На территории г. Ставрополя существует сеть стационарных гидрогеологических скважин и свыше 250 действующих грунтовых колодцев, результаты обследования и опробования которых положены в основу данного раздела. Всего в процессе работы обследовано и опробовано 80 скважин, 175 колодцев и 8 родниковых выходов грунтовых вод.
Обследование территории и опробование водопунктов по городу выполнено в основном в апреле - мае 1993г. Поэтому проведённые замеры уровня грунтовых вод (УГВ) в скважинах и колодцах отражают период наиболее высокого положения УГВ в годовом разрезе. Результаты замеров явились основным материалом для построения схематической карты гидроизогипс грунтовых вод.
Гидроизогипсы на карте строились методом интерполяции и проводились через 10 м. Однако характер уровенной поверхности, в целом, повторяет характер дневной поверхности, в связи с чем окончательно гидроизогипсы на карте нанесены через 20 м.
Методом интерполяции выделены и границы зон с различной глубиной залегания УГВ. К подтопленным участкам отнесены площади с глубиной до УГВ менее 3.0 м, т.к. в пределах этой глубины заложены фундаменты строений и основные подземные инженерные коммуникации. Кроме того, в пределах этой зоны дополнительно выделены максимально подтопленные участки, где глубина УГВ составляет менее 1.0 м и для которых, очевидно, требуется разработка инженерных защитных мероприятий в первую очередь.
Аналогичным образом построена и схематическая гидрохимическая карта грунтовых вод. В основу карты положены результаты химического анализа проб грунтовых вод, отобранных из скважин, колодцев и родников в процессе обследования территории города. Химический анализ проб воды выполнен в специализированной лаборатории СКФ ПНИИИС и включил определение содержания 6 главных ионов: хлора, сульфата, гидрокарбоната, натрия, кальция и магния, а также сухого остатка, общей минерализации, рН, азотистых соединений (нитратов, нитритов, аммония) и пяти тяжёлых металлов - цинка, кадмия, никеля, свинца и меди.
Зоны распространения грунтовых вод различного химического состава выделены по классификации С.А. Щукарева, основывающейся на принципе преобладания одного или нескольких анионов (Cl-, SО42-, НСО3-) и катионов (Na+, Са2+, Мg2+). Принадлежность вод к тому или иному классу определяется содержанием перечисленных ионов в количестве более 25%-экв.
По степени минерализации в соответствии с классификацией М.С. Гуревича и Н. И. Толстихина на карте выделены зоны пресных (минерализация менее 1 г/л), слабосолоноватых (1.0-3.5 г/л), сильносолоноватых (3.5-10 г/л) и солёных (более Юг/л) грунтовых вод.
Характеристика загрязненности грунтовых вод на карте отражена указанием содержания нитратов и нитритов, а также токсичных микроэлементов. При этом на карте указаны лишь те микроэлементы, содержание которых составляет не менее 1 ПДК, установленной ГОСТом для питьевой воды и для водоемов культурно-бытового назначения.
Гидрогеологическая обстановка и химический состав грунтовых вод на территории г. Ставрополя, в основном, определяются геоморфологическими условиями и литологическим составом водовмещающих пород.
Западная и северо-западная часть территории города занимает водораздельную поверхность Ставропольского плато и его восточные склоны, сложенные песчано-глинистыми отложениями с типичной среднесарматской фауной. Геологическое строение плато характеризуется благоприятными условиями для формирования довольно мощного грунтового потока. Водоупором для него служит мощная толща глин криптомактровой и частично (нижняя пачка) ясеновской свит, которая имеет выдержанное, почти горизонтальное площадное распространение.
Водовмещающими отложениями (снизу вверх) являются песчано-глинистая слоистая пачка верхней части ясеновской свиты, трещиноватые известняки карабиновской свиты, пески форштадтской свиты, разделяемые тонкими (до 0.15-0.20 м) песчано-известковистыми и глинистыми прослоями, и песчано-известковистая толща холоднородниковской свиты. Почти повсеместно комплекс среднего сармата перекрыт четвертичными образованиями различной мощности, из которых по площади наиболее распространены делювиальные суглинки и элювий коренных пород.
Верхняя часть ясеновских отложений представлена глинистыми песками мощностью 5-7 м, проницаемость которых характеризуется коэффициентом фильтрации до 1.9 м/сут.
Мощность трещиноватых карабиновских известняков 4-6 м, коэффициент фильтрации составляет свыше 10 м/сут.
Отложения форштадтской свиты по составу в разрезе подразделяются на два слоя, нижний из которых представлен пылеватым глинистым песком с прослойками глин, а верхний - тонкозернистыми до пылеватых песками с прослоями (0.05-0.10 м) известковистых песчаников и известняков. Суммарная мощность форштадтской свиты составляет 30-49 м, средние значения коэффициента фильтрации 1-2 м/сутки.
Песчано-известковистая толща холоднородниковской свиты общей мощностью до 6 м представлена слоем известняка с прослоями песчаников с типичной среднесарматской фауной и линзами тонкозернистых песков мощностью до 1 м. В основном отложения холоднородниковской свиты безводны.
Суммарная мощность водоносного горизонта отложений комплекса с типичной среднесарматской фауной составляет 30-40 м.
Толща водоупорных глин практически безводна, за исключением тонких (до 0.1 -0.15м) и слабодебитных прослоев мергелей. Глубина залегания водоупора от поверхности земли изменяется от 50-60м на водораздельной части плато (микрорайоны №№ 16, 17, 19, 20, 21, 24, 25, 27, 30), до 1.5-2.0 м на восточных склонах (микрорайоны 16, восточная часть 18,5,8,9). В соответствии с этим изменяется изложение уровня грунтовых вод: до 15-20м и более в крайних западных частях территории города и менее 1.0 м в восточной, что довольно отчетливо отражается в степени подтопленности территорий.
Так, в западной части города глубина УГВ, в основном, составляет более 3 м, а подтопленные участки выделяются только в микрорайонах №№ 28,29,30. Далее к северу, в северной промышленной зоне (район городского кладбища - х.Вязники), в связи с наличием в разрезе четвертичных суглинков и общим увеличением глинистости в составе отложений горизонта с типичной среднесарматской фауной, подтопление охватывает более обширные площади, в пределах которых отмечаются максимально подтопленные участки с глубиной УГВ менее 1.0 м (городское кладбище, частная застройка х.Вязники).
Формирование грунтового потока происходит, в основном, за счёт инфильтрации атмосферных осадков. Однако существенную роль здесь играют и искусственные источники питания - утечки из водонесущих инженерных коммуникаций, сброс хозяйственно-бытовых вод. Об этом свидетельствует общий подъем УГВ в районе западной промзоны (заводы "Аналог", "Люминофор", "Анилин") с 16-20 м до освоения территории и до 3.5-8.0 м к настоящему времени. Максимальное положение уровня грунтовых вод характерно для весны, минимальное - для зимнего периода. Амплитуда колебаний УГВ за год находится в пределах 0.2-2.6 м.
Разгрузка грунтового потока горизонта с типичной среднесарматской фауной осуществляется в многочисленных балках и оврагах, входящих в систему р. Егорлык и р. Калаус.
Химический состав и минерализация грунтовых вод среднесарматского горизонта определяется, главным образом, литологическим составом вмещающих отложений. На водораздельной, части, в пределах развития песчаноизвестковистой толщи (микрорайоны №№ 16, 17, 19,20,24, 25, 27, 30), грунтовые воды преимущественно гидрокарбонатные кальциевые и сульфатно-гидрокарбонатные кальциевые, реже натриево- или магниево-кальциевые. Минерализация воды составляет 0.3-1.0 г/л, увеличиваясь до 1.5-2.0 г/л в зонах распространения делювиальных суглинков.
На восточных склонах химический состав воды постепенно, с переходом к глинистым склоновым образованиям, меняется от сульфатно-гидрокарбонатного до гидрокарбонатно-сульфатного, сульфатного кальциевого и натриево-магниево-кальциевого с увеличением минерализации воды до 3-5 г/л и выше.
Появление на общем фоне вод гидрокарбонатного сульфатно-гидрокарбонатного состава, хлоридно-сульфатных и сульфатно-хлоридных вод связано с локальными бытовыми загрязнениями.
В крайней юго-западной части города на водоразделе б. Грушевая и р. Мамайка (район поста ГАИ, завода "Сигнал") распространен верхнесарматский водоносный горизонт, связанный с карбонатными суглинками и элювиальными глинами нижнего горизонта верхнего сармата. Здесь глубина залегания водоупора составляет 0.5-13.0 м, а глубина УГВ изменяется от 0.3 до 8-10 м в зависимости от сезона года и глубины водоупора. Максимальные отметки УГВ отмечаются в мае-июне, в период весеннего снеготаяния и дождей, поскольку питание верхнесарматского горизонта происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков. 3атем наблюдается спад УГВ до сентября-октября с последующим небольшим подъемом за счет осенних дождей. Амплитуда колебаний УГВ за год составляет 1.5-2.5 м.
Химический состав воды верхнесарматского горизонта изменяется от гидрокарбонатного кальциевого до сульфатного кальциево-натриевого. Минерализация (и химический состав) воды зависит от степени однородности и засоления водовмещающих пород и изменяется от 0.3 до 2.5-7.0 г/л.
В центральной и восточной частях города грунтовые воды связаны с песчано-известковистыми и песчано-глинистыми отложениями среднего сармата и элювиированными глинами криптомактровых и синдесмиевых слоёв. Водоупором служат неизмененные коренные глины, глубина его залегания от поверхности земли с запада на восток изменяется от нескольких десятков метров в центральной части до 1.5-2.0 м в нижней восточной части. Поэтому здесь в связи с достаточной мощностью среднесарматского горизонта при благоприятных условиях накопления воды (слабая развитость, а иногда и отсутствие канализационных и дренажных систем, утечки из водонесущих коммуникаций) в центральной части и близостью водоупора с затрудненными условиями дренирования в восточной части грунтовые воды залегают преимущественно неглубоко. И, как видно из прилагаемой карты, в пределах этой части города отмечаются обширные подтопленные площади.
Наиболее крупные максимально подтопленные участки с глубиной УГВ менее 1.0 м зафиксированы в микрорайонах №№ 3, 4, 7, 11, 12, 16 (восточная часть последнего).
В соответствии с изменениями литологического состава водовмещающих пород с запада на восток изменяется и химический состав грунтовых вод: от гидрокарбонатного кальциевого в центральной до гидрокарбонатно-сульфатного и сульфатного магниево-кальциево-натриевого в восточной части территории города. В этом же направлении возрастает и минерализация воды: от 0.8-1.1 г/л в центральной до 5-10 и более 10 г/л в восточной части.
В целом же в центральной части территории города отмечается наибольшая пестрота в химическом составе грунтовых вод, что вызвано не только литолого-фациальной изменчивостью пород, но и существенным загрязнением грунтового потока сточными водами. Об этом свидетельствует появление отдельных небольших по площади пятен вод хлоридного состава в зоне преимущественно гидрокарбонатных или сульфатных вод.
Обширные зоны вод хлоридно-гидрокарбонатного и хлоридно-сульфатного или сульфатно-хлоридного типа отмечаются в юго-западной части города в районе ул.50 лет ВЛКСМ и в центральной - на участке, ограниченном улицами Ломоносова-Пономарева-Крупской и балкой Мамайской на юге.
В целом о широком бытовом загрязнении грунтовых вод по всей территории города свидетельствуют высокие содержания в пробах воды нитритов и нитратов: от следов до 40-70 мг/л (N0,) и до 350-440 мг/л при наиболее часто встречающихся значениях 20-60 мг/л (NO3).
Оценка загрязнения грунтовых вод промышленными выбросами проводилась путем определения содержания в пробах воды токсичных тяжелых металлов. Как отмечалось выше, было выполнено определение содержания никеля, цинка, кадмия, свинца и меди.
Проведенными исследованиями установлено, что превышение нормы ПДК (для водоемов культурно-бытового назначения) по опробованным родникам, скважинам и колодцам в массовом порядке отмечается по никелю и кадмию. В меньшей степени такие превышения ПДК отмечаются по свинцу. По цинку превышения ПДК зафиксированы лишь в единичных случаях.
Содержание кадмия по опробованным водопунктам наиболее часто составляет 20 мкг/л (20 ПДК), но не редки и концентрации 30-50 мкг/л (30-80 ПДК). Содержание никеля колеблется в пределах 100-200 мкг/л, при наиболее частых значениях - 100 мкг/л (1 ПДК). Содержание свинца зафиксировано по отдельным пробам от 20 до 200 мкг/л (0.7-70 ПДК).
Наиболее загрязнены тяжелыми металлами и азотистыми соединениями грунтовые воды в пределах западной промзоны (заводы "Аналог", "Люминофор", "Анилин"). Здесь содержание никеля, цинка, кадмия, свинца и меди в пробах грунтовых вод достигает сотен и тысяч микрограммов на литр.
О наличии строгих закономерностей в распределении изученных микроэлементов по территории города судить довольно затруднительно. Однако достаточно отчетливо прослеживается связь источников загрязнения западной промзоны с интенсивным загрязнением тяжелыми металлами по долине р. Ташлы: поскольку промышленные предприятия занимают командные высоты на водораздельном плато по отношению к остальной части города, то снос загрязняющих веществ воздушными массами, потоками грунтовых и поверхностных вод направлен на ниже расположенную селитебную часть города.
В этой связи необходимо подчеркнуть, что продолжение промышленного освоения территории водораздельного плато недопустимо. Дальнейшая концентрация промышленных предприятий при изношенности оборудования и водонесущих инженерных коммуникаций может только усугубить сложившееся неблагоприятное экологическое состояние всего города.