Геологическая среда в пределах урбанизиро- ванных территорий представляет собой сложную постоянно изменяющуюся природно-техногенную систему. Здесь происходит интенсивная транс- формация химического состава вод и изменение естественного взаимодействия в системе «вода – порода – газ – органическое вещество». В форми- рующихся техногенных водоносных горизонтах обнаруживаются такие концентрации различных химических элементов, которые для естественных условий формирования подземных вод являются уникальными (аномальными), а с экологических позиций — устрашающими [Питьева, 1984; Сает и др., 1990; Абдрахманов, 1993, 1997, 1998, 2005; Крайнов и др., 2004 и др.]. Объектом исследований является г. Уфа — один из наиболее крупных промышленных (нефтехимичес- ких, химических, машиностроительных и др.) цен- тров России с населением свыше 1 млн. человек. Рельеф. Город расположен на востоке Русской равнины в пределах Прибельской холмисто-увалис- той равнины. Абсолютные отметки колеблются от 80–85 (урезы рек Белой, Уфы) до 200–212 м (рай- оны «Старой Уфы», парка «Гафури», междуречье Белой–Шугуровки). Основная часть города (жилая и промышленная) находится в пределах так на- зываемого «Уфимского полуострова» (Бельско- Уфимская водораздельная равнина). Микрорайоны «Дема», «Сипайлово», «Затон», «Кооперативная поляна» и другие расположены в пойме и на первой надпойменной террасе в долинах рек Белой, Уфы и Демы. «Уфимский полуостров» от долин Белой и Уфы почти повсеместно отделяется крутым усту- пом высотой 50–100 м. Ширина «полуострова» колеблется от 2–2,5 км в центральной части (рай- он Лихачевской излучины) до 5–7 км в северной и южной частях города, а протяженность его (с се- вера на юг) составляет около 30 км (рис. 1). 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. В формировании рельефа «Уфим- ского полуострова» наряду с природными процесса- ми (эрозия, карст и пр.) в последние годы активно участвуют и техногенные (засыпка оврагов, карсто- вых воронок, озер, намывные участки, возведение дамб, проходка канав и др.). Последние вызвали, в свою очередь, интенсификацию природных процессов — усиление суффозионно-карстовых и эро- зионных явлений, подъем уровня грунтовых вод и, как следствие,— подтопление отдельных городских территорий [Абдрахманов, 1993; Абдрахманов, Мартин, 1993; Карст ..., 2002]. Климат. На качество поверхностных и подзем- ных вод значительное влияние оказывают атмосферные осадки, выпадающие в пределах территории города. Своеобразное местоположение города (перепад отметок от водораздельной поверхности к долинам рек до 100–120 м, окруженность его с трех сторон водными артериями, узкое и вытянутое положение и др.) вызывает формирование своеобразных климатических условий: инверсии в температуре, силе и направлении ветра, количестве осадков и пр. Климат района, по данным метеостанции «Уфа – Дема», континентальный, амплитуды колебаний температуры воздуха в многолетнем разрезе достигают 88 °С (от –49 °С до +39 °С). Среднемесячная температура января составляет –14,9 °С, а июля +18,9 °С; среднемноголетняя годовая температура +2,8°С. Продолжительность безморозного периода равняется 128 дням (колеблется по годам от 76 до 176 дней). Температурный режим почвы в целом повторяет годовой ход температуры воздуха. Средне- годовая температура почвы +4 °С, колеблется от –16°С в январе до +24°С в июле. Глубина промерзания почвы в среднем составляет 94 см (колеблет- ся по годам от 63 до 130 см). Нормативная глубина промерзания, согласно СНиП 2.01.01–82, составляет 180 см. Район исследований относится к зоне достаточного увлажнения (гидротермический коэффициент около 1,1). Средняя годовая упругость водяного пара 7,2 мб, относительная влажность воздуха 75%. Недостаток насыщения воздуха в среднем за год составляет 3,6 мб. Среднее годовое количество осадков достигает 789 мм/год. Максимальное су- точное количество осадков около 58 мм. В среднем за год отмечается до 0,5 дней с осадками 30,0 мм, до 3 дней с осадками более 20 мм, до 34 дней с осадками более 5,0 мм. Испарение с поверхности суши составляет 442, а с водной поверхности 705 мм. Химический состав атмосферных осадков и минерализация характеризуются большой пестро- той. Дождевая вода в северной (промышленной) части города преимущественно хлоридно-сульфат- но-гидрокарбонатная, в южной (жилой) — гидро- карбонатно-сульфатная и сульфатно-гидрокарбо-натная.
Рис. 1. Гидрогеологическая схема «Уфимского полуострова» Условные обозначения: 1 — гидростратиграфическая граница; 2 — граница развития грунтовых вод в неогеново-четвертичных отло- жениях; 3 — участок Южного водозабора; 4 — линия гидрогеологического разреза
Среди катионов преобладают ионы кальция и магния. Тип воды IIIа, рН 6,35–6,95, Eh до +355 мВ. Снеговая вода в зависимости от места отбора имеет минерализацию 8–62 мг/л, рН — 6,4–7,6, Eh — от +210 до +285 мВ. Анионный состав также достаточ- но пестрый (наряду с гидрокарбонатными и сульфат- ными ионами преобладающими иногда являются хлоридный и нитратный ионы), среди катионов доминирует кальций и редко — аммоний. По данным многолетних наблюдений за со- ставом атмосферных осадков по метеостанции Уфа [Черняева и др., 1978], минерализация их изменя- ется от 7,4 до 67,1 мг/л (в среднем 31 мг/л). Крайние и средние значения (в скобках) концентрации основных ионов следующие (мг/л): гидрокарбо- нат — 0–25,4 (6,5), сульфат — 2–31,6 (11,6), хлор — 0,7–11,8 (3,9), кальций — 0,4–14,6 (4,3), магний — 0,2–4,0 (1,3), натрий — 0,2–15,1 (3,0), калий — 0,1–3,1 (1,0). Реакция среды, как правило, кислая (рН — 4,4–7,2, в среднем 6,2). Количество рас- творенных солей, выпадающих в год, составляет в среднем 20,2 т/км2 . Атмосферные осадки в северной (промыш- ленной) части насыщаются также бенз(а)пиреном.
На площадках, окружающих промышленные нефте- химические предприятия г. Уфы, в воздухе отмечена концентрация бенз(а)пирена 1,5–4 нг/м3 и более, что превышает ПДК (1 нг/м3 ). Известно, что вдыха- ние воздуха с концентрацией бенз(а)пирена, равной ПДК для атмосферного воздуха, уже вызывает кан- церогенный эффект [Израэль и др., 1992]. Гидрография. Основную техногенную нагруз- ку несут реки, формирующиеся в пределах город- ской территории: Шугуровка и Сутолока. Река Шугуровка, правый приток р. Уфы (см. рис. 1), имеет длину 15 км, площадь водосбора 95 км2 , среднемноголетний расход 0,54 м3 /с (макси- мальный — 43, минимальный — 0,22). Она являет- ся накопителем сточных вод химических, нефте- химических и других предприятий северной части города, а также загрязненных поверхностных и под- земных вод, поступающих с территории Уфимской городской свалки. Качество воды р. Шугуровки в значительной степени определяет качество воды южного водозабора г. Уфы, расположенного в 25 км ниже впадения ее в р. Уфу. Минерализация воды р. Шугуровки в устье колеблется в течение года от 0,63 до 1,01 г/л. Состав воды в устьевой части реки сульфатно-хлоридный, сульфатно-хлоридно-гидро- карбонатный натриево-кальциевый и магниево- кальциевый. Тип воды преимущественно IIIа. Содержание ионов хлора — 99,3–457,0 мг/л (при фоновом содержании 10–15 мг/л), нитратов — 7,5– 32,5 мг/л, аммония — до 3–8 мг/л, нефтепродук- тов — 0,32–5,38 мг/л, фенолов — 0,008–0,014 мг/л, Сорг. — 8,4–18,2 мг/л, БПК5 — 1,0–4,07 мг/л. Концен- трация тяжелых металлов (меди, цинка, свинца, кадмия, хрома и др.) значительно превышает фон и ПДК их для открытых источников. Наибольшие их концентрации обнаруживаются в прудах-нако- пителях, построенных на притоках р. Шугуровки. В верхнем накопителе, например, расположенном в основании бытовой свалки, содержание (мг/л): меди — от 0,029 до 0,27, свинца — от 0,008 до 0,042, кадмия — от 0,0003 до 0,004, цинка — от 0,13 до 0,61, железа — от 0,005 до 14,0, марганца — от 0,002 до 1,06, хрома — от 0,005 до 0,14, а в нижнем: меди — от 0,0026 до 0,02, свинца — от 0,003 до 0,004, кад- мия — от 0,0026 до 0,003, цинка — от 0,1 до 0,18, железа — от 0,02 до 0,85, марганца — от 0,01 до 0,67, хрома — от 0,001 до 0,01. В пробе воды верх- него пруда обнаружены диоксины (до 0,56 нг/л по суммарному эквиваленту загрязнения). Река Сутолока приурочена к одноименной синклинали, долина ее в низовье имеет ширину до 2–2,5 км. Длина реки 8 км, площадь водосбора 33 км2 , средний многолетний расход 0,16 м3 /с. Питание происходит родниковым стоком (около 15 источников) и сточными водами, сбрасываемыми промышленными и коммунальными предприяти- ями. Химический состав воды реки гидрокарбонатно- сульфатный, сульфатно-гидрокарбонатный нат- риево-кальциевый и натриевый, тип воды II и IIIа, минерализация — 0,58–1,05 г/л. Река сильно за- грязнена различными органическими веществами (NO3 — до 78,5, NH4 — 7,4, Сорг. — 22,6, нефтепро- дукты — 2,12 мг/л и др.) и металлами (Cu, Zn, Cr, Ni, Hg и др). В последние годы в связи с работой заводов не в полную нагрузку и строительством дороги — проспекта Салавата Юлаева (р. Сутолока в значительной степени «закрыта в трубу») сброс отходов в реку снизился и качество воды измени- лось в лучшую сторону. Геолого-тектоническое строение. В геолого- тектоническом отношении территория города рас- положена на восточной окраине Русской плат- формы, где кристаллический фундамент перекрыт мощной (до 8 км) толщей осадочных пород фане- розойского возраста. В верхней части чехла, обна- жающейся здесь, развиты пермские, неогеновые и четвертичные отложения (рис. 2). Четвертичные отложения развиты в долинах рек Белой, Уфы и на Бельско-Уфимском между- речье. В долинах рек они представлены аллюви- альными (aQ) галечниками и песками (нижняя часть разреза) мощностью 10–15, иногда до 25–30 м. Сверху они перекрыты перигляциальными глини- стыми осадками (супеси, суглинки, глины). Мощ- ность последних колеблется от 1–3 до 15–20 м. На Бельско-Уфимском междуречье четвертич- ные (Q, N3 2 –Q1 ) элювиально-делювиальные осадки (участками это нерасчлененные неогеново-четвер- тичные общесыртовые отложения) повсеместно покрывают более древние породы. Представлены они глинами, суглинками мощностью от 0,5–2 до 10–15 м. Неогеновая система в долинах рек Белой и Уфы представлена кинельской свитой (N2 kn), выпол- няющей переуглубленную их часть, а на Бельско- Уфимском междуречье (бассейны рек Шугуровки и Сутолоки) — нерасчлененными акчагыльским (N2 ak) и апшеронским (N2 ap) ярусами. Кинельская свита в верхней части сложена плотными серыми глинами, а в основании — песками и галечниками общей мощностью до 70–100 м. Акчагыльско-апше- ронские осадки залегают на размытой поверхности уфимского яруса, а в бассейне р. Шугуровки — и на кинельских глинах. Представлены они красновато- коричневыми, серовато-коричневыми плотными глинами, в нижней части с прослоями песков. Общая мощность их достигает 50 м. Пермская система на водораздельной террито- рии г. Уфы представлена уфимским (соликамский и шешминский горизонты) и кунгурским ярусами.