Система экологического менеджмента состояния неоген-четвертичного и верхнедевонского водоносных комплексов территории Липецкой области

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Система экологического менеджмента состояния неоген-четвертичного и верхнедевонского водоносных комплексов территории Липецкой области

И.И. Косинова, Р.А. Ляпин

Воронежский государственный университет

Аннотация

Введение: Загрязнение подземных вод нитрат-ионами является одной из ведущих проблем на территориях городских агломераций. На территории Липецкой области расположено большое количество промышленных и сельскохозяйственных предприятий, которые обслуживают не только данную область, то и близлежащие регионы. Целью данной работы является построение системы экологического менеджмента состояния подземных вод Липецкой области, подверженных нитратному загрязнению.

Методика: Липецкая область располагается на стыке Среднерусской возвышенности и Окско-Донской низменности. По условиям залегания эксплуатационные водоносные комплексы Липецкой области подразделяются на порово-пластовые неоген-четвертичного водоносного комплекса и трещинно-карстовые верхнедевонского водоносного комплекса. В процессе выполнения работы было проведено эколого-гидрогеохимическое районирование территории Липецкой области по уровню экологического благополучия, основанное на степени загрязнения подземных вод неоген-четвертичного и верхнедевонского водоносных комплексов Липецкой области нитратами, с выделением трех категорий участков, отличающихся допустимым, умеренно-опасным и опасным уровнем экологического неблагополучия. На основе данного районирование была построена система экологического менеджмента нитратного загрязнения подземных вод Липецкой области с финансовым обеспечением природоохранных. В основе данной работы лежит информация по кадастру скважин подземных вод Липецкой области за 2017 г.

Результаты и обсуждение: Для водоносных комплексов содержание нитратов выше предельно-допустимых значений составляет от 45 мг/дм3 до 135 мг/дм3. Можно утверждать, что оба комплекса загрязнены в равной степени, вследствие отсутствия регионального водоупора и бурного развития техногенной деятельности вблизи крупных городских поселений. Итоговая сумма природоохранных мероприятий составила около 7 миллиардов 600 миллионов рублей, 5.5 миллиардов из которых планируется выделить из федерального бюджета Липецкой, а также 2.1 миллиарда рублей потратятся за счет средств коммерческих организаций, являющимися источниками загрязнения нитратами.

Заключение: По истечению десятилетнего периода выполнения программы системы экологического менеджмента необходимо оценить процесс модернизации оборудования на предприятиях и изменения количественного состава нитратов в подземных водах. В случае отсутствия положительной тенденции в сторону уменьшения концентрации нитратов в подземных водах эксплуатационных водоносных комплексов пересмотреть систему экологического менеджмента.

Ключевые слова: Подземные воды, водоносный комплекс, нитраты, загрязнение, система экологического менеджмента.

Environmental management system of the Neogene-Quaternary and Upper Devonian aquifers in the Lipetsk region. I. I. Kosinova, R. A. Lyapin

Voronezh State University

Annotation

Introduction: The pollution of underground water by nitrate ions is one of the leading problems in the territories of urban agglomerations. On the territory of the Lipetsk region there are a large number of industrial and agricultural enterprises that serve not only this region, but also the surrounding regions. The purpose of this work is to build a system of environmental management of the state of underground waters of the Lipetsk region, subject to nitrate pollution.

Methodology: The Lipetsk region is located at the junction of the Central Russian upland and the Oka-Don lowland. According to the conditions of occurrence, the operational aquifers of the Lipetsk region are divided into the pore-formation Neogene-Quaternary aquifer complex and the fractured-karst Upper Devonian aquifer complex. In the course of the work, an ecological and hydrogeochemical zoning of the territory of the Lipetsk region was carried out according to the level of environmental well-being, based on the degree of contamination of underground waters of the Neogene-Quaternary and Upper Devonian aquifers of the Lipetsk region with nitrates, with the allocation of three categories of sites that differ in permissible, moderate-dangerous and dangerous levels of environmental On the basis of this zoning, a system of environmental management of nitrate pollution of underground waters of the Lipetsk region was built with financial support for environmental protection. This work is based on information on the inventory of underground water wells in the Lipetsk region for 2017.

Results and discussion: For aquifers, the nitrate content above the maximum permissible values ranges from 45 mg / dm3 to 135 mg / dm3. It can be argued that both complexes are equally polluted, due to the lack of a regional water barrier and the rapid development of man-made activities near large urban settlements. The total amount of environmental protection measures amounted to about 7 billion 600 million rubles, 5.5 billion of which is planned to be allocated from the federal budget of the Lipetsk Region, as well as 2.1 billion rubles will be spent at the expense of commercial organizations that are sources of nitrate pollution.

Conclusion: At the end of the ten-year period of implementation of the environmental management system program, it is necessary to evaluate the process of modernization of equipment at enterprises and changes in the quantitative composition of nitrates in underground waters. In the absence of a positive trend towards a decrease in the concentration of nitrates in the groundwater of operational aquifers, review the environmental management system.

Keywords: Underground water, water-bearing complex, nitrates, pollution, environmental management system.

Введение

Загрязнение подземных вод нитрат-ионами является одной из ведущих проблем на территориях городских агломераций. На территории Липецкой области расположено большое количество промышленных и сельскохозяйственных предприятий, которые обслуживают не только данную область, то и близлежащие регионы.

Объектом исследования в настоящей работе являются водоносные комплексы территории Липецкой области.

Предмет исследования представляет собой анализ влияние техногенной нагрузки на подземные воды территории Липецкой области.

Целью данной работы является построение системы экологического менеджмента состояния подземных вод Липецкой области, подверженных нитратному загрязнению.

Методика

Земная поверхность территории Липецкой области представляет собой возвышенную волнистую равнину, расчлененную долинами рек, балками и оврагами. Липецкая область располагается на стыке Среднерусской возвышенности и Окско-Донской низменности. Граница между ними в пределах области проходит по долинам рек Воронежа и Становой Рясы. Большую часть области занимает денудационная равнина с преобладанием новейших поднятий; меньшую - юговосточную часть - аккумулятивная равнина, созданная преимущественно новейшими опусканиями. Основная территория (примерно 75%) - возвышенная равнина.

По условиям залегания эксплуатационные водоносные комплексы Липецкой области подразделяются на порово-пластовые неоген-четвертичного водоносного комплекса и трещинно-карстовые верхнедевонского водоносного комплекса. Неоген-четвертичный водоносный комплекс (N-Q), который эксплуатируется в юго-восточной и восточной части Липецкой области в районе Окско-Донской низменности, состоит из множества регионально развитых или локальных горизонтов. Вмещающими породами данного комплекса являются песчано-глинистые породы мощностью до 200 м. Под N-Q водоносным комплексом повсеместно залегает верхнедевонский комплекс, который является главным водоносным комплексом при эксплуатации подземных вод на территории области.

Верхнедевонский водоносный комплекс включает в себя 3 горизонта: верхнефаменский, задонско-елецкий и евлановско-ливенский.

Верхнефаменский горизонт (D3fm2) эксплуатируется в северной части Липецкой области. Водоносный комплекс представлен известняками с прослоями глин и мергелей. Общая мощность горизонта достигает 40 м.

Задонско-елецкий горизонт (D3zd-el), который занимает центральную часть Липецкой области, представлен брекчеевидными известняками, с прослоями глин и конгломератов. Мощность комплекса достигает 80 м.

Eвлановско-ливенский водоносный горизонт (D3ev-lv), расположенный в юго-западной части Липецкой области, сложен известняками органического происхождения с прослоями мергелей и глин. Общая мощность комплекса - 100 м.

По условиям залегания и составу подземных вод неоген-четвертичный и верхнедевонский водоносные комплексы удобны и благоприятны для использования в хозяйственно-питьевых целях. Доля участия в подземном питании этих комплексов неодинакова, а также они имеют отличия по водообильности.

Статический уровень подземных вод неоген-четвертичного водоносного комплекса составляет 5-15 м. Комплекс безнапорный, водообильность его хорошая. Запасы подземных вод формируются за счет инфильтрации атмосферных осадков. А в маловодные годы происходит подтягивание подземных вод нижележащих горизонтов верхнего девона, в частности подземных вод отложений задонско-елецкого возраста. Мощность слоя составляет 15-30 м. Водовмещающими породами комплекса являются мелко- и среднезернистые пески с примесью железа и прослоями глин в подошве.

Глубина залегания подземных вод верхнедевонского водоносного комплекса составляет от 122 м до 237 м. Данный комплекс является основным при эксплуатации подземных вод Липецкой области. Верхнедевонский водоносный комплекс имеют прямую связь с питанием рек Липецкой области. Так, задонско-елецкий и лебедянский горизонты участвуют в питании реки Воронеж в летний и зимний периоды. Водовмещающими породами комплекса являются известняки с прослоями глин и мергелей. Главным водоносным комплексом Липецкой области является верхнедевонский, тогда как воды неоген-четвертичного водоносного комплекса эксплуатируются только в юго-восточной и восточной части Липецкой области, что составляет порядка 10-12% от общего количества добываемых вод. Благодаря наличию вмещающих песчано-глинистых пород верхнедевонский водоносный комплекс подвергается меньшей угрозе от антропогенного загрязнения нитратами. В верхнедевонских отложениях территории наиболее распространены процессы углекислотного выщелачивания, катионного обмена. В результате трещинноватости известняков елецкого и задонского возраста подземные воды характеризуются недостаточной защищенностью, что является причиной их загрязнения нитратами.

На территории Липецкой области расположено большое количество предприятий, которые обслуживают не только данную область, то и близлежащие регионы. Из самых распространенных производств можно выделить птицефабрики, сахарные заводы, металлургический холдинг, заводы строительных материалов, заводы по розливу минеральных вод, предприятия машиностроения и металлообработки. Наибольшее скопление промышленных предприятий приурочено к двум крупнейшим городам области - Липецку и Ельцу. На основании большого спектра предприятий промышленного и сельскохозяйственного комплексов можно сделать вывод, что уровень техногенной нагрузки Липецкой области можно оценить, как существенный.

Экологические аспекты, влияющие на нитратное загрязнение подземных вод Липецкой области, можно подразделить по их происхождению на природные и техногенные. Карта-схема расположения водоносных комплексов территории Липецкой области представлена на рис. 1.

Рис. 1. Карта-схема расположения водоносных горизонтов территории Липецкой области

Источники, влияющие на нитратное загрязнение подземных вод Липецкой области, можно подразделить по их происхождению на природные и техногенные. К природным факторам относят слабую защищенность водоносных горизонтов и наличие овражно-балочной сети. Техногенными источниками являются промышленные предприятия (металлургия, машиностроение и металлообработка, химические и нефтехимические производства), агропромышленный сектор (птицефабрики, животноводческие комплексы, заводы пищевой промышленности), коммунально-бытовой сектор (коммунальные предприятия сельской местности), отходы производства (полигоны захоронения отходов, поля захоронения и поля ядохимикатов).

Максимальные концентрации нитратов в очагах установлены в пониженных частях рельефа - бортах оврагов и балках, которые сложены трещиноватыми известняками и характеризуются карстовыми проявлениями.

В процессе выполнения работы было проведено эколого-гидрогеохимическое районирование территории Липецкой области по уровню экологического благополучия, основанное на степени загрязнения подземных вод неоген-четвертичного и верхнедевонского водоносных комплексов Липецкой области нитратами, с выделением трех категорий участков, отличающихся допустимым, умеренно-опасным и опасным уровнем экологического неблагополучия. На основе данного районирование была построена система экологического менеджмента (СЭМ) нитратного загрязнения подземных вод Липецкой области с финансовым обеспечением природоохранных мероприятий.

В основе данной работы лежит информация по кадастру скважин подземных вод Липецкой области за 2017 г., куда включены данные о веществах-загрязнителях подземных вод за период с 2005 по 2017 гг. На территории Липецкой области пробурено 4241 скважина, в 410 из которых эксплуатируемых водоносный комплекс - неоген-четвертичный, в остальных - верхнедевонский. Кадастровые данные, предоставленные Управлением экологии и природных ресурсов Липецкой области, фрагментарны и не постоянны во времени.

Обсуждение результатов

Для решения поставленной задачи было произведено эколого-гидрогеохимическое районирование территории Липецкой области по уровню экологического благополучия на основе загрязнения эксплуатационных водоносных комплексов (неоген-четвертичного и верхнедевонского) нитратами (рис. 2).

На основании картографических интерполяционных моделей территория Липецкой области по уровню экологического благополучия разделена на три зоны:

- допустимый уровень экологического неблагополучия (около 65% территории) c концентрацией нитратов менее 45 мг/дм3;

- умеренно-опасный уровень экологического неблагополучия (около 34% территории) с превышением нитратов составляет от 1 до 5 ПДК (45-225 мг/дм3);

- опасный уровень экологического неблагополучия (около 1% территории - южнее города Елец) с превышением нитратов более 5 ПДК (225 мг/дм3).

Рис. 2. Карта-схема эколого-гидрогеохимического районирования территории по уровню нитратного загрязнения подземных вод неоген-четвертичного и верхнедевонского водоносных комплексов территории Липецкой области на 2017 г.

В целом, уровень нитратного загрязнения колеблется от 1 до 10 ПДК.

На рис. 2 представлена карта-схема эколого-гидрогеохимического районирования территории по уровню нитратного загрязнения подземных вод неоген-четвертичного и верхнедевонского водоносных комплексов территории Липецкой области на 2017 г.

Для верхнедевонского водоносного комплекса среднее значение концентрации нитратов выше ПДК варьирует от 45 мг/дм3 до 135 мг/дм3 (от 1 до 3 ПДК) с преобладающим значением в 1.5 ПДК. Факторами загрязнения подземных вод здесь являются сельскохозяйственные и промышленные предприятия, неочищенные коммунально-бытовые стоки, складирование отходов.

Большему влиянию загрязнения нитратами подвержены верхнефаменский и особенно задонско-елецкий водоносные горизонты, в меньшей степени - воды евлановско-ливенского горизонта, вследствие наличия глинистых известняков. Территории, где эксплуатируются воды задонско-елецкого горизонта, отличаются большим уровнем урбанизации территории по сравнению с другими участками. Максимальные значения концентрации нитратов более 225 мг/дм3 (свыше 5 ПДК) зафиксированы в виде аномалии южнее города Елец в задонско-елецком водоносном горизонте, в связи с многолетним складированием отходов в овражно-балочную сеть и наличием птицефабрики.

Территории восточной и юго-восточной части Липецкой области благодаря наличию вмещающих песчано-глинистых пород неоген-четвертичного возраста характеризуются значениями нитратов в подземных водах ниже ПДК. Для данного комплекса среднее значение концентрации нитратов выше ПДК также варьируется от 45 мг/дм3 до 135 мг/дм3 (от 1 до 3 ПДК) с преобладающим значением в 1.5-2 ПДК. Источником загрязнения здесь является деятельность Добринского сахарного завода.

Для обоих водоносных комплексов содержание нитратов выше ПДК составляет от 45 мг/дм3 до 135 мг/дм3. Можно утверждать, что оба водоносных комплекса загрязнены в равной степени, вследствие отсутствия регионального водоупора и бурного развития техногенной деятельности вблизи крупных городских поселений.

На основе проведенного районирования построена система экологического менеджмента состояния эксплуатируемых водоносных комплексов Липецкой области, включающая спектр мероприятий по постоянному улучшению их состояния:

Вывоз ТКО из овражно-балочной сети Елецкого района и их утилизация.

Переработка куриного помета в органическое удобрение.

Биохимическая очистка сточных вод металлургических предприятий.

Реконструкция очистных сооружений.

Очистка подземных вод из скважин с превышением ПДК по нитратам в 3 раза и более.

На первом этапе необходимо внедрить СЭМ в зонах максимального влияния техногенной деятельности - Липецком, Елецком, Добринском, Измалков-ском, Лев-Толстовском, Становлянском, Данковском районах. А далее на территориях, подверженных меньшему влиянию техногенной деятельности, а именно Лебедянскому, Хлевенскому, Задонскому, Краснинскому районах.

На основании выполненных расчетов итоговая сумма природоохранных мероприятий составила около 7 миллиардов 600 миллионов рублей, 5.5 миллиардов из которых планируется выделить из федерального бюджета Липецкой области на вывоз ТКО из овражно-балочной сети Елецкого района, их утилизацию и реконструкцию очистных сооружений, а также 2.1 миллиарда рублей потратятся за счет средств коммерческих организаций, являющимися источниками загрязнения нитратами, куда входит очистка подземных вод из скважин, биохимическая очистка сточных вод, переработка куриного помета в органическое удобрение. Также можно получить финансовую поддержку за счет средств Фонда содействия реформированию ЖКХ, энергоэффективности и экологии Липецкой области.

Заключение

экологический подземный липецкий

На основании проведенных исследований были сделаны следующие выводы.

Эколого-геологические условия Липецкой области оцениваются как благоприятные. Это обусловлено благоприятными природными условиями, спокойным рельефом, богатыми запасами поверхностных и подземных вод.

Источники загрязнения нитратами подземных вод Липецкой области можно разделить на несколько видов: природные и техногенные. Природные источники - слабая защищенность водоносных горизонтов и наличие овражно-балочной сети. К техногенным источникам относятся:

Агропромышленный комплекс - птицефабрики, животноводческие комплексы, заводы пищевой промышленности.

Промышленные предприятия - металлургия, машиностроение и металлообработка, химические и нефтехимические производства, горнодобывающие предприятия.

Коммунально-бытовой сектор - комплексы очистки хоз-бытовых и ливневых вод, коммунальные предприятия сельской местности.

Отходы производства - полигоны захоронения отходов, поля захоронения и поля ядохимикатов.

На основании построенных картографических интерполяционных моделей территория Липецкой области разделена на три зоны: допустимый уровень экологического неблагополучия (около 65% территории); умеренно-опасный уровень экологического неблагополучия (около 34% территории); опасный уровень экологического неблагополучия (около 1% территории - южнее города Елец). На основе проведенного районирования построена система экологического менеджмента, включающая комплекс мероприятий по улучшению состояния водоносных комплексов, куда входит вывоз ТКО из овражно-балочной сети Елецкого района, их утилизация и реконструкция очистных сооружений, очистка подземных вод из скважин, биохимическая очистка сточных вод, переработка куриного помета в органическое удобрение. Итоговая сумма природоохранных мероприятий составила около 7 миллиардов 600 миллионов.

Конфликт интересов: Авторы декларируют отсутствие явных и потенциальных конфликтов интересов, связанных с публикацией настоящей статьи.

Литература

1. Прудовский Э. Л. Количественное и качественное состояние подземных вод Липецкой области. Ф. Липецк. Липецкий филиал ФГУ ТФИ, 2007. 58 с.

2. Дюнин В. И. Отчет о результатах изучения загрязнения нитратами подземных вод на водозаборах г. Липецка, расчет зон санитарной охраны и разработка рекомендации по ликвидации нитратного загрязнения. Ф. Липецк. Липецкий филиал ФГУ «Геоинфотека», 2001. 68 с.

3. Прудовский Э. Л. Выявление причин и источников загрязнения нитратами подземных вод в Липецкой области. Ф. Липецк. Липецкий филиал ФГУ ТФИ, 2006. 71 с.

4. Косинова И. И., Белозеров Д. А. Менеджмент в экологии: учебно-методическое пособие для бакалавров, обучающихся по направлению 05.03.01 «Геология». Воронеж, Научная книга. 2017. 75 с.

5. Методика «Критерии оценки экологической обстановки территорий для выявления зон чрезвычайной экологической ситуации и зон экологического бедствия», утвержденная Минприроды РФ 30.11.1992. 109 с.

6. Косинова И. И., Кустова Н. Р. Теория и методология геоэкологических рисков // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2008. № 2. С. 189-197.

7. Базарский O. B., Косинова И. И., Фонова С. И. Математическое моделирование загрязнения приповерхностных отложений аэрозольными частицами // Инженерные изыскания. 2015. № 5-6. С. 76-79.

8. Базарский О. В., Косинова И. И. О единой метрике комплексного эколого-геологического пространства. Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Геология. 2005. № 2. С. 168-172.

References

1. Prudovsky E. L. Quantitative and qualitative state of underground waters of the Lipetsk region. Lipetsk Branch of FSU TFI, 2007. 58 p.

2. Dunin V. I. Report on the results of the study of nitrate pollution of underground waters at water intakes in Lipetsk, calculation of sanitary protection zones and development of recommendations for the elimination of nitrate pollution. Lipetsk branch of the Federal State University "Geoinfoteka", 2001. 68 p.

3. Prudovsky E. L. Identification of the causes and sources of nitrate pollution of underground waters in the Lipetsk region. Lipetsk Branch of FSU TFI, 2006. 71 p.

4. Kosinova I. I., Belozerov D. A. Management in ecology: an educational and methodological guide for bachelors studying in the direction 05.03.01 "Geology". Voronezh, Scientific Book. 2017. 75 p.

5. The methodology "Criteria for assessing the environmental situation of territories for identifying zones of environmental emergency and zones of environmental disaster", approved by the Ministry of Natural Resources of the Russian Federation on 30.11.1992. 109 p.

6. Kosinova I. I., Kustova N. R. Teoriya i metodologiya geoekologicheskikh riskov [Theory and methodology of geoecological risks]. Series: Geology. 2008. No. 2. pp. 189-197.

7. Bazarsky O. B., Kosinova I. I., Fonova S. I. Mathematical modeling of pollution of near-surface deposits by aerosol particles // Engineering surveys. 2015. No. 5-6. pp. 76-79.

8. Bazarsky O. V., Kosinova I. I. On the unified metric of the integrated ecological and geological space. Bulletin of the Voronezh State University. Series: Geology. 2005. No. 2. pp. 168-172.

Размещено на Allbest.ru