Практическая работа № 6

Тема: Биогидрохимическая безопасность подземных вод Воронежской области.

Цели: изучить степень естественной природной биогидрохимической безопасности подземных вод Воронежской области, исследовать локализацию подземных вод на территории области в зависимости от степени опасности для здоровья человека.

Практическая часть.

1. Пользуясь картой атласа - Воронежская область (стр. 19) отразить на карте размещение подземных вод различного возраста на территории Воронежской области.

2. Используя материалы, представленные в практической части отразить на карте локализацию опасных биогеохимических концентраций естественных ионов, вредных для здоровья человека на территории Воронежской области.

Технология построения карты:

1. Прочитать теоретическую часть.

2. Изучить таблицу 1.

3. Нанести на карту символы химических элементов с показателем их концентрации (Пример - Мn (0,1 - 0,3)). Избыточные концентрации наносятся красным цветом, оптимальные синим, дефицитные черным.

4. Общая жесткость и минерализация обозначаются символами Ж - жесткость, М - минерализация. Степень минерализации так же как в пункте 3 наносится разными цветами.

3. На основе полученных результатов сделать выводы о степени безопасности естественного химического состава подземных вод Воронежской для здоровья населения. Перечислить административные районы, в которых естественное природное качество воды характеризуется как вредное для здоровья населения.

Теоретическая часть.

Перспективы водоснабжения населения Воронежской области связаны с использованием подземных вод. Химический состав питьевых вод оказывает существенное влияние на здоровье человека, так как вода, представляющая собой природный химический раствор, повсеместно употребляется населением в качестве пищевого продукта для питья и приготовления пищи. По данным ЮНЕСКО, 80 % всех заболеваний вызвано употреблением воды неудовлетворительного качества. Большое значение для здоровья человека имеет естественный химический состав подземных вод. Медико-биологическая наука расширила представления о физиологических потребностях человека в различных элементах, поступающих в организм вместе с водой.

Для химических компонентов вод установлено влияние повышенных или пониженных концентраций на здоровье населения. В медицине известно более 30 так называемых биологически активных компонентов. В подземных водах к ним относятся молибден, марганец, кадмии; стронций, барий, медь, бром, йод и др. Эти элементы имеют биологическое значение в обменных процессах клеточной ткани, кроветворении человека, в функционировании животных и биоты. Медико-гигиенические исследования показывают существенное влияние недостатка или переизбытка кальция, магния на развитие урологических и сердечно-сосудистых заболеваний. Из медицинской практики известно, избыток фтора приводит к заболеванию зубной ткани, недостаток йода к патологиям щитовидной железы.

Выделяется четыре категории качества воды по диапазону концентраций

биологически активных компонентов: дефицитная, оптимальная,

избыточная, недопустимая (табл. 1).

Таблица 1.

Категории качества воды

Характеристика подземных вод Воронежской области по содержанию биологически активных элементов.

Марганец. Известная сложность гидродинамической и химической структу-ры потоков вод зоны интенсивного повлияла на размещение марганца в водах неоген-четвертичных, меловых и девонских водоносных комплексов. Сравнительный анализ концентрации марганца в южных районах бассейна Верхнего Дона указывает, ЧТО она изменяется в широком диапазоне: 0,003-7,4 мг/дм³. Такой широкий размах концентрации определяет наличие участков недр с водами дефицитного, оптимального, избыточного и недопустимого для питьевых вод классов концентраций.

На Калачской возвышенности концентрация марганца в воде колеблется в водах палеогеновых и меловых отложений от 0,3 до 3,0 мг/дм . В границах Среднерусской возвышенности значения концентрации марганца в водах верхнемеловых отложений также высоки - 0,3-0,75 мг/дм³. Особенно высокие значения (0,75 мг/дм³) выявлены на левобережном водоразделе реки Тихая Сосна (Острогожский район). Потоки вод с высокими значениями марганца направлены от водоразделов к речным долинам, выполняющим дренирующую роль для водоносных горизонтов и комплексов. При фильтрации вод через породы к речным долинам концентрация марганца в воде снижается, что, возможно, связано со спецификой геохимического барьера карбонатных пород.

В речных долинах концентрация марганца составляет 0,01-0,07 мг/дм¹. На территории Окско-Донской низменности в вoдaх неоген-четвертичного

водоносного комплекса концентрация марганца по сравнению с возвышенными районами заметно ниже: 0,01-0,3 мг/дм³.

Исключение представляют воды Подворонежья, правобережья реки Карачан, водораздела рек Елань-Савала и левобережного водораздела реки Битюг. Концентрация марганца в водах отмеченных площадей более 0,3 мг/дм³.

Участки вод с Оптимальной (0,1-0,3 мг/дм³) концентрацией марганца представляют исключительную редкость, носят очаговый характер. Они находятся на юге территории в Богучарском и Павловском районе.

Гораздо чаще распространены участки с дефицитной (‹ 0,1 мг/ди) концентрацией. Они прослеживаются по долинам рек Дона, Толучеевка, Тихая Сосна, Усмань, Воронеж и др.

Большое значение имеют данные о распространении участков с не допустимой, токсичной для человека концентрацией.

Высокие значения марганца (0,7-3 мг/дм³) в подземных водах являются основанием для деления так называемых геопатогенных участков земных недр, содержащих пресную воду, непригодную для водоснабжения населения. Патогенные участки вод с содержанием марганца, относящегося к 11, 3-у классу гигиенической опасности, отмеченные на картографической модели, отражают гидрогеохимические и медико-экологические особенности подземных водоносных систем неоген-четвертичных, меловых и девонских отложений и служат важным информационным материалом для экологической оценки месторождений пресных вод и следовательно, содействуют рациональному использованию водных ресурсов.

Барий. Известно, что суточная биологическая норма потребления бария составляет около 0,05 мг/дм³. Барий, как химический элемент токсичен. Он входит в группу 11 класса гигиенической опасности. Его избыточное содержание в питьевой воде отрицательно сказывается на здоровье органов пищеварения.

В водах неоген-четвертичного водоносного комплекса районов Окско­ Донской низменности его концентрация находится в диапазоне 1 ~0,05 мг/дм³. В водах верхнемеловых отложений Среднерусской возвышенности диапазон концентрации составляет 0,02-0,04 мг/дм3, а в водах Неогеновых отложении Калачской возвышенности - 0,03-0,04 мг/дм³. Прослеживается тенденция увеличения концентрации бария в водах гидрокарбонатно­ сульфатного анионного состава.

В водах речных долин Дона, Битюга, Елани и выполняющих роль разгрузки подземных вод, концентрация бария составляет 0,04-0,05 мг/дм³, а на водоразделах концентрация его обычно ниже - 0,01-0,02 мг/дм. Характерно, что данные низкие концентрации бария свойственна гидрокарбонатным кальциево-магниевым водам. Следует упомянуть, что барий входит в состав клеток растений и животных, в состав корней и стволов деревьев. Его концентрация в зоне растений находится в диапазоне 0,3-3,0% от веса золы. При употреблении воды с барием он может накапливаться в костных тканях человека и с течением времени негативно влиять на устойчивость костной системы организма.

Медь и железо. Поведение меди в пресных водах грунтовых водоносных горизонтах неоген-четвертичного, мелового и девонского возраста отличается от поведения марганца и бария. Во-первых, концентрация меди в водах повсеместно не превышает ПДК питьевого ГОСТа. В среднем она варьируется от 0,01 до 0,04 мг/дм³. Во-вторых, только на юго-западной оконечности Окско-Донской низменности (г. Павловск) и локально на Калачской возвышенности концентрация меди повышается до 0,04-0,05 мг/дм³. На остальной территории она ниже 0.03 мг/дм.

Повышенное содержание железа свойственно подземным водам, неоген­ четвертичного комплекса. Так, концентрация железа в водозаборах г. Воронежа достигает 35-7,0 мг/дм³.

Жесткость подземных вод. В центральной части Окско-Донской низменности в неоген-четвертичных водоносных горизонтах встречены подземные воды от мягких до очень жестких, в которых кальций и магний связан с гидрокарбонат-ионом (карбонатная жесткость) и сульфат-ионом (сульфатная жесткость). Обычно эти воды характеризуются гидрокарбонатным кальциевым, гидрокарбонатно-сульфатным кальциево­ магниевым составом с минерализацией 0,1-0,9 г/дм³. Подземные воды только карбонатной жесткости мягкие и умеренно жесткие с величинами жесткости до 5 ммоль/дм³ (рис.8), распространены в северной части Калачской возвышенности и местами в районах Окско-Донской низменности.

Весьма мягкие воды распространены к югу от г. Воронежа. Общая жесткость соответствует 1-3 ммоль/дм³. Воды с жесткостью до 5ммоль/дм³ широко распространены на северо-востоке территории. Это - долины и водоразделы рек Хопра, Вороны, Карачан, Токай. Вместе с тем величина жесткости очень высокая на водоразделе Икорец-Хворостань. Здесь она достигает максимальных значений -до 15 ммоль/ дм³.

На Калачской возвышенности жесткие воды также распространенна отложениях палеогена, мела. Как правило, жесткость составляет ммоль/дм³. По периферии Калачской возвышенности она уменьшается до 5 ммоль/дм³.

На Среднерусской возвышенности в меловых отложениях распространены преимущественно жесткие воды.

Жесткость в высоких значениях при использовании воды как пищевого продукта вызывает урологические заболевания. Широко эти заболевания распространены в Хохольском, Семилукском, Грибановском, Лискинском и других районах.

Использование местным населением вод выделенных патогенных зон может привести к урологическим заболеваниям в широком масштабе.