Геохимическая характеристика вод родников южной части городского округа Балашиха (Московская область)

全文:

Введение

Родники представляют собой уникальные природные образования, важны в питании рек и в качестве источников питьевой воды для населения. Загрязнение подземных вод, питающих родники, – актуальная проблема.

На территории Московской агломерации находится ~1000 родников, включая некаптированные источники и участки рассеянной разгрузки подземных вод [1, 16, 24]. Родники – неотъемлемая часть городских ландшафтов, и площади их водосборов могут испытывать значительное антропогенное воздействие. Анализ эколого-гид рогеологических условий формирования родникового стока и качества вод – актуальная задача исследований окружающей среды. Однако родники не входят в Государственный водный реестр и систему государственного мониторинга поверхностных вод, кроме единичных случаев. В связи с этим особое значение имеют тематические работы, как проводимые в рамках комплексных инженерно-геологических, гидрогеологических и геохимических исследований, так и целенаправленно ориентированные на инвентаризацию родников и изучение условий формирования и качества вод источников [1, 2, 9, 10, 20, 24].

Цель настоящей работы – определение макро- и микрокомпонентного состава вод родников городского округа Балашиха и оценка загрязненности вод.

В Подмосковье идет реализация проекта “Чистая вода”, направленного на повышение качества воды в особо проблемных городских округах, среди которых и Балашиха [15], но многие местные жители для питьевых целей исторически продолжают использовать воду родников. Муниципальная программа городского округа Балашиха “Экология и окружающая среда” на 2020–2024 гг. состоит из трех подпрограмм: “Охрана окружающей среды”, “Развитие водохозяйственного комплекса”, “Региональная программа в области обращения с отходами, в том числе с твердыми коммунальными отходами” [14], но ни одна из них не предусматривает мониторинга состава вод родников, расположенных на территории городского округа.

Городской округ Балашиха расположен на р. Пехорке, с западной стороны граничит с г. Москвой, с южной, восточной и северной – последовательно с Люберецким, Раменским, Ногинским, Щелковским, Пушкинским и Мытищинским районами Московской области.

Значительную часть городской территории занимают Кучинский, Салтыковский, Павлинский, Ольгинский и другие лесопарки. Две известные в Подмосковье усадьбы (Горенки и Пехра-Яковлевское) органически вписываются в городскую застройку [12]. Одна из достопримечательностей района – горнолыжный курорт “Лисья гора”, представляющий собой антропогенный ландшафт, образованный путем засыпки отходами литейного производства и строительным мусором левого склона р. Пехорки. Подобный объект может оказывать отрицательное воздействие на педосферу и гидросферу прилегающих территорий [8]. На территории района расположены два крупных полигона твердых коммунальных отходов (ТКО): Пуршево и Кучино, которые в настоящий момент рекультивированы [14, 22], и недействующий Русавкинский карьер на правом берегу р. Вьюнки вблизи южной окраины д. Новый Милет, вскрывающий известняки и доломиты касимовского и гжельского ярусов верхнего карбона.

Округ занимает северо-восточную часть Мещерской низменности и представляет собой равнину с уклоном к востоку. Согласно гидрогеологическому районированию, территория находится в пределах Учинско-Балашихинского гидрогеологического блока, приуроченного к западной части Мещерского гидрогеологического района Московского артезианского бассейна. В четвертичных отложениях распространены следующие водоносные горизонты: современный аллювиальный горизонт (a IV); водоносный калининский аллювиальный горизонт (a III kl); локально слабоводоносный микулинско-калининский озерно-болотный горизонт (l,b III mk-kl); водоносный московский водно-ледниковый горизонт (f,lg II ms); водоносный донской-московский водно-ледниковый горизонт (f,lg I ds-II ms). В юрских и меловых отложениях выделяют неоком-аптский (K₁ nc-a) и волжский (J₃v) водоносные комплексы и воды спорадического распространения в бат-келловейских отложениях (J₂bt-k) [4]. Водоупорный юрский терригенный горизонт имеет повсеместное распространение и делит гидрогеологический разрез на две изолированные системы (водоносные горизонты мезозойских и кайнозойских отложений от водоносных горизонтов в палеозойских отложениях), которые гидравлически не связаны между собой. Глубина залегания кровли юрских глин меняется от 5 до 25 м. Согласно крупномасштабному картированию гидрогеологических условий г. Москвы и области, проведенному Институтом геоэкологии им. Е.М. Сергеева РАН [18], всю залегающую над юрскими глинами водоносную толщу обычно объединяют в надъюрский водоносный комплекс. Под юрскими глинами на данной территории распространены верхнегжельский (C₃g₂) и нижнегжельский (C₃g₁) водоносные горизонты, которые служат источниками питьевого водоснабжения городов Подмосковья.

Материалы и методы исследований

С сентября 2020 г. по март 2022 г. было проведено пять серий опробований 12 каптированных родников городского округа Балашиха в различные сезоны года, которые охватывали весь сезонный цикл (рис. 1; табл. 1). В ходе полевых обследований местоположение (координаты и абсолютную высоту) родников фиксировали с помощью GPS-приемника “Garmin eTrex 10”, измеряли расход родника объемным способом согласно [7], определяли температуру, рН, электропроводность и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП) с использованием портативных pH-метра “PH-200”, кондуктометра “COM-100” и ОВП-метра “ORP-200” (“HM Digital”, Южная Корея) соответственно (табл. 2). Для определения содержания анионов воду отбирали в емкости из полиэтилена “под крышку”. Для определения содержания главных катионов и микроэлементов пробы фильтровали через стерильные фильтрующие насадки из ацетата целлюлозы с диаметром пор 0.45 мкм (“CHROMAFIL CA-45/25-S”, “Macherey-Nagel”, Германия) в пробирки из полипропилена вместимостью 15 мл и подкисляли фильтрат HNO₃ (ос. ч.) до рН < 2.

 

Рис. 1. Схема расположения точек опробования родников в южной части городского округа Балашиха. Основа – гео логическая схема четвертичных отложений района исследований (составлена по материалам [4, 5, 6]). 1 – озерные и болотные отложения; торф, оторфованные суглинки, сапропели (до 6–8 м); 2 – аллювиальные отложения пойм; пески с гравием и галькой, суглинки, супеси, местами оторфованные (до 20 м); 3 – микулинский горизонт – валдайский надгоризонт; озерные и болотные отложения; глины, суглинки, супеси с прослоями торфа, песка (до 16 м); 4 – мончаловский-осташковский горизонты; аллювиальные отложения первой надпойменной террасы; пески, суглинки, в основании песчано-гравийные отложения (до 16 м); 5 – калининский горизонт; аллювиальные отложения второй надпойменной террасы (до 8 м); 6 – московский горизонт; аллювиально-флювиогляциальные отложения третьей надпойменной террасы (в области московского оледенения); пески, супеси (до 6–10 м); 7 – московский горизонт; водно-ледниковые отложения времени отступания ледника; пески, супеси, суглинки (до 14 м); 8 – московский горизонт; водно-ледниковые отложения времени максимального распространения ледника; пески, супеси, суглинки (до 12 м); 9 – московский горизонт; ледниковые отложения-основная морена; суглинки с гравием, галькой и валунами, отторженцы дочетвертичных отложений (5–25 м, иногда до 40 м); 10 – московский горизонт; ледниковые отложения-конечная морена; суглинки валунные, пески, валунно-галечные отложения (до 40 м); 11 – лихвинский горизонт; озерные и болотные отложения; глины, суглинки, торф (до 9 м); 12 – донской-московский горизонты; нерасчлененный комплекс водно-ледниковых, аллювиальных и озерных отложений; пески, супеси, суглинки (до 12 м); 13 – мучкапский горизонт; рославльская серия; озерные и болотные отложения; пески, глины, торф (до 10 м); 14 – донской горизонт; водно-ледниковые отложения времен отступания ледника; пески, суглинки, глины (до 27 м); 15 – донской горизонт; ледниковые отложения – основная морена; валунные суглинки с линзами песка и отторженцами дочетвертичных и четвертичных пород (обычно до 10–20 м, местами до 44 м); 16 – дочетвертичные отложения; 17 – родники, где проведен отбор воды; 18 – опорная скважина для геологического профиля четвертичных отложений; 19 – граница верхнегжельского водоносного горизонта; 20 – объекты антропогенной нагрузки на территории городского округа Балашиха (полигоны ТКО: 1 – Кучино, 2 – Саввино, 3 – Пуршево, 4 – Торбеево; карьеры: 5 – Купавна (песок), 6 – Русавкинский (известняк, доломиты); 7 – горнолыжный комплекс “Лисья гора”); 21 – крупные автомобильные трассы (МКАД и М7); 22 – граница городского округа Балашиха.

 

Таблица 1. Описание точек отбора образцов воды из родников городского округа Балашиха

№	Координаты, град. с.ш., в.д.	Описание места отбора		Номер родника
1	55.726062 37.954198	Два слабых родника к югу от моста автодороги к д. Фенино, в 170 м к западу от Троицкой церкви		1
2	55.726204 37.954284			1а
3	55.732864 37.961184	Группа из трех родников в 300 м от дороги, на восточном берегу небольшого пруда в Павлинском лесопарке		2
4	55.756003 37.964726	Родник на левом берегу р. Пехорки у ст. Кучино		4
5	55.779979 37.932122	Родник у плотины-переезда (на р. Горенке) на Разинском шоссе. Юго-восточная экспозиция склона. Слив из старой металлической трубы, сделана беседка		5
6	55.779986 37.932417	Необлагороженный родник в 10 м от т. 5 выше по склону на юго-западной экспозиции		5а
7	55.784061 37.923545	Родник в Кучинском лесопарке, у Вишняковского пруда		6
8	55.786510 37.915660	Два слабых родника в Кучинском лесопарке близ усадьбы “Горенка” на берегу р. Горенки	Водовмещающие отложения без признаков ожелезнения	7
9			Ожелезненные водовмещающие отложения	7а
10	55.773900 37.983785	Восходящий родник в Кучинском лесопарке у оз. Заячье. Источник железистый, заключен в бетонные кольца высотой 1.5 м. Слив из щели между нижним и верхним кольцами. Родник дает начало широкому (1.5–2 м) “ржавому” ручью, впадающему в речку		8
11	55.730202 38.036565	Два слабых родника у смотровой площадки в Саввино на правом берегу р. Черной	Нисходящий	9
12			Восходящий	9а

 

Таблица 2. Журнал отбора образцов воды из родников городского округа Балашиха (прочерк – информация отсутствует; D – дебет родника, л/с; Т – температура, ˚С; σ – электропроводность воды, мкСм/см; ОВП – окислительно-восстановительный потенциал, мВ)

Номер родника	Абсолютные отметки, м	20–24 августа 2020 г.					5–6 июля 2021 г.				1–4 сентября 2021 г.				14–18 января 2022 г.				21–22 марта 2022 г.
		D	Т	σ	pH	ОВП	D	Т	σ	pH	D	Т	σ	pH	D	Т	σ	pH	D	Т	σ	pH
1	125	0.05	12.7	724	5.7	191	0.03	13.0	660	5.8	0.07	12.5	684	6.0	0.03	5.2	678	5.7	0.03	5.7	697	5.7
1а	125	0.06	11.0	752	5.7	191	0.06	12.1	775	5.9	0.07	11.1	892	6.0	0.05	6.4	743	5.8	0.06	7.3	769	5.8
2	135	0.05	13.6	572	5.4	176	0.05	13.6	595	5.4	0.06	13.1	557	5.5	0.06	6.0	517	5.6	0.06	6.2	534	5.3
4	135	0.14	11.5	607	7.1	112	0.40	11.9	681	6.9	0.37	11.3	649	6.9	0.44	8.4	652	7.1	0.44	9.1	654	6.7
5	145	0.06	14.5	1075	6.1	93	0.06	15.0	844	6.3	0.05	14.4	1250	6.3	0.05	5.2	1151	6.1	0.05	6.5	1270	6.0
5а	145	0.01	13.5	1376	6.2	107	0.01	14.5	921	6.4	0.01	13.2	1120	6.3	0.01	3.7	1005	6.2	0.01	5.2	925	6.2
6	150	0.07	12.8	237	5.7	124	0.07	13.2	216	5.5	0.07	12.6	209	5.3	0.06	3.9	172	5.3	0.07	4.8	183	5.5
7	150	0.03	11.5	508	6.5	114	0.05	12.1	475	6.8	0.04	11.4	537	6.6	0.03	4.9	502	6.5	0.04	5.6	522	6.5
7а	150	0.06	12.0	402	6.5	104	0.11	12.2	374	6.9	0.07	11.8	355	6.6	0.06	4.3	331	6.5	0.06	5.7	342	6.6
8	155	–	9.7	193	6.6	–141	–	9.8	199	6.6	–	9.5	196	6.7	–	6.6	205	7.1	–	6.7	196	6.8
9	135	0.02	14.5	636	6.6	76	0.01	15.1	646	6.5	0.02	14.3	661	6.8	0.01	5.5	665	7.0	0.01	6.6	699	6.4
9а	135	0.02	13.2	934	6.5	74	0.07	13.5	879	6.7	0.07	13.1	935	6.8	0.06	5.5	910	7.0	0.05	6.8	922	6.7

 

Содержание главных катионов (Ca, Mg, Na, K) и микроэлементов (Al, As, Ba, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Pb, Rb, Sb, Se, Sr, Ti, U, V, Zn) анализировали методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) на масс-спектрометре “ELAN-6100”.

Калибровку осуществляли по растворам мультиэлементного стандарта (набор ICP-MS-68 А, B, “High-Purity Standards”, США). Правильность измерений контролировали с использованием внутреннего стандарта (Indium ICP Standard CertiPUR 1002 мг/л ± 0.4%, Merck, Германия). Контроль точности проводили измерением стандартного раствора CRM-TMDW (Trace Metals in Drinking Water Standard, “High Purity Standards”, США). Погрешность отдельных измерений ≤3%.

Содержание Cl^– и HCO₃^– оценивали методами объемного титрования; NO₃^– и NН₄⁺ – методом потенциометрии; SO₄^2– – методом рентгенофлуоресцентного анализа с предконцентрированием по методу высушенной капли [11]. Содержание PO₄^3– рассчитывали на основе результатов измерения в пробах фосфора методом ИСП-МС.

Содержание анионов (F^–, Cl^–, Br^–, NO₂^–, NO₃, PO₄^3–, SO₄^2–) в образцах воды, отобранных в сентябре 2021 г., были определены также методом ионной хроматографии на хроматографе “Dionex ICS-2000”. Содержание F^– и Br^– < 0.1, NO₂^– < 0.2, PO₄^3– < 1 мг/л, расхождение в содержаниях остальных анионов (Cl^–, NO₃^–, SO₄^2–) ≤5%.

Для графического изображения макрокомпонентного состава вод использована диаграмма Пайпера [26], построенная с помощью модуля GSS программного пакета The Geochemist’s Workbench (GWB) в варианте бесплатной версии GWB Community Edition [19]. Расхождение сумм эквивалентных концентраций катионов и анионов ионного состава также ≤5%.

Результаты и их обсуждение

Результаты определения макрокомпонентного состава вод родников представлены в табл. 3. По результатам опробования вод за разные перио ды построена классификационная диаграмма Пайпера [26], на которую нанесены результаты каждого опробования (рис. 2).

 

Рис. 2. Диаграмма Пайпера [26] для макрокомпонентного состава вод родников городского округа Балашиха. Родник 6 на диаграмме не показан, так как один из основных ионов – нитрат-ион, содержание которого не учитывается при построении диаграммы.

 

Таблица 3. Макрокомпонентный состав вод родников городского округа Балашиха (прочерк – информация отсутствует; здесь и в табл. 4 ПДК – предельно-допустимые концентрации химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования, согласно [21]; ПВЗВ – среднее содержание в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата [23]; жирным выделены содержания >ПДК)

Номер родника	pH	М	Ca2+	Mg2+	Na+	K+	NН4+	HCO3–	SO42–	Cl–	NO3–
		мг/л
Калининский аллювиальный водоносный горизонт (a III kl)
5	6.2 ± 0.1	636 ± 99	65 ± 8	13 ± 3	111 ± 24	9.3 ± 1.0	4.0 ± 1.7	100 ± 25	72 ± 3	226 ± 53	36 ± 5
5а	6.3 ± 0.1	591 ± 57	58 ± 12	13 ± 2	110 ± 15	5.2 ± 0.8	2.0 ± 1.0	95 ± 13	72 ± 19	190 ± 29	42 ± 4
Локально-слабоводоносный микулинско-калининский озерно-болотный водоносный горизонт (l,b III mk-kl)
6	5.5 ± 0.2	132 ± 13	20 ± 3	5.4 ± 0.9	5.2 ± 0.6	1.1 ± 0.2	0.3 ± 0.1	19 ± 6	42 ± 5	5.9 ± 1	34 ± 7
Донской-московский водно-ледниковый водоносный горизонт (f,lg I ds-II ms)
4	6.9 ± 0.2	465 ± 21	81 ± 1	16 ± 3	18 ± 2	2.2 ± 0.1	0.8 ± 0.3	193 ± 6	84 ± 4	44 ± 7	27 ± 2
7	6.6 ± 0.1	387 ± 22	77 ± 5	9.4 ± 1.4	6.6 ± 0.8	3.7 ± 0.3	1.1 ± 0.4	167 ± 12	102 ± 9	9.6 ± 0.8	12 ± 4
7а*	6.6 ± 0.2	267 ± 17	53 ± 3	6.4 ± 1.4	4.7 ± 0.4	2.1 ± 0.2	0.6 ± 0.2	133 ± 8	56 ± 8	7.8 ± 1.1	3.8 ± 0.8
9	6.7 ± 0.2	483 ± 19	77 ± 2	15 ± 2	25.9 ± 3.2	2.8 ± 0.2	0.9 ± 0.3	179 ± 9	87 ± 3	35 ± 6	49 ± 4
Волжский водоносный горизонт (J3v)
1	5.8 ± 0.1	436 ± 7	65 ± 6	16 ± 1	34 ± 2	6 ± 0.7	2.8 ± 1.6	76 ± 14	126 ± 5	75 ± 6	37 ± 10
1а	5.8 ± 0.1	508 ± 38	80 ± 9	18 ± 2	39 ± 6	3.9 ± 0.8	1.7 ± 0.7	90 ± 8	143 ± 5	98 ± 15	35 ± 4
2	5.4 ± 0.1	342 ± 20	44 ± 4	11 ± 2	39 ± 3	2.3 ± 0.3	1.1 ± 0.4	41 ± 6	124 ± 8	54 ± 6	27 ± 2
Воды спорадического распространения в бат-келловейских отложениях (J2bt-k)
8	6.7 ± 0.2	157 ± 8	26 ± 3	5.7 ± 1.2	2.5 ± 0.2	1.1 ± 0.1	0.4 ± 0.0	86 ± 6	27 ± 1	2.2 ± 0.2	<0.5
Верхнегжельский водоносный горизонт (C3g2)
9а	6.8 ± 0.2	605 ± 7	115 ± 5	21 ± 2	25 ± 3	2.0 ± 0.3	0.7 ± 0.3	176 ± 7	118 ± 4	117 ± 5	30 ± 3
ПВЗВ	6.8	354	38.3	16.5	23.8	2.74	–	222	18.2	15.9	2.13
ПДК	6–9	1500	–	–	–	–	1.5	–	500	350	45

* Состав вод родника, вероятно, формируется в результате подтока вод спорадического распространения в бат-келловейских отложениях.

 

Таблица 4. Содержание растворенных форм микроэлементов в водах родников городского округа Балашиха (C – среднее геометрическое содержание микроэлемента по пяти пробоотборам, мкг/л; ε – стандартный множитель (курсив); подчеркнуты значения > 2 ПВЗВ; жирным выделены значения >ПДК)

Элемент		a III kl		l,b III mk-kl	f,lg I ds-II ms				J3v			J2bt-k	C3g2	ПВЗВ	ПДК
		5	5а	6	4	7	7а	9	1	1а	2	8	9а
Al	C	27	27	47	15	24	32	14	26	29	40	15	19	165	200
	ε	1.4	1.3	1.4	1.4	1.6	1.8	1.5	1.2	1.3	1.3	1.3	1.8
As	C	2.0	1.4	0.6	0.9	1.1	1.0	0.4	1.0	1.2	1.2	2.8	0.8	1.64	10
	ε	1.3	1.4	1.1	1.1	1.1	1.1	1.3	1.2	1.1	1.3	1.1	1.3
Ba	C	77	42	26	13	19	10	65	89	61	64	22	85	25.3	700
	ε	1.3	1.3	1.3	1.1	1.2	1.0	1.4	1.1	1.1	1.1	1.1	1.2
Cd	C	0.32	0.18	0.27	<0.01	0.05	0.03	0.03	0.09	0.09	0.19	0.01	0.06	0.15	1
	ε	1.2	1.3	1.3		1.1	1.6	1.5	1.1	1.2	1.2	1.2	1.2
Co	C	0.48	0.55	1.95	0.27	0.33	0.31	0.28	0.38	0.93	1.70	0.13	0.32	0.34	100
	ε	1.1	1.3	1.2	1.2	1.2	1.8	1.3	1.3	1.2	1.1	1.5	1.3
Cr	C	2.3	1.4	0.7	1.2	0.9	0.6	1.4	2.1	3.8	1.7	0.6	1.7	2.83	50
	ε	2.5	2.8	1.3	1.8	1.7	1.5	1.4	1.4	2.8	2.6	1.5	2.6
Cu	C	4.0	3.6	1.2	0.7	2.5	2.7	1.1	1.9	1.7	1.3	0.7	0.9	1.48	1000
	ε	1.3	1.4	1.8	2.0	1.4	1.3	1.6	1.3	1.3	1.8	2.3	1.9
Fe	C	93	131	40	168	99	105	85	98	173	332	6065	115	689	300
	ε	2.2	1.3	1.6	1.5	2.0	2.6	2.5	2.0	1.3	1.1	1.1	2.7
Mn	C	4.5	14.3	10.6	100	241	73	0.6	34	39	147	155	43	59.2	100
	ε	1.2	1.8	1.2	1.4	1.3	1.2	2.0	1.4	1.2	1.1	1.1	2.1
Mo	C	0.82	0.25	0.07	0.39	1.61	1.11	0.08	0.12	0.15	0.12	0.14	0.28	0.89	70
	ε	1.2	1.1	1.8	1.2	1.3	1.2	1.4	1.9	3.0	3.4	1.2	1.7
Ni	C	7.2	6.0	3.8	3.6	3.3	1.8	4.8	17	19	19	1.0	6.9	3.45	20
	ε	1.4	2.7	1.3	1.7	1.9	1.9	1.4	1.3	1.7	1.1	1.6	1.5
Pb	C	0.13	0.19	0.11	0.12	0.11	0.24	0.11	0.18	0.12	0.10	0.11	0.12	3.10	10
	ε	1.9	1.6	2.2	1.7	2.1	2.1	2.2	1.9	2.1	2.4	2.4	2.1
Rb	C	3.5	2.17	0.78	0.71	1.6	0.89	0.71	0.97	1.0	0.66	0.82	0.88	2.55	—
	ε	1.3	1.3	1.2	1.1	1.2	1.1	1.2	1.2	1.2	1.2	1.1	1.2
Sb	C	0.18	0.09	0.05	0.02	0.16	0.15	0.05	0.04	0.04	0.03	0.01	0.07	0.55	5
	ε	1.3	1.3	1.3	1.7	1.2	1.0	1.5	1.4	1.4	1.7	2.9	1.2
Se	C	0.86	0.69	0.18	0.61	0.36	0.33	0.32	0.85	0.97	0.52	0.04	0.51	0.64	10
	ε	1.5	1.6	2.2	1.6	2.2	1.2	1.5	1.3	1.7	1.2	1.7	1.6
Sr	C	426	368	182	142	1276	875	273	270	261	199	91	198	185	7000
	ε	1.2	1.2	1.2	1.1	1.1	1.0	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1	1.1
Ti	C	1.7	1.8	1.4	2.3	1.9	1.7	2.1	3.1	3.2	2.9	1.2	2.8	8.82	100
	ε	1.8	2.1	1.4	1.3	2.4	2.3	1.4	1.4	1.3	1.7	1.6	1.6
U	C	0.28	0.04	0.04	0.86	1.87	0.98	0.16	0.08	0.09	0.02	<0.01	20	0.51	15
	ε	1.2	1.2	1.1	1.1	1.2	1.2	1.3	1.8	3.3	1.3		1.4
V	C	2.7	2.3	0.64	0.50	0.71	0.67	2.2	0.57	0.91	0.41	0.19	2.2	1.28	100
	ε	1.3	1.4	1.4	1.5	1.2	1.4	1.3	1.6	1.5	2.1	1.7	1.3
Zn	C	5.5	14.5	8.3	3.2	2.6	2.7	4.0	7.2	7.9	15.1	2.9	3.3	42.8	5000
	ε	1.5	1.3	1.3	2.0	1.4	1.2	2.2	1.4	1.3	1.6	2.6	1.6

 

Полученные результаты свидетельствуют об устойчивости макрокомпонентного состава вод родников. Коэффициенты вариации для макрокомпонентов преимущественно ≤20%. Максимальные вариации содержаний характерны для нитрат-иона (8–34%) и аммоний-иона (10–58%), которые обычно имеют техногенное происхождение.

Микроэлементный состав вод приведен в табл. 4. Для большинства микроэлементов рассчитанный по пяти сериям измерений коэффициент вариации ≤ 2.

Устойчивость макрокомпонентного состава позволяет охарактеризовать ионный состав вод (табл. 5) и классифицировать воды по преобладающему компоненту. Для родников южной части Балашихи характерно преобладание сульфатно-гидрокарбонатных кальциевых вод (соответствуют типу воды IV – Ca–Mg–HCO₃ на диаграмме Пайпера). Воды отдельных родников характеризуются специфическим составом: нитратно-сульфатная магниево-кальциевая (родник 6) или хлоридная кальциево-натриевая вода (родники 5 и 5а).

 

Таблица 5. Ионный состав вод родников городского округа Балашиха

Номер родника	Формула ионного состава	Название воды по преобладающему компоненту	Тип воды по диаграмме Пайпера
Калининский аллювиальный водоносный горизонт (a III kl)
5	${М}_{0.64}\frac{{Cl63HCO}_3{16SO}_4{15NO}_3 6 }{Na50Ca35Mg12K3}pH6.2$	Хлоридная кальциево-натриевая	II – Na–K–Cl–SO4
5а	${М}_{0.59}\frac{{Cl59HCO}_3{17SO}_4{16NO}_3 8}{Na54Ca32Mg12K2}pH6.3$	Хлоридная кальциево-натриевая	II – Na–K–Cl–SO4
Локально-слабоводоносный микулинско-калининский озерно-болотный водоносный горизонт (l,b III mk-kl)
6	${М}_{0.13}\frac{{SO}_4 {46NO}_3{29HCO}_{3}16C19}{Ca57Mg27Na14K2} pH5.5$	Нитратно-сульфатная магниево-кальциевая	Не применимо
Донской-московский водно-ледниковый водоносный горизонт (f,lg I ds-II ms)
4	${М}_{0.47}\frac{{HCO }_3{48SO}_4 {26C119NO}_3 7}{Ca65Mg22Na12K1}pH6.9$	Сульфатно-гидрокарбонатная кальциевая	IV – Ca–Mg–HCO3
7	${М}_{0.39}\frac{{HCO}_3 {51 SO }_4{40C15NO}_3 4 }{Ca76Mg16Na6K2} pH6.6$	Сульфатно-гидрокарбонатная кальциевая	IV – Ca–Mg–HCO3
7а	${М}_{0.28}\frac{{HCO}_3 60 {SO}_4 32 C1 6 {NO }_{3 }2}{Ca77Mg15Na6K2} pH 6.6$	Сульфатно-гидрокарбонатная кальциевая	IV – Ca–Mg–HCO3
9	${М}_{0.48}\frac{{HCO}_3 43 {SO}_4 27 C115 {NO}_{3}15 }{Ca61Mg20Na18K1}pH 6.7$	Сульфатно-гидрокарбонатная кальциевая	IV – Ca–Mg–HCO3
Волжский водоносный горизонт (J3v)
1	${М}_{ 0.44}\frac{{SO}_4 {40Cl32HCO}_3{19NO}_{3}9}{Ca 53 Na 24 Mg 21K 2}pH5.8$	Хлоридно-сульфатная кальциевая	I – Ca–Mg–Cl–SO4
1а	${М}_{0.51}\frac{{SO}_4 {38Cl36HCO}_3{19NO}_{3}7 }{Ca55Na23Mg21K1}pH5.8$	Хлоридно-сульфатная кальциевая	I – Ca–Mg–Cl–SO4
2	${М}_{0.34}\frac{{SO}_4 {52Cl27HCO}_3{13NO}_{3}8}{Ca 43 Na 37 Mg 20 K 1}pH5.4$	Хлоридно-сульфатная натриево-кальциевая	I – Ca–Mg–Cl–SO4
Воды спорадического распространения в бат-келловейских отложениях (J2bt-k)
8	${М}_{0.16}\frac{{HCO}_3{ 69SO}_4 28C13}{Ca62Mg22Fe10Na5K1 }pH6.7$	Сульфатно-гидрокарбонатная кальциевая с повышенным содержанием железа	IV – Ca–Mg–HCO3
Верхнегжельский водоносный горизонт (C3g2)
9а	${М}_{0.61}\frac{{Cl36HCO}_3 {32SO}_4 {27NO}_3 5}{Ca66Mg20 Na13K1}pH6.8$	Сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридная кальциевая	I – Ca–Mg–Cl–SO4

 

Разгрузка родников происходит преимущественно вдоль берегов Пехорки (1, 1а, 2, 4) и Горенки (5, 5а, 6, 7, 7а). Сопоставление полученных результатов с данными по макрокомпонентному составу Горенки за 2006–2009 гг. [12] и Пехорки за 2020 г. [13] показало, что состав речных вод в целом аналогичен составу вод родников. Основные отличия наблюдаются для нитрат-иона и аммоний-иона, содержание которых в водах родников в среднем в 2–4 раза выше, чем в речных водах.

Содержания большинства изученных микроэлементов (табл. 4) находятся на уровне, характерном для подземных вод зоны выщелачивания умеренного климата [23]. Значимые превышения (>2 раз) отмечены для Ba (родники 1, 1а, 2, 5, 9, 9а), Cd (родник 5), Co (родники 1а, 2, 6), Cu (родник 5 и 5а), Fe (родник 8), Mn (родники 2, 4, 7, 8), Ni (родники 1, 1а, 2, 5, 9а), Sr (родники 5, 7, 7а), U (родники 7 и 9а), V (родник 5).

Несмотря на существенные вариации, содержания большинства микроэлементов (за исключением Fe и Mn) ≤ПДК питьевых вод [21], что свидетельствует об отсутствии существенного загрязнения подземных вод городского округа Балашиха. Следует отметить, что гидрохимические аномалии растворенных форм Fe и Mn с превышением ПДК периодически фиксируются в отдельных родниках Московского региона [20, 24]. Оба элемента в воде относятся к третьему классу опасности (умеренно опасные вещества), для которых за величину ПДК приняты оценки по органолептическому показателю вредности (запах, цвет, вкус). Повышенные содержания этих элементов преимущественно неблагоприятно сказываются на состоянии магистральных водопроводов за счет отложения осадка их оксидов в системе распределения. Санитарная нормативная величина для марганца, рассчитанная Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ) исходя из верхней границы диапазона поступления микроэлемента в организм, составляет 0.4 мг/л [25], что выше наблюдаемых значений в воде исследованных родников. Для Fe нормативная величина не предлагается, но указано, что величина <2 мг/л не представляет угрозы для здоровья [25]. Содержания, превышающие это значение, наблюдаются только в воде родника 8, который не используют для питьевых целей.

Анализируя материалы геологических и гид рогеологических карт масштаба 1:200 000 (листы N-37-II, N-37-III) и объяснительные записки к этим картам [4, 6], а также учитывая результаты определения макро- и микроэлементного состава вод, можно сделать предположение, что опробованные родники дренируют шесть различных водоносных горизонтов: калининский аллювиальный (родники 5 и 5а), локально-слабоводоносный микулинско-калининский озерно-болотный (родник 6), донской-московский водно-ледниковый (родники 4, 7, 7а, 9), волжский (родники 1, 1а, 2), воды спорадического распространения в бат-келловейских отложениях (родник 8) и верхнегжельский водоносный горизонт (родник 9а).

Родники 5 и 5а (абсолютные отметки 145 м) приурочены к аллювиальным отложениям второй надпойменной террасы калининского горизонта, представленным песками с галькой в основании, изредка с прослоями суглинков. Воды опробованных родников слабокислые, но близкие к нейтральным (pH 6.1–6.4), с минерализацией 0.53–0.73 г/л, хлоридные кальциево-натриевые. Возможно, такой экзотический состав вод обусловлен близостью расположения родника к Разинскому шоссе, с которого в подземные воды могут попадать солевые противогололедные реагенты, используемые в зимний период. Однако состав вод в течение года достаточно стабилен, и более того, аналогичный состав вод в верхнечетвертичных отложениях (сульфатно-хлоридные кальциево-натриевые с минерализацией 0.6 г/л) зафиксирован в полевых материалах Ногинской партии Гидрорежимной экспедиции ВСЕГИНГЕО еще в 1960 г., когда солевые противогололедные реагенты не использовались для предотвращения образования наледи на дорожных покрытиях. По всей видимости, состав вод обусловлен в первую очередь природными факторами. Согласно работам [3, 4, 17], такой нетипичный для четвертичных отложений состав вод может быть связан с восходящей разгрузкой глубоких соленых подземных вод позднедевонского возраста.

В родниках этого горизонта содержания Ba, Cd, Cu, Ni, Sr и V в ≥2 раза превышают содержания в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата (рис. 3).

 

Рис. 3. Средние значения коэффициентов концентрации микроэлементов (относительно ПВЗВ) в воде изученных родников: а – калининский аллювиальный и локально-слабоводоносный микулинско-калининский озерно-болотный горизонты; б – волжский водоносный горизонт; в – донской-московский водно-ледниковый водоносный горизонт; г – воды спорадического распространения в бат-келловейских отложениях и верхнегжельский водоносный горизонт.

 

Воды родника 6 (абсолютные отметки 150 м) слабокислые (pH 5.3–5.7), ультрапресные (М 0.12–0.14 г/л), нитратно-сульфатные кальциевые. Под отложениями московской морены, к которым приурочен выход данного родника, согласно карте четвертичных отложений (лист N-37-II), отдельными линзами залегают озерно-болотные отложения среднего и верхнего звена неоплейстоцена. Предполагаем, что родник дренирует воды локально-слабоводоносного микулинско-калининского озерно-болотного горизонта. В пользу этого свидетельствует то, что в водах болотных отложений обычно присутствуют в заметном количестве аммоний-ион и сероводород, которые, окисляясь, образуют нитрат- и сульфат-ионы. Таким образом, нитрат-ион в воде родника, скорее всего, имеет природное происхождение.

Выходы родников 4, 7, 7а и 9 (абсолютные отметки 135–150 м) приурочены к отложениям мос ковской морены и, по всей видимости, дренируют донской-московский водно-ледниковый водоносный горизонт, который распространен повсеместно и залегает на верхнеюрском регио нальном водоупоре. Водовмещающие породы представлены песками с мелкой галькой и гравием различной степени глинистости; их фильтрационные свойства − от сотых долей до 4.0–12.7 м/сут. Воды нейтральные (pH 6.5–7.1), с минерализацией 0.36–0.49 г/л (для родников 4, 7 и 9) и 0.25–0.28 г/л (для родника 7а), сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые.

Родник 4 расположен около Леоновского шоссе, родник 9 – в районе интенсивной городской застройки. Возможно, именно с этим связаны повышенные содержания в воде хлоридов (30–50 мг/л) и нитратов (25–50 мг/л). Данные точки выделяются в отдельную группу на треугольнике анионов на диаграмме Пайпера.

Родники 7 и 7а расположены в Кучинском лесопарке, и содержание хлоридов и нитратов в них существенно ниже (7–10 и 3–16 мг/л соответственно).

Донской-московский водно-ледниковый водоносный горизонт наиболее неоднородный по содержанию микроэлементов, что, скорее всего, обусловлено различной степенью глинистости водовмещающих пород. Содержания Sr, Mn, Ba и U в ≥2 раза превышают содержания в подземных водах зоны выщелачивания умеренного климата (рис. 3). Более того, содержание Mn даже >ПДК питьевых вод [21]. Максимальное содержание Mn (241 мкг/л), превышающие ПДК в 2.5 раза, зафиксировано в воде родника 7. Данный родник находится вблизи горнолыжного курорта “Лисья гора”, при обустройстве которого использовали отходы литейного производства, и в почвах в этом районе наблюдались повышенные содержания марганца [8].

Необходимо отметить, что в месте выхода родника 7а водовмещающие породы ожелезнены, а воды существенно менее минерализованы (М 0.25–0.28 г/л) по сравнению с водой родника 7. Авторы настоящей работы предполагают, что состав воды из этого выхода формируется в результате подтока вод спорадического распространения в бат-келловейских отложениях. Эти воды выходят на поверхность в виде восходящего родника 8.

Воды родника 8 нейтральные (pH 6.5–6.9), ультрапресные (М 0.15–0.16 г/л), сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые. Характерная особенность вод – высокое содержание Fe (6.1 мг/л – по данным настоящего исследования (табл. 4); ~6 мг/л – по [4]), что обусловлено наличием включений пирита и углистых вкраплений в водовмещающих отложениях и ана эробными условиями формирования подземных вод, в которых Fe находится в двухвалентном состоянии. Отложения данного горизонта, представленные мелкозернистыми водосодержащими песками, при бурении обычно проходят без опробования, перекрывают трубами и не эксплуатируют буровыми скважинами, так как, смешиваясь с каменноугольными, они могут понижать питьевые качества последних. Судя по измеренным значениям ОВП, в этом водоносном горизонте действительно развита восстановительная обстановка. При прямом водосборе из родника вода прозрачная, без помутнения и изменения окраски, однако под воздействием воздуха двухвалентное Fe окисляется и ниже места выхода родника выпадает в виде красновато-коричневого осадка его оксидов и гидроксидов. Содержание Fe в момент отбора из родника значительно (в >20 раз) >ПДК питьевых вод [21], однако в результате окисления и осаждения Fe уже в течение суток содержание его растворенных форм снижается до 180–200 мкг/л, что <ПДК.

Выходы родников 1, 1а и 2 (с абсолютными отметками 125–135 м) приурочены к местам распространения волжских отложений (лист N-37-II). Водовмещающими породами служат тонко- и мелкозернистые пески с прослоями алевритов и опесчаненных глин, а также c песчаниками с конкрециями фосфоритов [4]. Разгрузка водоносного комплекса происходит в долины рек и частично в другие водоносные горизонты. Этот водоносный комплекс на протяжении многих десятилетий активно используется местными жителями для питьевых и хозяйственных целей посредством колодцев и родников (зафиксированных на абсолютных отметках 110–139 м). Согласно [4], состав вод волжского горизонта крайне разнообразен; встречаются гидрокарбонатные, гидрокарбонатно-сульфатные, хлоридно-сульфатные, по катионам – кальциевые, кальциево-магниевые, кальциево-натриевые воды.

По результатам анализа вод обследованных родников установлено, что воды слабокислые (pH 5.3–5.9), характеризуются минерализацией 0.33–0.54 г/л, хлоридно-сульфатные (или сульфатно-хлоридные) натриево-кальциевые. В водах этого горизонта содержание Ba, Co, Ni и Mn >ПВЗВ в >2 раза.

Воды восходящего родника 9а, по всей видимости, дренируют верхнегжельский водоносный горизонт, контуры которого на данной территории (рис. 1) показаны как залегающего ниже первого от поверхности водоносного горизонта. Воды околонейтральные (pH 6.6–7.0), с минерализацией 0.60–0.61 г/л, сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридные кальциевые.

Для вод этого родника характерно стабильно повышенное содержание U (в среднем 20 мг/л). Это >ПДК питьевых вод (15 мкг/л) [21], но при этом ниже нормативной величины, установленной ВОЗ (30 мкг/л) [25].

Заключение

Воды родников городского округа Балашиха пресные с минерализацией 120–730 мг/л, по рН (5.3–7.0) – от слабокислых до околонейтральных. По составу воды сильно различаются между собой. Содержание нитрат-иона от <1 до 53 мг/л (в среднем 26 мг/л), аммоний-иона от 0.2 до 5.7 мг/л (в среднем 2.1 мг/л). Превышение ПДК питьевых вод по нитрат-иону установлено для двух родников (5а и 9), по аммоний-иону – для четырех родников (1, 1а, 5, 5а).

Выявлены различия макрокомпонентного состава вод родников в зависимости от дренируемого водоносного горизонта: хлоридные кальциево-натриевые воды характерны для калининского аллювиального водоносного горизонта; нитратно-сульфатные магниево-кальциевые – для локально-слабоводоносного микулинско-калининского озерно-болотного горизонта; сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые – для донского-московского водно-ледникового горизонта; хлоридно-сульфатные кальциевые (до натриево-кальциевых и магниево-кальциевых) – для волжского горизонта; сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые с высоким содержанием железа – для вод спорадического распространения в бат-келловейских отложениях; сульфатно-гидрокарбонатно-хлоридные кальциевые — для верхнегжельского водоносного горизонта.

Большинство микроэлементов в водах родников находятся в концентрациях, характерных для подземных вод зоны выщелачивания и, за редким исключением, ≤ПДК химических веществ в воде водных объектов хозяйственно-питьевого и культурно-бытового водопользования. Сверхнормативные содержания установлены в воде отдельных родников для Fe и Mn, нормирование которых проводится по органолептическому показателю вредности, при этом наблюдаемые значения ниже санитарной нормативной величины, установленной Всемирной организацией здравоохранения исходя из верхней границы диапазона величин содержания микроэлемента, поступающих в организм. Кроме того, для вод родника, дренирующего предположительно верхнегжельский водоносный горизонт, установлены повышенные содержания U, что скорее всего связано с наличием пестроцветных глин в водовмещающих отложениях.

作者简介

О. Липатникова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

编辑信件的主要联系方式.
Email: lipatnikova_oa@mail.ru
俄罗斯联邦, 119991, Москва

Т. Лубкова

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lipatnikova_oa@mail.ru
俄罗斯联邦, 119991, Москва

Д. Яблонская

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lipatnikova_oa@mail.ru
俄罗斯联邦, 119991, Москва

Л. Дмитриева

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: lipatnikova_oa@mail.ru
俄罗斯联邦, 119991, Москва

参考

补充文件