Экотехнологии и ресурсосбережение. - 2001.- №3
Уязвимость – одно из основных понятий в оценке и прогнозе изменения экологического состояния подземных вод. Основным феноменом, благодаря которому развилась концепция уязвимости подземных вод (УПВ), является усиление влияния техногенеза на геологическую среду (ГС), в результате чего наблюдается значительный рост площадей с ухудшением качества подземных вод.
Оценка (УПВ), необходимая для обоснования их рационального использования и разработки мероприятий по защите от воздействия негативных факторов, связана с изучением взаимодействия ГС и техногенных объектов. Практическое значение данных оценок связано с тем, что пресные подземные воды являются не только главным природным ресурсом повышения экобезопасности хозяйственно-питьевого водоснабжения, но и важнейшим элементом формирования экологических параметров ГС в условиях активного техногенеза. Особенно важна оценка ‘ПВ для Украины, территория которой относится к регионам с комплексными и масштабными проявлениями последствий интенсивной инженерно-хозяйственной деятельности, включая влияние Чернобыльской катастрофы.
Ведущая роль подземной гидросферы в массоэнергообмене окружающей среды обусловливает влияние техногенеза, проявляющееся в сопредельных средах (атмосфере, биосфере, педосфере, литосфере и др.), на состояние гидродинамического и гидрохимического режимов подземных вод. При этом изменения в системе вода — минеральный скелет характеризуются следующими особенностями: практически региональным развитием во всех гидрогеологических структурах (особенно в горнодобывающих районах); значительной длительностью реабилитационного периода произошедших изменений (на протяжении десятков сотен лет).
Уровень техногенного воздействия на геологическую среду и, в частности, на подземные воды основан на монотонных и скачкообразных количественных превращениях, закономерно приводящих их к качественно новому состоянию, как правило, более низкого уровня вследствие нарушения ряда равновесных систем и активизации массоэнергообмена. Такая трансформация проявляется в многосвязной причинно-следственной цепочке превращений, обусловливающих степень УПВ.
Интегральным критерием опасности возможного изменения качественного состояния подземных вод, а следовательно, и степени их уязвимости является потенциальная характеристика как результатов техногенного воздействия, так и природных параметров геологической и сопредельной сред.
Термину «уязвимость подземных вод» очень близко по смыслу понятие «устойчивость геологической среды», которое в [1, 2] рассматривается как «комплекс природных свойств, определяющих характер и интенсивность реакции геологической среды на техногенное воздействие».
Для характеристики УПВ можно применить, по нашему мнению, понятие гомеостазиса, которое трактуется в [З] как «способность системы сохранять в основных чертах свою структуру и характер связей между элементами при внешнем воздействии». Таким образом, понятие УПВ в первую очередь включает природные параметры ГС, взаимосвязь (взаимодействие) которых между собой и с техногенными факторами (объектами) дает возможность выполнять целевые (функциональные) интегральные (аддитивные) оценки. То есть, УПВ — это комплексный показатель, представляющий собой сравнительную пространственную характеристику предрасположенности верхней части геологической среды к загрязнению (ухудшению качественных показателей) подземной гидросферы. При этом чем выше количественная и пространственная контрастность входящих в оценку УПВ параметров тем больше возможность территориальной и временной дифференциации интегральных показателей УПВ.
Оценка УПВ — это выделение территориальных единиц по совокупности факторов (или по одному из них) при соблюдении их относительной обособленности проявления и физической связи между собой применительно к решаемой задаче. В качестве основных изучаемых факторов рассматриваются ГС и техногенная нагрузка, а проявлением главного следствия их взаимодействия является ухудшение качества подземных вод.
Такой подход не противоречит широко используемой в практике эколого-гидрогеологических работ оценке защищенности подземных вод, которая в [4] понимается как перекрытость водоносного горизонта слабопроницаемыми отложениями, препятствующими проникновению загрязвяющих веществ с поверхности в подземные воды и базируется на представлении о достаточной устойчивости подземных вод к техногенному воздействию (включая их автореабилитационную способность к подъему уровней, к рассеиванию загрязнения и т.д.).
Проявление факторов, оказывающих влияние на УПВ, в большинстве случаев носит стохастический характер, и вероятность изменения ее величины может проявляться в меру возможности доминирования того или иного фактора (природного или техногенного) как в количественном, так в качественном выражении.
В последнее время появляются принципиально новые показатели ухудшения качества подземных вод в результате техногенного геохимического загрязнения ландшафтов, отжатия поровых растворов в водоносные горизонты при их эксплуатации и др. с различной интенсивностью проявления как в аварийном, так и послеаварийном периодах (аварийное — локальное, острое; затем послеаварийное — широкомасштабное, например, проявление последствий аварии на Чернобыльской АЭС).
Расширение спектра техногенных воздействий на качественное и количественное состояние подземных вод и их взаимодействие с параметрами ГС или ТГС обусловливает разработку методов и приемов оценки УПВ как обобщенного эколого-гидрогеологического параметра (на количественном, полуколичественном или качественном уровнях).
Основные группы факторов, используемые для оценки УПВ, должны отражать важные особенности природной и техногенной обстановки и выражаться в количественной и качественной форме. К природным факторам, характеризующим состояние ГС, относятся следующие: расчлененность рельефа; геологическое строение; структурно-тектоническая обстановка; гидрогеологические и инженерно-геологические условия и др. К техногенным факторам относятся такие: воздушно-пылевые выбросы; накопители жидких промышленных, хозяйственных и бытовых отходов; свалки промышленных и бытовых отходов и др.
Оценка УПВ исследуемой (анализируемой) территории должна базироваться на картографическом отображении тех или иных факторов, влияющих на природные и техногенные условия формирования подземных вод и особенности их эксплуатации, то есть на построении картографической модели, учитывающей степень устойчивости качества подземных вод при различных воздействиях (природных или техногенных). При этом необходимо соблюдение следующих условий:
Концепция УПВ позволяет делать разноуровенные оценки:
Следует отметить, что карты УПВ особенно целесообразны в регионах с достаточно высокой изменчивостью геолого-структурного строения, гидрогеологических условий и техногенной нагрузки, когда имеется возможность использовать локально обобщенные данные для сравни- тельных эколого-гидрогеологических оценок территории исследований. В этом случае отбор и группировку факторов (факторных признаков) целесообразно выполнять в количественных показателях, отражающих в той или иной мере физическую сущность природного или техногенного воздействия на состояние питания или качество подземных вод, т.е. динамику (природу) процесса УПВ.
Разные уровни (масштабы) пространственного и временного проявления факторов УПВ определяют целесообразность их рассмотрения на двух иерархических уровнях:
Сочетание природных и техногенных факторов с учетом их иерархического деления дает возможность определить структуру картографической модели УПВ. Алгоритм создания карт УПВ сводится к картографированию отдельных параметров, характеризующих состояние ГС и техногенных объектов. На основе полученной информации проводится суммарная оценка УПВ в баллах и строится соответствующая интегральная карта.
Построение монопараметрических карт и оценка изменчивости отраженных на них абсолютных площадных (и временных) показателей позволяет отобрать наиболее значимые из них с учетом абсолютной и площадной неоднородности, т.е. способности к формированию зон 4быстрой миграции загрязнения в подземные воды, повышенного воздействия техногенных и природных факторов (утечки из водонесущих коммуникаций в ПГА, дополнительное инфильтрационное питание на массивах орошения, риск разрушения коммуникационных и промышленно-гражданских объектов в зонах тектонических нарушений и др.).
Анализ количественного и площадного распределения факторов и их интегральная картографическая оценка позволяют выделить относительно однородные участки территории, характеризующиеся равновеликими оценками возможного влияния природных и техногенных факторов на формирование показателя УПВ.
При увеличении числа суммируемых факторов растет комплексность оценки интегрального показателя УПВ. Для повышения уровня контрастности (разновидности) при интегральных оценках УПВ дополнительно к балльной шкале может быть привлечено использование весовых показателей. Представляется, что в регионах с устойчивым техногенным развитием показатель УПВ может оцениваться с учетом его динамики во времени, то есть для одной и той же территории можно выполнить сопоставление изменений характера УПВ в разные промежутки времени, рассчитанного в одинаковой совокупности факторов.
Показатель УПВ имеет тенденцию к развитию (к росту) преимущественно в силу техногенных причин (хозяйственная деятельность человека). Например, горнопромышленный район, особенно в период снятия шахт с эксплуатации (СШЭ), является территорией активного развития показателя УПВ. Поскольку техногенная деятельность приводит к росту УПВ, как правило, возрастает число факторов, негативно влияющих на состояние качества и количества ресурсов подземных вод.
Выполненный анализ свидетельствует, что карта УПВ является принципиально новым видом карт экологического состояния подземных вод — от обзорных до региональных и объектовых, где уже необходимы количественные оценки на уровне риска. Карта УПВ, учитывающая влияние большинства природных и техногенных факторов на изменение экологического состояния подземных вод, может служить моделью, способной отражать одну из сторон изменения состояния подземной гидросферы в процессе ее эволюции. Для оценки характера изменения показателя УПВ необходимо создание системы мониторинга параметров, характеризующих состояние ГС и техногенной нагрузки, а также степени их взаимодействия.
В целом изучение связи между изменениями интегрального показателя УПВ и изменениями значений (в баллах) ее отдельных факторов имеет большое практическое значение. Сочетание в балльном интегральном показателе количественных и качественных параметров в целом приближает его к полуколичественным (качественным и экспертным) оценкам. Многофакторные оценки условий формирования и использования подземных вод и их обобщение в виде интегрального показателя УПВ могут быть использованы как при оценке состояния эколого-гидрогеологических условий, так и при их предварительном прогнозе.
Показатель УПВ имеет тенденцию к развитию (к росту) преимущественно в силу техногенных причин (хозяйственная деятельность человека). Например, горнопромышленный район, особенно в период снятия шахт с эксплуатации (СШЭ), является территорией активного развития показателя УПВ. Поскольку техногенная деятельность приводит к росту УПВ, как правило, возрастает число факторов, негативно влияющих на состояние качества и количества ресурсов подземных вод.