Формирование состава природных вод

В качестве источников водоснабжения используются пресные водоемы, как подземные, так и поверхностные. К подземным относятся грунтовые, межпластовые, артезианские, карстовые воды, состав которых определяется условиями их образования. Так, состав грунтовых вод зависит от возможностей питания их атмосферными осадками, от характера почв и подстилающих пород, с которыми контактирует вода, от санитарного состояния вышележащих водоносных горизонтов. В формировании состава артезианских вод решающее значение имеют глубинные геологические структуры. Химический состав подземных вод формируется в результате таких процессов, как выщелачивание горных пород, растворение, сорбция, ионный обмен и т.д. Защищенность артезианских водоносных пластов обеспечивает постоянство состава воды и почти полное отсутствие в них микроорганизмов.

Отличительной особенностью поверхностных природных вод является непостоянство их состава по сезонам года. На процесс формирования состава воды поверхностных водоемов влияет множество факторов.

Важнейшие из них — взаимодействие атмосферных осадков, попадающих в водоисточник, с загрязненным воздухом и почвенным покровом; биологические процессы в водоеме с участием гидробионтов и деятельность человека (регулирование речного стока, ирригация, судоходство, сброс сточных вод и т.д.).

В природных водах обнаружено более половины известных химических элементов. По своей природе примеси воды подразделяются на минеральные и органические, находящиеся в воде во взвешенном, коллоидном и истинно растворенном состоянии.

Для подземных источников водоснабжения характерно небольшое содержание или отсутствие органических примесей, повышенная минерализация, иногда присутствие газов (СО₂, H₂S, СН₄).

Среди поверхностных источников водоснабжения различают водоемы с малой минерализацией: содержание солей до 200 мг/л, средней — 200—500 мг/л и повышенной — 500—1000 мг/л. Около 90% общего солесодержания приходится на главные ионы: Na⁺, Са²⁺, Mg²⁺, К⁺ и НСO₃, SO₄^2-; Сl^-. По классификации О.А. Алекина природные воды в зависимости от преобладающего аниона подразделяются на три класса: гидрокарбонатные, сульфатные и хлоридные. Внутри класса выделяются группы с преобладающим катионом: натриевая, кальциевая, магниевая.

В ионном составе рек с малой и средней минерализацией преобладают НСО₃, Са²⁺, Mg²⁺. Водоисточники этого типа распространены на севере и в средней полосе страны и питаются главным образом за счет поверхностного стока.

В ионном составе рек и озер с повышенной минерализацией преобладают SO₄^2-, Сl^-, Na⁺, так как они питаются подземными водами. Такие водоемы распространены в основном в засушливых южных районах.

Содержание органических веществ в поверхностных водоемах изменяется в широких пределах. Органические вещества образуются в самом водоеме (развитие водорослей) и привносятся в него с ливневыми и талыми водами с площади водосбора. Максимум органических веществ наблюдается обычно в период паводков. Большая часть органических веществ представляет собой гумус. Водный гумус образуется в процессе разложения остатков водных растений. Кроме того, гумусовые вещества попадают в водоем в результате вымывания их из почвы. Почвенный гумус состоит из нерастворимой части и гуминовых и фульвокислот. Гуминовые кислоты с молекулярной массой 1200—1400 и содержанием углерода 52— 58 % могут образовывать в воде взвеси, коллоидные и истинные растворы. Фульвокислоты — также высокомолекулярные соединения, содержат меньше углерода — 45—48%, более диссоциированы и могут присутствовать в воде в коллоидном и истинно растворенном состоянии.

Переходя из почвы в воду, гумусовые вещества окрашивают ее в желтый или коричневый цвет в зависимости от их концентрации.

Следует отметить, что во всех подземных и поверхностных водоисточниках качество воды разное. Нет двух одинаковых по качеству воды рек, двух артезианских скважин, двух колодцев. Более того, в каждом водоисточнике, особенно поверхностном, характер воды меняется с течением времени.

С ростом урбанизации и промышленного производства, химизации сельского хозяйства все большее влияние на общую водную экологию оказывает антропогенный фактор, т.е. фактор использования воды человеком.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ ПРИРОДНЫХ ВОД – совокупность растворенных в природных водах минеральных и органических веществ в ионном, молекулярном, комплексном и коллоидном состояниях (ГОСТ 17403-72). В природных водах растворены почти все известные на Земле химические элементы, из 87 стабильных химических элементов, установленных в земной коре, в настоящее время в природных водах обнаружены около 80. При повышении чувствительности аналитических методов, очевидно, будут установлены и остальные. Распределение химических элементов в водных объектах определяется типом природной системы и свойствами самих элементов (их распространенностью в земной коре и растворимостью в воде). Х.с.п.в. представляет собой сложный комплекс растворенных газов, различных минеральных солей и органических соединений. Его условно делят на шесть групп: главные ионы (см. макрокомпоненты природных вод); растворенные газы (см. газовый состав природных вод); биогенные вещества (см.); органические вещества; микроэлементы (см.) и загрязняющие вещества (см.). Сложность Х.с.п.в. определяется не только присутствием в них большого числа химических элементов и многообразием их форм и соединений, но и разным содержанием каждого из них, которое к тому же меняется в различных типах вод, что связано с особенностями условий их формирования (табл. 1). Под формированием химического состава природных вод понимается совокупность процессов, приводящих к образованию того или иного химического состава природной воды (ГОСТ 17403-72). Количество растворенных веществ в воде будет зависеть, с одной стороны, от состава тех веществ, с которыми она соприкасается в процессе своего круговорота, с другой — от условий, в которых происходили эти взаимодействия. Факторы, определяющие формирование Х.с.п.в. могут быть разделены на прямые и косвенные. Прямые — факторы, непосредственно влияющие на состав воды (т.е. действие веществ, которые могут обогащать воду растворимыми соединениями, или, наоборот, выделять их из воды). К ним относятся: горные породы, живые организмы, обмен с другими типами природных вод, а также деятельность человека. К косвенным относятся факторы, определяющие условия, в которых протекает взаимодействие веществ с водой: климат (см.), рельеф (см.), водный режим (см.), растительность (см.), гидрогеологические и гидродинамические условия и пр.

Факторы формирования химического состава поверхностных вод суши

Каждому типу природных вод (атмосферные осадки, поверхностные и подземные воды) соответствует определенный набор прямых и косвенных факторов формирования химического состава их вод (табл. 2). Для систематизации представлений о химическом составе и минерализации различных типов природных вод (а также водных объектов) используются классификации, в основу которых положены разнообразные принципы (см. классификация природных вод по химическому составу).