Геоэкологические проблемы городов на примере загрязнения подземных вод Казанской агломерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное
учреждение высшего профессионального образования "Казанский (приволжский)
университет "
Факультет географии и экологии
Кафедра ландшафтной экологии
Специальность 020804 -
"Геоэкология"
Специализация: геоэкология
Дипломная работа
Геоэкологические
проблемы городов на примере загрязнения подземных вод Казанской агломерации
Работа завершена Н.А. Евсеев
Казань - 2011
Содержание
Введение
Глава 1. Урбанизация и
городские системы
1.1 Основные понятия связанные с урбанизацией
.2 Города на различных исторических этапах
.3 Геоэкологические проблемы городов на современном этапе
развития
Глава 2. Влияние городов на природную среду
.1 Загрязнение атмосферного воздуха
.2 Влияние на природные воды
.3 Воздействие на литосферу и почвы
.4 Влияние городов на биосферу и здоровье людей
Глава 3. Геоэкологическая ситуация
города Казани и района
.1 Общая характеристика города Казани
.2 Основные проблемы города
.3 Промышленность г. Казани как один
из значимых факторов загрязнения окружающей среды
.4 Влияние города на здоровье
человека
Глава 4. Подземные воды и их основные
источники загрязнения
.1 Подземные воды, понятие, виды
.2 Основные загрязнители подземных
вод
4.3 Влияние загрязненных подземных
вод на здоровье человека
Глава 5. Качество подземных вод в городе Казани как одна из
проблем урбанизированных территорий
.1 Гидрогеологическая характеристика и общая оценка подземных
вод
5.2 Методика и анализ проб скважин в
городе
Заключение
Литература
Введение
Расширение хозяйственной деятельности человека, рост
промышленного производства, рост численности населения и все большая его
концентрация его в городах приводит к возрастанию нагрузки на природную среду,
к истощению природных ресурсов и увеличению прямых и косвенных воздействий на
природу и общество. Экологические последствия хозяйственной деятельности
человека наблюдаются повсеместно. Они весьма разнообразны, но наиболее ярко
проявляются на урбанизированных территориях.
Действительно, экологическая ситуация, складывающаяся
в настоящее время в крупных городах в особенности промышленно развитых странах,
приводит к ряду неблагоприятных социально-экономических и экологических
проблем. Наиболее неблагоприятная ситуация складывается в городах с населением
более 1 миллиона жителей. Примером таких городов является Казань.
Одна из важнейших проблем крупных городов - потеря
качества водных ресурсов, в том числе и подземных вод. Вода - важнейший ресурс
на планете Земля. Человек использует ее в трех основных направлениях: питьевое
водоснабжение, промышленность и сельское хозяйство. Подземная вода как один из
видов этого ресурса заинтересовал человечество, когда оно получило возможность
изымать его из земных толщ.
По прогнозам использование подземных вод на начало
третьего тысячелетия должно составить примерно 900 км3/год: они
распространены практически повсеместно и не требуют такой очистки как
поверхностные. В связи с большой нагрузкой техносферы на окружающую среду
начали говорить о загрязнении подземных вод и необходимости проведения их
мониторинга. Несмотря на относительную высокую защищенность (по сравнению с
поверхностными) от загрязнения, в них уже обнаруживаются свинец, хром, ртуть,
медь, цинк, др. Естественно, что концентрация тяжелых металлов в подземных
водах возрастает на территории близ больших городов и промышленных центров.
Очень часто исследуемые пробы вод характеризуются содержанием железа и солей
жесткости, значительно превышающим оптимальный физиологический уровень и,
следовательно, санитарно-гигиенические нормативы.
Цель данной дипломной работы: оценить загрязнение
подземных вод на урбанизированных территорий на примере г. Казани.
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
· дать основные понятия, связанные с урбанизацией и
рассмотреть геоэкологические проблемы на различных исторических этапах;
· определить основные пути влияния городов на геосферы;
· изучить геоэкологическую ситуацию г.
Казани;
· дать определение подземным водам и выделить основные
источники их загрязнения;
· рассмотреть гидрогеологические
условия на территории г. Казани и общую оценку подземных вод;
· выбрать методику для оценки подземных вод г. Казани по
данным СХА скважин;
· проанализировать состояние подземных
вод в исследуемых районах;
· составить тематические карты для
оценки загрязненности подземных вод на рассматриваемых участках города Казань.
При написании диплома были использованы литературные
источники, а также фондовые материалы и архивная документация ООО НПП
«Казаньгеология».
Глава 1. Урбанизация и городские системы
1.1 Основные понятия, связанные с
урбанизацией
За всю историю существования человеческих цивилизаций
рядом с природными или внутри них возникали новые системы антропогенного
характера. Антропогенные системы существенно преобразовали природные условия
как отдельных территорий, так и в региональном масштабе. Наибольшее влияние на
окружающую среду оказывают города.
Города - это антропогенные системы, продукт
взаимодействия природы и человеческой деятельности, выполняющие промышленные,
организационно-хозяйственные, управленческие, культурные, транспортные и иные
функции, исключая сельскохозяйственные. Начиная с конца XIX века, на первый план общемировых
проблем выдвинулся быстрый рост городов и городского населения, или
урбанизация. Урбанизация - исторический процесс роста городов и городского
населения, сопровождаемый повышением роли городов в жизни общества и широким
распространением городского образа жизни.
Термин «урбанизация» появился впервые в зарубежной
литературе в 1867 году в Испании, на русском языке - в 1957году (в переводе
«Доклада о мировом социальном положении» ООН) (Пивоваров, 1999).
Быстро растут городские поселения, а также
увеличивается число городов-гигантов - мегаполисов. Если в 1950 году в мире
было всего два таких города - Нью-Йорк (12,3 млн. жителей) и Лондон (7 млн.
жителей), то в конце XX
века имелось уже 23 города с численностью более 8 млн. жителей
Крупные города, разрастаясь, «поглощают» пригороды,
образуя зоны сплошной застройки, функционально тесно связанные с ядром города,
- это, так называемые, агломерации. Городские агломерации стали сегодня
основной формой расселения в индустриально развитых странах.
В настоящее время помимо отдельных крупных городов
возникают и так называемые конурбации, или скопления крупнейших городов. В
Японии на о. Хонсю городская застройка тянется от г. Токио до г. Кобе на
расстояние более 50 км. А на восточном побережье США конурбация захватывает
территорию от Вашингтона до Бостона (Комарова, 2003).
1.2 Города на различных исторических
этапах
Сложная и пестрая картина урбанизирующегося мира имеет
очень длительную историю, уходящую вглубь веков. Зарождение и развитие городов
с самого начала тесно связано с древнейшими цивилизациями и формированием
особой урбанизационной среды.
Первые города, по мнению большинства исследователей,
появились, прежде всего, на Ближнем Востоке, в Месопотамии (Шумер) в IV - II тысячелетиях до н. э., в Египте, Иране, Индии, Средней Азии,
Китае. В древнейших городах, население которых было, как правило, невелико, экологические
проблемы были связаны главным образом с необходимостью удаления бытовых
отходов, организацией водоснабжения, решение которых заключалось в пассивных
действиях. Все это позволяло избежать, хотя и не всегда, распространений
эпидемий.
Развитие города в древнем мире связано, прежде всего,
с греко-римской эпохой в период ее расцвета (VI в. до н. э. - IV в.
н. э.). Проблемы античных городов мало отличались от более древних. Однако
появились крупные ремесленные производства, возросла торговля, заметно выросла
численность населения, следовательно, общее воздействие человека на окружающую
среду сильно возросло. При этом существенно изменилась сама экологическая
деятельность за счет перехода от пассивной формы к активной. Главную роль в
решении экологических проблем стали играть общегородские коммунальные службы,
финансировавшиеся за счет части налогов с постоянного и приезжего населения и
использовавшие труд государственных рабов. Рабы строили и обслуживали сложные
инженерные сооружения, канализационные системы, обеспечивали вывоз твердых
отходов, организовывали водоснабжение, озеленение, очистку улиц.
Города оказали сильное влияние на развитие
средневекового общества, способствуя созданию централизованных государств,
росту товаро-денежных отношений, зарождению элементов капиталистического
способа производства. В средние века (1400 г.) самыми большими городами в
Европе были Париж, Милан, Венеция и другие. Отличительной особенностью
средневековых городов было изменение их социально-политического статуса; города,
как правило, не были много национальными, в них только начала складываться
цеховая организация ремесленного производства, что существенно влияло на
обострение экологических проблем. Однако это объяснялось не столько ростом
объемов загрязнения среды, сколько практически полным прекращением
экологической деятельности. Европейские города стали центрами распространения
тяжелейших инфекционных заболеваний (чума, холера), носивших характер эпидемий
(Толоконцев, 1988).
В период Возрождения (XV - XVII
вв.) началось развитие естественнонаучного знания, которое определило
правильное направление экологической деятельности. Достижения науки привели к
тому, что была практически решена проблема предотвращения отрицательных
последствий для здоровья человека биологического загрязнения окружающей среды.
Однако новым этапом развития городов стали промышленные революции (XVIII - XIX вв. и начало XX в.). Развитие производственных сил создало принципиально
новую основу развития городов. Огромный рост населения и его концентрация в
городах в связи с ростом промышленности определили начало и нарастающие темпы
развития урбанизации. Наибольших размеров достигли политические и экономические
центры крупных государств, а также центры мировой торговли. К началу XIX в. крупнейшим городом мира
становится Лондон с населением 865 тыс. жителей. В XIX быстрее всего росли города в Европе и Северной
Америке. Во второй половине века выделяется колоссальными темпами роста
Нью-Йорк и Чикаго. В начале 70-х гг. их опережает Токио, точнее Токийская
агломерация.
Усиление концентрации населения в больших городах в XIX в. - первой половине XX в. явилось началом современного
этапа урбанизации. Стремительные темпы и быстро растущие масштабы урбанизации
составляют одну из особенностей развития современного мира. За период с 1950 по
1990 гг. численность городского населения мира выросла почти в 3,1 раза и
сохраняется тенденция к дальнейшему росту.
Промышленные революции и дальнейшее развитие городов
породили новые экологические проблемы, связанные, главным образом, с резким
ростом загрязнения окружающей среды в результате хозяйственной деятельности,
промышленного производства и транспорта. Значительно повысились загазованность
атмосферы и поступление в окружающую среду различных химических соединений, ранее
не существовавших в природе (Пивоваров, 1999).
1.3 Геоэкологические проблемы городов
на современном этапе развития
Города с населением более 100 тыс. человек занимают
около 1% площади суши. Но их воздействие на природные условия и экономику всего
мира очень велико. На этой территории проживает свыше 47% населения Земли. Но
именно оно производит около 80% мировой продукции. При этом города дают свыше
80% всех выбросов загрязняющих веществ в окружающую среду.
В разных странах и регионах мира доля городов различается.
В России площадь городов в середине 90-х гг. XX в. составляла 5,5 млн. га, или 0, 33% сухопутной территории.
В то же время в европейских государствах урбанизированные земли занимают
территорию от 8 до 15% общей площади (Родзевич, 2003)
Международная научная общественность, озабоченная
разработкой стратегии устойчивого состояния человеческой цивилизации на Земле,
создала специальную программу ООН «Устойчивое развитие городов», подчеркивая
тем самым глобальность масштабов проблем, связанных с урбанизацией. Важнейшей
среди них является экологическая проблема состояния городской среды.
Практически вся среда обитания человека в городе создана искусственно.
Загрязненная воздушная и водная среда, оторванность от природных источников
существования, искусственные пищевые добавки, темп жизни, стрессы - все это
влияет на состояние здоровья горожан и делает задачу экологизации городской
среды наиважнейшей на сегодняшний день.
Степень антропогенных преобразований природной среды в
рамках городских территорий чрезвычайно высока. Городские ландшафты, в какой-то
мере сходные с природными (парки, скверы и т. д.) весьма примитивны. Как и
любой искусственно созданный ландшафт, городская территория не может долгое
время сохраняться в устойчивом состоянии без постоянной поддержки человека.
Заброшенные или малоухоженные кварталы мегаполисов быстро разрушаются и
представляют собой пример антропогенно созданной «городской пустыни» (Ясаманов,
2003).
Глава 2. Влияние городов на природную среду
2.1 Загрязнение атмосферного воздуха
Во многих городах мира происходит ухудшение качества
воздуха за счет его запыленности и загазованности. Вследствие интенсивного
перемешивания мельчайшие частицы пыли поднимаются выше 1 км и разносятся на
десятки и сотни км от источника загрязнения. Более крупные частицы обычно не
поднимаются выше несколько сотен метров, образуя над городом ядовитые смоги.
В настоящее время имеется множество различных
источников загрязнения антропогенного характера. По своим масштабам наибольшее
воздействие на атмосферный воздух оказывают два источника: транспорт и
промышленность. В среднем на долю транспорта приходится около 60%,
промышленности - 15%, тепловой энергетики - 15%, технологий уничтожения бытовых
и промышленных отходов - 10%.
Транспорт в зависимости от используемого топлива и
типов окислителей выбрасывает в атмосферу оксиды азота, серы, оксиды и диоксиды
углерода, свинец и его соединения, сажу и бенз(а)пирен. Из промышленности в
воздух попадают сернистый газ, аммиак, сероводород, фенолы, хлор, фтор и другие
соединения и химические элементы. Главенствующее положение среди выбросов (до
85%) занимает пыль (Ясаманов, 2003).
К опасным загрязнителям атмосферного воздуха городов
относится угарный газ, продуцируемый автотранспортом и металлургическими
комбинатами. Этот газ ведет к обострению сердечнососудистых заболеваний.
Предприятия энергетики и промышленности при сжигании угля, нефти и мазута в
наибольшей степени выбрасывают сернистый ангидрид. Кроме того, при сжигании
топлива в условиях высоких температур из азота и кислорода образуются окислы
азота в соотношении NO - 90% и NO2 - 10%. В воздухе значительная часть NO преобразуется в NO2 - гораздо более опасное соединение.
Загрязнение воздуха полициклическими ароматическими углеводородами (ПАУ)
связано с работой автотранспорта, ТЭЦ, но особенно с действием таких
предприятий, как нефтеперерабатывающие, металлургические, металлургические,
коксохимические и алюминиевые. В 1950-х гг. в Японии была зафиксирована вспышка
болезни, которая получила название астма Иокогама. Причиной была работа
нефтеперегонного комплекса «Мицубиси-Шел». В настоящее время загрязнение ПАУ
фиксируется в ряде городов Росии. Наибольшую опасность представляют соединения
бенз(а)пирена. Обычным являются превышения их ПДК на крупных перекрестках и
вблизи автомагистралей. ПДК бенз(а)пирена в воздухе населенных пунктов
составляет 1 нг/м3, в рабочей зоне - 0,15мкг/м3.
Сильное негативное воздействие оказывают предприятия
цветной металлургии, которые выбрасывают различные тяжелые металлы. Загрязнение
воздуха в районах таких комбинатов, по-видимому, является самым высоким. В
городах, где нет металлургических производств, главной причиной высоких
концентраций цинка, кадмия, сурьмы может быть работа мусоросжигательных
заводов.
С загрязнением приземного слоя атмосферы связано такое
явление, как образование смогов. Смог представляет собой смесь аэрозолей с
жидкой или твердой дисперсными фазами, которые образуют туманную завесу над
промышленными районами и крупными городами. Различают 3 вида смога: ледяной,
влажный и сухой.
Ледяной смог называется также аляскинским. Он развит в
арктических и субарктических широтах (отмечен, к примеру, в Фербенксе на
Аляске). Формируется в зимний период с ноября по март при постоянных морозах до
- 35о С и ниже в условиях приземных инверсий. Источниками являются
выбросы ТЭС. Водяные пары образуют мельчайшие, размером в 5 - 10 мкм кристаллы
льда, которые ухудшают видимость до 10 м и менее. Выбрасываемые ТЭС окислы серы
образуют с водяными парами мельчайшие капельки серной кислоты, что делает
ледяной смог токсичным.
Влажный смог, или смог лондонского типа, наиболее
типичен в умеренных широтах с влажным морским климатом. Он неоднократно
отмечался в крупных городах Западной Европы и Северной Америки. При образовании
смога данного типа резко снижается видимость, быстро нарастает концентрация
окислов серы и азота угарного газа, углеводородов. Наиболее часто такое явление
имеет место в осенне-зимний период при аномальных условиях стратификации и
малых скоростях ветра.
Сухой смог нередко называют смогом лос-анджелесского
типа. Он формируется в летний период в низких широтах и в южных районах
умеренного пояса при высоком уровне загрязнения атмосферного воздуха и
значительной солнечной радиации. Этот смог, имеющий фотохимическую природу,
неоднократно отмечался в Лос-Анджелесе, Мехико и других городах. Основные компоненты
смога - фотооксиданты: озон, органические перекиси, нитраты и нитриты, окислы
азота.
В ряде городов нашей страны существуют природные
условия, благоприятные для возникновения смогов. Это города, расположенные в
горных котловинах, где при безветренной погоде воздух застаивается. К их числу
относится Новокузнецк, Кисловодск и ряд других. В связи с резким ростом числа
автомобилей в последние годы стали возникать смоги в Москве и других крупных
городах (Горшков, 1998).
2.2 Влияние на природные воды
Антропогенное воздействие на водные объекты возникает
в результате использования питьевой и технической воды. В России основным
потребителем водных ресурсов является сельское хозяйство и промышленность, в
которой наиболее водоемкими являются энергетическая, химическая,
целлюлозно-бумажная и металлургические отрасли.
Развитие промышленности и необходимость орошения
земель, растущие потребности в чистой питьевой воде привели к экологическим
проблемам. Среди них главными являются: истощение запасов и понижение уровня
воды в поверхностных водоемах, изменение качества вод, вызванных загрязненными
стоками, нефтепродуктами, тяжелыми металлами и радиоактивными соединениями,
термическое загрязнение, изменение режимов рек и масштабов
эрозионно-аккумулятивной деятельности, сейсмическая активность искусственных
водоемов, истощение биологической продуктивности водоемов, изменения уровня
подземных вод, истощение их запасов и ухудшение качества.
Крупные города сбрасывают в местные водотоки большое
количество использованной и плохо очищенной воды. Наиболее опасными являются
загрязнения нефтью и нефтепродуктами, хлоридами и тяжелыми металлами.
Кроме пленок нефти, которые возникают во время аварий
на нефтепроводах и речных судах, а также на добывающих предприятиях, в
природные воды попадает бенз(а)пирен и другие ПАУ.
Распространено загрязнение речных вод
полихлорированными бифенилами (ПХБ), которые используются в трансформаторах,
конденсаторах и некоторых других приборах и механизмах. У людей получивших
повышенные дозы ПХБ, отмечаются поражения нервной системы и печени.
Практически повсеместно в водных объектах вблизи
крупных городов отмечается повышенное содержание хлоридов (NaCl, KCl, MgCl2). Причина
- широкое применение этих солей в городах для ускорения таяния снега. Повышенное
содержание хлоридов отмечается практически во всех речных бассейнах,
дренирующих шоссейные дороги федерального и регионального масштабов.
В водные объекты тяжелые металлы попадают воздушным
путем, со сточными водами и со свалок. Попадая в воздух в результате сжигания
твердого и жидкого топлива, а также в виде отходов при цементном производстве,
выплавке металлов, производстве удобрений, красок, тяжелые металлы переносятся
воздушными массами на различные расстояния, постепенно оседая в водных
бассейнах. Сбросы сточных вод предприятиями цветной металлургии, угольной,
текстильной и химической промышленности отличаются повышенным содержанием
тяжелых металлов. По степени токсичности они располагаются в такой
последовательности: Hg>Cu>Cd>Pb>As. Тяжелы металлы и некоторые
микроэлементы, находящееся в повышенных количествах в питьевой воде, оказывают
негативное влияние на здоровье людей (канцерогенный эффект, поражение
кроветворных органов и т. д.).
Качество воды. Увеличение выбросов загрязненных
промышленных и бытовых сточных вод привело к изменению качества воды. Только на
территории Российской Федерации общий объем загрязнений, поступающих в водные
объекты, превышает 50 млн тонн. Снижение качества воды оказывает отрицательную
роль на здоровье людей, негативно влияет на биологическую продуктивность
водоемов. Наличие в природных водах ряда соединений изменяют их
щелочно-кислотный потенциал и ряд физико-химических особенностей.
Большое значение для улучшения качества вод имеет
правильное управление водными ресурсами. В городах существует жесткая
регламентация качества воды для питьевого водоснабжения и осуществляются меры
по экономии воды. Вода может быть использована в питьевых целях, если после
очистки ее качество соответствует ГОСТу. Так, например, сухой остаток должен
быть не более 1000 мг/л, содержание сульфатов - 500 мг/л, хлоридов - 350 мг/л,
общая жесткость - 7 мг-экв/л, запах и привкус при температуре 20оС
должен равняться 2 баллам, в 1 л воды не должно содержаться более 10000
кишечных палочек. Однако и такая вода подвергается обязательному хлорированию и
очистке. Для очистки сточных вод используют механический, химический и
биологический методы. Одним из путей экономии воды и снижения расходов на
очистку сточных вод является применение оборотно-повторной системы
водопользования (Ясаманов, 2003).
2.3 Воздействие на литосферу и почвы
Современные технологии и технический уровень позволяют
человеку существенным образом изменять геологическую среду. Антропогенная
деятельность, называемая инженерно-хозяйственной, немыслима без воздействия на
самую верхнюю часть земной коры. В результате разрушается вещество верхнего
слоя и нарушается связанность его составных частей.
Городской (селитебный) ландшафт характеризуется почти
полным изменением естественного рельефа, сменой положения и видоизменением
условий деятельности гидросети, преобразованием почвенного покрова, сооружением
промышленно-хозяйственный и жилых построек, изменением уровня грунтовых вод
(Ясаманов, 2003).
Педосфера и в целом поверхность земли испытывают значительные
антропогенные нагрузки. Это кислотные дожди, уплотнения, заболачивание,
загрязнение химическими элементами и из соединениями, бытовыми и
производственными отходами, а также заимствование почв под города и
геотехногенные промышленные сооружения.
Загрязнение почв тяжелыми металлам. опасность
загрязнения почв техногенными металлами из аэрозолей воздуха существует для
любых видов почв и в любых местах города с той лишь разнице, что почвы, близко
расположенные к источнику загрязнения (металлургические комбинаты, ТЭЦ, АЗС,
транспорт), будут больше загрязнены. В городах со значительной плотностью
населения и промышленными предприятиями подвергаются так называемому
«металлическому прессу».
Помимо техногенных металлов на почвы оказывают
давление (вплоть до уничтожения) городские здания, сооружения, автомобильные
дороги, а также и сами люди, которые своими ногами уплотняют почву. Как
следствие, полное нарушение естественного физико-химического обмена между
почвой, воздухом и водой (Карлович, 2005).
2.4 Влияние городов на биосферу и
здоровье людей
Влияние деятельности человека на природные сообщества
чрезвычайно разнообразно и прослеживается на всех уровнях биосферы. Ее
кризисное состояние в первую очередь связано с такими формами антропогенного
воздействия, как прямое истребление ряда видов живых организмов, а также
загрязнение биосферы промышленными и бытовыми отходами, пестицидами и т. п.
Разрушительной оказалась деятельность человека по
отношению к растительности. С давних пор во всех странах мира шла неумеренная
вырубка лесов, в результате многие из них практически лишились леса. В России
лесистость снизилась с 51% до 33%. Замещение вырубленных лесов, если оно и
происходило, осуществляется посадками в основном малоценных в техническом
отношении древесных пород. Таким путем эволюционно сложившиеся экосистема
сменяется на одновидовые насаждения с упрощенной структурой. Это определяет их
слабую устойчивость к неблагоприятным факторам. Истребление затронуло также и
другие формы растительности.
В составе экосистем, подвергающихся антропогенному
воздействию, всегда есть виды, получающиеся в измененных ландшафтах достаточно
возможностей для реализации своего экологического потенциала. это синантропные
виды. Особенности городской архитектуры открывают широкие возможности для
поселения многих видов птиц и других животных. Но не всегда городская фауна
благоприятна для человека: животные могут быть источником разного рода инфекций
(Шилов, 2006).
Важное место при оценке городских антропоэкосистем
принадлежит состоянию общественного здоровья. Оно характеризуется как
санитарно-демографическими параметрами (продолжительность жизни, смертность, в
том числе младенческая, заболеваемость, инвалидность и т.д.), так и рядом
других факторов. Высокая степень городских функций приводит к отрицательным
воздействиям на общественное здоровье, что сказывается на воспроизводстве
населения, особенно в условиях загрязненности среды, на увеличение генетических
дефектов, заболеваемости, а также стабильности института семьи.
Бурное развитие научно-технического прогресса, наряду
с положительным решением различных проблем улучшения жизни человека, привносит
в окружающую его среду множество отрицательных для общественного здоровья
психических и физических воздействий. Наблюдается рост не только травматизма,
но и таких хронических заболеваний, как сердечнососудистые, аллергические,
эндокринные, онкологические, а также накопление генетического груза у
городского населения. Особенно ярко это проявляется в условиях проживания в
крупных городах с развитой промышленностью. Здесь фиксируют:
· химическое загрязнение воздуха, воды, почвы и
продуктов;
· использование недоброкачественных
строительных материалов;
· вредные энергетические излучения;
· геопатогенные зоны. (Прохоров, 2005)
Глава 3. Геоэкологическая ситуация города Казани и
района
3.1 Общая характеристика города
Казани
Физико-географическое положение. Казань - старейший
город в Среднем Поволжье - расположена на левом берегу реки Волги в низовьях ее
небольшого, длиной 112 км притока Казанки.
Рельеф. Местность в районе города имеет общий уклон с севера и
северо-востока на юг и юго-запад. Первая надпойменная терраса над уровнем
современной Волги поднимается на 6-10 м, имея абсолютные высоты 50-60 м, ее
ширина колеблется от 0,5 до 3-4 км. Вторая надпойменная терраса хорошо выражена
на правобережье между Юдино и Аракчино, ее высоты 70-100 м, ширина 5-6 км. Для
террасы характерны дюнно-бугристый рельеф, многочисленные понижения эолового,
суффозионно-карстового происхождения. Третья надпойменная терраса выражена по
обоим берегам Казанки, ее высоты достигают 80-120 (130) м. Четвертая
надпойменная терраса с высотами 110-130 (145) м в пределах города подрезается
Казанкой и образует высокий уступ, расчлененный оврагами. Коренной склон
волжской долины также расчленен оврагами и балками, для него типичны
поверхностные проявления карста.
На территории города широко развиты четвертичные
отложения, в основном это аллювий Волги и Казанки, элювио-делювий, пролювий,
озерно-болотные и др.
Местность в районе города характеризуется хорошо развитой
овражно-балочной сетью.
Геолого-тектоническое строение. Приказанский район расположен на востоке
Русской платформы. Докембрийский кристаллический фундамент, вскрытый буровыми
скважинами на глубинах около 1800 м, перекрыт мощной толщей осадочных пород
палеозойской группы. В ее составе отложения девонской, каменноугольной,
пермской систем. На дневную поверхность выходят лишь породы верхней перми,
неогена и четвертичной системы, слагающие современный рельеф района.
В составе верхней перми выделяются отложения казанского и кунгурского
ярусов, лежащие на размытой, сильно закарстованной поверхности гипсов и
ангидритов нижней перми. Общая мощность отложений верхней перми около 250 м.
Образования казанского яруса представлены двумя подъярусами - нижним и
верхним, резко отличающимися друг от друга литологически и фаунистически. В
сложении нижнеказанского подъяруса участвуют песчаники, песчаные известняки,
глины и мергели общей мощностью 30-35 м. Среди ископаемой фауны преобладают
брахиоподы из рода спирифер, в связи, с чем подъярус раньше назывался
спириферовым.
Породы верхнеказанского подъяруса мощностью около 50 м слагают склоны
многих речных долин и хорошо обнажены. В этом разрезе выдели три сходно
построенные пачки слоев, каждая из которых начинается известняками с морской
фауной, переходящими в доломиты с гипсами, почти лишёнными остатков фауны и
заканчивается вверху глинисто-мергельными образованиями.
Отложения кунгурского яруса слагают все водораздельное плато и верхние
части склонов. Их наибольшая мощность в районе достигает 150 м.
Верхние горизонты яруса здесь уничтожены денудацией. В сложении
кунгурского яруса преобладают пестроокрашенные, преимущественно красноцветные
глины и мергели. В нижней половине толщи встречаются пласты известняков и
доломитов, в верхней - обычны полимиктовые песчаники, иногда с линзами
конгломератов.
Слои коренных пород в целом залегают спокойно, образуя четыре
брахиантиклинальных складки амплитудой около 40 - 60 м, относящиеся к южной
оконечности Вятского вала (Средняя волга, 1991).
Климат. Климат изучаемой территории
умеренно-континентальный. Здесь преобладающей воздушной массой является
континентальный воздух умеренных широт. В климате изучаемой территории выделяют
сезоны.
Основные черты климата района практики по
климатическим показателям таковы: годовая величина суммарной радиации около
3500 мДж/м, максимум ее в июне около 610 мДж/м, минимум в декабре около 30
мДж/м, средняя годовая температура воздуха около +37 градусов; самый теплый
месяц июль со средней месячной температурой воздуха +20 градусов, самый
холодный январь со средней температурой около -13 градусов. Благодаря довольно
частым вхождениям воздушных масс с запада, в Казане наблюдается довольно
большая относительная влажность - средняя годовая около 76%. Годовая сумма
осадков около 500 мм. Господствующие ветры: южный, западный, юго-восточный и
юго-западный. Среднегодовая скорость ветра около 4-5 м/с (Научный путеводитель,
1990).
Поверхностные и подземные воды. Крупнейшей водной артерией Приказанского
района является река Волга. Площадь ее водосбора у Казани около 650 тысяч
квадратных км. Наибольшее значение в питании Волги имеет снежный покров, доля
которого равна 60%, на грунтовое питание приходится около 30%, на дождевое 10%
стока. Перекрытие Волги плотиной Куйбышевского водохранилища и заполнения чаши
водохранилища существенно изменили режим стока.
В 1957 г. до проектной отметки было заполнено Куйбышевское водохранилище.
Площадь его водного зеркала составляет 6450 км2, максимальная ширина
у Казани - 6,5 км, наибольшая глубина - 15 м.
На Казанке в результате подпора от Куйбышевского водохранилища
образовался залив, заходящий выше с. Большие Дербышки. Средний годовой расход
Казанки составляет 12,6 м3/с; в весенний период реализуется до 60 %
годового стока.
Озера, расположенные в пределах города, имеют карстовое происхождение. К
ним относится система озер Нижний, Средний и Верхний Кабан, находящихся в
полосе понижений тыловой части второй надпойменной террасы. На правобережье
Казанки на второй надпойменной террасе находится озеро Голубое. При площади
менее 1 км2 озеро имеет глубину 15 м. Озеро питается подземными
водами, имеет постоянный сток в Казанку, температура воды у дна 6 - 7°С. Здесь
же находятся дюнно-карстовые озера: Лебяжье, Глубокое, Новое Глубокое и
Светлое.
По режиму грунтовых вод территорию города можно
разделить на две зоны: зону прибрежного режима, где на динамику уровня влияет в
основном водохранилище, и зону водораздельного режима, где уровень зависит в
основном от атмосферных осадков. Уровень грунтовых вод после наполнения
водохранилища повысился на 2 - 3 м. Грунтовые воды гидрокарбонатно-магниевого и
кальциево-магниевого типа (Средняя волга, 1991).
Почвы. На территории Приказанского наиболее
распространенными типами почв являются серые лесные, дерново-подзолистые и
аллювиально-слоистые.
Дерново-подзолистые почвы развиваются под воздействием
подзолистого и дернового процессов. Эти почвы характеризуются небольшой
мощностью дернового горизонта, низким содержанием гумуса и питательных веществ,
кислой реакцией и наличием малоплодородного подзолистого горизонта.
Серые лесные почвы по совокупности морфологических
признаков и свойств занимают переходное положение от дерново-подзолистых почв
южнотаежной подзоны к черноземным почвам лесостепи. Они характеризуются большей
гумусированностью по сравнению с дерново-подзолистыми почвами при наличии
признаков и свойств, обусловленных проявлением подзолистого процесса, хотя и в
более ослабленной форме, чем в почвах южнотаежной подзоны.
Аллювиально-слоистые расположены на низких и высоких
поймах, на первой надпойменной террасе правого и левого берега долины рек.
(Кауричев, 1975).
Городская растительность. В зеленых насаждениях города ведущей породой в
озеленении города является клен ясенелистный (50%), менее распространены липа
мелколистная (18%), тополь бальзамический (8%).
Очень слабо распространены хвойные породы: ель обыкновенная, лиственницы
сибирская и европейская, сосна обыкновенная, туя западная, составляющие в
насаждениях города около 1%. Из кустарниковых пород наиболее распространенными
являются акация желтая (26%), вяз мелколистный (24%) (Средняя Волга, 1991).
Животный мир. Представлен в основном одичалыми
домашними животными и птицами семейства врановых.
Ландшафты. Территория Казани и ее окрестностей входит
в подзону южной тайги (левобережье Волги к западу от Казани и отчасти к
востоку) и в лесостепную зону (возвышенное правобережье Волги и левобережье ее
южнее Казани до устья Камы). Современные ландшафты, испытавшие длительное воздействие
хозяйственной деятельности человека, отличаются от природных (Научный
путеводитель, 1990).
Экономико-географическое положение. Казань была
основана около 1000 лет назад на левом берегу реки Казанки в 4-х км от ее
устья. Дальнейшее развитие города происходило на обоих берегах Казанки. В
последние два десятилетия город рос путем застройки высокой террасы Волги на
его южной окраине (Горки I и
Горки II) и низкой террасы правобережья р.
Казанки северо-восточнее Кремля.
Казань - столица Республики Татарстан, город с
населением около 1,1 млн. человек - расположена в Среднем Поволжье на востоке
Европейской части России. Она имеет исключительно выгодное географическое
положение. Казань расположена практически в центре экономически развитого
Приволжского федерального округа РФ, между индустриальными регионами Центра и
Урала. Город благоприятно расположен по отношению к важным сырьевым базам Урала
и Сибири, сельскохозяйственным районам Поволжья.
Казань отличается также выгодным
транспортно-географическим положением, находясь на пересечении авиалиний,
железнодорожных, автомобильных и речных стратегических магистралей
общероссийского значения. Речные пути позволяют достичь важнейших северных и
южных морей России. Казань - крупный железнодорожный узел, где пересекаются
магистрали, соединяющие европейскую и азиатскую части страны, север с югом.
Следствиями такого положения являются развитость
экономических связей, высокий уровень кооперации и специализации экономики
города, что, с другой стороны, обуславливает определенную зависимость от
экономической ситуации в регионах, с которыми установились торговые отношения.
Казань является одним из крупнейших промышленных
центров России. При сложной структуре производственного комплекса города
ведущими отраслями экономики являются машиностроение и металлообработка,
химическая и нефтехимическая и пищевая промышленность.
На территории 7 административных районов г. Казани
расположено свыше 140 крупных и более 70 тысяч средних и мелких предприятий.
Концентрация на относительно малой территории (площадь города - 425 км2)
интенсивного техногенного воздействия, специфичность географического
расположения и устройство поверхности города определили свою, характерную для
Казани, экологическую ситуацию (Экология города Казани, 2005).
3.2 Основные проблемы города
Урбосистемы, как одни из самых неустойчивых экосистем,
требуют постоянного контроля над загрязнением природных сфер. Так как атмосфера
и гидросфера являются наиболее динамичными и обширными системами, то они
испытывают сильную антропогенную нагрузку, особенно на территории города. Такой
системой является и Казань.
В отношении охраны атмосферного воздуха основными и
наиболее острыми проблемами являются:
1. Загрязнение воздушного бассейна
автотранспортом, на долю которого приходится свыше 70% выбросов (а также
шумовое загрязнение).
2. Загрязнение воздуха предприятиями города, в
первую очередь предприятиями теплоэнергетики, химической промышленности. Здесь
проблемой является близость предприятий к жилой застройке, причем значительная
часть жилья попадает в санитарно-защитные зоны предприятий.
. Недостаточный контроль за выбросами
предприятий.
В отношении охраны водных ресурсов основными и
наиболее острыми экологическими проблемами являются:
2. Несоблюдение режима водоохранных зон
(застройка побережья р. Казанки и др.).
. Уничтожение малых водных объектов.
. Деградация подземных вод.
. Неудовлетворительное качество питьевой воды,
несоблюдение режима хозяйственной деятельности в охранных зонах поверхностных и
подземных водозаборов.
. Загрязнение вод неочищенными сточными водами
ливневой канализации в черте города.
. Складирование убираемого снега в
необорудованных местах.
. Ветхость и изношенность системы канализации и
водопользования.
. Необходимость снижения водопотребления,
экономия водных ресурсов на предприятиях.
В отношении охраны почв и ландшафтов основными и
наиболее острыми экологическими проблемами являются:
1. Малое количество охраняемых природных территорий и
неудовлетворительный режим их охраны.
2. Фрагментированность природных территорий
(отсутствие путей миграции животных).
. Отсутствие экологических парков при наличии в
городе ценных природных территорий.
. Высокая рекреационная нагрузка на пригородные
массивы.
. Низкий процент наличия нетронутых
(ненарушенных) почв.
. Загрязненность почв из-за складирования ТБО.
В отношении охраны растительных ресурсов основными
проблемами являются:
1. Нехватка зеленых насаждений в городе.
2. Захват естественных зеленых зон и участков под
строительство.
. Слабая компенсационная посадка.
. Недостаточное озеленение санитарно-защитных
зон предприятий, лечебных учреждений.
. Недостаточный уход за зелеными насаждениями.
В отношении охраны животного мира в качестве основных
проблем выдвигаются:
1. Сокращение числа и площадей мест обитания,
отсутствие путей миграции животных.
2. Наличие и увеличение числа бездомных животных
в городе и пригородной зоне.
Одна из наиболее значимых проблем для городских
экосистем - проблема роста количества отходов (Экология города Казани, 2005).
.3 Промышленность г. Казани как один
из значимых факторов загрязнения окружающей среды
Город Казань - крупный индустриальный центр с
динамично развивающимися химической и нефтехимической промышленностью, машиностроением
и металлообработкой, промышленностью стройматериалов и деревообработкой, легкой
и пищевой промышленностью.
Предприятиями производится широкий ассортимент
продукции: тепловая и электрическая энергия, приборы учета и контроля,
радиотехническое оборудование, запчасти к автомобилям, насосы,
металлоконструкции, железобетонные изделия, бетон, медицинский инструментарий и
техника, каучуки, латексы, формовые и неформовые резинотехнические изделия,
сырые резины, нетканое полотно, картон, пластикаты, линолеум, полиграфическая
продукция, бытовая химия, парфюмерия и косметика, молочные продукты, сыры,
майонез, виноводочные изделия, пиво, безалкогольные напитки и прочие (Экология
города Казани, 2005).
Среди предприятий района есть предприятия, которые
представляют не только наш район, но и республику в целом не только на
российском, но и на мировом рынке: ОАО "Казанский медико-инструментальный
завод", ОАО «Радиоприбор», ОАО «Казанский завод синтетических каучуков»,
ЗАО Камско-Волжское АО «Кварт», ОАО «Казанский электротехнический завод», ОАО
"Нэфис-Косметикс", ЗАО «Комбинат молочных продуктов «Эдельвейс-М».
Наибольший удельный вес в экономике района занимает
пищевая промышленность (33,2%). Именно к этой отрасли относятся наиболее
крупные предприятия района, такие как ОАО "Пивоваренное объединение
«Красный Восток-Солодовпиво", филиалы ОАО «Татспиртпром» «Казанский
ликероводочный завод» и «Винзавод «Казанский», а также ЗАО «Комбинат молочных
продуктов «Эдельвейс-М» и ОАО «Вамин - Татарстан» производят самый широкий
ассортимент молока и молочных изделий, сыров, майонеза.
Отрасль машиностроения представлена в районе наиболее
широко, в неё входит семь предприятий, самые крупные из которых ОАО
"Вакууммаш", ОАО "Теплоконтроль". ОАО "Вакууммаш"
производит насосы и вакуумные агрегаты, ОАО "Теплоконтроль"
осуществляет производство измерительных приборов, средств автоматизации и
запчастей к ним. ОАО «Теплоконтроль» является крупнейшим предприятием по
выпуску теплоизмерительной продукции не только в России, но и в Европе.
Лёгкая промышленность района представлена тремя
предприятиями, самое крупное из которых ЗАО "Казанский завод искусственных
кож". Производит столовую клеёнку и другие плёночные материалы, линолеумы,
а также обувные детали.
ОАО "Радиоприбор" и ОАО «Казанский
электротехнический завод» производят спецпродукцию. ОАО «Радиоприбор»
производит различное оборудование и запчасти для топливно-энергетического
комплекса, гражданской авиации и автомобильной промышленности, а также
агропромышленного комплекса.
Отрасль электроэнергетики представлена такими
предприятиями, как филиал ОАО «Генерирующая Компания» «Казанская ТЭЦ-1, 2, 3»,
МУП «Казэнерго» и "Энерготех". Эти предприятия осуществляют
производство и отпуск как тепла, так и электроэнергии.
Сертифицированы на соответствие требованиям мирового
стандарта ИСО серии 9000-9001 предприятия: ОАО «КЗСК», ЗАО «Кварт», ОАО
«Вакууммаш», ОАО «Радиоприбор», ОАО «Нэфис-Косметикс», ОАО «Пивоваренное
объединение «Красный Восток-Солодовпиво».
На территории города находятся и действуют крупнейшие
промышленные предприятия, которые в настоящее время вносят ощутимый вклад в
экономику и развитие инфраструктуры Приволжского района. Продукция этих
предприятий известна не только в России, но и далеко за ее пределами.
При этом следует отметить, что хотя Казань и лидирует
среди крупных городов республики по объему выбросов вредных веществ в
атмосферу. Основными источниками загрязнения атмосферного воздуха в г. Казани
являются АО «Казаньоргсинтез», Казанские ТЭЦ - 1, 2, 3, МУП ПО «Казэнерго», Казанский
комбинат строительных материалов.
За последние два года объем выбросов загрязняющих
веществ в атмосферу Казани снизился за счет выполнения предприятиями
воздухоохранных мероприятий. В первую очередь это относится к предприятиям
топливно-энергетического комплекса. Так, Казанская ТЭЦ-1 уменьшила долю
использования мазута в годовом топливном балансе, перейдя на газообразное
топливо, на ТЭЦ-2 произвели замену горелок на котлах, произвели капитальный
ремонт золоуловителей котлов № 4, 10. МУП ПО «Казэнерго» на 24 котлах произвело
замену 57 подовых горелок на форкамерные, что привело к снижению выбросов
оксидов азота и углерода.
Химическая отрасль в г. Казани представлена такими
крупными предприятиями, как АО «Казаньоргсинтез», ОАО «Казанский завод
синтетического каучука им. Кирова», ОАО «Хитон», ОАО «Тасма-Холдинг» и др.
Указом Президента Республики Татарстан создано АО «Татнефтсхиминвестхолдинг» с
целью объединения и координации деятельности научно-технического и
производственного потенциала предприятий нефтегазохимического комплекса
республики. Экологические проблемы на предприятиях химии и нефтехимии
практически однотипны - очистка сточных вод, улавливание вредных выбросов в
атмосферу, предотвращение технологических аварий.
Машиностроение в г. Казани представлено 28
предприятиями Модернизация производства и методов его управления, адаптация к
условиям рынка позволяют некоторым предприятиям не только оценивать рост
производства и выпуск конкурентоспособной продукции, но и вкладывать
собственные средства в природоохранные мероприятия. На ОАО «Казанский завод
синтетического каучука Кирова» на производстве тиокола внедрена обработка
тиокольного каучука комплексом растворов, что позволило снизить выбросы
сероводорода на 0,279 т. ОАО «Нефис-Косметикс» ввел в действие 3 установки по
улову акролеина. Установка фильтров ФВГ-Т на участке оксидирования ФГУП
«Казанский завод точного машиностроения» привела к снижению выбросов хромового
ангидрида, а в ФГУП КАПО им. Горбунова
- хромового ангидрида и серной кислоты Снижение выбросов оксида углерода,
диоксида серы, сажи имело место на ОАО КМПО за счет перевода всех плавильных и
кузнечных печей с мазута на газ.
Проблема переработки, утилизации и захоронения
промышленных, бытовых, медицинских, биологических отходов является одной их
наиболее приоритетных для г. Казани. Объем сбора и переработки отходов в городе
остается крайне низким и нестабильным, что способствует ухудшению общей
санитарной и экологической обстановки. К числу опасных промышленных отходов,
образующихся на предприятиях г. Казани, относятся, например, шламы
гальванических производств, шламы очистных сооружений, отходы пищевых
производств. Наибольшие объемы промышленных отходов образуются в пищевой
промышленности, жилищно-коммунальном хозяйстве, машиностроении, химической
отрасли.
В последние годы в РТ начало формироваться целое
направление, в основном негосударственное, которое осуществляет сбор,
утилизацию и переработку отходов с извлечением вторичных ресурсов. В Казани это
направление представляют ОАО «Полимиз» и АО «Казаньоргеннтез», перерабатывающие
отходы полиэтилена, ОАО «Казанский завод «Медтсхника», перерабатывающий
использованные одноразовые шприцы, ООО «Экое», занимающийся переработкой
ртутных ламп и др.
предприятий Казани используют в год 206,16 млн. куб. м
воды, в том числе 106,75 млн. куб. м на производственные нужды. За счет более
рационального использования воды в химической промышленности,
топливно-энергетическом комплексе, жилищно-коммунальном хозяйстве произошло
сокращение объемов воды, забираемой из поверхостных и подземных источников.
Увеличился расход воды в системах оборотного и повторно-последовательного
водоснабжения, в основном за счет ГУП РТ «ПО Татспиртпром», ОАО
«Казаньоргсинтез». Но такие предприятия, как Казанская ТЭЦ-1, ОАО «Казанский завод
синтетического каучука им. Кирова» увеличили водозабор в связи с ростом
производства.
Доля нормативно очищенных коммунальных и промышленных
стоков в г. Казани равна нулю. МУП «Водоканал» г. Казани сбрасывает 207.8 млн.
куб. м загрязненных сточных вод в поверхностные водные объекты, что составляет
почти 50% сбросов республики, растут сбросы нитратов, сульфатов, хлоридов из-за
неэффективной работы городских очистных сооружений. На долю предприятий
жилищно-коммунального хозяйства приходится 57,3%, энергетики - 22%, химической
промышленности - 13,9%, машиностроения - 4,7%, пищевой промышленности - 1,3%
сбросов. Требует решения вопрос утилизации осадка очистных сооружений. Решение
проблем очистки сточных вод и утилизации осадка позволит улучшить качественное
состояние источников питьевого водоснабжения, санитарно-эпидемиологическую и
экологическую ситуацию в г. Казани (Экология города Казани, 2005).
3.4 Влияние на здоровье человека
Важное место при оценке городских антропоэкосистем
принадлежит состоянию общественного здоровья. Оно характеризуется как
санитарно-демографичискими параметрами (продолжительность жизни, смертность,
заболеваемость, инвалидность и др.), так и рядом других факторов. Наблюдается
не только рост травматизма, но и таких хронических заболеваний, как
сердечно-сосудистые, аллергические, эндокринные, онкологические (Прохоров,
2005).
Здоровье населения г. Казани определяется спецификой
крупного города и испытывает воздействие санитарно-эпидемиологической и
экологической обстановки. Основными проблемами являются появление ряда
неблагоприятных тенденций в медико-статистических и демографических
показателях, отражающих состояние здоровья населения Казани.
Согласно исследованиям, проведенным Российской
Академией управления, Республика Татарстан среди всех субъектов России по общей
антропогенной нагрузке на природную среду находится на 12-м ранговом месте, а в
Среднем Поволжье - на 3-м, после Самарской области и Республики Чувашии.
Наиболее чувствительно к загрязнению атмосферного
воздуха детское население с преобладанием ЛОР-заболеваний, аллергическими
заболеваниями и заболеваниями органов дыхания. Присутствие в атмосферном
воздухе загрязняющих веществ в концентрациях выше предельно допустимых
увеличивает заболеваемость населения болезнями органов дыхания,
сердечно-сосудистой системы, а также уха, горла и носа. Проживание в
промышленных районах Казани приводит к возникновению и формированию хронических
болезней ЛОР-органов. Так, наибольшее количество лорингитов, ринитов и
риносинуситов отмечается в Ново-Савиновском и Кировском районах. В последние
годы отмечается также рост числа аллергических заболеваний и болезней
мочеполовой системы, связанных с загрязнением окружающей среды г. Казани. Рост
аллергических заболеваний связан с неспецифическим воздействием химических
веществ, присутствующих в атмосферном воздухе, на слизистые оболочки
дыхательных путей. Они повреждают барьерные механизмы и приводят к поступлению
аллергенов в повышенных дозах, снижая общую сопротивляемость организма.
Исследования показали также, что загрязнение
атмосферного воздуха влияет на состояние нервной системы. Так, заболеваемость
детей нервно-психическими заболеваниями выше в районах Казани с высоким
загрязнением атмосферного воздуха (Экология города Казани, 2005).
В целом же по Татарстану можно отметить рост первичной
заболеваемости населения к 2008 гг. по следующим классам: болезни системы
кровообращения - на 47,18 %, болезни крови, кроветворных органов - на 40,7 %,
болезни эндокринной системы - на 40,5 %, врожденные аномалии (пороки развития)
- на 28,6 %, болезни мочеполовой системы - на 25,2 %. Показатели г. Казани
часто превышают среднереспубликанских (Государственный доклад…, 2009).
загрязнение вода здоровье
гидрогеологический
Глава 4. Подземные воды и их основные источники
загрязнения
.1 Подземные воды, понятие, виды
Все воды земной коры, находящиеся ниже поверхности
Земли в горных породах в газообразном, жидком и твёрдом состояниях, называются
подземными водами. Подземные воды составляют часть гидросферы - водной оболочки
земного шара. Они встречаются а буровых скважинах на глубине до нескольких
километров. По данным В.И. Вернандского, подземные воды могут существовать до
глубины 60 км в связи с тем, что молекулы воды даже при температуре 2000о
С диссоциированы всего на 2%. Приблизительные подсчёты запасов пресной воды в
недрах Земли до глубины 16 километров дают величину 400 миллионов кубических
километров, т.е. около 1/3 вод Мирового океана.
Подземные воды формируются в основном из вод
атмосферных осадков, выпадающих на земную поверхность и инфильтрующихся в землю
на некоторую глубину, и из вод из болот, рек, озер и водохранилищ, также
просачивающихся в землю.
Водопроницаемость грунтов, слагающих земную кору,
зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости
грунты делятся на три основные группы: водопроницаемые, полупроницаемые и
водонепроницаемые или водоупорные.
Подземные воды в земной коре распределены в двух
этажах. Нижний этаж, сложенный плотными магматическими и метаморфическими
породами, содержит ограниченное количество воды. Основная масса воды находится
в верхнем слое осадочных пород. В нем по характеру водообмена с поверхностными
водами выделяют три зоны: зону свободного водообмена (верхнюю), зону
замедленного водообмена (среднюю) и зону весьма замедленного водообмена
(нижнюю). Воды верхней зоны обычно пресные и служат для питьевого,
хозяйственного и технического водоснабжения. В средней зоне располагаются
минеральные воды различного состава. Это-древние воды. В нижней зоне находятся
высокоминерализованные рассолы (Новиков 1981).
Подземные воды образуются различными способами. Как
уже отмечалось выше, один из основных способов образования подземной воды -
просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных вод (озёр,
рек, морей и т.д.), для многих территорий земного шара инфильтрация является
основным способом образования подземных вод. Однако имеется и другой путь их
образования - за счёт конденсации водяных паров в горных породах. В тёплое
время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и
нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают
в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных
глубинах - от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли. Оба
способа образования подземных вод - путём инфильтрации и за счёт конденсации
водяных паров атмосферы в породах - главные пути накопления подземных вод.
Инфильтрационные и конденсационные воды называются вандозными водами (от лат. "vadare" - идти, двигаться). Эти воды
образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.
По условиям залегания выделяют три типа подземных вод:
верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.
Верховодкой называются подземные воды, залегающие
вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и
дебита. Обычно верховодка приурочена к линзам водоупорных или слабопроницаемых
горных пород, перекрываемых водопроницаемыми толщами. Верховодка занимает
ограниченные территории, это явление - временное, и происходит оно в период
достаточного увлажнения; в засушливое время года верховодка исчезает.
Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту. В тех
случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на
поверхность, в дождливые сезоны развивается заболачивание.
К верховодке нередко относят почвенные воды, или воды
почвенного слоя. Почвенные воды представлены почти связанной водой.
Капельно-жидкая вода в почвах присутствует только в период избыточного
увлажнения.
Грунтовыми называются воды, залегающие на первом
водоупорном горизонте ниже верховодки. Обычно они приурочены к выдержанному
водонепроницаемому пласту и характеризуются более или менее постоянным дебитом.
Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в
твёрдых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод представляет собой
неровную поверхность, повторяющую, как правило, неровности рельефа в сглаженной
форме: на возвышенностях он ниже, в пониженных местах - выше. Грунтовые воды
перемещаются в сторону понижения рельефа.
Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям.
Как отмечалось выше, на него влияют различные факторы: количество и качество
выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова,
хозяйственная деятельность человека и многое другое.
Грунтовые воды, накапливающиеся в аллювиальных
отложениях - один из источников водоснабжения. Они используются как питьевая
вода, для полива. Выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или
ключами.
Напорные, или артезианские воды. Напорными называют
такие воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными
слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней
в месте питания и выхода воды на поверхность. Область питания у артезианских
вод обычно лежит выше области стока воды и выше выхода напрных вод на
поверхность Земли. Если в центре такой чаши, или мульды, заложить артезианскую
скважину, то вода из нее будет вытекать в виде фонтана по закону сообщающихся
сосудов.
Размеры артезианских бассейнов бывают весьма
значительными - до сотен и даже тысячи километров. Области питания таких
бассейнов зачастую значительно удалены от мест извлечения воды. Так, воду,
выпавшую в виде осадков на территории Германии и Польши, получают в
артезианских скважинах, пробуренных в Москве; в некоторых оазисах Сахары
получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой. Артезианские воды
характеризуются постоянством дебита и хорошим качеством, что немаловажно для её
практического использования (Саваренский 1969).
.2 Основные загрязнители подземных вод
Под антропогенным загрязнением подземных вод понимают
ухудшение качества воды (химических, физических, биологических свойств).
Антропогенное влияние на подземные воды стало особенно ощутимым в текущем
столетии в связи с развитием и интенсификацией промышленности и сельского
хозяйства, ростом крупных городов и расширением урбанизированных территорий.
Оно проявляется в истощении запасов подземных вод и ухудшении их качества; при
этом в подземных водах может увеличиться содержание компонентов, характерных
для природных подземных вод (хлориды, сульфаты, железо и др.), но могут также
появиться компоненты и соединения, связанные исключительно с деятельностью человека
- поверхностно-активные вещества, ядохимикаты, синтетическая органика и др.
Понятие "загрязнение" относится, прежде
всего, к подземным водам питьевого назначения. Качество воды питьевого
назначения должно удовлетворять гигиеническим нормам, предусматривающим
безопасность воды в эпидемическом отношении, безвредность химического состава и
благоприятные органолептические свойства. Соответственно этому государственным
стандартом установлены показатели качества воды: 1) микробиологические; 2)
содержания токсических химических веществ; 3) органолептические.
Химическое загрязнение подземных вод связано с
поступлением промышленных сточных вод, утечками технологических жидкостей,
растворением атмосферными осадками сырья, твердых отходов и продуктов
промышленности, загрязнением атмосферного воздуха, неправильным использованием
сельскохозяйственных удобрений и ядохимикатов. Для современного промышленного
производства характерно разнообразие состава сырья, продуктов, сточных вод,
отходов (именно это определяет многочисленность веществ, которые могут
поступать в водоносный горизонт). На участках химического загрязнения в
подземных водах обнаружены тяжелые металлы, нефтепродукты, синтетические
органические соединения, хлориды, сульфаты, фтор, мышьяк, азот и многие другие
вещества. Показатели химического состава и химических свойств воды, которые
целесообразно определять в районе воздействия сточных вод и отходов, специфичны
для различных предприятий.
Биологическое загрязнение подземных вод вызывается
микроорганизмами, поступающими при инфильтрации фекальных и коммунально-бытовых
сточных вод из выгребных ям, канализационной сети, скотных дворов, полей
фильтрации, а также при использовании береговыми водозаборами загрязненных
речных вод. Из мелководных водохранилищ и прудов-охладителей с теплой водой
могут проникать сине-зеленые водоросли и другая микрофлора по водоносному
горизонту в водозаборные скважины, находящиеся на расстоянии десятков метров и
более от берега. Эти микроорганизмы вызывают обрастания трубопроводов,
резервуаров и ухудшают качество воды.
Радиоактивное загрязнение подземных вод ураном,
радием, стронцием, цезием и другими элементами в основном является следствием
ядерных взрывов, поступления сточных вод с предприятий, добывающих или
использующих радиоактивные вещества.
Тепловое загрязнение подземных вод возникает на
участках прудов-охладителей нагретых промышленных вод, при сбросе в скважины
нагретых вод из систем кондиционирования, а также на участках, где береговые
водозаборы используют речные воды с повышенной температурой из-за сброса в реку
горячих сточных вод.
Загрязнение подземных вод не является локальным
процессом, оно тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом.
Содержащиеся в подземных водах зоны активного водообмена загрязнения в конечном
итоге попадают в реки и озера (области разгрузки).
Загрязнение пресных подземных вод, используемых для
хозяйственно-питьевого водоснабжения, не только сказывается на здоровье людей и
состоянии окружающей среды, но и приводит к необходимости колоссальных затрат
на очистку воды, ремонт и реконструкцию очистных сооружений, дополнительных
затрат на здравоохранение. Это происходит на фоне недостаточной изученности и
состояния загрязнения, и влияния многих вредных компонентов на здоровье людей и
животных, и неразвитости методов исследований многих новых видов загрязнения
(Орадовская 1987).
4.3 Влияние загрязненных подземных
вод на здоровье человека
По минерализации и химическому составу подземные воды
характеризуются широким разнообразием. Степень их пригодности для тех или иных
хозяйственных целей различная. Они не всегда удовлетворяют предъявляемым
требованиям, в некоторых случаях их используют только после проведения
соответствующей «водоподготовки». В связи с этим возникает проблема
нормирования воды.
Вода для хозяйственно-питьевых целей. При установлении
норм для воды, идущей на хозяйственно-питьевые цели, принимается во внимание
величина минерализации (сухой остаток), содержание макро- и микрокомпонентов,
физические свойства воды и ее микробиологическое состояние.
К питьевой воде предъявляются следующие требования:
) по физическим свойствам вода должна быть прозрачной,
бесцветной, освежающего вкуса и без запаха;
) присутствие веществ, растворенных обычно в подземной
воде, не должно превышать пределов, выше которых вода считается не годной к
употреблению;
) вода не должна содержать вредных для здоровья
человека веществ, например меди, свинца, мышьяка и др., и количествах,
превышающих установленные для этих компонентов кондиции;
) вода должна быть свободной от болезнетворных
микроорганизмов.
Обычно в подземных пресных водах содержание
микроэлементов не достигает установленных предельно допустимых концентраций.
Превышение же указанных концентраций часто является результатом загрязнения
воды (Посохов, 1975).
Превышение каких-либо химических элементов и их
соединений в воде влияет на распространенность многих заболеваний. Причина
этого в высокой биологической активности микроэлементов, участвующих в различных
видах обмена: белковом, жировом, углеводном, витаминном, минеральном, а также в
газообмене, теплообмене, тканевом дыхании, тканевой проницаемости, клеточном
дыхании. Микроэлементы влияют на активность ферментов, вступая в соединения с
ферментами, они участвуют в различных биохимических превращениях. Именно
поэтому это может привести к возникновению эндемических заболеваний (Мовчан,
2004).
Приведем пример влияния некоторых химических
показателей, которые определяются для оценки качества подземных вод, на
здоровье человека.
Медь. Концентрация меди более 3 мг/л может вызвать
острое нарушение функции желудочно-кишечного тракта - тошноту, рвоту, понос. У
людей, перенесших заболевания печени, например вирусный гепатит, обмен меди
нарушен и длительное ее употребление с водой может способствовать развитию
цирроза печени. Особенно чувствительны к повышенной концентрации меди в воде
грудные дети на искусственном вскармливании. У них еще в младенческом возрасте
при употреблении такой воды может развиться цирроз печени.
Железо - один из основных элементов природной воды, в
которой его концентрация колеблется от 0,5 до 50 мг/л. Повышенное содержание
железа в воде придает ей ржавый цвет и металлический привкус, что делает воду
непригодной к употреблению. Постоянное употребление воды с повышенным
содержанием железа может привести к развитию гемохроматоза, т.е. отложению
соединений железа в органах и тканях, развивается геморрагический некроз
(разрушение) и отслойка участков слизистой оболочки желудка.
Алюминий присутствует в природной воде. При изучении
влияния на организм человека некоторыми исследователями было отмечено, что
алюминий в больших количествах может вызывать повреждение нервной системы.
Алюминию приписывают роль в возникновении таких тяжелых заболеваний нервной
системы, как болезнь Альцгеймера (возникает в зрелом возрасте, проявляется
появлением провалов памяти, дезориентацией в окружающей обстановке, депрессией
и прогрессирующим слабоумием), боковой амиотрофический склероз (возникновение
прогрессирующих параличей мышц, смерть от остановки дыхания и сердечной
деятельности через несколько лет), паркинсоническое слабоумие (дрожание головы,
кистей рук, нижней челюсти, стоп из-за повышения тонуса мышц, слабоумие,
нарушение в психо-эмоциональной сфере в виде появления назойливости, эгоизма,
обидчивости).
Хлорсодержащие соединения могут быть опасны для
здоровья при нахождении их в воде в высоких концентрациях. Особенно
чувствительны к их действию дети. Небольшие дозы хлора вызывают воспаление
слизистой оболочки рта, глотки, пищевода, спонтанную рвоту. Из всех анионов
хлориды обладают наибольшей миграционной способностью, что объясняется их
хорошей растворимостью; слабовыраженной способностью к сорбции на взвесях и
потреблением водными организмами. Повышенные содержания хлоридов ухудшают
вкусовые качества воды, делают ее малопригодной для питьевого водоснабжения и
ограничивают применение для многих технических и хозяйственных целей, а также
для орошения сельскохозяйственных угодий. В связи с хорошей растворимостью в воде
хлориды, в первую очередь, поражают слизистую оболочку верхних дыхательных
путей. При избыточном содержании в воде и попадании в организм соединений хлора
возможна временная остановка сердечной деятельности.
Сульфаты являются одним из важнейших анионов и
присутствуют практически во всех природных водах, бытовых стоках, сточных водах
стекольной, бумажной, текстильной и других видах промышленностей, атмосферных
осадках. В подземных водах содержание сульфатов нередко достигает значительно
более высоких величин. Повышение содержания сульфатов оказывают физиологическое
воздействие на человеческий организм. При приеме внутрь они оказывают
тормозящее действие на желудочную секрецию. Токсическое действие на детей
проявляется при длительном употреблении воды с содержанием сульфатов в
концентрации 600-1000 мг/л или 21 мг/кг массы тела.
Нитраты. Однако большие дозы нитратов и их производных
токсичны для человека. Попадая в кровь нитриты окисляют Fе2+ в Fе3+.
При этом образуется метгемоглобин, неспособный переносить кислород к тканям и
органам, в результате чего может наблюдаться удушье человека и животного.
Угроза для жизни начинает возникать тогда, когда уровень метгемоглобина в крови
достигает 20% и выше. Значительное количество токсичных веществ может попадать
на наш стол с питьевой водой. Доказано, что влияние нитрат-ионов, содержащихся
в пище, почти на четверть слабее, чем растворенных в воде.
Марганец забивает канальцы нервных клеток. Снижается
проводимость нервного импульса, как следствие повышается утомляемость,
сонливость, снижается быстрота реакции, работоспособность, появляются
головокружение, депрессивные, подавленные состояния. Марганец почти невозможно
вывести из организма; очень тяжело диагностировать отравление марганцем, т.к.
симптомы очень общие и присущи многим заболеваниям, чаще же всего человек
просто не обращает на них внимания .
Жёсткостью называют свойство воды, обусловленное
наличием в ней растворимых солей кальция и магния. Их источником являются
природные залежи известняков, гипса и доломитов. Ионы кальция и магния
поступают в воду в результате взаимодействия растворенного диоксида углерода с
минералами и при других процессах растворения и химического выветривания горных
пород. Источником этих ионов могут служить также микробиологические процессы,
протекающие в почвах на площади водосбора, в донных отложениях, а также сточные
воды различных предприятий. Высокая жесткость ухудшает органолептические
свойства воды, придавая ей горьковатый вкус и оказывая отрицательное действие
на органы пищеварения (#"817452.files/image001.gif">
,
где
xi - значение какого-либо показателя i-ой
пробы;
X - среднее
арифметическое показателей проб (X = 
);
n - количество
проб
Далее значения равные 3у и выше убираются из общего
массива проб. Для остальных снова считается среднее арифметическое, которое и
будет являться фоновым значением. Такой метод хорош при применении его на
больших массивах данных с большим разбросом значений. Если данные не имеют
существенно большого разброса, то можно использовать только вычисление среднего
арифметического (Белоусова и др., 2007).
Заключение
В ходе написания курсовой были рассмотрены анализы 26
проб скважин трех районов г. Казани - Кировского, Авиастроительного,
Приволжского районов, а также прилежащих поселков- и двух геологических слоев
данном месторождении подземных вод: неоген-четвертичный, верхне- и
нижнеказанский и ассельско-сакмарский. Анализы проб предоставлены ООО НПП
«Казаньгеология». Данные пробы за 2007-2009 г. с подсчитанными для них
интегральными показателями загрязнения помещены в приложение. Пробы с
превышениями по железу и марганцу помещены на гидрогеологическую и карту-схему
Казани (приложение). Таким образом, можно сделать следующие выводы:
Ø Фоновое значение для железа в данном месторождении является
превышенным. Это значение было подсчитано: слой 1 - 0,89 мг/л, слой 2а (kz1) -
0,36 мг/л, слой 2б (kz2) - 1,40 мг/л.
Ø Всего было рассмотрено 23 пробы. Превышение ПДК (либо
естественного фона) отмечено:
· по алюминию (1 пробу)
· по железу (13 проб)
· по сульфатам ( 2 пробы)
· по кремнию ( 2 пробы)
· по марганцу (11 проб)
Ø Общее количество проб, где зафиксировано хотя бы одно
превышение ПДК (фона) -15 проб.
Ø Интегральный показатель загрязнения (ИПЗ) по районам
составляет:
· Кировский ИПЗ=1,64
· Авиастроительный ИПЗ=2,765
· Приволжский ИПЗ=2,29
Ø В целом воды в этих районах характеризуются как
слабонеустойчивые (слабозагрязненные).
Ø Рассматривая отдельно пробы из скважин можно отметить:
· нет проб с условно чистой водой, грязной и очень грязной
водой, чрезвычайно грязной водой.
· 8 проб с слабозагрязненной водой
· 5 проб с весьма загрязненной водой
· 2 пробы с очень загрязненной водой
Ø 1/5 забора воды в г. Казани осуществляется из подземных источников.
И хотя идет снижение использования подземной воды на общем фоне уменьшения
водопотребления, эти темпы меньше в сравнении с поверхностным.
Литература
Опубликованная литература:
1. Белоусова А.П. и др. Экологическая гидрогеология. - М.:
Академкнига, 2007 - 396 с.
2. Горшков С.П. Концептуальные основы геоэкологии. -
Смоленск: Изд-во Смолен. гос. ун-та, 1998. - 447с
. Государственный доклад о состоянии природных
ресурсов и об охране окружающей среды в 2008 году. - Казань, ООО «Печатный
двор», 2009. - 510 с
4. Карлович И.А. Геоэкология. - М.: Альма Матер: Акад.
проект, 2005. - 508 с.
5. Кауричев И.С. Почвоведение. - М: Колос, 1975. - 496
с.
6. Комарова Н.Г. Геоэкология и природопользование. - М.:
Изд. центр «Академия», 2003. - 192 с.
7. Мовчан В.Н. Экология человека. - СПб.: СПбГУ,
2004.-289с.
8. Научный путеводитель по Казани и ее окрестностям. -
Казань: Изд-во Казанского университета, 1990. - 160 с.
9. Новиков Ю.В., Сайфутдинов М.М. Вода и жизнь на Земле.
- М.: Наука, 1981. - 184 с.
10. Орадовская А.Е., Лапшин Н.Н. Санитарная охрана
водозаборов подземных вод. - М.: Недра, 1987.
11. Пивоваров Ю.Л. Основы геоурбанистики: урбанизация и
городские системы. - М.: Изд. центр ВЛАДОС, 1999. - 232 с.
12. Посохов Е.В. Общая гидрогеохимия. Л.:
"Недра", 1975. - 208 с.
. Проект ООО НПП «Казаньгеология» по организации
технического водоснабжения за счет подземных вод ОАО «ПО КВ - Солодовпиво»,
2008. - 65 с.
. Прохоров Б.Б. Экология человека. - М.: Академия,
2005. - 317 с.
. Родзевич Н.Н. Геоэкология и природопользование. -
М.: Дрофа, 2003. - 255 с.
16. Средняя Волга. - Казань: Изд-во Казанского университета,
1991, 210 с.
17. Толоконцев Н.А. Окружающая среда крупного города. -
Ленинград: Изд-во «Наука», 1988. - 112 с.
18. Шилов И.А. Экология. - М.: Изд-во «Высшая школа»,
2006. - 512 с.
19. Экология города Казани. - Казань: Изд-во «Фэн» Академии
наук РТ, 2005. - 576 с.
20. Ясаманов Н.А. Основы геоэкологии. - М.: Изд. центр
«Академия», 2003. - 352 с
21. Саваренский Ф.П., Гидрогеология, М., 1935; Ланге О.К.,
Гидрогеология, М., 1969.
1. Центр Водных Технологий
2. Портал мэрии Казани