15.3. Понятие о защищенности подземных вод

Как было указано выше, подземные воды по сравнению с поверхностными в целом характеризуются значительно более высокой естественной защищенностью от различных видов загрязнения. Однако грунтовые воды, не имеющие водоупорной кровли, защищены в меньшей мере, чем глубокие подземные воды, и обычно воспринимают основную часть техногенных загрязнений с поверхности. Из грунтовых вод загрязнения могут проникать в глубоко залегающие водоносные горизонты, в случае понижения в них напоров, наличия «гидрогеологических окон» (участков, где нарушается сплошность водоупорного пласта) в их кровле и др.

Под защищенностью подземных вод от загрязнения понимается перекрытость водоносного горизонта отложениями и, прежде всего слабопроницаемыми, препятствующими проникновению в него загрязняющих веществ с поверхности земли. Общая оценка степени защищенности подземных вод основывается на учёте так называемых факторов защищенности, под которыми понимаются природные барьеры, затрудняющие попадание в подземные воды поллютантов. Факторы защищенности разделяют на: природные, техногенные, физико-химические.

К основным природным факторам относятся: наличие в разрезе пород слабопроницаемых отложений; глубина залегания подземных вод; мощность, литология и фильтрационные свойства пород, перекрывающих водоносный горизонт; поглощающие свойства пород; соотношение уровней ниже- и вышележащего водоносных горизонтов.

Среди техногенных факторов выделяются: условия нахождения загрязняющих веществ на поверхности земли (хранение отходов в накопителях, шламохранилищах, сброс сточных вод на поля фильтрации, орошение сточными водами и др.) и определяемый этими условиями характер проникновения загрязняющих веществ в подземные воды.

К физико-химическим факторам относятся специфические свойства загрязняющих веществ, их миграционная способность, сорбируемость вещества, взаимодействие загрязняющих веществ с породами, время распада, или химическая стойкость загрязняющего вещества.

Основная техногенная нагрузка приходится на грунтовые воды и воды первых от поверхности напорных горизонтов, поэтому взаимосвязь данных вод представляет особый интерес.

Водовмещающими породами для грунтовых вод Беларуси служат пески различного гранулометрического состава – от тонких до крупнозернистых и гравелистых. Воды этих отложений имеют свободную поверхность и лишь на участках распространения линз и прослоев суглинков, супесей, глин создаются местные напоры (2–3 м). Во время весенних и осенних паводков воды могут достигать дневной поверхности, а иногда устанавливаются и выше, образуя болота [230].

Критериями для определения степени естественной защишённости грунтовых вод являются мощность и фильтрационные свойства зоны аэрации. Чем больше мощность зоны аэрации и ниже фильтрационные свойства слагающих её пород, тем выше степень защищённости и, наоборот, неглубоко залегающие грунтовые воды, заключённые в хорошо водопроницаемых отложениях, могут быть легко загрязнены. Зоны с незащищёнными грунтовыми водами приурочены к поймам и низким надпойменным террасам рек, озёрно-аллювиальным равнинам, болотным массивам, сложенным с поверхности хорошо проницаемыми породами. Мощность зоны аэрации не более 1–2 м, а условное время проникновения поверхностного загрязнения в грунтовые воды не более 20 суток. Участки со слабо защищёнными грунтовыми водами встречаются в пределах озёрно-аллювиальной равнины, на речных террасах. Глубина залегания вод не превышает 5 м, а время проникновения с поверхности загрязнения изменяется в пределах 20–50 суток. Степень загрязнения увеличивается во время обильных осадков. В реки сбрасываются недостаточно очищенные сточные воды, а во время паводков создаются условия подпора грунтовых вод и происходит их питание за счёт речных вод. Грунтовые воды озёрно-аллювиальных отложений приурочены к замкнутым понижениям и перекрыты маломощной зоной аэрации (до 1,5 м), что создаёт благоприятные условия для боковой и вертикальной инфильтрации атмосферных осадков, и увеличивает степень незащищённости этих вод.

Относительно защищённые воды характерны для верхних частей вторых надпойменных террас, водно-ледниковых и моренных равнин. Мощность зоны аэрации здесь достигает 10 м, а условное время проникновения загрязнения с поверхности изменяется от 50 до 200 суток. Защищённые грунтовые воды приурочены к площадям развития моренного и конечно-моренного рельефа, представленного супесчано-суглинистыми породами с низкими коэффициентами фильтрации, обеспечивающими условное время проникновения поллютантов более 200 суток. Торфяники, перекрывающие озёрно-аллювиальные и аллювиальные отложения, характеризуются в основном низкими фильтрационными свойствами, поэтому они в какой-то мере являются дополнительной преградой для проникновения загрязнения в грунтовые воды. В гипсометрическом отношении обводнённые флювиогляциальные отложения занимают более высокое положение по отношению к вышеописанным горизонтам, литологически они более однородны, а фильтрационные свойства их достаточно высоки. Очевидно, что химические компоненты, мигрирующие с подземным стоком, накапливаются в грунтовых водах, залегающих гипсометрически ниже. Довольно широко с поверхности развиты слабопроницаемые или же спорадически хорошо проницаемые сожские моренные отложения. Приуроченные к ним грунтовые воды перекрыты более глинистой и мощной зоной аэрации от 3-5 до 10 м и более. В этом случае проникновение загрязнения в грунтовые воды может быть затруднено. На единичных участках мощность отложений сожской морены достигает 30 м и более. В таких случаях грунтовые воды более надёжно защищены.

Среди природных факторов защищённости более глубоко залегающих напорных вод главнейшими являются перекрытость водоносного горизонта слабопроницаемыми отложениями (наличие водоупора), литологический состав водовмещающих отложений и их фильтрационные свойства, выдержанность распространения, мощность, а также соотношение уровней напорных и грунтовых вод.

Напорные воды, залегающие под первым от поверхности местным водоупором (в основном - это разновозрастные моренные супесчано-суглинистые образования) мощностью около 10 м и более, интерпретированы как условно защищённые. По причинам изменчивости литологического состава пород и, связанного с этим, широкого диапазона проницаемости для преимущественно глинистых образований, постоянного в таких условиях превышения уровня грунтовых вод над пьезометрической поверхностью, моренный горизонт не может полностью препятствовать водообмену грунтовых и межпластовых вод, хотя и замедляет этот процесс.

В то же время многие участки характеризуются меньшими мощностями верхней морены (5–10 м). Здесь условия защиты вод первого напорного межпластового горизонта менее благоприятны и последние отнесены к промежуточным категориям относительно и слабо защищённых. К категории незащищённых отнесены территории, где верхний водоупор размыт, а воды напорного горизонта смыкаются с грунтовыми, образуя единый водоносный комплекс, что характерно для речных долин. Особый случай представляют напорные воды днепровско-сожского водоносного комплекса в местах отсутствия отложений сожской морены (долины рек Морочь, Случь, Оресса, Локнея, нижнее течение реки Волка и др.). На этих участках условия защищённости напорных вод от загрязнения наиболее неблагоприятные, напорные воды непосредственно связаны с грунтовым горизонтом.

Исходя из этого на большей части территории республики грунтовые воды, а также межпластовые напорные, залегающие под первым от поверхности местным водоупором (отложениями сожской морены), отнесены к категории слабо защищённых. Согласно принятой методике сожский моренный горизонт не представляет надёжной защиты от поверхностного загрязнения для нижележащего водоносного комплекса днепровских-сожских водноледниковых отложений и характеризуется как условный водоупор. Следует также предположить, что загрязнению подвергается верхняя часть водоносного горизонта, где происходит инфильтрация, с которой и проникают загрязняющие вещества.

Мощность моренных отложений, перекрывающих первый от поверхности напорный водоносный горизонт четвертичных отложений, составляет 20–30 м. Нередко они представлены песчаными разностями или полностью размыты.

С учетом геологического строения и гидрогеологических условий на территории Беларуси по условиям взаимосвязи грунтовых и напорных вод выделено 3 области: северная, центральная и южная.

В северной области зона дренирования подземных вод состоит из четвертичных отложений мощностью 100–200 м. В этой толще четко выделяются водоупорные моренные отложения, исключение составляют долины рек. Взаимосвязь грунтовых и напорных вод ослабленная.

В центральной области, в толще четвертичных отложений имеют место относительно выдержанные водоупоры. Тесная гидравлическая связь грунтовых и напорных вод прослеживается только в долинах рек.

В центральном и восточном районах области первый от поверхности напорный водоносный горизонт перекрыт водоупорными моренными отложениями с «гидрогеологическими окнами», что обеспечивает хорошую взаимосвязь грунтовых и напорных вод.

В южной области выделяется несколько районов. Северо-западный район характеризуется сложным геологическим строением зоны дренирования, имеющей мощность 150–300 м. В четвертичной толще имеет место наличие водоупорных отложений березинского, днепровского и сожского оледенений и относительно слабая по сравнению с другими районами взаимосвязь грунтовых и напорных вод. Остальные районы Белорусского Полесья характеризуются локальным распространением одного водоупора в толще четвертичных отложений. Таким образом, первый от поверхности напорный горизонт гидравлически связан с грунтовыми водами, что предопределяет возможность поступления загрязняющих веществ из грунтового в нижележащие водоносные горизонты.

Для техногенного ореола, сформировавшегося после аварии на Чернобыльской АЭС, выделено 3 категории защищенности грунтовых вод, основанные на времени перемещения ⁹⁰Sr: условно защищенные, условно менее защищенные и условно не защищенные. Для первой категории время миграции ⁹⁰Sr составляет более 100 лет, для 2-ой – от 30 до 100 лет, для 3-ей – менее 30 лет. Условно защищенные воды широко распространены и приурочены к водоразделам и пойменным ландшафтам бассейнов с различной мощностью зоны аэрации. В то же время мощность зоны аэрации не велика и, как правило, только на водораздельных пространствах превышает 3 м, в прирусловых и пойменных зонах составляет 1–3 м. Так, в поймах условно защищенными могут считаться грунтовые воды участков распространения высоко гумусированных дерново-болотных почв, которые характеризуются высокой сорбционной емкостью и не подвержены длительному затоплению. Условно менее защищенными могут считаться грунтовые воды, приуроченные к средневозвышенным и низинным ландшафтам северо-западной, восточной и южной частях ореола загрязнения, зона аэрации которых сложена супесчаными породами мощностью 1–3 м с многочисленными прослоями суглинистых пород. К условно не защищенным относятся в основном низинные ландшафты с легкими дерново-подзолистыми почвами и песчаными отложениями мощностью до 3 м, которые периодически затапливаются поверхностными водами. В их пределах расположены и крупные водозаборы, которые увеличивают миграцию радионуклидов по причине создания депрессионных воронок и «подтягивания» вод из загрязненных донных осадков рек и мелиоративных систем.