МЕХАНІЗМИ ФОРМУВАННЯ ХІМІЧНОГО СКЛАДУ ПИТНИХ ПІДЗЕМНИХ ВОД КИЇВСЬКОГО РОДОВИЩА (НА ПРИКЛАДІ ВОДОЗАБОРУ «ОБОЛОНЬ »)

Автор(и)

  • І.Л. Колябіна Інститут геологічних наук, НАН України http://orcid.org/0000-0002-6120-4491
  • В.М. Шестопалов Інститут геологічних наук НАН України, Київ, Україна; Державна установа «Науково-інженерний центр радіогідрогеоекологічних полігонних досліджень НАН України»
  • Н.Б. Кастельцева Інститут геологічних наук НАН України, Київ, Україна

DOI:

https://doi.org/10.30836/igs.1025-6814.2021.2.230063

Ключові слова:

гідрогеологія, термодинамічне моделювання, склад вод, механізми формування складу вод, водозабір м.Київ

Анотація

Представлені результати оцінки взаємодій у системі «вода—порода» з використанням комплексного підходу, який включає балансовий метод та метод геохімічного (термодинамічного) моделювання. Оцінки виконані на прикладі вод байоського водоносного горизонту та сеноман-келовейського водоносного комплексу водозабору «Оболонь» м. Київ. Результати показали, що води сеноман-келовейського комплексу та байоського водоносного горизонту водозабору «Оболонь» відрізняються за хімічним складом, фізико-хімічними умовами та особливо за процесами формування cкладу вод у результаті взаємодій у системі «вода—порода». Запропоновано поділ вод на групи, який враховує як особливості хімічного складу вод, так і процеси його формування. Визначено групу вод, яка характеризується аномальним співвідношенням хлору і натрію, та запропоновано можливий механізм формування складу цих вод.
Показано, що хоча води обох водоносних горизонтів за хімічним складом відповідають вимогам Українського законодавства до якості питних вод (ДСанПіН 2.2.4-171-10), води сеноман-келовейського комплексу є більш якісними, ніж води байоського горизонту. Більш якісними для обох водоносних систем є води, катіонний склад яких значною мірою визначається іонним обміном. Процеси іонного обміну можна певним чином регулювати шляхом регулювання водовідбору із свердловин, а отже, у такий спосіб і регулювати якість вод. Іншим шляхом регулювання якості вод може бути змішування вод двох горизонтів у процесі водопідготовки, що дозволить, з одного боку, нівелювати недоліки вод окремих горизонтів, з іншого — забезпечити постійну експлуатацію свердловин, що буде підтримувати більш-менш стійкий перебіг фізико-хімічних процесів у них. Проте ці гіпотези потребують подальшого детального розгляду, а у разі підтвердження — детального обґрунтування доцільності їх використання.

Посилання

Abdelshafy M., Saber M., Abdelhaleem A., Abdelrazek S. M., Seleeme E. M., 2019. Hydrogeochemical processes and evaluation of groundwater aquifer at Sohag city, Egypt. Scientific African, 6, e00196. https://doi.org/10.1016/j.sciaf.2019.e00196

Acikel S., Ekmekci M., 2018. Assessment of groundwater quality using multivariate statistical techniques in the Azmak Spring Zone, Mugla, Turkey. Environ. Earth. Sci., 77 (22), 753. https://doi.org/10.1007/s12665-018-7937-x

Andrade A., Stigter T.Y., 2011. Hydrogeochemical controls on shallow alluvial ground water under agricultural land: case study in central Portugal. Environ. Earth Sci., 63 (4), 809–825. DOI: 10.1007/s12665-010-0752-7

Arslan H., 2013. Application of multivariate statistical techniques in the assessment of groundwater quality in seawater intrusion area in Bafra Plain, Turkey. Environ. Monit. Assess., 185 (3), 2439-2452. https://doi.org/10.1007/s10661-012-2722-x

Belkhiri L., Boudoukha A., Mouni L., Baouz T. 2010. Application of multivariate statistical methods and inverse geochemical modeling for characterization of groundwater - A case study: Ain Azel plain (Algeria). Geoderma, 159 (3-4), 390-398. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2010.08.016

Belkhiri L., Mouni L., Boudoukha A., 2012a. Geochemical evolution of groundwater in an alluvial aquifer: Case of El Eulma aquifer, East Algeria. Journal of African Earth Sciences, 66–67, 46-55. https://doi.org/10.1016/j.jafrearsci.2012.03.001

Belkhiri L., Mouni L., Tiri A., 2012b. Water–rock interaction and geochemistry of groundwater from the Ain Azel aquifer, Algeria. Environ. Geochem. Health, 34 (1), 1–13. https://doi.org/10.1007/s10653-011-9376-4

Bilgin A., Konanç M. U., 2016. Evaluation of surface water quality and heavy metal pollution of Coruh River Basin (Turkey) by multivariate statistical methods. Environmental Earth Sciences, 75 (12), 1-18. https://doi.org/10.1007/s12665-016-5821-0

Boualla N., Benziane A., Moussa K., Derrich Z., 2014. Characterization of groundwater quality in Oran Sebkha basin. African Journal of Environmental Science and Technology, 8 (2), 114-120. https://doi.org/10.5897/AJEST2013.1569

Chegbeleh L. P., Akurugu B. A., Yidana S. M., 2020. Assessment of Groundwater Quality in the Talensi District, Northern Ghana. Hindawi Scientific World Journal, Article ID 8450860. https://doi.org/10.1155/2020/8450860

DSTU 4808: 2007. Sources of centralized drinking water supply. Hygienic and environmental requirements for water quality and selection rules. — K., 2007.

Elkholly R. A., Abo El-Fadl M. M., El-Aassar A. M., Khalil E. M., Farag A. B., 2017. Cation exchange phenomena in the Quaternary aquifer in El–Sadat city, Egypt. Curr. Sci. Int., 6(4), 802-820.

Fatoba J.O., Sanuade O.A., Hammed O.S., W. W. Igboama., 2017. The use of multivariate statistical analysis in the assessment of groundwater hydrochemistry in some parts of southwestern Nigeria. Arab. J. Geosci., (15), 328. https://doi.org/10.1007/s12517-017-3125-7

Fattah M.K., 2012. Hydrogeochemical Evaluation of the Quaternary Aquifer in El Sadat City, Egypt. Arab. J. Sci. Eng., 37 (1), 121-145. https://doi.org/10.1007/s13369-011-0146-5

Frape S.K., Fritz P.,. McNutt R.H., 1984. Water-rock interaction and chemistry of groundwaters from the Canadian Shield. Geochim. Cosmochim. Acta, 48 (8), 1617-1627. https://doi.org/10.1016/0016-7037(84)90331-4

Garrels R.M., MacKenzie F.T., 1967. Origin of the Chemical Compositions of Some Springs and Lakes. In: Equilibrium Concepts in Natural Waters. Washington DC: American Chemical Society, p. 222-242. https://doi.org/10.1021/ba-1967-0067.ch010

Hem J.D., 1985. Study and interpretation of the chemical characteristics of natural water. US Geol. Surv., Water Supply Pap. 2254, 1985. P. 272.

Hosseinifard S. J., Aminiyan M. M., 2015. Hydrochemical Characterization of Groundwater Quality for Drinking and Agricultural Purposes: A Case Study in Rafsanjan Plain, Iran. Water Qual. Expo. Health., 7 (4), 531-544. https://doi.org/10.1007/s12403-015-0169-3

Hounslow A.W. 1995. Water Quality Data: Analysis and Interpretation. CRC Press, 1995. P. 416.

Jalali M., 2007. Salinization of groundwater in arid and semi-arid zones: an example from Tajarak, western Iran. Environ. Geol., 52 (6), 1133–1149. https://doi.org/10.1007/s00254-006-0551-3

Koshliakov O.E., Koshliakova T.O., 2014. Study of senoman-kelovey ground water complex chemical composition change dynamics within the confines of the city of Kyiv by mathematical statistics methods. Naukovyi Visnyk NHU, 3, 5-10.

Koshliakov O.E., Dyniak О.V., Koshliakova T.E., 2014. Natural security (vulnerability) of groundwater used for drinking water supply in Kyiv. Odesa National University Herald. Geography and Geology, 19(3), 269-274. (in Ukrainian).

Koshliakova T.O., 2011. Potable water chemical composition changing in kyiv during exploration. Collection of scientific works of the IGS NAS of Ukraine, 4, 84-89. (in Ukrainian).

Kovalev O., Matveev G., Pastukhov V., Vinogradov G., Okhinko Z., 2001. State geological map of Ukraine. Scale 1: 200 000. Sheet M-36-XIII (Kyiv). Explanatory note. - K .: PDRGP “Northern Geology”.

Kumar M., Ramanatha A., Rao M.S., Kumar B. 2006. Identification and evaluation of hydrogeochemical processes in the groundwater environment of Delhi, India. Environ. Geol. 50 (7), 1025-1039. https://doi.org/10.1007/s00254-006-0275-4

Kuraeva I.V Samchuk A.I., Zlobina K.S., Krasyuk O.P., Stadnyk V.O., Ogar T.V. 2009. Current ecological and hydrogeochemical condition of drinking groundwater in Kyiv. Geochemistry and ore formation, № 27, 136-138. (in Ukrainian).

Kuraeva I.V., Stadnik V.O., Samchuk A.I., Zlobina K.S., Manichev V.I., Egorov O.S. 2008. Eco-Geochemical Estimation of Natural Waters of the Kyiv City Agglomeration. Mineral Journ., 30(4), 70-76. (in Ukrainian).

Ledesma-Ruiz R., Pasten-Zapata E., Parra R., Harter T., Mahlknecht J., 2015. Investigation of the geochemical evolution of groundwater under agricultural land: A case study in northeastern Mexico. Journal of Hydrology, 521, 410-423. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2014.12.026

Leung C., Jiao J.J., Malpas J., Chang W., Wang Y., 2005. Factors affecting the groundwater chemistry in a highly urbanized coastal area in Hong Kong: an example from the Mid-Levels area. Environ. Geol., 48 (4/5), 480–495. https://doi.org/10.1007/s00254-005-1290-6

Madhav S., Ahamad A., Kumar A., Kushawaha J., Singh P., Mishra P. K., 2018. Geochemical assessment of groundwater quality for its suitability for drinking and irrigation purpose in rural areas of Sant Ravidas Nagar (Bhadohi), Uttar Pradesh. Geology, Ecology, and Landscapes, 2 (2). 127-136. https://doi.org/10.1080/24749508.2018.1452485

Merkel B. J., Planer-Friedrich B., Nordstrom D. K. Groundwater Geochemistry: A Practical Guide to Modeling of Natural and Contaminated Aquatic Systems. Netherlands: Springer. 2007.

Moghimi H., 2016. Hydro-chemical study of agricultural water resources in the Ghaemshar plain (northeast of Iran). Journal of Fundamental and Applied Sciences, 8 (2), 284-300. https://doi.org/10.4314/jfas.8vi2s.24

Narany T.S., Ramli, M. F., Aris A. Z., Sulaiman W. N. A., Juahir H., Fakharian K., 2014. Identification of the hydrogeochemical processes in groundwater using classic integrated geochemical methods and geostatistical techniques, in Amol-Babol Plain, Iran. The Scientific World Journal, 419058. https://doi.org/10.1155/2014/419058

Nikitash O.P., Fedorenko, A., Rudenko, Yu., Dovzhenko O., Buyan N., Kondratyuk S., Vetrov R., 2019. Geological and economic reassessment of operational reserves of the Kyiv drinking groundwater deposit for PJSC AK “Kyivvodokanal”in Kyiv. Kyiv Hydrogeological Expedition of SE “Ukrainian Geological Company”. Kyiv.

Noshadi M., Ghafourian A., 2016. Groundwater quality analysis using multivariate statistical techniques (case study: Fars province, Iran). Environ. Monit. Assess., 188 (7), 419. https://doi.org/10.1007/s10661-016-5412-2

Ntanganedzeni B., Elumalai V., Rajmohan N,. 2018. Coastal Aquifer Contamination and Geochemical Processes Evaluation in Tugela Catchment, South Africa—Geochemical and Statistical Approaches.Water, 10 (6), 687. https://doi.org/10.3390/w10060687

Nyika J., Onyari E., 2019. Hydrogeochemical Analysis and Spatial Distribution of Groundwater Quality in Roundhill Landfill Vicinity of South Africa. Air, Soil and Water Research. 12, 1-8. https://doi.org/10.1177/1178622119872771

Parkhurst D.L., Appelo C. User’s guide to PHREEQC (Version 2): a computer program for speciation, batch-reaction, one-dimensional transport, and inverse geochemical calculations. 1999.

Peikam E. N., Jalali M, 2016. Application of inverse geochemical modelling for predicting surface water chemistry in Ekbatan watershed, Hamedan, western Iran. Hydrological Sciences Journal., 61 (6). 1124-1134, https://doi.org/10.1080/02626667.2015.1016947

Rajmohan N., Elango L., 2004. Identification and evolution of hydrogeochemical process in groundwater environment in a part of Palar and Cheyyar river basins, South India. Environ. Geol., 46 (4), 47–61. https://doi.org/10.1007/s00254-004-1012-5

Ravikumar P., Somashekar, R.K., Prakash K.L. 2015. A comparative study on usage of Durov and Piper diagrams to interpret hydrochemical processes in groundwater from SRLIS river basin, Karnataka, India. Elixir Earth Sci., 80, 31073-31077.

Rudenko Yu., Olenovych G., Romashko G., Petrychenko N., 2007. Analysis of existing changes in groundwater quality at water intakes in Kyiv in the chain “aquifer - consumer”. Report. NAS of Ukraine, SI “NIC RPD NAS of Ukraine”. Kyiv.

Sefie A., Aris A. Z., Shamsuddin M. K. N., Tawnie I., Suratman S., Idris A. N., Saadudin S. B., Ahmad W. K. W., 2015.

Hydrogeochemistry of Groundwater from Different Aquifer in Lower Kelantan Basin, Kelantan, Malaysia. Procedia Environmental Sciences, 30, 151-156. https://doi.org/10.1016/j.proenv.2015.10.027

Selvakumar S., Chandrasekar N., Kumar G,. 2017. Hydrogeochemical characteristics and groundwater contamination in the rapid urban development areas of Coimbatore, India. Water Resources and Industry, 17, 26-33. https://doi.org/10.1016/j.wri.2017.02.002

Shestopalov, V., Rudenko Y., Gudzenko V., 1997. Development of regional observations and monitoring of radioactive and chemical contamination of groundwater in the area affected by the accident. Assessment of long-term risk of technogenic groundwater pollution. Report. NAS of Ukraine, REC. Kyiv.

Shi X., Wang Y., Jiao J. J., Zhong J., Wen H., Dong R., 2018. Assessing major factors affecting shallow groundwater geochemical evolution in a highly urbanized coastal area of Shenzhen City, China. Journal of Geochemical Exploration, 184 (Part A), 17-27. https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2017.10.003

Singh K. Kr., Tewari G., Kumar S., 2020. Evaluation of Groundwater Quality for Suitability of Irrigation Purposes: A Case Study in the Udham Singh Nagar, Uttarakhand. Hindawi Journal of Chemistry, 2020, Article ID 6924026. https://doi.org/10.1155/2020/6924026SSNR 2.2.4-171-10 Hygienic requirements for drinking water intended for human consumption. — K., 2019.

Subramani T., Rajmohan N., Elango, L., 2010. Groundwater geochemistry and identification of hydrogeochemical processes in a hard rock region, Southern India. Environ. Monit. Assess, 162 (1-4), 123–137. https://doi.org/10.1007/s10661-009-0781-4

Tarawneh M. S. M., Janardhana M.R., Ahmed M. M., 2019. Hydrochemical processes and groundwater quality assessment in North eastern region of Jordan valley, Jordan. HydroResearch, 2 (1), 129-145. https://doi.org/10.1016/j.hydres.2020.02.001

Tay C., Dorleku M., Koranteng S.S. 2018. Hydrochemical Evolution of Ground and Surface Water within the Amansie and Adansi Districts of the Ashanti Region, Ghana. West African Journal of Applied Ecology, 26 (1), 108-133. https://www.ajol.info/index.php/wajae/article/view/177605

Wang Y., Jiao J. J., 2012. Origin of groundwater salinity and hydrogeochemical processes in the confined Quaternary aquifer of the Pearl River Delta, China. Journal of Hydrology, 438–439, 112-124. https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.03.008.z

Yidana S.M., Ophori D., Banoeng-Yakubo B., 2008. A multivariate statistical analysis of surface water chemistry data-The Ankobra Basin. Ghana. J. Environ. Mange., 88 (1), 697-707. https://doi.org/10.1016/j.jenvman.2006.11.023

Younes S., 2012. Geochemical Evolution of Groundwater in Meng Xu Area, Gui Ping City, Southern China. Procedia Engineering., 33, 340-350. https://doi.org/10.1016/j.proeng.2012.01.1213

Zhang B., Zhao D., Zhou P., Qu S.; Liao F., Wang G., 2020. Hydrochemical Characteristics of Groundwater and Dominant Water–Rock Interactions in the Delingha Area, Qaidam Basin, Northwest China. Water., 12 (3), 836. https://doi.org/10.3390/w12030836

Zlobina, E.S. and Tugai, A.V. 2014. Biogeochemical peculiarities of Kyiv city fresh artesian water. Exploratory and ecological geochemistry, № 1-2, 13-18 (in Russian).

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-07-15

Номер

Розділ

Дослідницькі та оглядові статті