Вопрос прогнозирования динамики химического и микробиологического состава подземных вод в процессе в современных условиях имеет крайне важное значение, так как имеют место существенные климатические изменения и резко возросла техногенная нагрузка на окружающую среду. Воды подземных горизонтов являются основным источником не только питьевой воды, но и пресной воды для технических нужд. В частности, качество воды в родниках, широко используемой населением, прямо зависит от качества подземных вод.
Саратов расположен в зоне Саратовского и Сызранского водоносных горизонтов, которые принадлежат к Лысогорскому массиву. Глубина залегания Саратовского водоносного слоя всего 5-10 м., в то время как Сызранского -30-70 м. Питание водоносных горизонтов происходит во многом за счет инфильтрации атмосферных осадков и, следовательно, на качество воды существенное влияние оказывают антропогенные факторы. Граничные геолого-гидрологические условия горизонтов являются определяющими для формирования химического состава воды, ее физических и микробиологических характеристик. Например, зона аэрации в районе Лысогорского массива, Алтынной горы состоит из пород с хорошей водопроницаемостью: песчаников, опоки, песка, трещиноватых песчаников.
При составлении геологического паспорта водоносного горизонта, как правило, учитывается изменение концентраций веществ в результате диффузионно-дисперсионных процессов и конвекции. Однако, в процессе эксплуатации необходимо читывать и большое количество дополнительных факторов.
Имеющиеся методы физико-химического моделирования позволяют проводить только грубые прогнозные расчеты, так как не разработаны методик определения некоторых параметров, необходимых для построения более точных моделей [5-7].
Постоянный мониторинг состояниявод подземных горизонтов, состава воды родников позволяет сделать вывод о необходимости построения математических моделей, отражающихфизические, химические, биологические процессы, приводящие к изменениям состава и свойств воды. В связи с тем, что имеется большой комплекс взаимосвязанных параметров возможно использовать вероятностно-детерминированный подход, позволяющий использовать элементы теории нечетких множеств и элементы многофакторного анализа. Возможность использовать такой подход была показана при изучении геохимических и экологических последствий изменений химического состава подземных вод под влиянием загрязняющих веществ [6]. Процессы распространения и взаимовлияния подземных вод различного физико-химического состава возможно описывать не только дифференциальными уравнениями физической химии [7], но и соотношениями гидромеханики, термодинамики и кинетики где граничные условия, можно определять вероятностно, функциями времени для каждой точки пространства R3.
Возможно выделять следующие основные показатели, влияющие на изменение качества воды: содержание органических веществ,главных ионов, растворенных газов микроэлементов; величины водородного показателя и окислительно-восстановительного потенциала; минерализация; концентрация и соотношение основных макроанионов и макрокатионов; близость к техногенным объектам; состав пограничных горных пород и почв; климатические условия.
Вследствие этого динамика изменения качества воды подземных горизонтовоснована на анализе вышеперечисленных факторов, разделенных на более мелкие подгруппы. В процессе мониторинга состава воды интегрально измеряется множество показателей, которые позволяют провести многопараметрический корреляционнный анализ, выявляющий тесноту связей величин и их влияние на конечный результат.
Построение вероятностных соотношений, основанных на методе «прогноз-коррекция» позволяет получитьдинамические вероятностные характеристики химического состава продуктивного подземного водоносного слоя, воды смежных горизонтов и поверхностных водоемов.
При разработке методики определения параметров модели учитывается глубина расположения подземного водоносного горизонта, климатическая зона, температурные факторы, изменение антропогенных воздействий.
Динамический анализ направлен на максимальное определение возможных источников (и их характера) изменения качества воды, оценку геохимических и микробиологических процессов, которые могут привести к критическим показателям качества воды.
Начальными данными взяты результаты гидрогеологического обследования зоны Саратовского и Сызранского водоносных горизонтов при производстве геологоразведочных работ.
В расчетах использован метод последовательных возмущений параметров при решении задачи шагами по времени, с постоянным пересчетом изменяющихся параметров модели.
Методика, основанная на вероятностно-статистическом подходе, позволяет при расчетах варьировать их точность, путем повышения или понижения уровня схематизации в зависимость от конкретной решаемой задачи. При определении ведущих параметров модели и возможности не учитывать в прогнозных расчетах отдельные факторы используется многофакторный корреляционный анализ. В частность, по недостаточным данным о конкретном параметре качества воды из условий групповой корреляции возможно вводить его значение.
Результаты прогнозных оценок являются основанием для определения основных техногенных источников загрязнения подземных вод, определяют источники, которые можно исключить из рассмотрения, упростив модель.
Скотомогильники, оказавшихся в береговой зоне Волги после создания Куйбышевского водохранилища, а так -же укрупнение городов существенно ухудшают качество подземных вод по микробиологическим и вирусологическим показателям.
Результаты численного эксперимента дают возможность построить доверительные интервалы достижения критических концентраций загрязняющих веществ (как по каждому компоненту, предусмотренному СанПиН 2.1.4.1074-01 и СаНПиН 2.1.4.1175-02, так и по их композициям).В частности, результаты исследований показали, что размещение производства сортопрокатного завода, литейного производства и алюминиевого завода на территории водосбора Саратовского и Сызранского водоносных горизонтов в течение трех лет существенно ухудшат качество потребляемой пресной воды
Построенная феноменологическая модель, дает описание динамики изменения параметров состояния воды подземных горизонтов в виде вероятностных эмпирических функциональных зависимостей.
Динамический прогнозкачества вод подземных горизонтовпозволяет рассмотретьнаиболее существенные процессы и факторы, определяющиефизико-химический и микробиологический показатели подземных вод, оценить вероятность их изменений.
Литература
- Ермоленко О.Н.Математическое моделирование состава и свойств евразийских природных минеральных хлоридно-гидрокарбонатных натриевых вод. Доклад диссертации на соискание ученой степени к.х.н. М., 2004.
- Зайцев, Г. Н. Математический анализ биологических данных / Г. Н. Зайцев. М.: Наука, 1991. — 184 с.
- Доклад «О состоянии и об охране окружающей среды Саратовской области в 2013 году». – Саратов, 2014.
- Кротова, В. А. Фактор времени в формировании химического состава подземных вод / В. А. Кротова // Тр. ВНИГРИ / 1960. — Вып. 15 — С. 299-307.
- Корнилов, Н. И. Математическая модель водно-солевых растворов / Н. И. Корнилов, О. Н. Ермоленко, Е. Н. Корнилова // ЭКО. Экология. Культура. Образование. 2004. — № 13. — С. 28-31.
- Крайнов С.Р., Фойгт Г.Ю., Закутин В.П. Геохимические и экологические последствия изменений химического состава подземных вод под влиянием загрязняющих веществ. Геохимия, 1991, №2, с. 169-182.
- Рыженко Б.Н., Крайнов С.Р., Шваров Ю.В. Физико-химические факторы формирования состава природных вод (верификация модели «порода-вода»). Геохимия, 2003, №6, с. 630-640.
- СаНПиН 2.1.4.1175-02 «Гигиенические требования к качеству воды нецентрализованного водоснабжения. Санитарная охрана источников». – М.: Минздрав России, 2002.[schema type=»book» name=»О РАЗРАБОТКЕ МЕТОДИКИ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ДИНАМИКИИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПОД ВЛИЯНИЕМ АНТРОПОГЕННЫХ ФАКТОРОВ» description=»Рассматриваются вопросы методики построения математической модели, позволяющей прогнозировать изменение качества подземных вод, в зависимости от техногенных воздействий и естественных природных процессов, на основании известных результатов измерений. Используется вероятностный подход, теория нечетких множеств с элементами многопараметрического анализа. Определены некоторые композиции воздействий, наиболее существенно влияющие на состав воды в подземных водоемах.» author=»Гончаров Михаил Олегович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-03-15″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_30.05.2015_05(14)» ebook=»yes» ]