X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Оценка качества и гидрогеологических условий залегания подземных питьевых вод Невьянска

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Презентация
• Наградные документы

Афзалова Е.И. 1Дрягунова Н.В. 1

---

1МБОУ ДО СЮН НГО

Шимаковская К.В. 1

---

1МБОУ ДО СЮН НГО

Работа в формате PDF

1.4 MB

---

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяДиплом участника II этапаДиплом за подготовку участника II этапаДиплом лауреата II этапаДиплом за подготовку лауреата II этапа

Введение

Подземные питьевые и технические воды являются уникальным полезным ископаемым с динамичными возобновляемыми запасами. Приоритетность использования подземных вод для хозяйственно-питьевых целей как наиболее защищенных от атмосферного и наземного загрязнения в сравнении с поверхностными водами закреплена в нормативных документах и подтверждена отечественной и зарубежной практикой. В долгосрочной перспективе на фоне увеличения численности населения и ухудшения экологической ситуации потребность в подземных водах в целом на территории Российской Федерации и во всем мире будет возрастать.

Ресурсная обеспеченность подземными водами территории Свердловской области в целом высокая - 19604 тыс. куб. м/сутки (около 4,6 куб. м/сутки на 1 человека). Однако, согласно статистическим данным, доля использования подземных вод в системе водоснабжения Свердловской области небольшая и составляет всего 35 процентов от общего объема всей забранной природной воды.

За счет подземных источников на территории Свердловской области организовано водоснабжение таких городов, как Березовский, Верхняя Пышма, Сысерть, Каменск-Уральский, Красноуфимск, Карпинск, Невьянск. Особенно широко подземные воды используются для удовлетворения хозяйственно-питьевых нужд малых населенных пунктов, которые снабжаются водой чаще всего путем эксплуатации одиночных водозаборных скважин и колодцев¹.

Подземные воды на территории Свердловской области в зависимости от приуроченности к различным гидрогеологическим структурам, водовмещающих пород характеризуются различным химическим составом. Несоответствие качества подземных вод питьевым нормативам наблюдается как в естественных условиях, так и при техногенном воздействии на площади формирования ресурсов подземных вод.

В естественных условиях в пределах горноскладчатого Урала в подземных водах часто бывает природное повышенное содержание кремния, на заболоченных участках повышенное содержание железа и марганца, на участках развития карбонатных горных пород - величина общей жесткости, на участках гранитных интрузий - повышенное содержание радона. В черте населенных пунктов при недостаточной защищенности водоносных горизонтов химический состав подземных вод также изменен под воздействием антропогенных факторов.

На территории Невьянского городского округа подземные воды используются особенно широко для удовлетворения хозяйственно-питьевых нужд как через систему центрального водоснабжения, так и путем эксплуатации частных одиночных водозаборных скважин и колодцев. При этом при использование частных водозаборных скважин химический и органолептический анализы качества воды, как правило, не проводятся.

Следовательно, выявлена проблема: соответствует ли качество подземной питьевой воды, потребляемой значительной частью населения округа гигиеническим нормативам.

Поэтому была поставлена цель: оценка качества питьевых подземных вод округа и их гидрогеологических условий, как фактора влияния на химические и органолептические показатели.

В соответствии с целью исследовательской работы были поставлены следующие задачи:

1) рассмотреть общую характеристику подземных вод, их типы, происхождение и условия залегания;

2) охарактеризовать физические и химические свойства подземных вод;

3) выявить гидрогеологические особенности залегания питьевых подземных вод Невьянска;

4) провести практические исследования качества подземных вод, залегающих на территории города.

Объект исследования: подземные питьевые воды Невьянска.

Предмет исследования: качество подземных вод частных водозаборных скважин.

Информационную базу исследования составили законодательные и нормативные акты в области водной безопасности, отчетные данные организаций, осуществляющих бурение скважин на воду, результаты лабораторных исследований.

Методология исследования

В работе были использованы как общенаучные, так и специализированные методы. Из общенаучных были применены анализ и синтез, описательный метод. Описательный метод использовался при рассмотрение основных характеристик подземных вод, а также гидрогеологических условий их залегания.

В ходе проведения практической части исследования были использованы методы химического анализа (титрирование и колориметрический) и выявления органолептических свойств отобранных образцов.

Основная часть. Практическая часть исследования

1. Геолого-гидрогеологическая характеристика района исследования

Для проведения оценки качества питьевых подземных вод изучаемой территории необходимо было установить их гидрогеологические условия залегания, как одного из определяющего фактора влияния на химические и органолептические показатели.

Поэтому мы обратились к Перечню бассейнов подземных вод территории СССР для ведения Государственного водного кадастра (ВСЕГИНГЕО, 1988). При гидрологическом районировании главными факторами выделения структурных зон выступают геоморфологические особенности территории, тип скопления подземных вод, условия их питания и дренирования.

Так, на территории Свердловской области выделяют несколько гидрологических структур, основных водоносных горизонтов, комплексов и зон трещиноватости. К ним могут быть отнесены: Западно-Тобольский бассейн пластовых вод и Большеуральский сложный бассейн пластово-блоковых и пластовых вод.

Территория Невьянского городского округа может быть отнесена ко второй гидрологической структуре. Она располагается в пределах Уральского горноскладчатого сооружения, переживающего длительный континентальный период, в котором господствовали эрозионные процессы. В пределах Свердловской области Большеуральский бассейн простирается в субмеридиональном направлении, занимая площадь 64,6 тыс. км² (33,2% от площади области).

В течение периода континентального развития горноскладчатого сооружения продукты выветривания коренных пород смывались поверхностными водами в межгорные долины, оставляя на склонах маломощный чехол элювиально-делювиальных образований, не имеющих самостоятельного значения, а чаще практически безводных. В речных долинах накапливались аллювиальные отложения. Несмотря на разнообразный характер аллювиальных отложений, самостоятельного значения подземные воды в них в пределах горноскладчатого Урала не имеют.

Основным коллектором подземных вод на горноскладчатом Урале являются трещиноватые породы коренного субстрата. Распространение подземных вод здесь получило черты, типичные для регионов геосинклинального развития. В процессе длительной геологической истории развития первоначально нормальные осадочные породы неоднократно подвергались интенсивному воздействию движений, смяты в складчатые структуры, претерпели метаморфизм, на восточном склоне Урала дополнительно изменены вулканической деятельностью. Первичные коллекторские свойства пород были практически полностью утрачены и возникли вновь лишь в верхних горизонтах земной коры, под воздействием процессов физико-механического и химического выветривания. Образовавшаяся таким образом трещиноватая зона регионального выветривания образует бассейны коровых (блоково-коровых) вод. Мощность зоны региональной трещиноватости пород составляет в среднем 30-100 м.

Характерной особенностью горноскладчатого Урала являются его линейные крутопадающие трещиноватые зоны. Они связаны с трещиноватостью, возникшей при дизъюнктивных нарушениях, и с глубоким выветриванием пород в зонах контактов разнородных пород, с внедрением интрузивных пород. Водопроводимость линейных зон многократно превышает водопроводимость зоны регионального выветривания.

Подземные воды региональной трещиноватости обычно гидравлически взаимосвязаны, имеют безнапорный характер, а по геоморфологическим и структурно-фациальным условиям образуют небольшие бассейны с интенсивным водообменом, что предопределяет развитие ультрапресных и пресных вод. Вертикальная гидрохимическая зональность здесь отсутствует, а по площади она проявляется в соответствии со сменой климатических и ландшафтных зон и, в меньшей степени, литологического состава водовмещающих пород.

В вертикальном разрезе фильтрационные свойства пород зоны выветривания неоднородны. По характеру их изменения зона разделяется на три части. В верхней (10-20 м), где наиболее активно проявляются процессы физического и химического выветривания, породы представлены глинами или суглинками, заполняющими пустоты (элювиальная кора выветривания). Подобного рода зоны встречаются там, где разрезы сложены глинистыми осадочными или пластичными метаморфическими породами, а также если кора выветривания претерпела длительный путь геологического развития в условиях ограниченного смыва. Средняя часть эрозионной зоны отличается наиболее активной трещиноватостью. Мощность ее измеряется несколькими десятками метров, а общая пористость колеблется от 1 до 2-7%. В нижней части, где размеры трещин весьма незначительны и преобладает микротрещиноватость, проницаемость пород сильно снижается, водоотдача их практически отсутствует. Мощность этой части разреза измеряется первыми десятками метров.

Нижняя часть фильтрационного разреза консолидированных пород представляет собой жесткое основание, расчлененное разломами на крупные блоки. Породы здесь практически монолитны и непроницаемы.

В верхней зоне региональной трещиноватости выделение гидрогеологических подразделений основано на формационном принципе. По этому принципу на площади Уральского сложного бассейна регионального стока выделено тринадцать разновидностей водоносных зон трещиноватости различных комплексов пород (карбонатных, карбонатно-терригенных, терригенных, вулканогенных, метаморфических, интрузивных различного состава и пр.).

Среди нормально осадочных пород горноскладчатого Урала выделены следующие гидрогеологические подразделения:

а) на площади карбонатных отложений

- водоносная зона палеозойских преимущественно карбонатных пород - сРz и

- водоносная зона рифейско-палеозойских преимущественно карбонатных пород - сR-Pz,

б). на площади переслаивающихся карбонатных и терригенных пород

- водоносная зона палеозойских преимущественно терригенных пород - сsPz и

- водоносная зона рифейско-палеозойских карбонатно-терригенных пород - сsR-Pz,

в). на площади терригенных образований

- водоносная зона палеозойских терригенных пород - sPz и

- водоносная зона рифейско-палеозойских пород - sgR-Pz.

Первые из них (преимущественный возраст водовмещающих пород девон-карбон) получили распространение в границах Западно-Уральской зоны и Восточно-Уральского прогиба. Вторые (возраст водовмещающих пород рифей-силур) - в границах Центрально-Уральского поднятия, Тагило-Магнитогорского прогиба и Восточно-Уральского поднятия.

Коллекторами подземных вод палеозойских (девонско-нижнекаменноугольных) являются терригенные, карбонатные и терригенно-карбонатные отложения девона и нижнего карбона. Коллекторами рифейско-нижнедевонских зон - соответствующие породы в возрастном диапазоне от рифея до силура, включая нерасчлененные отложения силура-нижнего девона (песчаники, алевролиты, аргиллиты, сланцы глинистые, углисто-кремнисто-глинистые, филлиты и филлитовидные сланцы).

В состав водовмещающих пород водоносной зоны гранитоидов отнесены граниты, гнейсо-граниты, а также кварцевые диориты и сиениты. Гранитоиды являются наименее обводненными из всех интрузивных пород.

В состав водоносной зоны основных и средних интрузий включены габбро и диориты. Водовмещающими породами водоносной зоны ультрабазитов являются дуниты, порфириты, пироксениты и их метаморфические разности: серпентиниты, тальк-карбонатные и другие породы. По обводненности породы ультраосновного состава (особенно серпентинизированные) заметно превосходят интрузивные разности кислого или основного состава.

Характеристика основных водоносных горизонтов, комплексов и зон трещиноватости, приведенная выше, показывает, что для целей питьевого водоснабжения в Невьянском городском округе практическое значение имеют лишь верхний гидрогеологический этаж, где распространены водоносные горизонты, комплексы и зоны трещиноватости (далее водоносные горизонты) с пресными подземными водами. Основной принцип гидрогеологического районирования, приведенный выше, базируется на выделение в разрезе гидрогеологических подразделений с различным типом скопления подземных вод. Важную роль при гидрогеологическом районировании водоносных зон трещиноватости имеет и различие их степени водообильности.

На подавляющей части территории Свердловской области вышеописанные водоносные горизонты являются первыми от поверхности. Они получают питание за счет инфильтрации атмосферных осадков, а площади питания и распространения подземных вод на большей части территории, вне зависимости от геологического строения, совпадают. ²

2. Методики изучения физических свойств подземных вод

Основными факторами, определяющими качественный состав подземных вод, являются условия залегания и минералогический состав водовмещающих пород, а также природно-климатические условия рассматриваемой территории.

Органолептические показатели качества воды.

К органолептическим характеристикам относятся цветность, мутность (прозрачность), запах, пенистость и др.

Цветность воды.

Качественную оценку цветности, обусловленное присутствием гуминовых веществ и комплексных соединений железа, производят, сравнивая образец с дистиллированной водой. Для этого в пробирку высотой 10-12 см наливают отдельно исследуемую и дистиллированную воду. На фоне белого листа при дневном освещении рассматривают сверху и сбоку, оценивают цветность как наблюдаемый цвет

Запах.

Запах воды характеризуется видами запаха и интенсивностью запаха. Интенсивность запаха воды измеряется в баллах. Запах определяют при нормальной (200С) температуре. В колбу с притертой пробкой вместимостью250-350 см3 отмеривают 100 см3 испытуемой, воды закрывают пробкой и перемешивают вращательными движениями, и после чего колбу открывают и определяют характер и интенсивность запаха по 5-балльной шкале согласно требованиям ГОСТ 3351.

На запах воды оказывают внимание многие факторы: состав содержащихся в ней веществ, температура, величина pH, степень загрязненности водного объекта, биологическая обстановка, гидрологические условия и т. д.

Различают запахи естественного и искусственного происхождения. Запахи естественного происхождения приведены в таблице 1.

Таблица 1. Запахи естественного происхождения

Если запах слабый, то воду в колбе следует нагреть до температуры 50-60 С, подержав колбу на горячей водяной бане.

Мутность/прозрачность.

Прозрачность (или светопропускание) воды обусловлена ее цветом и мутностью, т.е. содержанием в ней различных окрашенных и взвешенных органических и минеральных веществ.

Степень прозрачности воды выражается высотой столба жидкости в см, через который отчетливо виден специальный шрифт. Исследуемую воду наливают в цилиндр , под дно которого подкладывают шрифт высотой 3,5 мм и шириной линии 0,35 мм на белом фоне (шрифт Снеллена) или юстировочную метку (например, черный крест на белой бумаге). Воду наливают до тех пор, пока сверху через слой воды можно будет отчетливо прочесть подложенный шрифт. Высоту столба в цилиндре измеряют линейкой. Определение производят при хорошем дневном рассеянном освещении на расстоянии 1 м от светонесущей стены. Измерения повторяются несколько раз (не менее 3-4-х), и за окончательный результат принимают среднее значение единичных измерений. Используемый метод является унифицированным и соответствует ИСО 7027. Результаты выражаются в сантиметрах.

3. Методика изучения химических свойств подземной воды

Химический анализ проб воды проводиться с помощью колориметрического метода и титрования.

Титрование – это метод количественного анализа, основный на измерение объема раствора анализируемого вещества. С его помощью можно провести анализ воды на сульфаты, хлориды. Общую жесткость, карбонаты и др.

Колориметрия – метод химического анализа, основанный на определение концентрации вещества по интенсивности окраски растворов, сравниваемых с эталонными образцами или шкалами.

Определение щелочности основано на титровании пробы раствором сильной кислоты. Под щелочностью понимают способность некоторых компонентов, содержащихся в воде, связывать эквивалентное количество сильной кислоты. Щелочность определяется количеством сильной кислоты, необходимым для замещения этих анионов. Расход кислоты пропорционален их общему содержанию воде и выражает общую щелочность воды. Метод определения карбонат- и гидрокарбонат-ионов является титрометрическим (ГОСТ Р52963-2008, ПНД Ф 14.1:2.245-07) и основан на реакции карбонат- и гидрокарбонат-ионов с водородными ионами в присутствии, в качестве индикаторов, фенофталеина и смеси бромкрезолового зеленого и метилового красного. Соответствующее количество кислоты, израсходованное на титрование по фенолфталеину (Vф), эквивалентно свободной щелочности (Щ_СВ); количество кислоты, израсходованное на титрование по смешанному индикатору (Vсм) – общей щелочности (Що). По результатам титрования определяются величины свободной и общей щелочности воды, которые позволяют рассчитать концентрацию карбонат- и гидрокарбонат-ионов.

Определение карбонат-ионов основано на реакции: СО₃^2-+Н⁺=НСО₃^-

В случае присутствия в анализируемой воде гидроксил-ионов (для природных вод не характерно) при определении по фенофталеину карбонатов протекает так же реакция их нейтрализации: ОН^-+Н⁺=Н₂О

Определение гидрокарбонат-ионов проводится в интервале значений pH свыше 4,5 и основано на реакции: НСО₃^-+Н⁺=СО₂+Н₂О

Таким образом, при титровании по фенолфталеину в реакции с кислотой ионы СО₃^2-, первоначально присутствующие в пробе, переходят в НСО₃^- (т.е. потребление кислоты – ½ от общего потребления на титрование карбонатов), а при титровании по смешанному индикатору в реакции участвуют как карбонаты, перешедшие в гидрокарбонаты, так и изначально присутствующие в пробе НСО₃^-. Титрование может выполняться как в параллельно разных пробах, так и последовательно в одной и той же пробе.

Концентрации карбонат- и гидрокарбонат-ионов позволяют рассчитать карбонатную концентрацию жесткость воды, которая представляет собой суммарное содержание растворимых солей карбонатов и гидрокарбонатов и выражается в единицах ммоль/л эквивалента.

Определение сульфат-ионов (SO₄) производится с использованием раствора хлорида бария. Ионы бария взаимодействуют с сульфат-ионами и образуется нерастворимый осадок BaSO_4. В точке эквивалентности избыток ионов бария реагирует с индикатором ортаниловым К с образованием комплексного соединения. При этом окраска раствора изменяется из сине-фиолетовой в зеленовато-голубую. Титрование проводится при pH 4,0. Расчет концентрации сульфатов (С_с, мг/л) в анализируемой воде по формуле: С_с= 384V.

Определение фосфат-ионов (PO₄^3-) проводится колориметрическим методом. В основе лежит реакция ортофосфатов с молибдатом аммония в кислой среде. Образующийся при этом продукт далее под действием восстановителя превращается в фосфорно-молибденовый комплекс, окрашенный в интенсивно-синий цвет.

Определение хлорида (Cl) производится добавлением в пробу воды хромата калия и далее титрованием нитратом серебра до появления оранжево-бурой окраски. Титрование выполняется в приделах pH 5,0. Расчет концентрации хлорид-ионов.

С_хл=(V_AgNO3 x H х 35,5 х 1000)/VA=V_AgNO3/VA, где V_AgNO3 – объем раствора азотнокислого серебра, израсходованный на титрование, мл; Н – концентрация раствора азотнокислого серебра, 0,05 моль/л; VA – объем воды, взятый на анализ, мл; 35,5 – эквивалентная масса хлора; 1000 – коэффициент пересчета единиц измерений из г/л в мг/л.

Определение нитрат-ионов (NO₃) производится колориметрическим методом в основе лежит реакция восстановления нитрат-ионов до нитрит-ионов с последующим образованием азокрасителя в результате реакции нитрит-иона с реактивом Грисса.

Концентрация нитрат-иона в анализируемой пробе определяетсяметодом визуального сравнения окраски пробы с контрольной пленочной шкалой образцов окраски.

Диапазон определяемых концентраций нитрат-ионов в воде составляет – от 5 до 90 мг/л.

Контрольная шкала образцов окраски проб для визуального колориментрирования «нитрат-ион» отградуирована по концентрациям NO₃^- в воде мг/л: 0-5-15-45-90.

Общая жесткость «ОЖ – 1» определяется титрованием. Метод предназначен для количественного экспрессного определения суммы молярных концентраций эквивалентов Ca²⁺ и Mg²⁺ в воде. Он основан на образовании прочного комплексного соединения катионов кальция и магния с трилоном Б в щелочной среде в присутствии индикатора – хромового темно-синего. Расчет общей жесткости в мг-экв/л производят по формуле: ОЖ=5хN/V, где N – количество капель раствора тиранта; V – объем пробы.

Метод определения массовой концентрации катионов кальция (Ca²⁺) – титриметрический, основан на реакции образования комплексного соединения кальция с трилоном Б (двунатриевой солью этилендиаминтетрауксусной кислоты). Определение проводят в сильнощелочной среде (pH=12-13) в присутствии индикатора мурексида. Расчет концентрации эквивалента кальция (С_эк) в моль/л эквивалента и (С_к) в мг/л по уравнениям: С_эк= V_тр 5 и С_к= V_тр 100,2 соответственно.

Метод определения суммарного содержания катионов железа (Fe²⁺ и Fe³⁺) в воде и водных средах с помощью тест-системы «Общее железо». Метод является колориметрическим и основан на способности катиона железа в интервале pH 3 – 9 образовать с ортофенантролином комплексная оранжево-красное соединение. При наличии в воде железа (3) оно восстанавливается солянокислым гидроксиламином до железа (2) в ацетатном буферном растворе при pH=4,5 – 4,7 по реакции: Fe³⁺+2NH₂OH x HCl=Fe²⁺+N₂+2H₂O+2HCl+2H⁺.

Таким образом, в пробе определяется суммарное содержание ионов железа (2) и железа (3). Анализ проводится в ацетатном буферном растворе при pH=4,5 – 4,7.

Концентрация железа в анализируемой воде определяется с использованием цветовой контрольной шкалы образцов окраски, путем визуального сравнения окраски пробы с окраской образцов на контрольной шкале

4. Результаты проведенных исследований и их анализ

В практической части исследования были проведены химические анализы подземных вод частных водозаборных скважин, расположенных на территории Невьянска и его окрестностей.

Для проведения оценки качества питьевой подземной воды на территории Невьянска и его окрестностей были выбраны 8 точек отбора проб. Шесть точек отбора находились в черте города. Для проведения сравнительной характеристики четыре пробы воды были взяты в окрестностях города.

Четыре скважины – северо-восточная часть города, самая возвышенная.

Две скважины – юго-западная часть города.

Четыре скважины – в окрестностях города (пос. Забельный и с. Быньги).

Более подробная информация и нахождение точек отбора проб воды показано в прил. 1.

Пробы отбирались в полуторалитровые пластиковые бутылки без фильтрации. Химический анализ проб проводился с помощью колориметрического метода и титрования. Для этого использовались специализированные тест-комплекты.

С помощью метода титрирования мы провели анализ воды на сульфаты, хлориды, общую жесткость, карбонаты и т.д.

Колориметрический метод мы использовали при определении нитратов, железа и марганца в воде.

Пример расчетов по некоторым показателям с использованием метода титрования.

Результаты химического анализа воды представлены в общей сводной таблице (см. в прил. 3 рис. 10). По сульфатам, нитратам, хлоридам, карбонатам, кальцию превышения предельно допустимой концентрации (далее – ПДК) в пробах не отмечено. Но в некоторых скважинах наблюдается приближение показателей к ПДК.

Анализ получившихся результатов

Качество подземных вод определяется требованиями СанПиНов, технических условий и ведомственных указаний. Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» устанавливают гигиенические требования качеству питьевой воды, а также правила контроля качества воды, производимой и подаваемой централизованными системами питьевого водоснабжения.

Химический анализ воды. 1. По требованиям СанПиН допустимая норма нитратов в питьевой воде составляет 45 мг/л. В исследованных пробах воды нитраты не превышают допустимой нормы и составляют от 5 до 15 мг/л. Однако самый высокий уровень нитратов зафиксирован в пробах воды скважин №4, 6, 7, 8, 9 и составляет предел допустимой нормы – 15 мг/л .

2. Химический анализ проб воды на наличие хлоридов показал незначительное их содержание в изучаемых образцах. В скважинах №1 и №5 этот показатель составляет всего 26,6 мг/л. Чуть больше этот показатель в скважине №2. Самые высокие показатели зафиксированы в скважинах № 3, 4, 6, 7, 8, 9. Невысокое содержание хлоридов определяется, прежде всего, гидрогеологическими условиями: отсутствием древних морских бассейнов, растворением каменной соли и т.д.

3. Допустимая норма сульфатов в питьевой воде – 500 мг/л. Самым высоким показателям сульфатов обладают скважины №3 и №4 (230,4 мг/л). Сульфаты накапливаются в нашей воде в результате окисления сернистых соединений и сульфидных минералов (пирит, халькопирит).

4. Водородный показатель рН в подземных водах обычно изменяется в широких пределах от 1,8 до 11,0. Чаще характерны значения рН от 5 до 8. Все анализируемые пробы, за исключением одной, имеют нейтральный уровень кислотности (6-7). Однако в скважине №7 отмечен наиболее низкий показатель уровня кислотности – 3-4, что дает возможность отнести данную пробу к кислой воде. Такой уровень кислотности является неблагоприятным для употребления воды в качестве питья.

5. Анализ проб воды на наличие железа выявил, что в скважинах №5, 6, 8, 9, 10 этот показатель близок к допустимой норме и составляет 0,3 мг/л.

Подробные фотоматериалы проведения опытов на наличие химических элементов в анализируемой воде представлены в прил. 2.

Органолептический анализ воды проводился по таким показателям как цветность, наличие запаха, мутность, прозрачность изучаемых проб. Все результаты также показаны в таблице. Так, сравнивая пробы с дистиллированной водой, мы установили, что цвет воды в изучаемых пробах варьируется от бесцветного до светло-желтого, включая голубые и зеленоватые оттенки. Так, пробы воды из скважины №1,2 и №6 отличаются голубоватым оттенком, что говорит о повышенной жесткости данных образцов. Зеленовато-голубоватый и желтоватый оттенки проб из скважин №3 и №4 связаны с повышенным уровнем содержания в них солей железа.

Пробы из четырех скважин облают определенным запахом (болотистым, илистым) с разной степенью интенсивности. Так скважина №3 обладает самым отчетливым запах (обращает на себя внимание, может заставить воздержаться от питья).

Заключение

В настоящее время пресные подземные воды играют значительную роль в хозяйственно-питьевом водоснабжении населения многих стран. При этом отмечается тенденция к увеличению использования подземных вод для водоснабжения. Это объясняется тем общеизвестным фактом, что подземные воды, как источник водоснабжения, имеют ряд преимуществ по сравнению с поверхностными водами. Прежде всего, подземные воды, как правило, обладают лучшим качеством, более надежно защищены от загрязнения и заражения, меньше подвержены сезонным и многолетним колебаниям и в большинстве случаев их использование не требует дорогостоящих мероприятий по водоочистке.

Изучение региональных гидрогеологических условий залегания подземных вод, их химического и органолептического качества имеет важное значение в процессе освоения ресурсов данных полезных ископаемых. Особенно это актуально для малых населенных пунктов с их неразвитой централизованной системой водоснабжения, а также в условиях все возрастающего экологического загрязнения поверхностных вод.

В ходе проведенного исследования оценки качества подземных вод Невьянска, можно сделать следующие выводы:

1. Основным коллектором подземных вод на территории Невьянска, как части горноскладчатого Урала, являются трещиноватые породы коренного субстрата. Тип месторождения может быть определен как трещинно-карстовые воды карбонатных пород. Мощность зоны региональной трещиноватости пород (глубина бурения скважин) составляет в среднем 30-100 м.

2. В целом сложились благоприятные гидрогеологические условия формирования и накопления ресурсов питьевых подземных вод. Анализ протоколов скважин бурения, показал защищенность подземных вод города от потенциального загрязнения с поверхности толщей слабопроницаемых суглинков. В соответствие с классификацией В.М. Гольдберга они могут быть отнесены к VI категории защищенности. Так в северо-восточной части города (территория «горы»), мощность суглинков иногда достигает 30 м.

3. Из анализа протоколов бурения скважин на воду удалось установить, что территория Невьянска по гидрогеологическим условиям может быть зонирована на 2 участка: 1) юго-западный (до береговой линии пруда); 2) северо-восточный возвышенный участок города.

В зависимости от данного районирования определяются условия залегания подземных вод в водоносных слоях, глубина их нахождения и сложность извлечения. Так в северо-восточном участке подземная вода, как правило залегает в сланцеватых породах и на значительной глубине (до 120 м). Юго-западный участок отличается средним залеганием подземных вод и составляет до 50 м.

3. Химические и органолептические анализы проб подземной воды из частных водозаборных скважин показали, что большинство отобранных проб с территории Невьянского городского округа по химическим показателям соответствует предельно допустимым нормативам, утвержденным СанПиН. Однако, показатели нескольких скважин приближаются к предельно допустимой норме. Так, в некоторых скважинах отмечено приближение уровня железа к допустимой норме и составляет 0,3 мг/л.

Уровень водородного показателя рH превышает норму только в скважине №7. Вода из данной водозаборной скважины не рекомендуется к употреблению, так как является кислой и негативно влияет на все процессы, протекающие в организме человека. По органолептическим свойствам также большинство проб соответствует нормам. Почти во всех образцах вода прозрачная, имеет бесцветный и голубоватый оттенок, интенсивность запаха 0 баллов. Только пробы воды из скважины №3 обладает отчетливо неприятным запахом. Зафиксированы различия во вкусовых качествах отобранных образцов.

Таким образом, на территории Невьянского городского округа определяющим фактором формирования состава подземных вод является геологический. Залегание в определенных гидрогеологических условиях (карстовые полости, трещинноватость, преобладание карбонатных пород и наличие месторождений сульфидных минералов) определило гидрокарбонатно-сульфатные тип месторождений подземных вод Невьянска.

Список литературы

1. Ананьев В.П. Инженерная геология: учебник для вузов. М., 2000

2. Гавич И.К. Сборник задач по общей гидрогеологии: учебное пособие. М., 1985. –

3. ГОСТ 12248–96 Грунты. Методы лабораторного определения прочности и деформируемости.

4. ГОСТ 12536–79. Грунты. Методы лабораторного определения зернового (гранулометрического) состава.

5. ГОСТ 5180–84. Грунты. Методы лабораторного определения физических свойств грунтов.

6. Инструкция по применению Классификации эксплуатационных запасов подземных вод к месторождениям пресных вод.

7. Кирюхин В.А. Общая гидрогеология: учебное пособие. Л., 1988.

8. Климентов П.П. Гидрогеология месторождений твердых полезных ископаемых: учебное пособие для вузов / П.П. Климентов. – М., 1966.

9. Климентов П.П. Общая гидрогеология: учебное пособие. М., 1977.

10. Лебедев, А.Ф. Почвенные и грунтовые воды. М., 1936.

11. Леонова А.В. Основы гидрогеологии и инженерной геологии. Томск, 2013. с.26

12. Ломтадзе В.Д. Методы лабораторных исследований физико-механических свойств горных пород (руководство к лабораторным занятиям по инженерной геологии). – М.: Недра, 1972.

13. Ломтадзе В.Д. Физико-механические свойства горных пород. Методы лабораторных исследований. Учебное пособие. – Л.: Недра, 1990.

14. Методическое пособие по инженерно-геологическому изучению горных пород. М., 1984

15. Михайлов Л.Е. Гидрогеология: учебник / Л.Е. Михайлов. – Л.: Гидрометеоиздат, 1985.

16. Сергеева Е. М. Грунтоведение. М., 1983

17. Сидорова Л. П., Низамова А. С. . Подземные воды – важнейший регулятор пресной воды. Ек., 2016. с. 7-8

18. Шестакова В. М. Гидрогеология: учебник для геолог. спец. вузов. М., 1984.

19. Шварцев С.Л. Общая гидрогеология: учебник для вузов. М., 1996

Приложение 1. Информация о точках отбора проб воды

Рис. 1. Гидрогеологическое зонирование г. Невьянска:

1. НИЖНЯЯ ЗОНА – основная часть города (ул. Ленина, Малышева, Дзержинского, Советская, Урицкого и т.д.)

2 . ВЕРХНЯЯ ЗОНА - северо-восточная часть города (ул. Шевченко, Энгельса, Коскович, Пушкина, Лассаля и т.д.)

Р ис. 2. Северо-восточная часть города Рис. 3. Юго-западная часть города

Рис. 4. Село Быньги (НГО) Рис. 5. Пос. Забельный (НГО)

Рис. 6. Глубина скважин и адреса точек отбора проб воды

П риложение 2. Проведение химического анализа воды

Рис. 1,2. Проведение лабораторных опытов на наличие карбонатов

Рис. 3. Пробы анализируемой воды Рис. 4. Используемые тест-комплекты для
проведения химического анализа воды

Р ис. 5. Химический реактив – катионит Рис. 6. Результаты опыта на выявление

для проведения опыта на наличие сульфатов сульфатов в анализируемой воде

Рис.7. Результаты опыта на наличие кальция Рис. 8. Проведение опыта на наличие

в анализируемой воде хлоридов в анализируемой воде

Рис. 9. Колориметрический метод определения содержания марганца в воде

Приложение 3. Результаты проведенных исследований

Рис. 1. Общие результаты проведения опыта Рис. 2. Общие результаты проведения опыта

на наличие хлоридов в воде на наличие нитратов в воде

Р ис. 3. Общие результаты проведения опыта Рис. 4. Общие результаты проведения опыта

на наличие сульфатов в воде на уровень рН в воде

Рис. 5. Общие результаты проведения опыта Рис. 6. Общие результаты проведения опыта

на наличие железа в воде на наличие кальция в воде

Рис. 7. Общие результаты проведения опыта Рис. 8. Общие результаты проведения опыта

на наличие марганца в анализируемой воде на наличие гидрокарбонатов в воде

Рис. 9. Общие результаты проведения опыта на общую жесткость в воде

Рис. 10. Общая сводная таблица результатов химического анализа воды

Рис. 11. Общая сводная таблица результатов органолептического анализа воды