Assessment of the influence of technogenically triggered hydrodynamic processes on groundwater contamination in the area of Kalush mining industry by applying geophysical methods

Abstract

Метою досліджень є обґрунтування наукових засад комплексного підходу до вирішення еколого-геологічних проблем, що пов`язані з процесами засолення підземних вод на території Калуського гірничопромислового регіону, кількісної оцінки динаміки такого засолення та його зв’язку з річковою системою на основі отриманих даних геохімічних та геофізичних спостережень. Актуальність робіт визначається необхідністю вирішення таких завдань: 1) виявлення джерел забруднення підземних вод; 2) означення територій засолення, зокрема населених пунктів, у межах яких горизонти питних вод стають непридатними для безпосереднього використання; 3) характеристика динаміки, тобто ступеня засолення та швидкості його змін у просторі й часі; 4) визначення небезпеки для працездатності водозабірних комплексів водопостачання; 5) визначення небезпеки забруднення річкового басейну. Методика полягає у встановленні кореляційного звязку між гідрогеохімічними та електрометричними спостереженнями та визначенні закономірності переходу від вимірювань електричного опору до мінералізації підземних вод, у створенні просторово-часових моделей динаміки мінералізації підземних вод та оцінці ризиків забруднення поверхневих водотоків з урахуванням основних джерел забруднення і в наданні вихідних даних для прийняття управлінських рішень. За допомогою гідрогеохімічних спостережень (мінералізація ґрунтових вод) та електророзвідувальних робіт (вимірювання електричного опору) встановлено кореляційні зв’язки між геофізичними характеристиками, притаманними водоносному горизонту, та мінералізацією ґрунтових вод, що в результаті дало змогу за даними площинних геофізичних досліджень конкретизувати джерела та окреслити площу та ступінь засолення. За режимними спостереженнями встановлено напрям руху фронту засолення та його швидкість. За отриманими кількісними характеристиками динаміки засолення водоносного горизонту наведено розрахунок ризиків забруднення річок Лімниця та Дністер. Наукова новизна полягає у подальшому розвитку способу оцінювання мінералізації підземних вод за результатами геофізичних досліджень, зокрема, методом електророзвідки. Вперше створено просторово-часові моделі динаміки мінералізації підземних вод на території Калуського гірничопромислового району (КГПР). Вперше наведено оцінку ризиків забруднення поверхневих водотоків (рр. Лімниця, Дністер) з урахуванням основних джерел забруднення в межах КГПР. Застосування одержаних результатів дає можливість у стислі терміни дослідити ділянки, що пов’язані з можливими забрудненнями території, надати вихідні дані для подальшого планування та прийняття управлінських дій. Надійний прогноз дає змогу передбачити заходи для зменшення екологічного навантаження на водоносний горизонт, що є єдиним питним горизонтом для м. Калуш.The aim of the research is to substantiate the scientific foundations of an integrated approach to solving environmental and geological problems related to groundwater salinization in the Kalush mining region; quantitative evaluation of the dynamics of such salinization and its relationship with the river system based on geochemical and geophysical observations. The relevance of the research is determined by the need to solve the following tasks: 1) identification of the sources of the groundwater contamination; 2) determination of saline areas, including settlements within which drinking water horizons become unsuitable for the direct use; 3) characteristics of the dynamics, that is, the degree of salinity and the rate of its changes in space and time; 4) determination of the danger to the operation of water intake facilities; 5) determination of the risk of contamination of the river basin. The methodology consists in establishing the correlation between hydrogeochemical and electrometric observations, as well as determining the transition patterns from measurements of electrical resistance to the groundwater salinity. It also includes creating spatio-temporal models of groundwater salinity dynamics and assessing the risks of surface watercourses contamination taking into account its main sources and providing initial data for making management decisions. With the help of the hydrogeochemical observations (the groundwater mineralization) and electrical exploration (measurement of electrical resistance), correlations were established between the geophysical characteristics inherent in the aquifer and the groundwater mineralization. As a result, this made it possible to concretize the sources and determine the area and degree of salinization according to the planar geophysical surveys. Regime observations allowed us to establish the movement direction and speed of the salinity front. The obtained quantitative characteristics of the salinization dynamics of the aquifer allowed calculating the contamination risks of the Limnytsia and Dnister Rivers. The scientific novelty consists in the further development of the methods for assessing underground mineralization based on the results of geophysical research, including the method of electrical exploration. For the first time, spatio-temporal models of the groundwater mineralization dynamics in the territory of the Kalush mining region (KMR) were created. In addition, the assessment of the risks of the surface watercourse contamination (the Limnytsia and Dnister Rivers) was given, taking into account the main sources of contamination within the KMR. The application of the obtained results makes it possible to quickly research the areas associated with probable contamination of the territory, to provide initial data for further planning and management actions. A reliable forecast allows envisaging the measures for reducing the environmental load on the aquifer, which is the only drinking horizon for the town of Kalush.