Территория Республики Бащкортостан характеризуется сложным геолого-геоморфологическим строением [Рождественский, 1971]. Большая по площади западная часть ее принадлежит Русской платформе с равнинным реЛьефом земной поверхности (восточная часть Русской равнины), а центральная и восточная части относятся к Уральской складчатой области, выраженной здесь низко- и среднегорным рельефом Южного Урала, за исключением узкой окраинной восточной полосы, имеющей характер приподнятой равнины (Зауралье).
По данным Башкирской гидрометеослужбы (1970—2003 гг.), лето I умеренно теплое, со средней июльской температурой воздуха +16,5 ...Территория республики характеризуется радиационным индексом сухости от 1,2-1,6 (северная половина) до 0,7-1,0 (южная половина), суммарной температурой воздуха от 1650-1800 до 2000-2350°С. Продолжительность солнечного сияния (табл. 3) в среднем за год составляет от 1803 (ст. Дуван) до 2401 часа (ст. Акъяр). В отдельные годы продолжительность солнечного сияния снижается до 1449 (ст. Дуван, 1993 г.) и возрастает до 2699 часа (ст. Акъяр, 1991 г.).
Густота речной сети колеблется от 1-0,6 (западный склон Южного Урала, Белебеевская возвышенность) до 0,2 (Чермасан-Ашкадарская равнина) и до 0,06 км/км2 (Зауралье). Типично хорошо выраженное весеннее половодье. В горных районах летние и осенние паводки часто превышают весенние, вызывая иногда катастрофические затопления (бассейн р. Белой в горной части). Так, в 1990 г., во время прохождения по рекам Южного Урала весеннего половодья, всего за 4 дня выпала почти двухмесячная норма осадков, что повлекло за собой резкий (в течение одних суток) подъем уровней рек на 0,5—1,2 м. Огромные массы воды были сконцентрированы в узких днищах долин горных рек, проходя по ним волнообразными потоками. В результате было затоплено 105 населенных пунктов, 12705 жилых домов, часть из которых была снесена и полностью разрушена. Выведено из строя или полностью разрушено 64 моста, размыты сотни земляных плотин. Погибло 14 человек. Еще большие человеческие жертвы повлек за собой паводок 1994 г. в Белорецком районе, вызванный прорывом Тирлянского пруда, унесший жизни 29 человек [Смирнов, 1998].
Башкортостан характеризуется разнообразным почвенно-рас-тительным покровом, обусловленным различиями рельефа и климатических условий. Развиты черноземы выщелоченные, типичные, оподзоленные, серые лесные, дерново-карбонатные, дерново-подзо-листые, аллювиальные, горные и другие почвы. Они характеризуются высоким содержанием и слабой подвижностью гумуса, укорочен-ностью генетического профиля, пониженной биологической активностью и тяжелым механическим составом [Башкортостан. Краткая энциклопедия, 1996].
Формирование природных условий в целом и отдельных их компонентов, в частности подземных вод, в первую очередь определяется геолого-тектоническими условиями и историей развития геологических структур Урала и сопредельных регионов. В пределах исследуемой территории с запада на восток выделяются следующие структуры первого порядка: юго-восточный склон Восточно-Европейской (Русской) платформы, Предуральский прогиб, Западно-Уральская зона складчатости, Центрально-Уральское поднятие и Магнитогорский мегасинклинорий (рис. 7).
В соответствии с принципами структурно-гидрогеологического районирования на территории Башкортостана выделяются [Попов, 1985] Волго-Уральский сложный артезианский бассейн (АБ), относящийся к системе бассейнов Восточно-Европейской артезианской области (АО), и Уральская гидрогеологическая складчатая область (ГСО) (рис. 8).
В.М. Гольдберг [Гольдберг, Газда, 1984] все эти факторы объединяет в три группы: природные, техногенные и физико-химические.К техногенным относятся условия нахождения загрязняющих веществ на поверхности земли (пруды-накопители, шламохранилища, поля фильтрации, орошаемые сточными водами, и пр.) и определяемый этими условиями характер проникновения загрязняющих веществ в подземные воды.
Среди природных факторов главными при оценке защищенности пресных подземных вод выступают мощность и фильтрационные свойства глинистых пород, залегающих как в зоне аэрации, так и в разделяющих водоносные горизонты слоях.
В соответствии с известной классификацией Д .С. Соколова [1962] существуют четыре категории трещин: литогенетические, тектонические, разгрузки и выветривания.Литогенетические трещины образуются в процессе литогенеза за счет внутренней энергии горной породы (осадка). Отличительной особенностью их является локализация в пределах данного слоя (трещины внутрислойные); направление их может быть различным: параллельным напластованию, перпендикулярным или наклонным к нему.
Поступление загрязняющих веществ (нефтепромысловых, химических, промышленных, сельскохозяйственных и других стоков) в горизонты пресных вод через зону аэрации может происходить или сплошным фильтрационным потоком из прудов-накопителей, емкостей, хранилищ стоков и пр. с постоянным уровнем длительное время, или оно носит кратковременный характер, не образуя слоя воды на поверхности (порывы водоводов, залповые выбросы промстоков, поля фильтрации, сброс рассолов при ремонте скважин и др.). В результате этого происходит свободная фильтрация сточных вод через зону аэрации до уровня пресных вод. Движение их через глинистые осадки сопровождается молекулярной диффузией, фильтрационной дисперсией, поглощением отдельных компонентов (физическая и химическая сорбция), растворением твердой породы, теплообменом и пр. В связи с фильтрационной неоднородностью пород многие реакции между загрязненными и чистыми (пресными) подземными водами и породами протекают обычно с изменением объема растворов, значений pH и ЕЬ и других характеристик.
Геофильтрационные свойства глинистых пород, как уже отмечалось, являются одним из главных факторов, определяющих степень защищенности подземных вод от техногенного влияния. В результате изучения водопроницаемости этих пород, с учетом их литологического состава, мощности, условий залегания, а также гидрогеодинамических особенностей региона произведена оценка (районирование) защищенности подземных вод от проникновения жидких загрязняющих веществ с поверхности («сверху», рис. 21).
Нефтедобывающий комплекс является крупнейшим источником воздействия на природную среду. В республике добыто свыше 1,5 млрд. тонн нефти. В настоящее время добыча нефти постепенно снижается от 21,2 (1992 г.) — 12,2(1999 г.) — до 11,2 (2003 г.) млн. тонн. Добыча нефти и газа (01.01.2003 г.) производится на 156 месторождениях (137 нефтяных, 14 газонефтяных, 3 нефтегазовых, 2 газовых) практически на всей территории Западного Башкортостана (рис. 23). Месторождения сильно обводненные (до 95—98%), и добыча нефти сопровождается извлечением большого объема рассолов (до 200-600 млн. м3/год). Добыча нефти производится поддержанием пластового давления. Для поддержания давления в пласты закачиваются, кроме попутных рассолов, пресная вода и различные стоки. В результате нефтедобыча вызвала в пластах интенсификацию процессов взаимодействия в системе вода—порода-газ—органическое вещество, смешение различных геохимических и генетических типов подземных вод, изменение окислительно-восстановительных и кислотно-щелочных свойств среды и пр. Характерной особенностью техногенеза служит весьма высокая скорость протекания процессов; литолого-геохимические последствия их часто носят необратимый характер, происходят изменения термодинамических и гидрогеохимических режимов в пластах.
Для оценки и прогноза качественного состояния подземных вод необходимо выявление и изучение основных источников загрязнения. Под загрязнением подземных вод понимается такое изменение их свойств (химических, физических и биологических) по сравнению с фоновым состоянием, которое делает эту воду полностью или частично непригодной для использования по хозяйственному назначению. Показатели загрязнения подземных вод подразделяются на общие и специфические. К общим относятся минерализация, общая жесткость, температура, величина pH, содержание хлоридов, сульфатов, нитратов, фтора, железа, марганца, меди, цинка, свинца, нефтепродуктов и др., а к специфическим — концентрация пестицидов, ПАВ, фенола, бенз(а)пирена, диоксинов и других органических веществ.
Геологическая среда в пределах урбанизированных территорий представляет собой сложную постоянно изменяющуюся природнотехногенную систему. Здесь происходит интенсивная трансформация химического состава вод и изменение естественного взаимодействия в системе вода—порода-газ—органическое вещество. В формирующихся техногенных водоносных горизонтах обнаруживаются такие концентрации различных химических элементов, которые для естественных условий формирования подземных вод являются уникальными (аномальными), а с экологических позиций — устрашающими [Абдрахманов, 1993; Саетидр.,1990; Бахиреваидр., 1989; Питьева, 1984; Тютю-нова, 1987; Крайнов и др., 2004].
Бельско-Уфимская водораздельная равнина расчленена овражной сетью эрозионно-карстового происхождения, а также долинами рек Шугуровка (в северной) и Сутолока (в южной части города), протекающих почти параллельно Белой и Уфе с севера на юг.
Согласно схеме типизации карста Башкортостана [Мартин, 1975], в пределах г. Уфы развиты три класса карста: сульфатный, карбонатный и карбонатно-сульфатный. По степени защищенности сверху некарсту-ющимися породами преобладают два подкласса — перекрытый (камский) в пределах долин Белой и Уфы и закрытый (русский) на междуречье. Наряду с закрытым, на междуречье имеются участки перекрытого, покрытого и голого карста.
Геологическая среда в пределах территории г. Уфы, как уже отмечалось, представляет собой сложную постоянно изменяющуюся природно-техногенную систему. Здесь происходит интенсивная трансформация химического состава вод и изменение естественного взаимодействия в системе подземная вода-порода-газ—органическое вещество.
Одной из причин ухудшения экологического состояния г. Уфы является несовершенство сложившейся к настоящему времени системы образования, перемещения, способов обработки и утилизации городских бытовых и промышленных отходов [Зайнуллин, Абдрахманов, Савичев, 1997; Зайнуллин, Абдрахманов и др., 2005].
Нефтегазоносность седиментационного бассейна Предуралья связана главным образом с терригенными толщами среднего—верхнего девона и нижнего карбона, залегающими на глубине свыше 1—1,5 км в зоне квазизастойного гидрогеодинамического режима.
Изменения гидрогеодинамического и гидрогеохимического режимов нижнего этажа произошли в связи с бурением скважин различного назначения (источники воздействия на подземную гидросферу подтипа 1УА): структурного, разведочного, эксплуатационного, нагнетательного, пьезометрического и пр. (в Башкортостане на 156 месторождениях с общей площадью 70 тыс. км2 пробурено 37,1 тыс. скважин). В дальнейшем эти изменения резко усугубились в связи с эксплуатацией месторождений путем поддержания пластового давления и применением различных методов для увеличения отдачи нефти (закачка ПАВ, кислотное, тепловое и прочие воздействия на пласты).
Пруды-накопители и нефтепромысловые амбары объемом от 20— 50 до 50000 м3 использовались до последнего времени. Несмотря на то, что количество прудов-накопителей невелико, площадь засоления ими подземных вод, в зависимости от геолого-гидрогеологических условий, достигает нескольких квадратных километров.
В нижней части верхнепермского разреза в пределах Татарского свода, Бирской седловины и моноклинального склона мощностью до 200 м (см. рис. 9—11), соответствующей зоне затрудненной циркуляции, распространены сульфатные и сульфатно-хлоридные натриевые минеральные лечебные воды с минерализацией до 15—20 г/л. Формирование химического состава подземных вод верхнего этажа бассейна в целом осуществлялось под воздействием комплекса природных процессов: выщелачивания и растворения, ионного обмена, гидролиза и др. [Абдрахманов, Попов, 1985, 1990; Попов, 1985; Попов, Абдрахманов, Тугуши, 1992].
Именно эта функция рассматривается как относительная концентрация компонента и характеризуется изолиниями на картах тренд-поверхностей разного порядка.Вообще тренд-анализ следует рассматривать как один из вариантов статистического метода множественной регрессии, и поэтому все приемы обработки данных взяты из регрессионного анализа [Дэвис, 1990].
Как известно, наиболее устойчивая часть речного стока, которая обеспечивает гарантированный расход водотоков, связана с его подземной составляющей. Доля последней в общем объеме речного стока изменяется от 10 до 50%. У малых рек и речек она в меженные периоды достигает 100%. Поэтому химический состав вод рек, особенно малых, имеющих небольшую площадь водосбора, в значительной степени определяется геохимическими особенностями подземных вод, причем наиболее отчетливо эта зависимость проявляется в районах, где последние испытывают интенсивное техногенное воздействие.
Одной из основных исторически сложившихся отраслей экономики Южного Урала является добыча и переработка минерального сырья. На территории изучаемого региона известно свыше пятисот месторождений меди, цинка, железа, марганца, золота и других рудных полезных ископаемых (см. рис. 23). Как уже указывалось ранее, эксплуатация этих месторождений приводит к накоплению гигантских объемов твердых, сбросу жидких и выбросу газопылевых отходов, а в итоге — к образованию специфического «сернокислого техногенного ландшафта».
Химический состав пород и руд является определяющим для содержащихся в них природных вод. Техногенный привнос вещества в экосистемы также определяется химическим составом геологического субстрата, который обладает выраженной халькофильной и частично сидерофильной микроэлементной специализацией. В таблице 31 приведены фоновые содержания некоторых элементов в горных породах палеозойских толщ, распространенных на изучаемой территории, и их кларковые концентрации (КК).
Эти минералы кроме собственного химического состава обладают определенным набором элементов-примесей, которые в условиях активного воздействия агентов окружающей среды могут переходить в подвижное состояние и вовлекаться в миграцию. Например, сфалерит (2п8) кроме основных элементов содержит кадмий, а в сфалеритах Сибайского месторождения содержание этого элемента достигает 3,4% [Петровская, 1958]. Блеклые руды являются носителями мышьяка, ртути, сурьмы. По данным Н.А. Смольянинова [1972], в них может содержаться до 24,8% сурьмы (тетраэдрит) и до 17% ртути (шватцит).
Твердые отходы являются своеобразными «аккумуляторами» техногенных мигрантов, которые по аналогии с природными [Козловский, 1972] можно разделить на независимые, создающие в ландшафте движущую фазу, и зависимые, переносимые потоками независимых мигрантов. Первые — это жидкие отходы и газопылевые выбросы, вторые — тяжелые металлы и прочие загрязнители.
Подземные воды также испытывают техногенную нагрузку (табл. 42). В районе СЗИФ в трещиноватых породах развиты субнапорные воды грунтового типа. Они слабо защищены от техногенного влияния через зону аэрации. Глубина залегания подземных вод колеблется от 0,1 м до 5,1 м. Скважина, которая использовалась ранее для водоснабжения поселка Семеновский, весной и летом самоизливается. На момент исследований глубина залегания составляла 0,1 м.
Как уже отмечалось в главе 3, воздействие агропромышленных предприятий (включая и населенные пункты) на подземные воды осуществляется рядом крупных источников (см. табл. 18). С учетом масштабности проявления и обеспеченности натурными данными здесь нами приводится характеристика источников воздействия на подземную гидросферу только в районах утилизации сточных вод крупных животноводческих комплексов (подтип 1Г) и орошаемого земледелия (подтип 1В).
Утилизация стоков крупных животноводческих комплексов в настоящее время — весьма актуальная проблема. Количество стоков одного только свиноводческого комплекса на 54 тыс. голов достигает 0,5 млн. м3 в год, что равно объему бытовых сточных вод почти полумиллионного города (гг. Стерлитамак и Салават вместе взятые). Опыт эксплуатации подобных объектов в нашей стране и за рубежом показал, что одно из направлений утилизации сточных вод — использование их для орошения сельскохозяйственных культур.
Д.М. Кац [1976] рекомендует при районировании осуществлять типизацию гидрогеологических условий по степени естественной дренированности. При этом учитывается количественное соотношение подземного стока и испарения, уклон поверхности грунтовых вод, глубина их залегания. Оценивается строение пласта, его фильтрационные свойства, наличие и интенсивность напорного питания грунтовых вод, геохимические условия, засоленность пород зоны аэрации и пр.