Оцінка впливу гіпсового карсту на стік хімічних речовин у верхній частині басейну Дністра

Реферат на тему:

Оцінка впливу гіпсового карсту на стік хімічних речовин у

верхній частині басейну Дністра

Оцінена частка підземного водного стоку та стоку сульфатів у карстовій водоносній системі західних областей України. Визначений об'єм гіпсу, що виноситься підземними водами з товщі сульфатних відкладів.

Закарстовані породи широко розвинуті на території Придністров'я. Завдяки значному поширенню вапняків та гіпсів, що на значних площах розташовані на незначній глибині, а подекуди виходять на денну поверхню, тут дуже широко розвинуті поверхневі карстові форми — западини, лійки, понори. Території з напівпокритим та відкритим карстом справляють істотний вплив на формування як ресурсів поверхневих та підземних вод, обумовлюючи перерозподіл стоку, так і хімічного складу природних вод [Дрозд, 1966, Иванов, Дрозд, 1969].

Хімічний склад руслових вод басейну Дністра формується у різних грунтово-геологічних та кліматичних умовах. У гірській частині Дністер та його притоки проходять по піщано-глинистих породах флішу, аргілітах, пісковиках, бідних розчинними солями. Велика кількість опадів, літологічний склад порід та характер ґрунтів обумовлюють малу мінералізацію річкових вод. Наявність у передгір'ях Карпат мінералізованих вод соляних родовищ (Солотвинське родовище кам’яної солі, Калуське родовище калійних солей та інші) справляє вплив на хімічний склад річкових вод, обумовлюючи збільшення у них вмісту хлоридних іонів. Однак, завдяки значній кількості опадів, мінералізація річкових вод не перевищує 300 мг/дм3.

Дещо інакше формується хімічний склад поверхневих вод лівих приток Дністра. На них тут справляють вплив багаті карбонатами та сульфатами неогенові та більш древні відклади. Розвиток карсту в середовищі вапняків та гіпсів сприяє збагаченню підземних вод сульфатами, гідрокарбонатами та іонами кальцію. Розвантаження збагачених такими іонами вод у річкову мережу сприяє підвищенню мінералізації річкових вод.

Зазначене обумовило необхідність оцінки впливу карсту на водний та хімічний стік річок верхньої частини басейну Дністра.

Одна з найяскравіших форм міграції речовини, що безперервно відбувається на Землі - кругообіг води. Хоча маса води в річках та атмосфері становить дуже незначну частку загальної кількості її на Землі, саме ця частина гідро­сфери є найдинамічнішою. Завдяки тому що вода, після повітря, є найбільш рухливою речовиною на Землі, вона є головною причиною руху інших хімічних сполук [Алекин, Бражникова, 1964]. Річкова вода, у свою чергу, є найактивнішою частиною гідросфери і в процесі стоку здійснює величезну роботу по перенесенню розчинених речовин в океани.

Результати багаторічних спостережень за стоком та хімічним складом води Дністра та його приток, виконаних підрозділами Гідрометслужби, дозволили оцінити вплив карсту на хімічний стік.

На території досліджень стік формується переважно в зимово-весняний період (лютий-травень) завдяки таненню снігу та випадінню дощів, а також у теплий період року під час випадіння дощів зливового характеру. На більшій частині території у період весняної повені проходить 40−50% річного стоку. Формування хімічного складу руслових вод у період повені здійснюється переважно за рахунок поверхневого стоку. У залежності від метеорологічних умов зимово-весняного періоду мінералізація цих вод коливається у значних межах. Як видно з таблиці 1, вміст сульфат-іонів (іона, який є індикатором розвитку сульфатного карсту) зростає в зоні розвитку сульфатних відкладів — починаючи з ділянки нижче водпоста Самбір до водпоста Заліщики.

Таблиця 1. Осереднені за сезон значення вмісту сульфат-іонів у воді Дністра, мг/дм3.

Зростання вмісту сульфатів у цій зоні спостерігається в усі сезони, однак найбільш характерне воно для періоду межені - літньої та зимової. В цей період вміст сульфатів коливається від 30−35 мг/дм3 по посту Самбір до 55−80 мг/дм3 по посту Заліщики. Деяке зниження вмісту сульфатів на ділянці Заліщики — Жванець (до 43−60 мг/дм3) обумовлене, певно, надходженням вод лівобережних притоків, водозбірні басейни яких знаходяться за межами зони розвитку гіпсів. Подальше незначне підвищення вмісту сульфатів (до 52−66 мг/дм3) можна пояснити розвантаженням вод глибокозалягаючих водоносних горизонтів.

Для періоду весняної повені та осінніх паводків характерне поступове зростання вмісту сульфатів від 30−35 мг/дм3 по посту Самбір до 50−55 мг/дм3 — по посту Могилів-Подільський. У ці сезони також спостерігається деяке зменшення (до 40−45 мг/дм3) вмісту сульфатів по посту Жванець.

Відповідно до зміни водності та вмісту іонів уздовж ріки, змінюється іонний стік, як загальний, так і стік сульфат-іонів.

У період весняної повені спостерігається максимальне винесення іонів із території водозборів (табл. 2). По посту Самбір (знаходиться вище зони розповсюдження гіпсо-ангідритів) цей показник становить 48%, по решті постів він коливається в межах 31−38%. На літній період припадає, відповідно, 17 та 22−29% загального іонного стоку. За осінній період Дністер біля Самбора виносить 12% загального іонного стоку, за зимовий — 23%.

Таблиця 2. Частка сезонного іонного стоку в річному, %.

Для решти постів осіння та зимова частка іонного стоку практично однакова — по 18−20%.

Сульфати протягом року виносяться водами Дністра також нерівномірно. Для поста Самбір, який знаходиться вище зони розвитку гіпсо-ангідритів, характерний свій розподіл стоку сульфатів: 50% їх виноситься весною, 17 влітку, 12 восени і 21 — узимку. Решта постів характеризується приблизно однаковим міжсезонним розподілом стоку сульфатів: 34−39% річного стоку сульфатів припадає на весну, 20−28 — на літо, 13−17 — на осінь і 20−24 — на зиму.

Більш рівномірний протягом року розподіл стоку сульфат-іонів можна пояснити буферною ємністю підземного сульфатного карсту — здатністю поглинати маломінералізовані води весняного сніготанення та дощові опади, затримувати їх у підземних колекторах, насичуючи сульфат-іонами та поступово віддавати у річкову мережу.

Важливою проблемою є розрахунок частки підземного стоку, що проходить через закарстовану гіпсо-ангідритову товщу [Claassen, 1981], призводячи до розчинення порід, наслідком чого є збільшення об'єму підземних порожнин та утворення провалів.

За розрахункову ділянку ми прийняли частину басейну Дністра, обмежену водпостами Самбір та Жванець. Склавши баланс стоку сульфатів з цієї території, можна орієнтовно оцінити стік підземних вод, що проходить крізь закарстовані породи:

Rн = Rв + Rо + Rк, де: Rнстік сульфатів через нижній замикаючий переріз (водпост Жванець);

Rв — стік сульфатів через верхній замикаючий переріз (водпост Самбір);

Rо — кількість сульфатів, що надходить на даний водозбір з атмосферними опадами;

Rк — кількість сульфатів, що надходить з даного водозбору за рахунок розчинення гіпсів.

Маючи складові частини балансу стоку сульфатів із території (стік та хімічний склад природних вод), неважко розрахувати частку стоку сульфатів, що формується за рахунок розчинення гіпсів.

Щороку через переріз водпоста Самбір Дністер вносить на ділянку 33,5 тис. тон розчиненого сульфату кальцію. Крім того, з атмосферними опадами на площу водозбору між водпостами Самбір та Жванець випадає близько 37,2 тис. тон сульфату кальцію [Галущенко, 1977, Ромась, 1979]. Через розрахунковий переріз (водпост Жванець) Дністер виносить 460 тис. тон сульфату кальцію. Таким чином, із закарстованих сульфатних порід території водозбору, обмеженої водпостами Самбір та Жванець, щороку виноситься близько 390 тис. тон розчиненого сульфату кальцію. Таким чином, можна стверджувати, що за рахунок розчинення порід гіпсо-ангідритової товщі у басейні Дністра вище водпоста Жванець формується 85% стоку сульфатів кальцію. Враховуючи ту обставину, що розчинення гіпсів відбувається, переважно, по тріщинах, можна вважати, що об'єм підземних порожнин щороку збільшується на 210 тис. м3.

Користуючись формулою розрахунку іонного стоку R, можливо розрахувати об'єм води W, необхідної для розчинення такої кількості гіпсу:

W = Rк / dC,.

де: dC — приріст мінералізації природних вод за рахунок розчинення гіпсу.

Завдяки багаторічним польовим дослідженням, виконаним у найдовших гіпсових печерах світу (Оптимістична, Озерна, Попелюшка), досліджений хімічний склад підземних вод, приурочених безпосередньо до сульфатних порід [Аксьом, Хільчевський, 2000]. Установлено, що, проходячи крізь товщу гіпсо-ангідритових відкладів, мінералізація підземних вод за рахунок розчинення сульфату кальцію збільшується на 1,56 г/дм3.

Таким чином, для переведення в розчинений стан зазначеної вище кількості сульфату кальцію, крізь товщу гіпсо-ангідритових відкладів повинно щороку проходити близько 2,5 м³ води, що відповідає 7,3 мм шару стоку.

На поверхню басейну Дністра випадає 645 мм опадів, із яких 541 мм витрачається на випаровування і 141 мм — на сумарний стік [Галущенко, 1977]. Підземний стік становить 35 мм, з яких частка карстової складової стоку становить 21%.

Таким чином, виконані дослідження дозволили визначити об'єм гіпсу, що виноситься підземними водами з товщі сульфатних порід, а також оцінити частку підземного стоку, яка проходять крізь цю товщу. Наведені цифри є в достатній мірі орієнтовними. Для одержання більш достовірних значень необхідно продовжити дослідження з метою уточнення структури водного та сольового балансу та його компонентів.

Список літератури.

1. Claassen H.C. Estimation of Calcium Sulfate Solution Rate and Effective Aquifer Surface Area in a Ground-Water System Near Carlsbad, New Mexico. //Ground Water, 1981, v. 19. — p. 287−297. 2. Аксьом С. Д., Хільчевський В.К. Особливості хімічного складу природних вод районів розвитку сульфатного карсту західних областей України. //Гідрологія, гідрохімія і гідроекологія. — К., 2000. том 1. — с. 60−63. 3. Галущенко Н. Г. Водный баланс рек бассейна Днестра. // Вопросы расчетов и прогнозов речного стока. Тр.УкрНИГРИ. — М.: Моск.отд.Гидрометеоиздат, 1977, вып. 153. — с. 126−139. 4. Государственный водный кадастр. Ежегодные данные о режиме и ресурсах поверхностных вод суши. Том 2. Вып. 1. Киев. 1948;1975. 5. Дрозд Н. И. О влиянии карста на формирование и подземный сток вод в равнинной части водосбора Днестра. // Тр. УкрНИГМИ. — Л., 1966. Вып. 60. — с.90−96. 6. Иванов Б. Н., Дрозд Н. И. Основные карстовые районы Украины и Молдавии и особенности формирования стока рек на их территории. // Труды совещания по вопросам комплексного изучения режима поверхностных и подземных вод в карстовых районах. Гидрометеоиздат, Л. 1969. — с. 6 — 15. 7. Ресурсы поверхностных вод СССР. Т.6. Украина и Молдавия. Вып. 1. Западная Украина и Молдавия. Л.: Гидрометеоиздат, 1969. — 883 с. 8. Ромась Н. И. О формировании химического состава атмосферных осадков вразличных физико-географических зонах УССР. //Физ.геогр. и геоморфология. Киев, 1979, вып. 21. — с.126−131.