ГИДРОГЕОЭКОЛОГИЯ 
ГОРОДОВ

Москва 
ИНФРА-М 
2013

УчЕбнОЕ пОсОбИЕ

М.с. ОРЛОВ 
К.Е. пИТЬЕВА

Допущено  
УМО по классическому университетскому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов, 
обучающихся по направлению подготовки 020700 «Геология»

УДК 577.4(075.8)
ББК 26.22я73
 
О63

Орлов М.С., Питьева К.Е.
Гидрогеоэкология городов: Учеб. пособие. — М.: ИНФРА-М, 
2013. — 288 с. + Доп. материалы [Электронный ресурс; Режим до-
ступа http://www.znanium.com]. — (Высшее образование: Магист-
ратура).

ISBN 978-5-16-006050-7

В учебном пособии изложены теоретические, методические и прикладные 
вопросы относительно нового научного направления — гидрогеоэкологии, 
рассматривающего подземные воды в качестве компонента экосистем. В каче-
стве примеров взяты Москва, Калуга и некоторые другие населенные пункты. 
Анализируются региональные, гидрогеодинамические и гидрогеохимические 
особенности сложившейся обстановки в городских поселениях, источники 
подтопления, истощения и загрязнения подземных вод. Исследуются негатив-
ные инженерно-геологические процессы, вызванные антропогенным воздей-
ствием на подземные воды. Предложены схемы мониторинга подземных вод, а 
также меры охраны, защиты и реабилитации подземных вод.
Пособие предназначено для студентов и магистрантов, обучающихся по на-
правлению «Геология».

ББК 26.22я73

О б  а в т о р а х:
Питьева Клара Ефимовна – профессор геологического ф-та 
МГУ, заслуженный профессор МГУ, д-р геолого-минерал. наук, 
академик Российской экологической академии, заслуженный 
работник высшей школы РФ, участник Великой Отечественной 
войны, орденоносец;
Орлов Михаил Сергеевич – доцент геологического ф-та МГУ, за-
служенный преподаватель МГУ, кандидат геолого-минерал. наук, 
почетный работник высшего профессионального образования

Р е ц е н з е н т ы:
А.П. Хаустов, профессор, зав. каф. Академии МНЭПУ;
В.М. Швец, д-р геолого-минерал. наук, профессор, зав. кафед-
рой Московского геологоразведочного университета

О63

© Орлов М.С., Питьева К.Е., 2013
ISBN 978-5-16-006050-7

Материалы, отмеченные знаком 
, доступны
в электронно-библиотечной системе znanium  
(www.znanium.com)

Предисловие

Актуальность издания данного учебного пособия неоспорима: 
соответствующие учебные курсы уже читаются в ряде вузов (МГУ, 
МНЭПУ, РГГРУ, КазГУ и др.) [14, 16, 23], однако данное учебное 
пособие является первым по этому курсу. Авторы пособия на основе 
читаемых ими в течение 15 лет курсов рассмотрели и представили 
в удобном для обучения студентов виде новый и оригинальный ма-
териал по Москве, Калуге и некоторым менее крупным городам (Об-
нинск, Малоярославец).
Подземные воды, наряду с поверхностными, изначально исполь-
зовались человеком для питьевого водоснабжения, а в последнее 
время стали широко применяться в разных отраслях промышлен-
ности, для лечебных целей, для теплоснабжения и пр. Это вызвало 
негативные изменения в составе вод и ухудшение их качества.
Перед гидрогеологией как особым самостоятельным разделом 
наук о Земле встала задача изучения формирования подземных вод 
на новом качественном уровне, позволяющем оградить их от опас-
ного техногенного влияния и сохранить их природную основу. Про-
цессы, развивающиеся в миграционных водных системах в условиях 
техногенеза, до настоящего времени изучены слабо.
Гидрогеологические проблемы городских территорий чрезвы-
чайно сложны, что объясняется следующими причинами:
 
• разнообразием видов техногенной нагрузки и различными фор-
мами изменений в составе подземных вод под их влиянием;
 
• подверженностью техногенным изменениям взаимосвязанных 
с подземными водами поверхностных вод, почв, пород;
 
• техногенным влиянием на преобладающую часть компонентов 
состава подземных вод;
 
• разнонаправленностью и многообразием физико-химических 
процессов в миграционных системах атмогидролитосферы;
 
• сложностью природных условий исследуемых территорий.
Основные виды существенного техногенного преобразования 
подземных вод связаны с подтоплением и загрязнением. В связи 
с этим важны, но слабо изучены проблемы агрессивного состояния 
техногенно измененных подземных вод с фундаментами соору-
жений, просадок, изменения прочностных и фильтрационных 
свойств пород вследствие вторичного минералообразования, разви-
вающегося в условиях загрязнения.

Следует выделить раздел, посвященный методическим вопросам 
гидрогеоэкологических исследований городов, особенно гидрогео-
химических проблем,— изложенный в нем материал будет весьма 
полезен к применению в исследованиях по другим населенным 
пунктам.
Учебное пособие предназначено для студентов и магистрантов, 
обучающихся по программам «Гидрогеология и гидрогеоэкология», 
«Экологическая геология» на геологических факультетах, но может 
использоваться и для обучающихся на географических и экологи-
ческих факультетах по специальностям «рациональное природополь-
зование» и «геоэкология».
В разделе 1 в общем плане обсуждены гидрогеоэкологическая об-
становка и состояние подземной гидросферы в городах, выявлены 
основные источники возмущения в сложившихся экосистемах. 
Особое внимание уделено здесь проблемам оценки защищенности 
подземных вод от загрязнения, в том числе гидрогеохимическим 
оценкам.
Раздел 2 содержит объемный материал по методам и методикам 
исследования гидрогеоэкологических обстановок, явлений и про-
цессов в городах. В нем рассмотрен широкий спектр вопросов — 
от методов градостроительной оценки и составления карт функцио-
нального зонирования городов к комплектации их генеральных 
планов до обоснования обязательного перечня аналитических иссле-
дований. Приведены методики естественно-исторического анализа 
и применены методы математической статистики для выявления 
на территориях городов фоновых и аномальных концентраций ком-
понентов химического состава подземных вод. Даны примеры ис-
пользования этих методов.
С новых методических позиций в учебном пособии представлена 
гидрогеохимическая классификация, впервые правильно отражающая 
понятие «химический состав подземных вод как геологического тела» 
посредством полной его характеристики через минерализацию и об-
разующие ее компоненты и определяющая генезис подземной воды.
Весьма убедительны предложения по использованию в гидрогео-
логических работах в комплексе методических приемов представ-
лений о гидрогеохимической и геофильтрационной защищенности 
подземных вод от загрязнения, а также методики геолого-гидрогео-
логической оценки потенциальных зон ухудшения качества под-
земных вод.
Для территорий городов и других населенных пунктов впервые 
предложен показатель загрязнения подземных вод, которым являются 

адсорбированные газообразные углеводороды. Обоснование этого 
выглядит убедительно, особенно для работ с водными средами, в том 
числе с подземными водами, стоками и атмосферными осадками.
Установлен перечень характерных для городов компонентов-за-
грязнителей макро- и микроуровня, среди которых в качестве обя-
зательного, повсеместно распространенного загрязнителя акценти-
рованы органические составляющие.
В основу учебного пособия положены авторские разработки, 
представляющие значительную ценность в общенаучном и специ-
альном плане.
Раздел 3 целиком посвящен проблемам Москвы. Достаточно под-
робно в рамках учебного пособия изложена сложившаяся гидрогео-
экологическая обстановка в городе и в ближайших пригородах. Обос-
нована необходимость совместного рассмотрения сопредельных 
абиотических компонентов экосистем города: атмосферного воздуха 
и осадков; поверхностных вод и донных отложений; почв; грунтовых 
и межпластовых вод. Помимо учебного, эта глава имеет также и по-
знавательное значение, поскольку содержит новый, лишь частично 
опубликованный материал.
В разделе 4 излагаются те же вопросы, но применительно к Калуге 
и городам Калужской области. Естественно, что значимость города, 
степень изученности природных условий и масштабы рассмотрения 
сказались на оценках защищенности, на учете взаимовлияния гид-
рогеодинамических и гидрогеохимических характеристик.
В разделе 5 приведен свежий, порой оригинальный материал 
по обоснованию, проектированию и ведению гидрогеоэкологичес-
кого мониторинга подземных вод. Здесь справедливо подчеркнуто, 
что мониторинг подземных вод будет более информативным и эко-
номически целесообразным, если он станет составной частью обще-
городской системы экомониторинга.
В заключение (раздел 6) обсуждаются перспективные направ-
ления в развитии гидрогеоэкологических проблем, методов и ре-
шения прикладных задач.
Весь учебный материал пособия удачно распределен. В нем при-
сутствует теоретическое обоснование курса, изложенное кратко и до-
ступно. Имеется большая методическая часть, представленная ори-
гинальными методами и методиками получения, обработки и интер-
претации гидрогеохимической информации. Здесь же приводятся 
примеры решения конкретных гидрогеоэкологических задач. В част-
ности, имеются примеры выявления загрязнения подземных вод 
и контактирующих с ними иных компонентов экосистемы.

Учебное пособие в целом производит очень хорошее впечатление 
своей проработанностью в теоретическом, методическом и при-
кладном содержании. Наиболее интересным и убедительным вы-
глядит материал по Москве, степень гидрогеоэкологической изучен-
ности которой достаточно высока. Но и рассмотрение гидрогеоэко-
логических проблем менее крупных городов сделано на высоком 
уровне и результативно.
Учебное пособие М.С. Орлова и К.Е. Питьевой представляет 
собой крупный научно обоснованный труд, имеющий несомненное 
значение для познания гидрогеоэкологических проблем городов. 
Оно должно быть интересно и полезно не только студентам, но и ши-
рокому кругу геологов, гидрогеологов и экологов.

Доктор геолого-минералогических наук, 
профессор В.М. Швец

введение

Основными теоретическими вопросами исследования городских 
территорий с рассматриваемой позиции являются [14, 15, 16]:
 
• изучение фоновых геологических, гидрогеологических и гидро-
геохимических характеристик;
 
• теоретическое гидрогеологическое обоснование и разработка 
комплексной высокоэффективной методики прогноза распро-
странения техногенных нагрузок на подземные и поверхностные 
воды;
 
• разработка и внедрение экологического мониторинга подземных 
и поверхностных вод;
 
• изучение физико-химических процессов и факторов формиро-
вания гидрогеохимических аномалий загрязнения.
Влияние техногенных нагрузок сказывается: на глубине залегания 
подземных вод, их химическом составе, температуре; появлении об-
ластей техногенного питания; преобразовании структуры подземного 
фильтрационного потока; изменениях прогнозных и фильтраци-
онных свойств пород; возникновении новых физико-химических 
процессов.
Основные задачи гидрогеоэкологических исследований:
 
• установление водоносных комплексов, подверженных техноген-
ному влиянию. Изучение гидрогеологического строения терри-
тории городов в естественных и нарушенных условиях (структуры 
потока, областей и величин техногенного инфильтрационного 
питания, взаимосвязи подземных вод с поверхностными);
 
• определение границ распространения подземных вод, характери-
зующихся определенными техногенными процессами во времени 
и пространстве;
 
• изучение геофильтрационной структуры водоносных комплексов; 
определение геомиграционных параметров;
 
• систематизация техногенных нагрузок;
 
• гидрогеохимическое обоснование и типизация загрязнения под-
земных вод; схематизация физико-химических преобразований 
компонентов-загрязнителей в местах их формирования (в атмо-
сфере, составах промстоков и твердых отходов); в местах транс-
портных путей; в зоне аэрации; в подземных и поверхностных 
водах. Оценка защищенности подземных вод от всех видов загряз-
нения; составление карты защищенности; уточнение закономер-

ностей изменения концентрации компонентов-загрязнителей 
в техногенной области под влиянием процессов смешения;
 
• прогнозы расположения участков подтопления и загрязнения, 
изменения их границ во времени, смены граничных условий;
 
• научное обоснование природоохранных (охрана, защита и реаби-
литация) рекомендаций посредством решения прогнозных задач.
Основные приемы геоэкологических исследований: естественно-ис-
торический анализ; картографирование; классифицирование, тео-
ретические обобщения; режим, моделирование (экспериментальное, 
термодинамическое, математическое).
Негативная роль загрязнения городской среды сказывается 
прежде всего на здоровье детей. Вещества, загрязняющие воздух, 
вызывают у людей всех возрастных групп нарушение дыхательных 
функций и патологические изменения дыхательных путей (проявля-
ющиеся в первую очередь в бронхитах, трахеитах, ринитах, астме 
и т.д.), воспаление глаз, ослабление общей сопротивляемости орга-
низма патогенным факторам, раздражение центральной нервной 
системы.
Атмосферная пыль образована взвешенными твердыми части-
цами диаметром от 0,01 до 100 мкм с адсорбированными на них па-
рами и газами различных веществ. Частицы диаметром более 10 мкм 
при вдохе задерживаются в верхних дыхательных путях. Частицы 
размером менее 5 мкм проникают глубоко в легкие, достигая ле-
гочных альвеол.
Химический состав пылевых частиц очень сложен. Анализ выяв-
ляет наличие асбеста, парафинов, ароматических углеводородных 
полициклических соединений (в том числе достоверного канцеро-
гена — 3,4-бенз(a)пирена) и широкого спектра соединений тяжелых 
металлов — мышьяка, свинца, меди, серебра, никеля, кобальта, мар-
ганца, цинка, титана, олова, хрома, ванадия, ртути.
Выявлена однозначная зависимость между концентрацией пыли 
в воздухе и хроническими заболеваниями дыхательных путей, 
в первую очередь заболеваниями астмой, бронхитом и эмфиземой 
легких. Патология проявляется тем в большей степени, чем выше 
содержание сульфатов и нитритов, повышенное содержание которых 
свойственно частицам пыли размером 3–5 мкм. Концентрация пыли 
в пределах от 70 до 150 мкг/м3 является причиной кашля, катара вер-
хних дыхательных путей, аллергических заболеваний и хронических 
ринитов.
Сернистый ангидрид и сульфаты оказывают влияние прежде всего 
на слизистую оболочку верхних дыхательных путей. Проникая 

в легкие с частицами пыли размером 1–2 мкм, они нарушают 
функции ресничного эпителия, стимулируют секретообразование 
и в конечном итоге вызывают частичную или полную обтюрацию 
бронхиол и бронхов.
Диоксид азота и его фотохимические производные влияют 
не только на органы дыхания, но и на глаза. При малых дозах разви-
ваются аллергические реакции и раздражения, при больших — брон-
хиты и трахеиты. Концентрация диоксида азота в пределах от 100 
до 300 мг/м3 достаточна для того, чтобы вызвать затруднения ды-
хания, особенно у больных астмой, а при длительных воздействиях — 
для развития бронхита.
Монооксид углерода, поступая из вдыхаемого воздуха в кровь, 
соединяется с гемоглобином, образуя карбоксигемоглобин, препят-
ствуя, таким образом, насыщению кислородом тканей мышц и мозга. 
При концентрации монооксида углерода 20–40 мкг/м3 (концент-
рация, характерная для узких улиц с интенсивным движением транс-
порта) возникают нарушения функций центральной нервной сис-
темы: ослабевает реакция, зрение, нарушается ориентация в про-
странстве и во времени; у больных сердечно-сосудистыми 
заболеваниями провоцируются острые осложнения: нарушения цир-
куляции крови, сердечные приступы и т.д.
В настоящее время выделен и систематизирован новый класс бо-
лезней — микроэлементозы, возникновение которых связано с не-
достатком или избытком (дисбалансом) поступающих в организм 
жизненно необходимых элементов.
Содержание микроэлементов в организме находится в прямой 
зависимости от их содержания в разных фазах окружающей среды. 
Взаимодействие геохимических факторов среды и организма (в том 
числе человеческого) определяется в последовательных звеньях эко-
системы «атмосфера — природные воды — почва — растения — жи-
вотные — человек».
Из 92 встречающихся в природе элементов 81 обнаружен в орга-
низме человека. При этом многие из них (кальций, магний, кис-
лород, углерод, сера, азот, железо, иод, медь, молибден, цинк, ко-
бальт, хром, никель, ванадий, селен, марганец, мышьяк, фтор, 
кремний, литий) эссенциальны, т.е. жизненно необходимы. Это 
представляется вполне естественным обстоятельством, поскольку 
человек и его предки прошли весьма длительную эволюцию в геохи-
мическом поле Земли и адаптировались к нему. Недостаточность или 
избыточное поступление этих элементов может оказаться чрезвы-
чайно опасным. Влияние хемополлютантов на здоровье может быть 

различным — от функциональных сдвигов в организме до тяжелых 
последствий в виде заболеваний или смертельных случаев. Следует 
отметить, что фактически все элементы обладают эссенциальными 
свойствами, однако каждому из них присущ специфический диа-
пазон безопасной концентрации (и экспозиции), в пределах которого 
сохраняются и поддерживаются оптимальные внутритканевые кон-
центрации.
Введение, разделы 3 и 6 написаны совместно проф. К.Е. Питьевой 
и доц. М.С. Орловым; разделы 2 и 4 — проф. К.Е. Питьевой; раз-
делы 1 и 5 — доц. М.С. Орловым.
Авторы выражают глубокую благодарность за большую помощь 
в оформлении учебного пособия сотрудникам кафедры гидрогео-
логии МГУ им. М.В. Ломоносова А.А. Соломко, Е.Ю. Потаповой, 
М.В. Шалагину, аспиранту М.В. Гагарину и студентам Е.И. Баранов-
ской, Н.М. Куриновой, А.Б. Петрашу.