Факторы изменения качества подземных вод Московской области

Введение

В сообщении представлены результаты анализа региональных данных мониторинга подземных вод Московской области, которые были любезно предоставлены нам Отделом Мониторинга подземных вод МНПЦ "Геоцентр-Москва". Анализ данных выполнялся в рамках договора с "Геолинком". Рассматривалось содержание растворенного железа в водозаборах подземных вод.

Подземные воды всех водоносных горизонтов карбона в пределах Московского артезианского бассейна могут считаться железосодержащими или железистыми, т.е. имеющими минерализацию менее 1 г/л и содержание железа выше 0,3 мг/л (Труфанов, 1982; Крайнов и др., 1987). По геохимической типизации железосодержащих вод рассматриваемые воды отнесены к маломинерализованным бескислородным и бессульфидным (Крайнов и др., 1982).

Повышенное содержание в воде железа по состоянию на конец 50-х - начало 60-х годов было характерно для всех распространенных на территории водоносных горизонтов - как эксплуатируемых, так и развитых в перекрывающей карбон мезозойско-кайнозойской толще. Максимальное количество растворенного в воде железа было отмечено тогда в окско-протвинском водоносном горизонте и составляло 5,3 мг/л (Гидрогеология СССР, 1966).

В последние 30 лет отмечено ухудшение качества подземных вод, добываемых водозаборами Московской области, 80% которых размещены в городах (Состояние окружающей среды..., 1996; Вакар и др., 1997). Прослеживается увеличение количества случаев опробования, при которых имеют место превышения ПДК по железу: Солнечногорский район - 64,8%, Павлово-Посадский - 57,2%, Талдомский - 45,9%, в том числе в Дубне - 60,4%, Ногинский - 45,5% (Электросталь), Клинский - 41,7%, Каширский - 41,1, Балашихинском (Железнодорожный) - 44,7%, Волоколамский - 44,8%, Раменский - 34,6%. Концентрация железа в воде колеблется от 0,1 до 13,5 мг/л (Состояние окружающей среды..., 1998).

Причины возникновения повышенного содержания железа в водозаборах Московской области рассматривались в работах (Гидрогеология СССР, 1966; Вартанян, Крайнов и др., 1997; Крайнов и др., 1982; Клюквин, Кочетков и др., 1997; Хордикайнен и др., 1999). Обобщая их можно выделить такие группы причин, влияющих на формирование повышенного содержания железа в водозаборных скважинах:

1. Естественные аномалии. Приуроченность гидрогеологических структур региона к крупным гидрогеохимическим провинциям, характеризуемым в естественных условиях повышенным содержанием железа в подземных водах продуктивных водоносных горизонтов.
2. Техногенное загрязнение. Наложение на региональный гидрогеохимический фон локальных техногенных процессов, таких как сброс в окружающую среду загрязненных железом стоков промышленного и сельскохозяйственного производства. При таком механизме формирования повышенной концентрации железа в подземных водах особую роль играют особенности залегания эксплуатируемых водоносных горизонтов и перекрывающих их толщ, а именно, положение кровли горизонта относительно поверхности земли. Воды карбона могут обогащаться железом в периферической полосе распространения водоносных горизонтов, на участках непосредственного их залегания под четвертичными и мезозойскими отложениями тогда, когда горизонт является первым от поверхности земли горизонтом карбона и слабо защищен. К техногенному загрязнению можно также отнести привлечение воды с высокими концентрациями железа из верхних водоносных для восполнения эксплуатационных запасов водозаборов горизонтов на участках развития болотных почв, торфяников.
3. Загрязнение из скважин. Плохое состояние эксплуатационных скважин, при котором загрязнение поступает либо непосредственно из корродированных труб в скважинах, либо по плохо изолированным затрубным пространствам скважин. К этой же группе причин повышения содержания в воде железа можно отнести и плохое состояние труб в системе водоснабжения.
4. Техногенноиндуцированное загрязнение. Изменение гидрогеохимических условий в водоносных горизонтах, ведущее к увеличению концентрации железа, находящегося в естественных условиях в породах водоносных горизонтов и разделяющих слоев. Изменение условий связано с такими факторами, как превращение напорных горизонтов в безнапорные при образовании воронок депрессии в результате интенсификации водоотбора, взаимодействие пород с привлеченными к водозаборам речными водами и водами четвертичных отложений, имеющими другой химический состав.

На эту последнюю группу причин хотелось бы обратить особое внимание. В последнее время появилось большое количество зарубежных публикаций, в которых рассматривается проблематика индуцированного хозяйственной деятельностью геогенного загрязнения подземных вод тяжелыми металлами. Например, Schmitt и Schenk в статье, опубликованной в 1997 г., указывают, что попадающие в подземные воды нитраты в анаэробных условиях могут использоваться тионовыми бактериями вместо кислорода, что создает условия для окисления сульфидных соединений и высвобождения связанных в них тяжелых металлов, миграционная способность которых повышается и за счет сопровождающего процесс увеличения кислотности среды. Надо отметить, что нитраты часто рассматриваются как второй после кислорода источник электронов и при разложении нефтяного загрязнения, фенолов и др. (Kaluarachchi et al, 2000; Broholm, Arvin, 2000; Fryar et al, 2000; Broholm et al, 2000; Tuccillo et al, 1999). Следует отметить, что нитраты являются характерным компонентом загрязненных грунтовых и поверхностных вод в Московской области.

Исходя из возможной окисляющей роли нитратов можно уточнить представление о роли мезозойско-кайнозойских толщ, перекрывающих водоносные горизонты в карбоне. В условиях интенсификации перетекания через эту толщу под влиянием водоотбора и перестройки взаимосвязи подземных вод между собой и с поверхностными водами на значительной территории области, роль бат-келловейских и келловей-оксфордских отложений в увеличении содержания железа в водозаборах может быть заметной. Отложения юры и мела в Московской области содержат большое количество железистых соединений, особенно пирита. Его мобилизация при прохождении воды сверху через эти отложения возможна при наличии в поступающей воде окислителей, каковыми являются, прежде всего, кислород и нитраты. Нитраты присутствуют в речных и особенно в грунтовых водах, поэтому при фильтрации поверхностных или грунтовых вод через меловые и юрские отложения, содержащие большое количество органики, кислород в первую очередь расходуется на ее деградацию, а нитраты, реагируя с пиритом или нейтральным железом, разлагаются сами и в результате в фильтрующейся воде увеличивается содержание растворенного железа. Одновременно можно ожидать в воде повышенное содержание аммонийного азота, а также превышение по сравнению с фоновыми значениями концентрации сульфат-иона. Аммоний является компонентом, который хорошо сорбируется водовмещающими отложениями в анаэробных условиях, поэтому повышение его концентрации в подземных водах может и не происходить.

В результате в водоносных горизонтах карбона, особенно первых от поверхности земли, должно повышаться содержание растворенного железа именно на участках распространения юрских и меловых пород. Эта причина увеличения количества растворенного железа в водозаборах противоречит представлению о защищенности водоносных горизонтов юрскими глинами. По отношению к растворенному железу эта толща может и не быть защитной.

Анализ региональных данных

Региональные данные мониторинга подземных вод Московской области использованы нами, для того, чтобы попытаться установить связь между содержанием в отбираемой водозаборами воде железа и величинами, характеризующими те причины повышения количества железа в воде, о которых говорилось выше.

Для этого использованы составленные в Отделе государственного мониторинга подземных вод МНПЦ "Геоцентр-Москва" "Карты оценки естественной гидрохимической аномалии по содержанию железа в подземных водах" клязьминско-ассельского, касимовского, подольско-мячковского, каширского и окско-протвинского водоносных горизонтов. Они характеризуют период с 01.01.1996 по 01.07.2000. Всего на карты вынесено 2138 проб, из них на клязьминско-ассельский водоносный горизонт приходится 423, касимовский - 494, подольско-мячковский - 880, каширский - 136, окско-протвинский - 205. Пробы воды разделены на четыре группы по следующим признакам: количество железа в воде менее 0,3 мг/л (менее ПДК); от 0,3 до 1,0 мг/л (1 - 3 ПДК); от 1 до 3 мг/л (3 - 10 ПДК); более 3 мг/л (более 10 ПДК). По всей выборке пробы с содержанием железа менее 1 ПДК составляют 31%, от 1 до 3 ПДК - 33%, от 3 до 10 ПДК - 28% и более 3 ПДК - 8%.

Действующие причины (факторы), влияющие на увеличение концентрации в воде железа, можно объединить в две группы: группа внешних и группа внутренних факторов. К первой группе относятся: подток воды из рек, грунтовых вод, вышележащих водоносных горизонтов, содержание железа в которых повышено и, по крайней мере, выше, чем в подземных водах карбона; попадание в водоносные горизонты загрязненных стоков; подтягивание болотных вод и т.д. Ко второй группе факторов относятся те, которые обусловлены геологическим строением водовмещающих и перекрывающих толщ и изменением окислительно-восстановительной обстановки при изменении условий восполнения водоносных горизонтов при их эксплуатации. К ним относится извлечение железа из пород при фильтрации воды через толщу юрских глин.

В табл. 1 приведено количество проб воды с разным содержанием железа отдельно по каждому из эксплуатируемых водоносных горизонтов области.

*Название водоносных горизонтов приняты по (Методические рекомендации..., 1978).

Количество проб с содержанием железа менее 1 ПДК увеличивается от 18% в клязьминско-ассельском горизонте до 47 - в каширском, суммарное количество проб с водой, в которой железа менее 1 мг/л, преобладает во всех горизонтах и увеличивается от 55% в клязьминско-ассельском до 79% - в каширском. В водоносных горизонтах верхнего и среднего карбона можно заметить возрастание количества проб воды с содержанием железа менее 1 ПДК с увеличением возраста водовмещающих пород, в то же время количество проб с содержанием железа свыше 3 мг/л уменьшается в этом же направлении. В окско-протвинском горизонте такая закономерность нарушается - количество проб с чистой водой в нем меньше, чем в каширском. В сумме количество проб с железом менее 1 мг/л равно 74%, т.е. тоже несколько меньше, чем в каширском. Количество воды с высоким содержанием железа (более 3 мг/л) здесь в два раза выше, чем в каширском горизонте и сопоставимо с этой характеристикой подольско-мячковского горизонта.

Таким образом, наиболее сильно "загрязнена" железом вода в клязьменско-ассельском водоносном горизонте, а менее всего - в каширском. Каширский водоносный горизонт вообще несколько выпадает из прослеживаемой закономерности. Без него четко прослеживается увеличение количества проб с чистой водой от водоносных горизонтов в верхнекаменноугольных отложениях до водоносного горизонта в нижнекаменноугольных. Такое распределение количества проб с разным содержанием железа в водозаборах из разных горизонтов, по нашему мнению, связано с тем, что водоносные горизонты в верхнекаменноугольных отложениях, эксплуатируются на северо-востоке территории Московской области, в зоне погружения кровли карбона и увеличения мощности перекрывающих толщ юры и мела. Подольско-мячковский водоносный горизонт в отложениях среднего карбона эксплуатируется, главным образом в центральной части Московской области, где юрские глины имеют меньшую мощность а местами и размыты. Окско-протвинский водоносный горизонт, эксплуатируемый в юго-западных районах области, чаще всего перекрыт только четвертичными отложениями, а юрские глины занимают незначительные площади. Таким образом, "чистая" по железу вода скорее всего приурочена к областям размыва - частичного или полного - юрских глин, а также останцового распространения меловых толщ. Следует отметить уменьшение количества проб с очень высоким содержанием железа в воде от водоносных горизонтов в более молодых отложениях карбона к более глубоким водоносным горизонтам. Исключение из отмеченных закономерностей каширского горизонта может быть связано с тем, что он эксплуатируется в меньшей степени, чем другие водоносные горизонты карбона.

Анализ данных по горизонтам говорит о возможном влиянии толщи юрских глин и водоносных горизонтов в отложениях мезозоя на увеличение количества растворенного железа в воде, т.е. о наличии внутреннего фактора, приводящего к увеличению количества железа в воде.

Для проверки такого предположения использовано гидрогеологическое районирование территории центральных областей России. По особенностям геологического строения и условиям формирования и распространения подземных вод на территорию Московской области попадают такие гидрогеологические районы (Гидрогеология СССР, 1966):

1. Юго-западный склон Московского артезианского бассейна (IV гидрогеологический район), характеризующийся непосредственным залеганием водоносных горизонтов среднего карбона под четвертичными отложениями.
2. Центральная часть Московского артезианского бассейна (V гидрогеологический район), в пределах которого широко развита глинистая толща юры, перекрывающая водоносные горизонты среднего и верхнего карбона.
3. Крайние восточные части территории области не принадлежат Московскому артезианскому бассейну и попадают в пределы Сурско-Хоперского и Волго-Камского артезианский бассейнов (VI гидрогеологический район). В геоморфологическом отношении это - Мещерская низменность.
4. Северная оконечность области располагается еще в одном гидрогеологическом районе - области наиболее глубокого погружения фундамента (VIII гидрогеологический район). Главнейшими особенностями, определяющими гидрогеологические условия, являются большая мощность осадочной мезозойско-кайнозойской толщи, перекрывающей каменноугольные водоносные горизонты, практически повсеместное распространение глинистой мощной толщи верхнеюрских отложений.

С учетом этого гидрогеологического районирования и исходя из поставленной задачи разделим территорию Московской области на три зоны (рис. 1). Первая зона - зона отсутствия юрских отложений и непосредственного залегания водоносных горизонтов карбона под четвертичными отложениями. Она совпадает с IV гидрогеологическим районом. В четвертичных отложениях распространен безнапорный поток подземных вод, который повсеместно гидравлически связан с водоносными горизонтами в отложениях карбона. В эту зону входят территории большей части Лотошинского района, весь Шаховской, Каширский и Серпуховской районы, почти весь Можайский за исключением небольшого участка на востоке, западная часть Волоколамского, юго-западные части Рузского, Наро-Фоминского районов, юг Чеховского района. На территории административных районов, попадающих в эту зону, на участках распространения юрских отложений их мощность, в основном, не превышает 10 м, иногда составляя 10 - 30 м (Гидрогеология СССР, 1966).

Вторая зона характеризуется широким распространением юрских отложений и останцов меловых (редко - неогеновых) при наличии размывов вплоть до отложений верхнего и среднего карбона, преимущественно по долинам рек (западная, южная и восточная части гидрогеологического района V и район VI). К этой зоне относятся западные части Клинского, Истринского и Одинцовского районов, центральная часть Наро-Фоминского района, Рузский, Подольский, Домодедовский, почти весь Ступинский, Ленинский, Балашихинский, Люберецкий, Раменский, Воскресенский, Егорьевский, Зарайский, Серебряно-Прудский, Шатурский районы, восточная часть Коломенского, южная Щелковского, большие части Ногинского, Павлово-Посадского и Орехово-Зуевского районов. Зона характеризуется, в основном, мощностью юрских глин 10 - 30 м и менее 10 м, реже имеются значения мощности 30 - 50 м. Первый от поверхности земли единый безнапорный поток подземных вод развит в мезозойско-кайнозойских отложениях и на водоразделах отделен от напорных горизонтов в каменноугольных отложениях юрскими глинами, а также мореной днепровского оледенения. В долинах рек, где юра и морена размыты, возможна гидравлическая связь этих потоков.

Третья зона характеризуется сплошным распространением юрских отложений и перекрывающих их меловых толщ (северная часть гидрогеологического района V и район VIII). В эту зону попадают восточные части Наро-Фоминского, Одинцовского, Истринского, Клинского районов, полностью Солнечногорский, Красногорский, Химкинский, Мытищинский, Пушкинский, Сергиев-Посадский, Дмитровский, Талдомский районы, северо-восток Щелковского и Павлово-Посадского. Мощность глинистых толщ юры здесь составляет 10 - 30 м в южной части зоны и более 50 м - на севере. В перекрывающей толще развиты два потока подземных вод - безнапорный в четвертичных отложениях и напорный - в мезозойских отложениях. Гидравлическая связь верхних потоков подземных вод с подземными водами в каменноугольных отложениях может иметь место только в долинах больших рек, совпадающих с древними ложбинами стока.

Для проверки предположения о роли состава перекрывающей толщи в формировании повышенного содержания железа проведен анализ количества проб с разным содержанием железа по районам Московской области, попадающим в эти три выделенные зоны. Пробы с разным количеством железа даны в сумме по всем горизонтам, эксплуатируемым в районах Московской области. Данные для такого анализа приведены в табл. 2. Отмечаются следующие закономерности:

• в первой зоне, где первыми от поверхности земли являются окско-протвинский, каширский и, в меньшей степени, подольско-мячковский водоносные горизонты, перекрытые только четвертичными отложениями, количество проб воды с содержанием железа менее 0,3 мг/л в составляет 0 - 63,6%, что в среднем дает 48% всех проб, менее 0,9 мг/л - 78%, отсутствие проб с содержанием железа менее 0,3 мг/л в Можайском районе возможно объясняется тем что в рассматриваемый период соответствующие скважины не опробовались;
• во второй зоне, где первым от поверхности земли практически всегда является подольско-мячковский горизонт, перекрытый толщей юрских глин с гидрогеологическими "окнами", количество проб с чистой по железу воде меняется от 14,4 до 57,4%, в среднем уменьшаясь по сравнению с первой зоной до 31%, количество проб с водой условно чистой практически остается неизменным (77%);
• в третьей зоне, где первыми от поверхности земли эксплуатируемыми водоносными горизонтами карбона являются касимовский и клязминско-ассельский, перекрытые сплошной толщей юрских глин и водоносным горизонтом в отложениях юры и мела, процент проб с чистой водой уменьшается до 24, а с условно чистой - до 60%.

Анализ данных табл. 2 показывает, что в пределах выделенных зон существуют районы с аномальными значениями концентрации железа. Так, обращает на себя внимание тот факт, что в Шатурском районе процент проб с железом менее 1 ПДК выше, чем по другим районам второй зоны. Кроме того, в третьей зоне из общего ряда значений количества разных проб выпадают два района - Красногорский и Мытищинский, которые по характеристикам ближе к районам из первой зоны. По-видимому, эти районы, особенно их южные части, могут быть отнесены к районам первой зоны, поскольку здесь имеются участки, где касимовский водоносный горизонт залегает непосредственно под четвертичными отложениями и юра размыта.

Результат анализа опробования по зонам подтверждает предположение о влиянии состава перекрывающих толщ на количество железа в воде водозаборов. Проведенный нами приближенный анализ современных данных о распределении проб воды с разным содержанием железа, противоречит оценке роли верхнеюрских глин как экрана, защищающего от проникновения в воду железа, а так же показывает недооценку роли строения перекрывающей карбон толщи в целом.

Статистический анализ

Далее была сделана попытка оценить влияние отдельных указанных выше причин на формирование той картины с содержанием в воде железа, которая отражена в данных анализов, представленных на упоминавшихся ранее картах естественной гидрохимической аномалии по содержанию железа в подземных водах. Для чего были использованы опубликованные данные по районам Московской области

Для оценки применена процедура факторного анализа в обычной постановке. В качестве N объектов выступают районы Московской области. В качестве n наблюдаемых случайных величин (признаков) используются редуцированные данные Отдела мониторинга подземных вод и данные, характеризующие в каждом районе области действующие внутренние и внешние причины (факторы), влияющие на увеличение содержания железа в водозаборных скважинах.

Из 39 районов области исключено 6, это - районы, в которых наблюдения, вынесенные на карты, либо отсутствуют, либо количество проб по району меньше или равно 2. Всего рассматриваются 33 района, т.е. количество объектов N = 33. Исходные наблюдаемые переменные факторного анализа (табл. 3) представляют собой процентное содержание проб воды с количеством в них железа по градациям, соответствующим выделенным на исходных картах: менее 0,3 мг/л, от 0,3 до 0,9 мг/л, от 0,9 до 3 мг/л, более 3 мг/л. Пробы внутри района суммированы по всем водоносным горизонтам, эксплуатируемым в районе. Такая модель наблюдаемых величин принята потому, что информация об остальных влияющих факторах имеется именно по районам. Кроме того, при выявлении общих для всех переменных факторов рассмотрение всей совокупности эксплуатируемых водоносных горизонтов в отложениях карбона в целом отвечает существующей ситуации, сложившейся под влиянием многолетней их эксплуатации.

В качестве наблюдаемых характеристик (признаков) рассматриваются также величины, количественно отражающие сформулированные выше внешние и внутренние факторы, влияющие на формирование повышенного содержания железа в воде.

Внешние факторы На территории области они могут быть охарактеризованы следующими величинами: процентом площади района, занятой индустриальными предприятиями, который определяет степень загрязнения поверхности земли и зоны аэрации, через которую идет инфильтрация атмосферных осадков; процентом застроенных территорий в районе, который также характеризует поверхностное загрязнение; процентом заболоченных территорий, характеризующим возможное привлечение болотных вод в водоносные горизонты; интенсивностью сбросов загрязняющих веществ со сточными водами, которая косвенно характеризует загрязнение поверхностных вод, привлекаемых к восполнению эксплуатационных запасов подземных; интенсивностью водоотбора подземных вод, который характеризует нагрузку на водоносные горизонты и степень сработки естественных запасов подземных вод. Проценты индустриальных, застроенных и заболоченных земель в взяты из (Состояние окружающей среды..., 1998), данные о сбросах загрязняющих веществ со сточными водами - с карты масштаба 1:200 000 "Состояние окружающей среды Московской области" государственного комитета по охране окружающей среды, Правительства и экологического фонда Московской области, 2000 г. Интенсивность водоотбора рассчитана по величинам отбора подземных вод по районам Московской области за 1993 г. (данные мониторинга подземных вод), разделенным на площадь районов, вычисленную по карте масштаба 1:1 250 000. Характеристики, относящиеся к внешним факторам, и обозначения их как переменных величин факторного анализа, приведены в табл. 4.

Внутренние факторы. Измеренных характеристик их в нашем распоряжении не имеется из-за отсутствия опубликованных сведений о степени загрязнения поверхностных и, особенно, грунтовых вод нитратами и другими компонентами, приводящими к изменению окислительно-восстановительной обстановки в водоносных горизонтах карбона. Косвенным показателем может служить связь между количеством проб с содержанием железа в воде более ПДК и наличием или отсутствием юрских глин и их мощностью. Характеристика верхнеюрских глин дана в двух вариантах: как доля площади района, на которой отсутствуют верхнеюрские глины и как средневзвешенная величина их мощности по площади района с учетом участков, где юрские глины отсутствуют. Характеристики внутренних факторов и обозначения их как переменных величин в факторном анализе так же приведены в табл. 4.

Факторный анализ проведен с выделением двух и трех ведущих факторов, в которые могут быть объединены все наблюдаемые переменные. Расчет проведен с выделением двух и трех факторов, с вращением методами нормализованного варимакса. Все варианты расчета дали один и тот же результат, приведенный в табл. 5.

Более интерпретируемые результаты получены при выделении трех факторов. Довольно четко выделился первый фактор, который характеризует техногенную нагрузку на территорию. В нем наибольший вес имеют водоотбор (факторная нагрузка 0,84), сброс загрязняющих веществ (0,77), застройка и индустриализация территории (0,80 и 0,77, соответственно). Этот фактор определяет с высоким вкладом количество проб воды с экстремальным содержанием железа - более 3 мг/л (факторная нагрузка 0,72). Собственное значение фактора равно 3,709045.

Второй фактор объединяет характеристики перекрывающей толщи - наличие размывов в юре и ее средневзвешенную по району мощность. Их факторные нагрузки имеют обратные знаки: -0,72 и 0,82, соответственно. Со вторым фактором связаны количество проб с содержанием железа от 0,9 до 3 мг/л (факторная нагрузка 0,70) и количество проб с содержанием железа менее 0,3 мг/л (факторная нагрузка -0,81). Нагрузки двух переменных - количество размывов в юре и количество проб с концентрацией менее 0,3 мг/л - имеют одинаковый знак. Собственное значение второго фактора равно 2,386815.

Наконец, заболоченность территории составляет третий фактор, с которым не связана ни одна из рассмотренных переменных. Его факторная нагрузка равна 0,81, а наиболее высокое значение факторной нагрузки из остальных переменных имеет количество проб с содержанием железа от 0,3 до 0,9 мг/л, но оно невелико и равно 0,58. Собственное значение фактора составляет 1,296919, т.е. он значим.

Таким образом, при всей приближенности исходных данных при разных способах анализа четко прослеживаются следующие закономерности:

• техногенные факторы являются причиной появления в воде экстремальных (свыше 10 ПДК) количеств железа;
• содержание в воде достаточно большого количества железа (от 3 до 10 ПДК) зависит от мощности юрских отложений - чем больше мощность, тем чаще встречена вода с таким количеством железа; в то же время, наличие размывов в юрских глинах влияет на этот показатель наоборот - чем больше площадь гидрогеологического "окна", тем реже пробы с таким превышением ПДК; зависимость количества проб с чистой водой от мощности юры обратная - чем больше мощность, тем реже такие пробы встречаются в районе;
• заболоченность территории не влияет на количество железа в воде водоносных горизонтов карбона.

Выводы

Исходя из анализа общей гидрогеологической обстановки при эксплуатации водоносных горизонтов в отложениях карбона на территории Московской области можно предположить, что существенное влияние на формирование качества подземных вод оказывает перетекание из вышележащих водоносных горизонтов через перекрывающие толщи юрских и меловых отложений. Это обстоятельство дает основание предполагать, что строение перекрывающей толщи может иметь решающее значение в формировании повышенного количества железа в водозаборах подземных вод.

На основании этого предположения выделены три зоны с различными условиями формирования повышенного содержания в воде железа - южная, центральная и северная. Наличие этих зон подтвердилось данными о количестве проб с различным содержанием железа в воде, по которым так же установлены границы зон.

Факторы, влияющие на формирование повышенного содержания в воде железа, разделены на две группы: внешних и внутренних факторов.

К внешним отнесены все факторы, которые характеризуют формирование повышенного содержания в воде железа за счет привлечения со стороны, а именно: привлечения грунтовых, болотных, речных вод, вод из вышележащих водоносных горизонтов с высоким содержанием железа; при инфильтрации атмосферных осадков через загрязненную зону аэрации на промышленных и селитебных территориях и т.п. Для количественной оценки в группе внешних факторов приняты: процент индустриальных и селитебных земель в районах области; интенсивность водоотбора подземных вод; интенсивность сброса загрязнения со сточными водами; заболоченность территории.

К внутренним отнесены те факторы, которые связаны с процессами, возникающими внутри водоносных горизонтов и перекрывающих их толщ при фильтрации через них воды при эксплуатационном водоотборе. Для количественной оценки в качестве внутренних факторов приняты мощность юрских глин и наличие гидрогеологических "окон" в них.

Оценка роли внешних и внутренних факторов проведена с помощью факторного анализа, который показал следующее:

• селитебная и промышленная нагрузки на территорию вместе с интенсивностью водоотбора и сброса загрязнения являются причиной появления в воде экстремальных (свыше 10 ПДК) количеств железа;
• содержание в воде достаточно большого количества железа (от 3 до 10 ПДК) зависит от мощности юрских отложений - чем больше мощность, тем чаще встречена вода с таким количеством железа, причем, чем больше площадь гидрогеологических окон в верхнеюрских отложениях, тем реже встречены пробы с таким превышением ПДК;
• зависимость количества проб с чистой водой от мощности юры обратная - чем больше мощность, тем реже такие пробы встречаются в районе;
• заболоченность территории не влияет на количество железа в воде водоносных горизонтов карбона; это положение согласуется с полученными данными о малом содержании органики в пробах воды при гидрохимических опробованиях.

Полученные выводы являются качественной оценкой ситуации с повышенным содержанием железа в водозаборах Московской области и их достоверность определяется представительностью использованной информации мониторинга подземных вод. В то же время, они показывают определенные возможности использования этих данных для оценки перспектив получения уровня загрязнения железом воды в водозаборах, где отсутствуют многолетние наблюдения.

Литература

1. Вакар Н.Г., Вилькович Р.В., Зеегофер Ю.О., Плитман С.И., Овсянников В.М. Перспективы использования индивидуальных систем водоподготовки в Московской области.Экологические проблемы регионов России. Московская область, информационный выпуск N 5, М., 1997, с. 66-80.
2. Вартанян Г.С., Крайнов С.Р., Шеко А.И., Соболев В.И., Парфенов С.И., Постоев Г.П. Экологические проблемы Московского региона. Разведка и охрана недр, N 8-9, 1997, с. 66-70.
3. Гидрогеология СССР, т.I. Московская и смежные области. М., Недра, 1966.
4. Клюквин А.Н., Кочетков Б,В., Ефремов Д.И. Подземные воды в системе водоснабжения Москвы. Гидрогеология и инженерная геология, 1997, 34-40.
5. Крайнов С.А., Соломин Г.А., Василькова И.В., Крайнова Л.П., Анкудинов Е.В., Гудзь З.Г., Шпак Т.П., Закутин В.П. Геохимические типы железосодержащих подземных вод с околонейтральной реакцией. Геохимия, N 3, 1982, 400-420.
6. Состояние окружающей среды Московской области в 1995 году. Государственный доклад. М., 1996.
7. Состояние окружающей среды Московской области в 1997 году. Государственный доклад. М., 1998.
8. Труфанов А.И. Формирование железистых подземных вод. М.: Наука, 1982.
9. Хордикайнен М.А., Куренной В.В., Гродзенский В.Д. Экологические аспекты интенсивного отбора подземных вод в Московском регионе. "Экологические проблемы гидрогеологии". Восьмые Толстихинские чтения (16-17 ноября 1999 г.). Санк-Петербург, 1999.
10. Broholm M.M., Aryin E. Biodegradatijn of phenols in a sandstone aquifer under aerobic conditions and nitrate and iron reducing conditions. J. of Contaminant Hydrology, 44, 2000, 239-273.
11. Broholm M.M., Crouzet C., Aryin E., Mouvet C. Concurrent nitrate and Fe(III) reduction during anaerobic biodegradation of phenols in a sandstone aquifer. J. of Contaminant Hydrology, 44, 2000, 275-300.
12. Fryar A.E., Macko S.A., Mullican III W.F., Romanak K.D., Bennet P.C. Nitrat reduction during ground-water recharge, Southern High Plains, Texas. J. of Contaminant Hydrology, 40, 2000, 335-363.
13. Kaluarachchi J.J., Cvetkovic V., Berglund S. Stochastic analysis of oxygen- and nitrate-based biodegradation of hydrocarbons in aquifer. J. of Contaminant Hydrology, 41, 2000, 335-365.
14. Tuccillo M.E., Cozzarelli I.M., Herman J.S. Iron reduction in the sediments of a hydrocarbon-contaminated aquifer. Applied Geochemistry 14, 1999, 655-667.