Химический состав подземных вод

ФОРМИРОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Современная гидрогеология выделяет четыре основных ге­нетических типа • подземных вод —- ннфильтрационно-атмо-сферные (вадозные), седиментационные (погребенные), юзе-нильные и смешанные. Каждый из типов имеет свои источни­ки, условия и обстановку обогащения, теми или иными ком­понентами химического состава.

16

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА ЬОДЫ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЕ

Вода, подаваемая потребителю из любого источника, дол­жна быть, безусловно, безопасной эпидемически, безвредной химически и приятной органолептически. Эпидемиологическая безопасность определяется косвенными показателями химиче­ского состава (аммиак, нитриты, нитраты и окисляемость') и бактериальным загрязнением. Все качественные показатели воды регламентирует ГОСТ 2874-82 «Вода питьевая».

Т а б л и ц а 3.1.1

Содержание химических соединений, изменяющих вкус воды, мг/л

(По Е. В. Посохову)

Химические соединения	Едва ощутимый	Заметный	Неприятный
FeSO.,	1,6	4,8	—
NaN03	70,0'	205	345
NaHCO,	415	450	—
CaSO4	70,0	140	—
MgS04	250	625	750
Na£SO<	150	450	660
NaCl	165	495	535
MgC3a	135	400	535

Вкус воды определяют при 20°, так как при повышении температуры усиливаются вкусовые ощущения. Вода, пред­назначенная для хозяйственно-питьевых нужд, не должна об­ладать каким-либо определенным вкусом.

Запах воды появляется благодаря присутствию в ней не­которых соединений. Значительное содержание гуминовых ки­слот придает воде болотный запах. Сероводородные воды имеют запах тухлых яиц. Совместное присутствие к воде серо­водорода и углекислого газа ведет к образованию сероокиси

3, Заказ 2(П                                            33

1. Теоретические и прикладные, связанные с разведкой полезных ископаемых:

а) общие вопросы формирования химического состава при­родных вод;

б) количественная оценка процессов растворения пород и выщелачивания из пород растворимых солей;

в) изменение состава вод в связи с изменением их ре­жима;

г) изменение свойств глинистых пород в связи с измене­нием их режима;

д) установление связи водоносных горизонтов между со­бой или с поверхностными водами для составления водного л солевого балансов.

2. Оценочные с точки зрения практического использования природных вод:

а) для питьевых и хозяйственных целей;

б) для промышленных предприятий и па транспорте; н) для орошения;

г) в качестве химического сырья — для получения йода, брома, поваренной соли и т. д.;

д) для лечебных целей;

е) оценка агрессивности воды по отношению к бетону. Тип анализа определяется его назначением. При оценке

воды, например, с точки зрения пригодности ее для питья, имеют большое значение десятые и даже сотые доли милли­грамма на литр содержания азотистой кислоты и аммиака, так) как они являются показателями загрязнения воды. Если вода предназначена для охлаждения, то содержание азоти­стой кислоты и аммиака не имеет никакого значения и опре­делять его не следует.

Б практической работе обычно требуется знать содержа­ние всех главных компонентов химического состава поды. Приблизительно судить о них на основании определений К ⁺, Na-, Ca²+, Mg²-"-, С!-, SOJ, НСО^СО^-, а также рЫ и су­хого остатка. Некоторые природные воды содержат значитель­ное количество NO~, Fe²+, Fe³'* и сероводорода, поэтому ука­занный перечень дополняют количественным определением этих ионов. Для более подробной характеристики солевого со­става включается определение суммы полуторных окислов (R₂O₃) и кремнекислоты. Для оценки воды "по отношению к бетону в анализ включают определение свободной углёкисло-

36

ты.и агрессивной углекислоты. При анализе вод, предназна­ченных для питья, кроме ионов NO;f~ и NH₄", определяют окисляемость воды и ее физические свойства: цвет, запах, прозрачность.

Для характеристики состава минеральных вод имеет боль­шое значение даже незначительное содержание йода, брома, лития и т. д., а также содержание газов, степень радиоактив­ности и температурный режим. Для решения вопросов геоло­гического порядка необходимо определять не только главные и второстепенные компоненты, но.и микрокомпоиеиты, а для выяснения вопросов формирования подземных вод— как сво­бодные, та.к и растворенные газы. Следует отметить, что в ре­зультате усиливающегося влияния техногенных факторов в подземных водах появляются новые химические соединения, иногда высокотоксичные. Например, в 1944 г. нормировалось содержание 13 загрязнителей, в 1960 г. — 70, в 1967 г.— 180, в 1973 г. — 250, а к 1978 г. — более 400. Поэтому необходимо учитывать возможность появления еще не изученных загряз­нений и предусматривать их определение анализом воды.

Таким образом, при выборе методов анализа учитывается целевое назначение анализа. Наиболее точным является ко­личественный анализ воды в стационарных лабораториях -трудоемкий и дорогой, поэтому в помещениях, не имеющих специального оборудования, и в полевых условиях он выпол­няется при помощи портативных полевых лабораторий.

Академик А. П. Карпинский

ОЦЕНКА КАЧКСТВА ВОДЫ

Подземные воды прежде всего должны оцениваться как источник хозяйственпо-питьевего водоснабжения.

Таблица 6.2.1 Данные для расчета ирригационного коэффициента

Соотношение ионов о воде rNa^-<rCl-В воде содержится хлорид натр-ия rCl~+rSO^2->rNa+>/-Cl" 4 Присутствуют хлорид i: сульфат ргатрия rNa^+>rCI-+rS©4~ Присутствуют хлорид дульфат и карбонат натрия			Ирригационный коэффициент 288 sTc!^ 288 rNa+4rCl~ 288 10rNa+— 5/-C1-— 9rSO- ^2 4
Ирригаци­онный ко­эффициент >18 18—6 5,9-1,2 <1,2	Качество воды Хорошее Удовлетво­рительное Неудовлет­ворительное Плохое	Характеристика вод Воду много лет можно успешно применять без специальных мероприятий, предупреждающих накопление щелочей Необходимы специальные мероприятия преду­преждения постепенного накапливания щелочек. Исключением являются почвы рыхлые со сво­бодным дренажем Искусственный дренаж почти всегда необходим Воды практически непригодны для ирригации

водой с минерализацией 1,5—2,0 г/л при промывном режиме (обязательный сток воды из почвенного профиля в грунтовые воды). Ф. М. Рахимбаев и Г. А. Ибрагимов (1978) показали возможность повторного использования дренажных вод с ми­нерализацией 3-4 г/л для орошения, а древесных насажде-

Таблица 6,2.2

ПРИМЕР ОБРАБОТКИ АНАЛИЗА И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА ВОДЫ

Заданы результаты химического анализа воды из скважи­ны № 2038, пробуренной в Алтайском* крае (табл. 7.1).

Т а б л и ц а 71 Данные химического анализа воды из скважины № 2038

Каги	оны	Аи	10 И Ы
Символы 1	Содержание, мг/л	Символы	Содержание, мг/л
Na+-j-K+ Ма2Н- t> Са2+	768,0 152,0 183,0	исо- COJ- С1- SOJ-	301,0 1319,0 618,0

Требуется:

выразить данный химический анализ в миллиграмм-экви­валентной и процент-эквивалентной формах;

определить общую минерализацию, сухой остаток, состав солей и жесткость;

выразить данный анализ воды графическим способом (прямоугольников и циклограмм) и используя формулу Кур-лова;

классифицировать исследуемую воду по О. А. Алекину (класс, группа, тип) и дать символ воды;

определить пригодность воды для целей водоснабжения и

орошения;

определить агрессивность воды по отношению к бетону, стабильность (коррозионную способность).

7.1. Выражение результатов химического анализа воды

Результаты химического анализа воды из скважины №2038 даны в ионной форме. Переведем их в миллиграмм-эквива­лентную форму путем деления количества каждого компонен­та на его валентную массу (Э). При этом сумму катионоь Na ⁺ + K⁺ пересчитываем по эквивалентной массе \^та, т. к. со­держание калия в воде незначительно по сравнению с Na и в результатах анализа он не выделен.

Например, из табл. 7.1 устанавливаем, что содержание Na ⁺ -f-K+ составляет 768 мг/л, a SO^~=-618 мг/л. Эквива­лентная масса №т-|-К^г будет определяться как частное or деления молекулярной массы натрия (MMNa) на его валент­ность (B_NaJ.

MMNa  22,992

^Na =                         - =22,992 мт,

В nb          1

тогда содержание Na + -f-K⁺ в мг-экв/л будет равно

Na++K+   768,0

гЫа⁺+гК⁺ = —                             - =33,41 мг-экв/л.

Эм_а       22,992

Аналогично для S0^j~ имеем:

MMSO₄   96,066

jsq,— —------- = — ~ —=48, Обо мг (молекулярная

bsd,

масса SOJ- определена как 32,066 + 4-16 = 96,066). Содержание SO^~ в мг-экв/л будет равно

.SO - ^S°4² =-HM = 12,86 мг-экв/л.

'3so" ⁴⁸'⁰³³

Таким же образом пересчитываем другие компоненты и про­веряем правильность произведенного анализа воды.

При правильно выполненном анализе воды сумма найден­ных эквивалентов катионов должна равняться сумме эквива­лентов анионов. В нашем примере:

/•Na++rK = 33,41 мг-экв/л      гС\~ =37,2 мг-экв/л

rMg²⁺ -12,5 мг-экв/л      /-50;-= 12,86 мг-экв/л

гСа²+ =9,13 мг-экв/л       rHCOj-^4,93 мг-экв/л

2гКат      =55,04 мг-экв/л      2гАн = 54,99 мг-экв/л,

66

Абсолютная ошибка составляет

Д/ = 2гКат-2гАн = 55,04—54,99 = 0,05 мг-экв/л.

Процент ошибки *= -^--100=-^ - ЮО-0,09 %. По-

_,гАн        54,99

скольку процент ошибки не превышает 3, считаем что знали-; выполнен удовлетворительно.

Для удобства последующих расчетов уравниваем количе­ство миллиграмм-эквивалентов катионов и анионов путем вы-^;ггания абсолютного значения ошибки из rNa ⁺ + rK⁺ "Исправ­ленное значение (rNa+^rK+J в эквивалентной форме бУ'ет равно (rNa ++rK;) =33,41-0,05 = 33,36 мг-экв/л. Значение Na + + K+ в ионной форме получим следующим образом;

NV4-K+ = (гЫа++гК+)-Э_Ка =33,36-22,992 = 766,98 мг/л.

Результаты пересчета данных анализа заносим р табл. 7.1.1.

_____________________________                                                 Т а -1 л и ц а 7.1,1,

Для вычисления процент-эквивалентов принимаем сумму миллиграмм-эквивалентов катионов и анионов за 100 % 'каж­дого в отдельности и определяем, сколько процентов состав­ляют эквиваленты каждого компонента. Например,

r(Na_W). ^±m._ш= ЗМЁ

2гКат               54,99

Аналогично производим пересчет анионов и катионов, а ре­зультаты заносим в табл. 7.1.1 (графы 4, 8).

5*                                                          67

____ _____	Кати	Л1Ы			ан	юны
		мг-экв	% МГ'ЭКВ			мг-экв	% МГ'ЭКВ
		л	л			л	л
[	'2	3	4	5	6	7	8
Na+ + KH Mg4- Са* +	766,98 152,00 183,00	36,36 12,50 9,13	60,7 22,7 16,6	С1-SO2- ысо-сгл- о	1319,0 618,0 301,0	37,20 12,86 4,93	67,7 23,4 8,9
2 Кат	1101,98	54,99	100 %	2Ан	2238,0	54,99	100

 

7.2. Определение общей минерализации и сухого остатка

Общая минерализация (М, г/л) определяется как суммар­ное содержание анионов и катионов, выраженных в ионной форме:

М = 1Кат+2Лн = 1101,98+2238,0 = 3339,98 мг/л-3,34. Сухой остаток (С, г/л) определяем как:

НСО,                 ЧП1

С = М------ г, —— =3339,98——' =3339,98—150,5 =

²                              2

3189,48 мг/л = 3,19 г/л.

Таким образом, общая концентрация солей в воде (общля минерализация) составляет 3,34 г/л, а при выпаривании ос­таток солей должен составить 3,19 г/л.

7.3. Состав солей

Используем схему составления гипотетических солей (см. гл. 5.1) и количественное выражение катионов и анионов в миллиграмм-эквивалентной форме (табл. 7.1.1, графы 3, 7}. Так.как в рассматриваемой воде не обнаружено ионов SiO²_s~ НРО₄~ и СОз~, начнем оставлять соли с третьего блока схе­мы, т. е. гСа²⁺ соединяем последовательно с rSO^~ и /Т1СО^~. Получим соли: rCaSO₄ = 9,13 при остатке аниона rSO^~ = 3,73. гСа (НСО₃) =0, т. к. кальций исчерпан при получении гСа5О₄-гНСО~ соединяем с rMg. rMg(HC0₃h =4,93 при ос­татке Mg = 7,57. В четвертом блоке соль NaHCO₃ не образует­ся, т. к. все анионы НСО₃~ использованы полностью. Поэтому катионы Г'Ыа+ соединяем с остатком rSO₄ = 3,73. Получим /•Na₂S0₄ = 3,73, при остатке rNa = 29,63, a rSO₄ = 0. Далее по схеме rMgS0₄ = 0, так как все анионы rSO^" заняты в выше­полученных солях. rNaCI = 29,63 (по остатку rNa = 29,63). Ос­таток иона хлора составит 7,57 мг-экв/л. rMgCl₂ = 7,57.

Таким образом, все оставшиеся анионы хлора гС\~ = 7,о7 компенсируются катионами rMg²+ = 7,57.

В результате получены соли:

rS0₄ = 9,13 мг-экв/л             rNaCl = 29,63 мг-экв/л

rMg(HCO₃)₂ = 4,93 мг-экв/л     rMgCl = 7.57 мг-экв/л rNa_eSO₄ = 3,73 мг-экв/л       2гСол = 54,99 мг-экв/л.

68

Так как сумма солей, выраженная в эквивалентной форме (2гСол), равна сумме эквивалентов анионов и катионов, со­ли составлены правильно.

Переведем полученные соли в ионную форму. При этом воспользуемся значениями их эквивалентной массы: Са5О₄=гСа§О₄-Эсв50₁=9ДЗ-68,073=621,51 мг/л M_g{HC0₃)2=rMg(HC0₃)₂-3M_g(HCo_s)_s =4,93-73,179=360,77 мг/д Na₂SO₄ = rNa₂SO₄-3_Na_iSo₄=3,73-71,024 = 264,92 мг/л NaCI = nNaCl-3_Naci= 29,63-58,448= 1731,81 мг/л MgCl_E = rMgCl₂-3_MgCb = 7,57-47,617 = 360,47 мг/л

2Сол = 3339,48 мг/л

Полученный результат 2Сол незначительно отличается от об­щей минерализации (<1 %), поэтому расчет можно считать удовлетворительным.

7.4. Жесткость воды

Общая жесткость воды определяется как сумма Са и Mg, находящихся в воде. Общая жесткость в мг-экв/л гЖо^ = rMg²+-frCa²+-12,50+9,13-21,63 мг-экв; в немецких гра­дусах Ж₀° - 2,8 тЖо = 2,8 -21,63 -60,6 Н°.

Карбонатная жесткость представлена только солями Mg(HCO₃)₂- гЖ_к=4,93 мг-экв/л или Ж_к°-4,93-2,8= 13,8 Ы°. Соли MgC0₃ в составе воды нет.

Устранимая жесткость в данном случае равна карбонат­ной, а постоянная определяется как: ^Ж_п~''Жо--''Ж_у— = 21,63—4,93=16,70 мг-экв/л или Ж° =60,6-13,8 = 46,8 №.

7.5. Классификация воды по О. А. Алекину, графическое и аналитическое выражения анализа воды

Используя данные анализа воды, выраженные в эквива­лент-процентной форме (табл. 7.1.1, графы 4, 8) и классифи­кационную схему О. А. Алекина (рис. 5.1.1), приходим к вы­воду, что данная вода относится к классу хлоридных, т. к. в ее составе преобладает анион хлора (гС1"~ = 67,7 %. что боль­ше rSO^-^23,4 % и гНСО~ = 8,9 %). Группа воды натриевая, т. к..катионов натрия больше, чем других (rNa —60,7 % >• >rMg = 22,7 %>rCa = 16,6 %). Тип воды III, что определяет­ся соотношением:

rHCO₃+rSO₄<rCa-|-rMg, т. е. 8,9+23,4< 16,6+22,7 или 32,3 %<39,3 %.

 

Итак, по классификации О. А. Алекина, вода относится к хлоридно-патриевой III типа. Символ воды Clfj* —3,34.

По общей минерализации (классификация Ж- С. Садыко-ва) вода относится к солоноватым, т. к. минерализация ее находится в пределах 3,0—5,0 г/л.

Аналитическое выражение химического состава воды за­пишем в виде формулы солевого состава (формула Курло-ва), округлив значения процент-эквивалентов до целых чисел.

М₃,з4 ^С|б*⁵⁰'зНСО[_ _TiepH_7i5. Na₆₁Mg₂₃Ca₁₆

Графическое изображение рассматриваемого химического состава воды выполнено на рисунках 5.2.1, 5.2.2, 5.2.3.

Следует отметить, что при изображении анализов с помо­щью циклограммы или прямоугольников на картах и разрезах для обозначения катионов и анионов следует пользоваться цветом. При этом принято обозначать: С1~ - красным цветом, SO;;- -желтым, СОз~ и НСО₃" — голубым, Са²⁺ —бесцвет­ным, Mg²⁺— коричневым, Na⁺--зеленым.

Изображения химического состава в виде графиков-тре­угольников для одиночного анализа не используем.

7.6. Оценка качества воды для хозяйственно-питьевого водоснабжения

Оценку качества воды произведем путем сравнения кон­центрации отдельных компонентов¹ химического состава и хи-

Таблица 7.6.1 Оценка пригодности воды для хозяйственно-питьевых целей

«Это замечательное химическое соедине­ние Н₂О, без которого нет жизни, нет счастья, нет богатства, нет ничего на Земле...».

Академик А. Е. Ферсман. Путешест­вие в Среднюю Азию, 1928 г.

 

70

№ п	Показатель п	Единица Измерения	По требо­ванию ГОСТа	Содержит­ся в воде	Заключение
1 2 3 4 5	Сухой остаток, С Сульфат-нон iSO'^-) Хлор-ион (С1~) Общая жесткость Концентрация водо­родных ионов, рН	г/л г/л г/л мг-экв/л	1,0 0,5 0,35 7,0 6,5—8,5	3,19 0,618 1,319 21,63 7,5	Не пригожа Не пригодна Не пригодна Не пригодна Пригодна

мических свойств с требованиями ГОСТ 2874-82 (прил. 1, табл. 1). Данные сравнения сведем в табл. 7.6.1.

 

 

Таким образом, вода не отвечает требованиям ГОСТа по всем показателям, кроме рН, и не может быть рекомендована для хозяйственно-питьевых целей без улучшения ее качества.

7.7. Оценка качества воды для целей орошения

По общей концентрации солей пригодность воды для оро­шения оненим по рекомендации акад. В. А. Ковда {табл. 6.2.3). При минерализации исследуемой воды 3,34 г/л применение ее для орошения предусматривает устройство дренажа с отво­дом до 50—60 % от объема оросительной нормы при соблю­дении промывного режима.

Способность воды к осолопцевапию оцениваем по несколь­ким показателям.

По критерию осолонцевания И. //. Антшюва-Карагач-ви

rCa²+ + rMg-²⁺                rCa²++rMg²⁺ 9,13+12,5 ----------------.-----(),zoo L-.--------—•------- =-------------- ^:-

rNa +                              rNa^               33.36

= ²-i^ = 0,65. 33,36

0,238 С = 0,238-3,18 = 0,756. Ввиду тога, что (),65<0,75б, осо-лонцевание почв будет происходить.

По ирригационному коэффициенту. По табл. 6.2.2 [выбира­ем формулу для определения К_а. Поскольку rNa^OCl", т. е 33,36<37,20,

288       288       288

К,, —-------= -----------— ------- — 1,зо.

5гС1-  5-37,2   185.5

Сравнивая полученное значение с данными табл. 6.2.2, мо­жно сделать вывод, что данная вода неудовлетворительна по качеству и при орошении требуется устройство искусственною дренажа.

По величине «выверенного» адсорбционного соотношение натрия

лЫа +                ,             ._, Л

SAR *=.—^-^^       ------ l + (8,4— pH_c).

VO,5(rCa²- + Mg²⁺).

рН (.определим но данным табл. 6.2.4 по формуле

pH_e={pK₂-fpKo)+p<Ca²++Mg^{2 +})+pAl_K при rNa ++rMg²- + rCa²+ = 54,99, (рК₂+рК₀) =2,49,

71

при rMg²+ + rCa²+ = 9,13+12,5 = 21,63, p (Ca^ + Mg²") -2,0, при    гСО₃²⁴+ЖСО₃- = 0+4,93-4,93, рА1_к = 2,3.

При полученных значениях составляющих рН_с = 2,49+2,04-

+2,3-6,79

.5Ла*:=^=³³'³⁶ ..[1 + (8,4-6.79)1= „J³³'³⁶.[1 + 1.61] = 1/0,5(9,13+12,5)                        У0,5- 21,63

_аЕ,.2,61=Ш = 26,47. УЮ,815           3,29

Так как полученные значения SAR * более 9 (см. гл. 0), оси-лонцевание почв при орошении данной водой будет проис­ходить.

По классификации С. Я. Сойфер данная вода при минг

/•Na ⁺

рализации 3,34 и kns= -                        — = 0,61 относится

rNa- + rMg²++rCa²+

к IV классу, 4-й группе (см. рис. 6.2.1 и табл. 6.2.5).

Воду следует считать условно пригодной, требующей при орошении улучшения ее качества химмелиорацией, разбавле­нием др.

По магнезиальной опасности

rMg 2+             12.5         12.5 ^_Q58

rMg²++rCa²+  12,5+9,13   21,63

гМ£²⁺ ввиду того, что----------------- = 0,58>0,5, магниевая ипас-

_rMg2++rCa²+

ность существует.

В целом по оценке воды для орошения следует заключить, что вода имеет неудовлетворительное качество. Орошение ею возможно только при улучшении ее качества, т. к. она имеет высокую концентрацию солей натриевого состава и способна вызвать осолонцевание почв.

ЛИТЕРАТУРА

1. Айдаров И. П., Корольков А.  И. Оценка пригодности коллек-

торно-дренажных вод для орошения. — Гидротехника и мелиора­ция. — 1982. — № 11.

2. А л е к и н О. А. Основы гидрохимии. — Л,: Гидрометеоиздат, 1970.--

444 с.

3. Алиев Э. Д., Вартанов И. И. Опыт использования минерализован-

ных вод для орошения в США: Экспресс-информ. Мелиорация за рубежом; сер. 7, вып. 5. — ЦБНТИ, 1976, —3—14 с.

4. Богомолов Ю. Г., Ж а б и н В. Ф., Ха ч ату рьян В. X. Изме-

нение гидрогеологических условий под влиянием мелиорации. — Жу­ка, 1980.— 164 с.

5. Валяшко М. Г. Единство природных вод и некоторые вопросы их

геохинии//Вестн. МГУ. — 1966. — № 5. — С. 34—52.

6. Гедроиц К. К- Учение о поглотительной способности почв. — М.:

Сельхозгиз, 1933. —207 с.

7. Запарий М. П. Районирование территории СССР по использованию

подземных вод для ирригации. — М; Недра, 1973.— 124 с.

76

8. К а ц Д. М. Влияние орошения на грунтовые воды. — М,: Колос,

1976,—272 с.

9. Кац Д. М. Основы геологии и гидрогеология. — М,: Колос, 1931.—

351 с.

10'. Кац Д. М. Методические рекомендации по контролю за мелиоратив­ным состоянием земель,—М.: ВНИИГиМ, 1982. —Выи. 1.2.— 78, 108 с.

11. Кляч к о В. А., Апельцин И. Э. Очистка природных вод. — М:

Изд-во лит-ры по строит-ву, 1971. — 580 с.

12. Ков да В. А. Проблема использования минерализованных вод: Сб.

науч. тр.,'В/о Союзводпроект. — №'53. — 1980.

13. К овд а В. А. Качество оросительной воды: Сб./Ин-т им. Докучае-

ва.—М.; Наука, 1968.

14. К овд а В. А. Основы учения о почвах.— М.: Наука, 1973, кн. 1.—

448 с., кн. 2, —468 с.

15. К о с т я к о в А. II. Основы мелиорации. — М.: Сельхозгчз, 1951. —

752 с.

16. Кузнецов С, И., Иванов М. В., Л я л и к о н а Н. Н. Введение в

геологическую микробиологию. — М.: АН СССР, 1962. — 240 с.

17. Львович М. И. Мировые водные ресурсы и их будущее. — М.:

Мысль, 1974, —447 с.

18. Львович М. И. Водный голод может быть предотвращсн//Водный

голод планеты.—М.: Знание, 1969.— С. 38—47.

19. Основы гидрогеологии. Общая.гидрогеология. — Новосибирск: На-}-

ка, 1980.— 225 с.

20. Основы гидрогеологии. Использование и охрана подземных вод.—

Новосибирск: Наука, 1983.— 232 с.

21. Основы гидрогеологии. Гидрогеохимия. — Новосибирск:  Наука,

1982.— 287 с.

22. Основы гидрогеологии. Геологическая деятельность и история воды

в земных недрах. — Новосибирск: Наука, J982. — 240 с,

23. Панков В. М. Мелиоративное почвоведение (Засоленные и заболи •

ченные почвы Средней Азии и их мелиорация). — Ташкент: Изд-во Укитувчи, 1974.— 416 с.

24. Пиннекер Е. В. Охрана подземных вод. — Новосибирск: Наука,

1979.— 72 с.

25. Пить ев а К. Е. Гидрогеохимия. — М.: Изд-во МГУ, 1978.— 328 с.

26. Пономарева В. В., С о т н и к о в а Н. С. Закономерности процессия

миграции и аккумуляции элементов в подзолистых почвах (лизи­метрические наблюдения)//Биохимические процессы в подзолистых почвах.— Л.: Наука, 1972. — 6—55 с.

27. Пономарева В. В. К вопросу о кислотно-основных свойствах лизи-

метрических вод в подзолистых почвах/уПочвоведение.— № 5.— 1973.— 124—134 с.

28. Посохов Е. В. Формирование химического состава подземных вод.—

М: Гидромстеоиздат, 1969.—334 с.

29. Рабочее И. С. Использование минерализованных вод для орошения

и рассоления почв и основные направления дальнейших псследова-ний//Использование минерализованных вод для орошения, — М.: Ко­лос, 1973.

30. Pax им баев Ф. М., И б р а г и м о в Г. А. Исполь юиаипе дренажных

и грунтовых вод для- орошения. — М.: Колос, 1978.— 190 с.

31. Рекомендации но оценке воды для орошения сельскохозяйственных

культур. Сост. С. Я. Сойфср. — М.: ВПИИГиМ, 1983. — С. 40.

32. Самарина В. С. Гидрогсохимим. — Л.: Изд-во ЛГУ, 1977. — 360 с.

33. Сем их а тон А. Н. Гидрогеология. — М.; Сельхо:шздат, 1954. — 328 с.

34. Скреб чинена и Л. В., Янголь А. М., Гончаров С. М., Ко-

робе и ч е н к о С. М. Сельскохозяйственные гидротехнические ме­лиорации. — Киев: Высшая школа, 1977.

35. Смирнов С. С. Зона окисления сульфидных месторождений. — М.:

АИ СССР, 1955.— 330 с.

36. Соколов И. Ю. Таблицы н номограммы для расчета результатов хи-

мических анализов природных вод.-~М.: Недра, 1974.— 160 с.

37. Справочник гидрогеолога/Под ред. М. Е. Альтовского. — М.:

Изд-во лит-ры по геологии и охране недр, 1962. — 618 с.

38. Справочное пособие "гидрогеолога (под ред. В. М. Максимова),

т. 1.—Л.: Недра, 1979.—512 С.; т. II, 295 с.

39. Сойфер С, Я. Классификация минерализованных вод по степени их

пригодности для орошения//Тидротехника и мелиорация, 1982.— № 6. — 75—76 с.

40. Угланов И. Н. Мелиорируемая толща почп и пород юга Западной

Сибири. — Новосибирск: Наука, 1981.—194 с.

41. Шварцев Л. С. Гидрогеохимия зоны гипергенез,]. — М • Недра

1978.—288 с.

42. Швец В. М. Органические вещества подземных вод. — М: Негра

1973.— 192 с.

Приложение 1

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Состав природных вод, особенно подземных, сложен. Кро­ме молекул самой воды (Н₂О), они содержат, практически, все химические элементы. Это сложные природные растворы с разным содержанием и соотношением компонентов, что со­здает многообразие гидрохимических типов, исчисляемое ты­сячами. Содержание растворенных веществ в них в первую очередь зависит от распространенности того или иного эле­мента в земной коре и от растворимости природных соедине­ний. Все компоненты, встречающиеся в водах, подразделяют па три группы: главные, второстепенные, микрокомпоненты.

1.1. Главные компоненты химического состава

Главными компонентами называют такие, которые прак­тически всегда присутствуют во всех природных водах и, при­том, в значительных количествах. Количественные соотноше­ния их определяют химический облик воды.

Широко распространены в природе и хороню растворимы простые соли — хлориды, сульфаты, карбонаты щелочных и щелочноземельных металлов, такие, как NaCl, KCi, CaCi₂, Na₂C0₃, K₂C0₃, MgS0₄ и др. Они находятся в воде в виде ионов K'^h, Na +, Mg²-^, Ca2+, Cl -, SO*-², HCO₃", CO -/-, назы­ваемых главными.

Натрий (Na ⁺) и калий (К'^:~). Натрий очень широко рас­пространен в земной коре. Б маломинерализованных' водах содержание его выражается миллиграммами. В водах с мине­рализацией более 1 мг/л он обычно преобладает среди катио­нов, в рассолах содержание его достигает десятков и сотен граммов па литр. Источником натрия в водах служат залежи поваренной соли (хлористого натра), минерал галит и рассе­янные в породах соли натрия. Натрий свободно мигрирует в подземных водах почти при любой минерализации, что объяс­няется отсутствием у него барьеров растворимости. Часто нат­рию сопутствует хлор. При содержании в воде их более 250 мг/л она приобретает соленый вкус, а преобладание нат­рия в оросительной воде над кальцием может вызвать осолоп-цевание почв.

Несмотря на то, что калий распространен па Земле так же широко, как и натрий, а соли калия — хлориды, сульфаты и карбонаты — высокорастворимы (соответственно 340, ПО и

1117 г/л), миграция его в подземных водах резко отличаете'! от миграции натрия. Содержание калия в воде обычно не пре­вышает 4—10 % от содержания натрия и редко достигает 4—5 г/л (чаще 1 г/л). Это объясняется наличием четко вы­раженных барьеров: во-первых, биохимического оалпй интен­сивно потребляется и прочно связывается живым веществом), во-вторых, сорбционного — в связи с высокой энергией покто-щения оп легко адсорбируется, а затем проникает в кристал­лическую решетку. В подземных водах калий не играет замет­ной роли.

Кальций (Са²⁴) является первым преобладающим катио­ном в пресных водах при общей минерализации около 0,5 с/л. С ростом концентрации солей относительное содержание его падает (1-й барьер растворимости карбонатов, и сульфа­тов кальция), а затем уже в рассолах в связи с преоблада­нием в них хлоридов и высокой растворимостью СаС1₂ кон­центрация его увеличивается иногда до сотен граммов h;j литр. Это характерно для подземных вод глубоких горизон­тов. У кальция имеются сорбционный и биохимический оарьс ры — он поглощается живыми клетками п отрицательно заря­женными коллоидами почв и горных пород. Последнее важно для оструктуриваппя почв. Поэтому подземные воды, лаже солоноватые, с относительным преобладанием кальция, без вредны для почв при орошении.

Содержание кальция в питьевой воде (более 150 ыг/л) способствует задержке воды в организме, что перегружав сердце. Кальций придает воде жесткость, усложняющую ис пользование воды в хозяйственных н технических целях, яв ляется причиной нарушения карбонатного равновесия в ней что приводит к се нестабильности. С другой стороны, исполь зование очень мягкой воды так же способствует появлении сердечно-сосудистых заболеваний..

Источником кальция в подземных водах являются карбо патные породы: известняки, доломиты, гипс и ангидрит, каль ц ий со держащие алюмосиликаты, органические вещества.

Магний (Mg²⁺). Магния в природных водах сравнительна мало, хотя по распространению в земной коре он близок i кальцию. Растворимость солей MgCl₂ составляет 558,1 г/л MgSO₄ — 354,3 г/л. Содержание магния мало изменяется увеличением минерализации воды и редко поднимается быш 1 г/л (иногда до 20—30 г/л). Это объясняется гем, что он хо рошо адсорбируется породами (сорбционный барьер), погло

9

цается растениями (биохимический барьер), склонен к обра-ованию вторичных минералов —магниевых силикатов, доло-1итов и др. (барьер растворимости). Содержание солей маг-шя в воде вместе с кальцием обусловливает ее жесткость. 3 оросительных водах в определенном соотношении с каль­цием и натрием он может отрицательно влиять на почву, "лавным источником магния в водах являются доломиты 'и алюмосиликаты.

Ионы хлора (С1~), В природных водах хлор распростра­ни исключительно широко. Растворимость солей NaCl со-:тавляет 328,6 г/л, MgCl₂ —558,1, CaCl —731,9 г/л. У хлора тет барьера растворимости, он не усваивается растениями и микробами и выделяется в свободном состоянии организма­ми животных. Содержание хлора увеличивается с увеличе­нием минерализации; при минерализации более 5 г/л он яв яяется преобладающим среди анионов. Главным источником хлора в природных водах является минерал галит (NaCl) и соли, находящиеся в породах в рассеянном виде. Кроме тою, хлор может поступать в воду при выветривании некоторых магматических пород. В неглубокозалегающие грунтовые воды хлор поступает из хозяйственных и промышленных отходе у. В пресных водах его может быть немного, миллиграммы на литр, в минерализованных —до десятков и даже сотен грам­мов на литр. При содержании хлора в воде более 250 мг/л она приобретает соленый вкус и влияет на некоторые функции организма человека и животных. Оросительная вода, в кото­рой содержится хлора более 1,5 г/л, весьма опасна для почв. Сульфатный ион (S0₄^?~). Содержание его в водах колеб­лется от нескольких миллиграммов до десятков граммов па литр. При минерализации 4—5 г/л он является преобладаю­щим среди анионов, но неустойчив. При большой концентра­ции солей в воде относительное содержание его уменьшается. Главным источником SO|~ в водах служат отложения гипса и ангидрита, пирит, самородная сера, сероводород и ча­стично промышленные н бытовые отходы. Распространению сульфат-иона препятствует биохимический барьер (восстанов­ление органической серы    до сероводорода). Содержание сульфатов в питьевой воде более 500 мг/л нарушает работу желудочно-кишечного тракта, а содержание сульфата натрия свыше 4,0 г/л в оросительных водах опасно для почв.

10

Карбонатный и гидрокарбонатный ионы (СО|~ и HCCV) —важная часть химического состава вод, Миграция их еще более затруднена, чем у S04~~. Ионы HCO.f преобла­дают над другими при минерализации -воды до 0,5 г/л, после чего их роль резко падает. Содержание НС0₃~ может дости­гать 200—500, реже— 900 мг/л, содержание иона СО?" обычно не превышает десятков миллиграммов на литр. Ис­точником СО| • и HCOj служат карбонатные породы и про­дукты жизнедеятельности. Миграция этих ионов ограничива­ется барьером растворимости и биохимическими процессами. Широко распространенные в земной коре СаСО₃ 'и MgC-Оз могут перейти в раствор только в присутствии СО₂. Содержа­ние в водах НСО~, С0^~ и С0₂ взаимообусловлено и зави­сит от рН воды (рис. 1.1.1).

Рис. 1.1.1. Молярное содержание углекислых соединений

При рН = 3,7—4,0 вея угольная кислота в воде представле­на СО₂ в виде молекулярного газа (свободная углекислота). С увеличением рН доля СО₂ уменьшается, а доля НС0₃~ уве­личивается, достигая максимума (98%) при рН = 8,3—8,4. При рН воды более 8,4 свободная углекислота отсутствует но возрастает доля СЦ- и уменьшается доля НСО_а~. Нако­нец, при рН-12 вся углекислота представлена только ионами О ^. Для поддержания в воде определенной концентрации НСО^ нужно соответствующее количество свободной углекис-

11

лоты, которое называют равновесным. Если содержание СО-г превышает равновесную концентрацию, то се избыток спосо­бен реагировать с твердым карбонатом кальция, переводя ею в раствор. Эту углекислоту называют агрессивной [С0з]_агр. При недостатке СО₂ для равновесии е НСО-Г начинается рас­пад бикарбонатов кальция с выпадением в осадок CaCO_:i. В том и другом случае воду называют нестабильной.

Соединения угольной кислоты в подземных водах представ­лены, в основном, бикарбонатами и карбонатами кальция (пресные воды). Однако в определенных условиях может об­разовываться сода — нормальная (Na₂CO₃) и двууглекислая (ЫаНСОз), которая делает воду непригодной для орошения. Высокая концентрация в питьевой воде ионов НСО^" опасна для здоровья,

1.2. Второстепенные компоненты

Второстепенными называются такие компоненты, которые встречаются во всех природных водах, но в небольших коли­чествах (не больше десятков миллиграммов на литр), что объясняется либо их малым-содержанием в земной коре, ли­бо слабой растворимостью. К числу таких компонентов можно отнести азот, железо, алюминий, кремнекислоту, сероводород

. и др.

Азот поступает в подземные воды преимущественно за счет микробиологических процессов и встречается в виде ам­мония (NHu), нитритов (NO~-~) и цитратов (NO~).

Аммоний образуется при разложении белка животных п растительных организмов под воздействием бакгерий-аммони-фикаторов. Ион аммония неустойчив, поэтому в литре воды его содержится от десятых долей до нескольких миллиграм­мов и лишь в водах нефтяных месторождений его концентра­ция может превышать 100 мг/л. В присутствии свободного кис­лорода под влиянием бактерий-нитрификаторов аммоний пе­реходит сначала в нитрит-ион (.NO2~), а затем в нитрат (NOa"). Содержание нитритов и нитратов обычно не превышает 1 mi/л и редко — первых десятков миллиграммов на литр. Одновре­менное присутствие аммиака и нитритов свидетельствует о на­личии свежих загрязнений в воде, среди которых мсяут быть и опасные, образующиеся в результате разложения белка (отходов). Ион N0^ — продукт конечного окисления азота -

12

свидетельствует о «старом», внешне уже не опасном загрязне­нии. В таких случаях требуется тщательное исследование воз­можных очагов поступления загрязнений.

В связи с интенсивным применением минеральных удобре­ний и особенно при плохом их хранении в подземных водах может оказаться до 2—3 г/л NO^ - Это опасно. Содержание NO.^ в питьевой воде более 50 мг/л вызывает заболевание крови у детей и молодняка животных, ведущее к гибели. Употребление воды, содержащей более 10 мг/л NOg приво­дит к нарушению обмена веществ.

Железо (Fe²¹' и Fc³*) поступает в подземные воды при окислении' сульфидов железа химическим, биохимическим и электрохимическим путем и при выветривании феррос