной 20 метров каждая. Их размещение, конструкция и опробование соответствовало гидрогеологическим условиям участка. В процессе бурения отбирались пробы грунта (из подошвы зоны аэрации) на определение нефтепродуктов от поверхности земли до забоя с постепенно возрастающим интервалом 1-3 метра. После бурения скважины обсаживались фильтровой колонной труб, и производилась прокачка скважин. Пробы воды для определения растворённого и взвешенного дизельного топлива при прокачке скважин и после восстановления уровня грунтовых вод набирались пробоотборником из интервала уровня. Кроме того, в пределах территории АО «Тогузакский элеватор» естественный режим грунтовых вод нарушен, вследствие периодической эксплуатации водозаборной скважины №128, расположенной в створе между скважинами №9601 и №9602. Скважина пробурена в 2000 году и предназначена для хозяйственно-питьевого водоснабжения элеватора.

Пробы воды и грунта на содержание нефтепродуктов проанализированы в аттестованной лаборатории АО «Анализ» методом капиллярной газовой хроматографии  (таблицы 7, 8).

Позже   был разбурен поперечный профиль из двух скважин № 9804 и

№ 9805 для разгрузки скважины № 9601 и откачки загрязнённых грунтовых вод.  Расстояние скважин от оси грунтового потока 150 метров. В результате была охвачена вся область загрязнения, что позволило увеличить объём откачиваемой воды и соответственно растворённых нефтепродуктов (таблицы 9 и 10).   

Методика исследований загрязнённости подземных вод нефтепродуктами заключалась в двукратном отборе проб воды: первый – в естественном состоянии из скопления нефтепродуктов на уровне подземных вод, второй – в конце прокачки для определения содержания растворённых и взвешенных продуктов. Отбор проб в естественном режиме производился пробоотборником [29, 30]. Продолжительность прокачки составила одни сутки на объект (скважина, колодец).

В период с 2008 по 2009 года проводился отбор проб воды из пяти наблюдательных скважин данного участка. Результаты проб в таблице 11. Вместе с тем проводилась регулярная откачка скважин для ликвидации линзы нефтепродуктов.

        5.1  Результаты эколого-геологического исследования

В результате геолого-экологических исследований установлено, что поток грунтовых вод сформирован гидравлически взаимосвязанным водоносным горизонтом четвертичных аллювиальных отложений и верхним интервалом среднеэоценового водоносного горизонта и направлен на северо-запад к реке Тогузак. Уклон потока составляет 0,012-0,015. Уровень грунтовых вод залегает на глубине 11,0-11,5 метров. Грунтовые воды пресные (с минерализацией 0,2-0,4 г/л), гидрокарбонатные и гидрокарбонатно-сульфатные. Зона аэрации в верхней части представлена аллювиальными мелкозернистыми песками мощностью 2,8-4,5 метра. В нижней части аллювиальными крупнозернистыми песками с включениями гравия и трещиноватыми среднеэоценовыми опоками. Разделяет пески слой проницаемых суглинков мощностью 3,5-6,2 метра. Водовмещающие отложения представлены крупнозернистыми песками и трещиноватыми опоками.

Лабораторные исследования показали, что грунты зоны аэрации и верхней части водоносного горизонта загрязнены нефтепродуктами, содержание их изменяется в пределах 93-180 мг/кг грунта. На фоне повсеместного загрязнения исследуемой толщи, в скважинах №9602 и №9603 отмечено увеличение концентрации нефтепродуктов в подошве зоны аэрации и верхней части водоносного горизонта.

Сезонные колебания поверхности грунтовых вод составляют 0,66-0,67 метра. Кроме того, в пределах территории АО «Тогузакский элеватор» естественный режим грунтовых вод нарушен, вследствие периодической эксплуатации водозаборной скважины №128, расположенной в створе между скважинами №9601 и №9602. Скважина пробурена в 1989 году и предназначена для хозяйственно-питьевого водоснабжения элеватора. В связи с этим можно предположить, что колебания уровня грунтовых вод и, следовательно, мощность загрязнённых нефтепродуктами пород в водоносном горизонте увеличиваются ещё на несколько метров.

Из результатов исследовательских работ следует вывод, что отношение площади загрязнения линзы нефтепродуктов к площади загрязнения растворённых нефтяных веществ колеблется в пределах от 1/5 до 1/81. На распространение нефтепродуктов в воде оказывает влияние, прежде всего, движение подземных вод, которые уносят растворённые и взвешенные нефтепродукты [31]. Наибольшее распространение загрязнения от места его возникновения происходит в направлении движения потока грунтовых вод. Установленная площадь слоя дизельного топлива составляет 0,013 км2, площадь загрязнения подземных вод свыше 0,05-0,4км2.

Линза нефтепродуктов распространилась вниз по потоку грунтовых вод от ул. Железнодорожной до скважины № 9601 на расстояние 300 метров, при ширине 100-120 метров. Мощность слоя нефтепродуктов на поверхности подземных вод уменьшается вниз по потоку от 0,5 метра (в колодцах) до 0,05 метра  (в скважине № 9601). Продвижению линзы препятствует слой суглинков мощностью 2-4 метра, выклинивающийся в районе скважины № 9602.

Поток загрязнённых подземных вод достиг поймы реки Тогузак, граница которой контролируется руслом старицы с цепочкой разобщённых плёсов. Видимых проявлений нефтепродуктов на поверхности плёсов не обнаружено. Длина зоны эмульгированных и растворённых продуктов составляет 750-800 метров, ширина 400-500 метров.

Содержание нефтепродуктов в воде от очага загрязнения к пойме реки Тогузак постепенно уменьшается от 4,28-11,6 мг/дм3 (колодцы №125 и № 99) до 0,57 мг/дм3 (скважина №9603). В районе скважин также отмечено уменьшение содержания нефтепродуктов от центра к периферии от2,03 мг/дм3 до 0,20 – 0,34 мг/дм3 (скважины №9804 – 9805).

Площадь линзы нефтепродуктов составила 0,03 км2. Площадь зоны эмульгированных и растворённых нефтепродуктов достигает 0,3 км2.

Количество жидких нефтепродуктов в зоне углеводородного насыщения при минимальной мощности линзы 0,05 метра составляет:

                                                                  QH = F*h*n

                    Где    F – площадь линзы чистых нефтепродуктов, м2;

                                     h –мощность линзы    нефтепродуктов;

                                     n-активная пористость, 0,1.

QH = 30 000*0,05*0,1= 150 м2

Грунты в подошве зон аэрации в интервале ежегодного колебания уровня      подземных вод повсеместно загрязнены нефтепродуктами. Содержание нефтепродуктов изменяется от 119,0до 190,66 мг/кг грунта.

Таблица 7

Результаты анализов проб грунта на содержание нефтепродуктов.

№№

Номер

скважины

Номер пробы

Дата

отбора

Глубина

отбора, м

Содержание

нефтепродуктов

мг/кг грунта

1

9601

1

3.05.2006

1,0

95 (90,5)

2

-

2

3,0

109

3

-

3

6,0

116

4

-

4

9,0

105

5

-

5

12,0

110

6

-

6

15,0

102

7

9602

7

4.05.2006

1,0

117

8

-

8

3,0

128,6

9

-

9

6,0

101,7

10

-

10

9,0

134,5

11

-

11

12,0

123,6

12

-

12

15,0

152

13

9603

13

5.05.2006

1,0

113

14

-

14

3,0

93 (95,4)

15

-

15

6,0

122

16

-

16

9,0

156 (157,8)

17

-

17

12,0

171 (180)

Примечание: в скобках контрольные анализы.

Таблица 8

Результаты анализов проб воды на содержание нефтепродуктов.

№№

Номер

скважин

колодцев

Номер

пробы

Интервал

отбора, м.

Содержание

нефтепродуктов

мг/дм3

1

скважина №9601

1

12,0-20,0

0,31

2

-

2

11,5-12,0

0,18

3

скважина №9602

3

12,0-20,0

0,10

4

-

4

11,0-12,0

0,19

5

скважина №9603

5

11,5-20,0

0,17

6

-

6

11,5-12,0

0,22

Продолжение таблицы 8

7

скважина №128

7

34,0-48,0

0,18

8

колодец дома №99

8

-

11,6

9

колодец дома №115

9

-

740 г/дм3

10

колодец дома №121

10

-

810 г/дм3

11

колодец дома №125

11

-

4,28

Таблица 9

Результаты анализов проб воды на содержание нефтепродуктов.

№№

Номер

Скважин

Номер

пробы

Интервал

отбора, м

Содержание

нефтепродуктов

мг/дм3

1

9601

1

7,0

231 г/дм3

2

9601

2

7,0-10,0

1,61

3

9602

1

4,0

2,03

4

9602

2

4,0-7,0

0,12

5

9603

1

4,5

0,57

6

9603

2

4,5-7,5

0,16

7

9804

1

4,0

0,34

8

9804

2

4,0-7,0

0,27

9

9805

1

4,0

0,20

10

9805

2

4,0-7,0

0,15

Данные за май 2007 года.

Таблица 10

Результаты анализов проб грунта на содержание нефтепродуктов.

№№

Номер

скважины

Номер

пробы

Глубина

Отбора

Содержание

нефтепродуктов

мг/кг грунта

1

9601

1

6,5-7,0

119,06

2

9602

2

3,5-4,0

187,40

Продолжение таблицы 10

3

9603

3

4,0-4,5

162,61

4

9804

4

3,5-4,0

190,66

5

9805

5

3,5-4,0

175,08

Дата проведения анализов май 2007 год.

Таблица 11

 Результаты анализов проб воды на содержание нефтепродуктов.

№/№

Номер

скважины

колодца

Номер

Проб

Интервал

отбора,                             м

Содержание нефтепродуктов, мг/дм3

Май

2008г

Июнь

2008г

Ноябрь

2008г

Июнь

2009г.

Сентябрь

2009г.

.АО

Анализ

Упр.

Эколог

ТОО

Севказ

ГРА

ТОО

Севказ

ГРА

Упр.

Эколог

1

9601

1  до прокачки

7,0

(106 г/дм3)

1,46

9,25

1,98

2

-

2 после прокачки

7,0-10,0

1,51

6,94

1,59

3

9602

1

4,0

0,15

0,83

н/обн

4

9602

2

4,0-7,0

0,12

0,10

н/обн

5

9603

1

4,5

0,14

0,04

н/обн

6

9603

2

4,5-7,5

0,24

н/обн

н/обн

7

9804

1

4,0

0,09

0,02

н/обн

8

9804

2

4,0-7,0

0,04

н/обн

н/обн

9

9805

1

4,0

0,24

н/обн

0,074

10

9805

2

4,0-7,0

0,09

н/обн

н/обн

11

колодец

№ 81

1

(78,34 г/дм3)

12

колодец

№ 99

1

13

колодец

№ 111

1

(246 г/дм3)

(174 г/дм3)

14

колодец

№ 115

1

(569 г/дм3)

27,04

Продолжение таблицы 11

15

колодец

№ 117

1

47,3

16

колодец

№ 121

1

(810 г/дм3)

(140 г/дм3)

(390 г/дм3)

17

колодец

№ 125

1

(4,28 г/дм3)

18

колодец

№ 127

1

(972 г/дм3)

68,3

В скобках – содержание нефтепродуктов в зоне углеводородного насыщения в г/дм3.

       В таблицах содержатся результаты анализов проб в период с 2006 года по 2009 год включительно. Содержание нефтепродуктов в грунте в 2006 году колебалось от 95 до 180 мг/кг, с учётом того, что отбор проб происходил на разной глубине. К 2008 году произошло увеличение показателя на 10 единиц, содержание нефтепродуктов в грунте составило 119,06-190,66 мг/кг (скважина №1 и №4). В 2009 году анализы проб грунта не проводились, так как основное внимание уделялось воде и источник загрязнения был уже частично локализован. В данном случае нельзя определить положительную или отрицательную тенденции.

Содержание нефтепродуктов в воде начиная с 2006 по 2009 года заметно уменьшилось (таблица 12).

Таблица 12

Содержание нефтепродуктов в воде

№№

Номер скважины

колодца

Содержание нефтепродуктов в пробах воды, мг/дм3

2006г.

2007г.

2008г.

2009г.

1

9601

0,18-0,31

231-46 г/дм3

1,46-1,51

1,98-1,59

2

9602

0,10-0,19

0,12-2,03

0,15-0,12

н/обн

3

9603

0,17-0,22

0,57-0,16

0,14-0,24

н/обн

4

128

0,18

5

9804

-

0,34-0,27

0,09-0,04

н/обн

6

9805

-

0,20-0,15

0,24-0,09

0,074- н/обн

7

99

11,6 г/дм3

11,6 г/дм3

8

115

740 г/дм3

740 г/дм3

27,04

174

Продолжение таблицы 12

9

121

810 г/дм3

390 г/дм3

10

125

4,28

Увеличение содержания нефтепродуктов заметно на скважине № 9601, так как она ближе остальных расположена к очагу загрязнения, поэтому скважина несла основную нагрузку в процессе откачки подземных вод, загрязнённых нефтепродуктами.

В колодцах содержание нефтепродуктов превышает допустимые нормы ПДК, поэтому данная вода не пригодна для применения. Так как в колодцы вода просачивается через грунт (загрязнение которого превышает ПДК в 500-1500 раз), это усложняет процесс откачки воды. Для полного очищения колодцев необходимо проведение длительных откачек воды с одновременными наливами в колодцы чистой воды. В скважинах расположенных ближе к реке нефтепродуктов не обнаружено, что подтверждает уменьшение области загрязнения [32, 33, 34] .


Заключение

В процессе проведённых работ установлен источник загрязнения, определены масштабы и степень загрязнения подземных вод, произведена ликвидация линзы нефтепродуктов не поверхности грунтовых вод, проведён цикл наблюдений за состоянием подземных вод. На основании результатов анализа проб воды на содержание нефтепродуктов по состоянию на сентябрь 2009 года установлено, что плавающая линза нефтепродуктов ликвидирована, площадь эмульгированных и растворённых нефтепродуктов уменьшилась в два раза и угроза загрязнения поверхностных вод реки Тогузак снята. Остаточное загрязнение подземных вод в колодцах составляет 27,04-68,3 мг/дм3 , в наблюдательных скважинах: № 9601 – 1,98 мг/дм3, № 9602-9805 нефтепродукты не обнаружены. Площадь зоны эмульгированных и растворённых нефтепродуктов не превышает 0,15 км2.

Так как вода в колодцах очень загрязнена (превышение ПДК в 473-1740 раз); ориентировочное время естественного самоочищения, с учётом темпа снижения нефтепродуктов 23 мг/дм в год, составит примерно 1,5-7,5 лет для всех колодцев.

Резкое уменьшение площади загрязнения и снижение концентраций нефтепродуктов в воде свидетельствуют о локализации и деградации очага загрязнения. Подземные воды зоны активного водообмена интенсивно разбавляются за счёт их питания атмосферными осадками и вытеснения движущимся потоком [34, 35]. Рассеивание нефтепродуктов, их сорбция и окисление неизбежны, так как подземные воды имеют тенденцию к самоочищению.   

Выводы:

1. На основании имеющейся информации загрязнение подземных вод происходило, начиная с 1993 года.

2. Источниками загрязнения являлись старый склад ГСМ, где в подземной галерее на стенах остались следы разлива нефтепродуктов, а также подземный топливопровод.

3. Вследствие небрежности при обслуживании и недостаточной антикоррозийной защиты утечки нефтепродуктов происходили видимо неоднократно. Хронологически количество утечек, т. е. объём проникших в недра нефтепродуктов, нигде не зафиксирован. Но это подтверждается  загрязнением нефтепродуктами грунтов зоны аэрации и водоносного горизонта в непосредственной близости от источников загрязнения, а также образования слоя нефтепродуктов на поверхности водоносного горизонта ниже по потоку грунтовых вод в колодцах по улице Железнодорожной, расположенных в 100-150 метрах от источника загрязнения.

4.  Выше по потоку на улице Элеваторная, в колодцах, расположенных на расстоянии 200-300 метров от источников загрязнения, нефтепродуктов не обнаружено.

5.  Объём сорбированных нефтепродуктов может составлять не менее 1 тонны.

Список использованных источников

1. Кипшакбаев Н.К., Соколов В.И., Рахимов Ш.Х. Журнал « Экология устойчивое развитие», № 4.02.2004 г, стр. 22

2.   Беус А. А., Грабовская Л. И., Тихонова Н. В. Геохимия окружающей среды, М.:Недра, 1976. 248 с.

3.  Веселов В.В., Махмутов Т.Т., Едигенов М.Б., Мирлас В.М., Дейнека В.К. Гидрогеология и охрана окружающей среды горнорудных районов Северного Казахстана. М.: Недра, 1992. 270 с.

4.   Воронов А. Н. и др. Новые экологические аспекты оценки качества пресных вод. Геоэкология № 2, РАН М.:Наука, 1995. С.47-55.

5.  Добровольский В.В. География микроэлементов. Глобальное рассеяние. М.: Мысль. 1983. 370 с.

6.  Дейнека В. К. Технический отчет о результатах исследований химического и микрокомпонентного состава поверхностных речных вод и донных осадков водотоков и водохранилищ Кус-танайской области за 1995 г. Министерство геологии и охраны недр Республики Казахстан, 1996. 234 с.

7. Гигиена сельского водоснабжения. Справочное пособие. А-Ата: Кайнар. 1989.

8.  Основы экологии: Курс лекций/ О.А. Жигальский, О.Р. Белан. Екатеринбург: УГТУ-УПИ, 2001. Ч.2. 151 с.

9.  Нежиховский Р.А. Гидролого-экологические основы водного хозяйства. Л.: Гидрометиздат. 1990.

10.   Никитин Д. П., Новиков Ю. В. Окружающая среда и человек. М.: Высшая школа. 1986. С. 157-164.

11.  Мазур И.И., Модаванов О. И. Курс инженерной экологии. ГУП. Высшая школа. 2001. 510 с.

12.    Коваленко М.С. и др. Оценка влияния агротехнических и агрохимических мероприятий на качество речной воды. Водные ресурсы № 2. АН СССР. 1991. С. 65-75.

13.  Мазур И.И., Модаванов О. И. Курс инженерной экологии. ГУП. Высшая школа. 2001. 510 с.

14.  Ю.В.Новиков «Экология, окружающая среда и человек», М.: «Гранд»: 2000.

15. Кулматов Р.А. Химический состав атмосферных осадков Узбекистана. Водные ресурсы № 5. АН СССР. 1992.

16. Кораблева А.И. Оценка загрязнения водных экосистем тяжелыми металлами. Водные ресурсы № 2. АН СССР. 1991.

17.  Крайнов СР. и др. Загрязнение подземных вод в сельскохозяйственных регионах. 2 вып. М.: Геоинформ. 1993.

18.  Крайнов СР. Геохимия подземных вод хозяйственно-питьевого назначения. М.: Недра. 1987.

               19. Маланьин А.Н., Каримов А.Д., Дейнека В.К. Источники за
грязнения и качество поверхностных вод бассейна р.Тобол //
Мат-лы Республик, науч. конф. "Устойчивость, антропогенная
трансформация и оптимизация природной среды Казахстана".
Алматы: КазГНУ, 1998. С.50-54.

20.   Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия СО АН СССР. Новосибирск. 1982.

21.   Петров К.М. Геоэкология. Основы природопользования. Санкт-Петербург. 1994.214 с.

22.   Тютюнова Ф.И. Гидрогеохимия техногенеза. М.: Наука. 1987.

23.   Уилберг Г.Г., Смит Л., ДЖ.Л. Маланчук. Опись эмиссий тяжелых металлов и гидрофобных органических веществ в бассейне Великих озер. Сб. Труды Советско-американского симпозиума. Гидрометиздат. 1991. 72-98 С.

24.   Очерки по физической географии Казахстана / Под ред. чл.-корр АН СССР И.П. Герасимова. Алма-Ата. 1952. С.50-73.

25.  Ресурсы поверхностных вод районов освоения целинных и залежных земель. т.П, Кустанайская область. Л. :Гидрометиздат. 1959.

26.   Каримов А.Д., Маланьин А.Н., Дейнека В.К. Состояние и перспективы использования вод бассейна р.Тобол // Мат-лы Республик, научн. конф. "Устойчивость, антропогенная трансформация и оптимизация природной среды Казахстана." Ал-маты: КазГНУ, 1998. С 96-102.

27.   Воин М.И. Геоэкологическая составляющая экологи горнорудных районов. М.: Недра, 1992. 220 с.

28.   Геологический словарь том 1, издательство «Недра» Москва 1978 г.

29. Методические рекомендации по выявлению и оценке загрязнения подземных вод. Министерство геологии СССР. Москва - 1990 г.

30. Орадовская А.Е., Лапшин Н.Н. «Санитарная охрана водозаборов подземных вод», Москва, Недра 1987 г.

31.   Гольдберг В.М. «Взаимосвязь загрязнения подземных вод и природной среды», Гидрометеоиздат 1987 г.

32.  Геологический словарь том 2, издательство «Недра» Москва 1978 г

33. Овчинников В.П. «Веринское месторождение подземных вод» (Отчёт о результатах поисков и разведки подземных вод).

34. Гольдберг В.М., Газда С.Е. «Основы охраны подземных вод от загрязнения», Москва, Недра  1984 г.

35. Константинов В.М., Челидж Ю.Б. Экологические основы природопользования. Ростов-на-Дону., 2002

PAGE   \* MERGEFORMAT5


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

3586. Електричний струм у газах. Несамостійний і самостійний розряди у газах. 27.41 KB
  Електричний струм у газах. Несамостійний і самостійний розряди у газах. Мета: розкрити фізичну природу електричної провідності газів з точки зору електронної теорії, з'ясувати види розрядів; розвивати логічне мислення; виховувати спостережливість, увагу...
3587. Закони постійного струму. Урок-змагання 71.68 KB
  Закони постійного струму. Урок-змагання. Узагальнити і поглибити знання учнів за темою «Закони постійного струму»; закріпити уміння і навички розв'язування розрахункових та експериментальних задач; формувати навички колективної праці в поєднанні з індивідуальною.
3588. Сценарій Вернісаж особистостей 14.63 KB
  Сценарій Вернісаж особистостей Ведуча: шановні учні, вчителі! Сьогодні ми зібрались в цій залі, щоб подумати, помріяти, відпочити і підтримувати учасників «Вернісаж особистостей». У конкурсі приймають участь 15 учасників. Ведучий: і як водиться, на ...
3589. Випускний вечір 2012 118.5 KB
  Випускний вечір 2012 Святково прибрана актова зала. Під тиху музику ведуча звертається до присутніх. Ведуча: Доброго вам вечора, шановні батьки, вчителі, гості! Здається, що тільки вчора пролунав останній дзвоник, позаду - напружена пора іспитів, і ...
3590. Відпрацювання навиків розв’язування вправ на застосування відсоткових відношень 112.5 KB
  Відпрацювання навиків розв’язування вправ на застосування відсоткових відношень. розвивати елементи логічного мислення, виховувати культуру математичної мови та запису. Обладнання: ілюстрації до задач, картки із самостійною роботою у вигл...
3591. Використання комп’ютерних мереж у навчальному процесі 114.5 KB
  Використання комп’ютерних мереж у навчальному процесі Відомий американський вчений науковець Джон Нейсбіт в минулому виконавчий директор ІБМ (IBM - International Business Machine Corp., одна з найвідоміших корпорацій у світі, яка займається вип...
3592. Свято зі сльозами на очах 97 KB
  Свято зі сльозами на очах… Сценарій до дня Перемоги. На сценi розвішено плакати часiв Другої світової війни, звучить мелодія пісні «День Перемоги» Ведуча Для юних — це вже давнина Минуло мирних 65 роки. Як з нашої землi ненависна вiйна Втікала ...
3593. Перше ознайомлення з базами даних. СКБД. Моделі, об'єкти баз даних. СКБД Ассеss 295.67 KB
  Перше ознайомлення з базами даних. СКБД. Моделі, об'єкти баз даних. СКБД Ассеss. Проектування бази даних у середовищі СКБД Access. Створення таблиць БД. Сформувати уявлення про бази даних, їх призначення та основних етапів їх створення, формування пізнавальних здібностей, розвиваюча: розвивати логічне мислення, розвиток пам'яті, розвиток уважності
3594. Редагування структури таблиці й даних БД. Впорядкування, пошук та фільтрація даних 151.39 KB
  Редагування структури таблиці й даних БД. Впорядкування, пошук та фільтрація даних Мета: ознайомити учнів із можливостями обробки інформації в базі даних, навчити використовувати команди СКБД Access для зміни структури таблиці, додавання, знищення, ...