Эколого-гидродинамическое обоснование мониторинга подземных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курсовая работа

"Эколого-гидродинамическое обоснование мониторинга подземных вод"

по курсу "ГИДРОДИНАМИКА ПРИРОДНО-ТЕХНОГЕННЫХ СИСТЕМ"

Оглавление

Введение

1. Теоретическое обоснование и особенности мониторинга подземных вод

2. Характеристика исходных данных

3. Эколого-гидродинамический анализ ситуации и выделение наиболее опасных зон с позиции возможного загрязнения грунтовых вод и зоны аэрации

4. Краткая качественная характеристика возможного эколого-гидродинамического воздействия техногенного объекта на исследуемую территорию

5. Экспертный качественный прогноз изменения гидродинамических условий на исследуемой территории под влиянием эксплуатации техногенного объекта

6. Эколого-гидродинамический анализ прогнозной ситуации и выделение наиболее опасных зон с позиций загрязнения грунтовых вод, зоны аэрации и поверхности земли в зоне активного воздействия техногенного объекта

7. Обоснование схемы расположения сети наблюдательных скважин и их назначение

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Техногенное воздействие на окружающую среду весьма разнообразно, оно усиливается с развитием техники и народного хозяйства и оказывает все большее влияние на ход природных процессов.

Развитие экономики страны на современном этапе сопровождается ростом вовлечения водных ресурсов, в том числе и подземных вод, в процессы расширенного воспроизводства.

Однако загрязнение природной среды, истощение ресурсов пресной воды приобрело столь значительные масштабы, что ставит под угрозу целостность существования экосистем и нормальные условия функционирования экономики и других сфер деятельности (социальной, политической).

Гидрогеология - наука о подземных водах, их происхождении, составе, свойствах, условиях залегания и закономерностях движения, распространении и взаимосвязи с вмещающими породами [14].

Подземные воды играют весьма существенную роль в народном хозяйстве и в повседневной жизни и в деятельности человека. Наличием подземных вод в значительной степени определяются инженерно-геологические свойства горных пород, от которых зависят условия строительства жилых и промышленных объектов [11].

Наиболее актуальной задачей гидрогеологии сегодня является разработка вопросов рационального использования подземных вод, с учетом защиты их от истощения и с учетом загрязнения при минимальных затратах по их охране.

1. Теоретическое обоснование и особенности мониторинга подземных вод

Верхнюю часть земной коры принято делить на зону аэрации и зону насыщения [8]. В зоне аэрации вода присутствует в виде пара, в физически и химически связанном состоянии. Граница между зоной аэрации и зоной насыщения определяется положением местного базиса аэрозии. Размер зоны интенсивного водообмена достигает нескольких сотен метров по высоте [8].

Воды этой зоны являются современными, атмосферного происхождения. Воды зоны аэрации залегают выше зоны насыщения горных пород. К ним относятся почвенные воды и верховодка.

Почвенные воды приурочены к почвенному слою. Грунтовые воды являются безнапорными. Расстояние от водоупора до поверхности грунтовых вод называется мощностью водоносного горизонта [4].

Для грунтовых вод характерна некоторая загрязненность различными веществами, вносимыми в грунтовые воды инфильтрующейся с поверхности водой.

Питание грунтовых вод происходит в основном путем инфильтрации атмосферных осадков и частично за счет инфильтрации. Грунтовые воды с наклонным зеркалом называются потоком грунтовых вод [5].

Водопроницаемость - способность горных пород пропускать через себя свободную воду при наличии напорного градиента [8]. Количественно она определяется коэффициентом фильтрации (К_Ф), т.е. объемом воды, проходящей через единицу поверхности в единицу времени при напорном градиенте равном единице или скоростью перемещения воды в породах.

Величина коэффициента фильтрации зависит от размера и структуры порового пространства, свойств фильтрующейся жидкости и направления движения.

По степени проницаемости все породы условно подразделяются на три группы:

а) непроницаемые (водоупорные) - практически не пропускают воду; К_Ф = 0,1 - 0,01 м/сут. и менее. Относятся глины, аргиллиты, плотные кварциты, граниты и пр.;

б) слабонепроницаемые - К_Ф = 1 - 0,1 м/сут. Относятся лесс, суглинки;

в) хорошо проницаемые - К_Ф = 100-1 м/сут. Относятся пески, песчаники, гравелиты, трещиноватые известняки, мел, мергели и др. [7].

Влажность, соответствующая полному заполнению всех пор породы водой, называется влагоемкостью [4].

Водоотдача - способность водонасыщенной породы отдавать часть воды путем свободного стекания под действием силы тяжести, либо в результате воздействия (откачки и т.п.). Оценивается процентным отношением объема свободно вытекающей из горной породы воды к ее объему. Водоотдача пород характеризуется коэффициентом водоотдачи, определяемым в процентах или долях единицы по формуле:

_В = W_п - W_м, (1)

где _В - коэффициент водоотдачи, ;

W_п - полная влагоемкость, ;

W_м - максимальная молекулярная влагоемкость, .

Максимальная молекулярная влагоемкость - это максимальное количество молекулярной воды, удерживаемое данной породой в данных условиях [8].

Водоотдача возрастает с увеличением крупности частиц породы открытой пористости, трещиноватости и с уменьшением смачиваемости. Это основная характеристика, используемая при выборе способа водозащиты горных выработок, расчета сети дренажных скважин, интенсивности снижения уровня воды при водопонижения и др.

Почвенные воды - это влага, содержащаяся в почвенном слое у поверхности земли, в зоне аэрации [3]. Передвигаются они под действием молекулярных, капиллярных сил. Такие воды не имеют под собой водоупорного слоя и при избытке влаги просачиваются до уровня грунтовых вод.

При инфильтрации через зону аэрации воды встречают на своем пути водонепроницаемые или слабоводопроницаемые глинистые прослойки и линзы их удерживающие. При этом образуются маломощные водоносные горизонты локального распространения. Это, так называемая, верховодка [2].

Залегают такие воды на небольшой глубине поверхности, с небольшими запасами, носят сезонный характер, безнапорные. Верховодка часто служит источником водоснабжения в сельских районах. В районах больших городов верховодка легко загрязняется.

Подземные воды, залегающие на первом от поверхности водоупоре, выдержанном по простиранию, называют грунтовыми [6].

Грунтовые воды имеют свободную поверхность, называемую зеркалом грунтовых вод. Они формируются за счет инфильтрации атмосферных и поверхностных вод.

Поверхность грунтового потока имеет различный наклон на разных участках. Ее положение определяется гидроизогипсами, т.е. кривыми, соединяющими точки с одинаковыми абсолютными отметками установившегося уровня воды. Схема, на которой показаны гидроизогипсы, выработки, колодцы, элементы рельефа называется картой гидроизогипс.

Гидродинамические особенности потоков определяются условиями залегания водоносных пластов, а также видами и формами областей питания и разгрузки подземных вод, что связано с геолого-структурными, литолого-фасциальными и физико-географическими условиями площади их распространения [2].

Потоки делят на естественные, естественно-техногенные и техногенные. Питание делится на рассеянное (по площади), к которому относятся инфильтрация и глубинное перетекание, и сосредоточенное (идущее по контуру), к которому относится фильтрация из рек и каналов.

Характер движения - линейно-поступательный, веерный, центробежный или центростремительный, возвратно-поступательный. Интенсивность и направленность водообмена можно определить соотношением вертикального и горизонтального расходов потока. Различают 6 типов потоков [2]: потоки речных долин, водораздельные потоки междуречных пространств, потоки конусов выноса, потоки с песчаными линзами подземных вод, потоки синклинальных структур, потоки напорных вод крупных зон тектонических разломов.

Направление движения грунтовых вод берут по нормали к двум смежным гидроизогипсам. Движение воды направлено от более высоких отметок уровня к более низким.

Глубину залегания грунтовых вод в любом заданном пункте определяют по разности отметок горизонтали поверхности и гидроизогипсы. Уклон потока подземных вод для любого участка вычисляют делением сечения карты гидроизогипс на кратчайшее расстояние между двумя гидроизогипсами, взятое в масштабе карты.

Связь грунтовых вод с поверхностными устанавливают по характеру сопряжения гидроизогипс с рекой. В природе наблюдаются два основных случая: первый - грунтовые воды питают поверхностные, второй - поверхностные воды питают грунтовые. Кроме того, реки могут одновременно питать и дренировать грунтовые воды.

По соотношению и характеру изменения гидроизогипс можно получить представление о потоке. Участки замкнутых гидроизогипс с высокими отметками указывают на положение водоразделов грунтовых вод, где условия питания наиболее благоприятны. Зоны с нулевой глубиной до воды указывают на участки выхода подземных вод на поверхность земли.

Совокупность происходящих изменений водного потока (уровня, состава, температуры, расхода, скорости и др.) под влиянием естественных и искусственных факторов определяет режим этих вод [6]. Выходя на поверхность, грунтовые воды образуют источники нисходящего типа.

Под режимом подземных вод понимают совокупность изменений во времени уровня или напора их, расхода, химического и газового состава, температурных условий, скорости движения подземных вод [13].

Изменение режима подземных вод происходит под влиянием природных (в основном климатических и структурных) факторов и техногенной деятельности человека [6]. Особенно резкие изменения их режима наблюдаются в горнодобывающих районах. Водоотливы из горных выработок уменьшают напоры подземных вод, а иногда полностью осушают водоносные пласты, нарушая природный режим подземных вод. Горные выработки или дренажные системы повышают коэффициент водообмена, возникающие деформации поверхности способствуют увеличению подземного стока; отмечается взаимосвязь водоносных горизонтов и с поверхностными водами [7].

В одних условиях количество откачиваемых шахтных вод может компенсироваться естественным притоком подземных вод, в других - интенсивный приток в горные выработки приводит к истощению ресурсов подземных вод шахтного поля или месторождения.

При эксплуатации глубоких горизонтов в соответствующих геологических условиях происходит обычно изменение притока шахтных вод с глубиной, не зависящее от их ресурсов.

Динамика подземных вод является разделом гидрогеологии и изучает теоретические основы и закономерности движения подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов [13].

Основными естественными факторами являются: метеорологические (количество осадков, температура среды), гидрогеологические (сезонные колебания уровней и др.), биологические (транспирация), геологические (сейсмические, обвально-оползневые и пр.)

К искусственным факторам относятся строительство водохранилищ, водоснабжение, водопонижение при разработке месторождений полезных ископаемых, орошение и др.

В природе движение подземных вод почти всегда неустановившееся, однако, в некоторых случаях изменения отдельных характеристик водного потока весьма незначительны во времени и при решении практических задач ими можно пренебречь.

Равномерным называют такое движение подземных вод, при котором скорость фильтрации во всех сечениях одинакова, в отличие от неравномерного, характеризующегося изменением скорости по длине потока. Равномерное движение свойственно потоку напорных вод по пласту постоянной мощности и в безнапорных водах, когда уклон водоупора численно равен напорному градиенту, следовательно, глубина потока остается постоянной по его длине. При неравномерном движении подземных вод напорный градиент изменяется по длине потока [4].

Основными гидродинамическими элементами водного потока являются: дебит, удельный дебит, гидравлический (напорный) градиент, скорость фильтрации, коэффициент фильтрации [4].

Дебит (Q) - количество воды, поступающей в единицу времени из естественного или искусственного (колодца, скважины, горной выработки и пр.) источников, в единицу времени измеряется обычно в л, м³ в секунду, час, сутки.

Дебит колодца определяется коэффициентом фильтрации водоносных пород, их мощностью, величиной понижения уровня (напора) воды в скважине, запасами воды в водоносном горизонте и конструкцией фильтра.

При ламинарном движении дебит подчиняется закону Дарси, который можно сформулировать следующим образом: количество воды, фильтрующееся через поперечное сечение водопроницаемой толщи пород прямо пропорционально этому сечению, коэффициенту фильтрации, разности уровней воды, отнесенной к высоте слоя (l) и выражается формулой:



Отношение называют гидравлическим уклоном (напорным градиентом), показывающим величину падения напора на единицу длины пути фильтрации. Скорость подземного потока V зависит от напора и длины пути фильтрации l. Скорость фильтрации прямо пропорциональна коэффициенту фильтрации и гидравлическому уклону (напорному градиенту) в первой степени в соответствии с уравнением Дарси [8].

Коэффициент К - коэффициент фильтрации или коэффициент водопроницаемости пород, численно равен скорости фильтрации (V) при уклоне (I) равном единице (м/сек, час, сут.).

Основные закономерности движения подземных вод определяются составом, условиями залегания водоносных и водоупорных пород, их фильтрационными особенностями и другими факторами.

Эколого-гидрогеологические исследования следует выполнять в комплексе с гидрогеологическими исследованиями при инженерно-геологических изысканиях [12].

При изучении гидрогеологических условий в соответствии с конкретными задачами инженерно-экологических изысканий следует устанавливать: наличие водоносных горизонтов, которые могут испытывать негативное влияние в процессе строительства и эксплуатации объекта, и подлежащих защите от загрязнения и истощения; условия залегания, распространения и естественную защищенность этих горизонтов (в особенности, первого от поверхности); состав, фильтрационные и сорбционные свойства грунтов зоны аэрации и водовмещающих пород; наличие верховодки; глубину залегания первого от поверхности водоупора; закономерности движения грунтовых вод, условия их питания и разгрузки, режим, наличие гидравлической взаимосвязи между горизонтами и с поверхностными водами; химический состав грунтовых вод, их загрязненность вредными компонентами и возможность влияния на условия проживания населения; возможность влияния техногенных факторов на изменение гидрогеологических условий; наличие лечебных вод (ресурсов).

Гидрогеологические параметры (коэффициенты фильтрации и другие характеристики, требующие проведения полевых опытных работ) при комплексных изысканиях следует определять в составе гидрогеологических исследований [9].

Геоэкологическое опробование атмосферного воздуха, почв, грунтов, поверхностных и подземных вод в зонах влияния хозяйственных объектов и на селитебных территориях для оценки их загрязнения должно включать набор показателей, контролируемых согласно действующим нормативам для промышленного и гражданского строительства (приложения А-Ж) [10].

Размещение точек опробования устанавливается в программе изысканий в зависимости от ожидаемой структуры поля загрязнений, преобладающих направлений движения воздушных масс, особенностей поверхностного, руслового и подземного стока, геологического строения территории.

Принятая система опробования должна обеспечивать изучение зоны загрязнения в плане и в вертикальном разрезе по основным компонентам окружающей среды, выявление источников загрязнения, путей миграции, ареалов и потоков рассеяния и аккумуляции веществ-загрязнителей.

2. Характеристика исходных данных

Для заданного природно-техногенного гидрогеологического объекта, представленного грунтовым потоком значительной мощности (50-70 м) с активным инфильтрационно-горизонтальным водообменом проводится экспертное эколого-гидродинамическое обоснование мониторинга подземных вод. Грунтовые воды приурочены к относительно однородным пескам, залегающим на горизонтальном водоупоре с нулевой условной отметкой, средним коэффициентом фильтрации k = 5-10 м/сут, водоотдачей _В = 0.15-0.20, активной пористостью n = 0.25-0.35. Эти же пески слагают зону аэрации. Среднегодовая естественная влажность песков в зоне аэрации равна максимальной молекулярной влагоемкости W_м = 0.1-0.15.

Схематическая карта рельефа земной поверхности и карта гидроизогипс естественного потока грунтовых вод показаны на рис.1. Район характеризуется полуаридным климатом, располагается в зоне степей.

Расход водосбора Q_общ = 5000 - 10000 м³/сут. Местоположение одиночного водозабора в районе скважины № 22. Режим эксплуатации объекта Q=2000 м³/сут. Время эксплуатации объекта t=25 лет.

УГВ = 52, тип строения зоны аэрации слоистый, суглинисто-песчаный.

Для расчетов использованы минимальные и максимальные значения указанных параметров.

3. Эколого-гидродинамический анализ ситуации и выделение наиболее опасных зон с позиции возможного загрязнения грунтовых вод и зоны аэрации

Под эколого-гидродинамическим анализом (ЭГДА) понимается целенаправленная совокупность комплексных гидродинамических исследований с количественной оценкой ситуаций, формирующихся под воздействием природно-техногенных факторов и воздействий с последующим установлением гидродинамически уязвимых и экологически опасных зон [1]. ЭГДА проводится по комплексу специально построенных гидродинамических карт, которые характеризуют пространственно-временные типы гидродинамических структур латерального потока подземных вод, типы его гидродинамических взаимодействий с окружающей средой, распределение по площади единичных расходов и локальных потоков, относительной плотности или градиентов потоков и его скорости, суммарных солевых расходов потока.

Таким образом, по величине коэффициента фильтрации можно сделать вывод о том, что породы в районе объекта являются хорошо проницаемыми.

При водоотдаче _В = 0,15 и максимальной молекулярной влагоемкости W_м = 0,1 полная влагоемкость W_п составит примерно 0,25.

При водоотдаче _В = 0,2 и максимальной молекулярной влагоемкости W_м = 0,15 полная влагоемкость W_п составит примерно 0,35.

Таким образом, полная влагоемкость W_п в районе объекта составляет 0.25-0.35.

По карте гидроизогипс можно определить:

- направление грунтового потока;

- глубину залегания грунтовых вод:

- уклон грунтового потока;

- характер взаимосвязи грунтовых вод с поверхностными;

- условия питания и разгрузки;

- скорость движения водного потока.

По степени влагоемкости породы в исследуемом районе слабо влагоемкие согласно [8].

Грунтовый поток в районе 22 скважины направлен преимущественно с востока - северо-востока на запад. В соответствии с рис. 1 в западном направлении наблюдается понижение рельефа местности. Основной поток с севера и юга ограничен каналами А и Б, через которые осуществляется взаимодействие подземных вод с поверхностными, носящее преимущественно инфильтрационный характер. Глубина залегания грунтовых вод составляет 8 м. Уклон в западном направлении в районе скважины № 22 составляет примерно 0.5х10^-3.

Так как УГВ равен 52 м, то наблюдается инфильтрационный тип связи подземных вод с поверхностными. Он является наименее опасным с экологических позиций [1].

Схематический гидродинамический разрез позволяет выделить внутри потока неблагоприятные, опасные в экологическом плане зоны, где гидродинамические условия способствуют накоплению или рассеиванию загрязняющих компонентов, участки транзита загрязнений, возможного их попадания в поверхностные водотоки или перемещения в другой водный бассейн. Эколого-гидродинамические карты детализируют обстановку потока грунтовых вод, в котором идет перенос вещества и осуществляются его взаимодействия с вертикальным потоком, поступающим из зоны аэрации; поверхностными водотоками, с которыми грунтовый поток имеет разные гидродинамические связи; вертикальным потоком, идущим через относительно проницаемые породы, отделяющие грунтовый поток от от нижележащих напорных потоков. Относительно проницаемые породы могут быть приняты за водоупор. Выделяют 6 типов эколого-гидродинамических карт:

- карты типов гидродинамических структур;

- карты типов гидродинамических взаимодействий грунтового потока с зоной аэрации;

- карты изменений гидродинамической обстановки;

- карты относительной гидродинамической плотности потока грунтовых вод;

- карты единичных расходов и локальных потоков грунтовых вод;

- карты эколого-гидродинамического районирования потока грунтовых вод.

Тип гидродинамической структуры определяется геометрической формой линий напоров или гидроизопьез и ортогональных к ним линий, показывающих главные направления движения подземного потока или линии тока [2, 15]. Гидроизопьезы - это линии на карте, соединяющие точки с одинаковой величиной напоров подземных вод. При районировании территории потока в качестве границ используют линии токов и напоров. В зоне прямой гидравлической связи поверхностного водотока (канал) с УГВ по положению изопьез к направлению его течения выделяют участки водотока как зоны питания, транзита и дренирования. Поверхностные техногенные водотоки гидравлически и инфильтрационно связаны с грунтовым потоком.

В данном случае представлено 2 структуры: плоско-параллельная, выделенная в западной части карты, и радиальная, в центре которой находится скважина 22, определяющая местоположение строящегося водозабора.

С типами гидродинамических структур потока связано формирование особых гидродинамических условий, характеризующих движение потока и обстановку, в которой идет массоперенос вещества. Применительно к проблемам загрязнения подземных вод структурное типологическое районирование позволяет оценить условия исследуемой территории и наметить наиболее опасные, с гидродинамических позиций, зоны.

Характер и особенности гидродинамических структур четко отражаются в форме пьезометрической поверхности потока, представленной картой гидро- или пьезоизогипс. Для этого надо уметь читать карту, интерпретировать и выделять участки, на которых могут находиться зоны экологического риска, так называемые гидродинамические ловушки. Выделяют 5 типов гидродинамических ловушек: внутренняя ложбина стока (в районе скважины 22), раздельная точка, седловина, подземные водораздельные плато, хребет, полюс.

На рис. 5 отображена карта типов гидродинамических взаимодействий грунтового потока с зоной аэрации, атмосферой и поверхностными водотоками. В рассматриваемом примере величина УГВ по потоку изменяется с 58(скв 23) до 25(скв.2) на протяжении 24,5 км. При этом с севера и юга зона основного грунтового потока ограничивается каналами А и Б. Типы гидродинамических взаимодействий могут существенно изменяться во времени, особенно в природно-техногенных системах за счет разных факторов, например строительства и режима работы водозабора.

При расходе воды 5000-10000 м³/сут режим эксплуатации объекта задан равным 2000 м³/сут.

Гидродинамическое взаимодействие латерального потока с вертикальными потоками влаги, поступающими из зоны аэрации на его пьезометрическую поверхность, рассматривается как совокупный процесс вертикального инфильтрационного водообмена грунтового потока с окружающей средой, протекающий в определенной геофильтрационной обстановке в пределах зоны аэрации и потока на всей площади его распространения. Под совокупным процессом понимается ведущая тенденция вертикального инфильтрационного водообмена как результат совместного действия факторов, которая определяет интенсивность, направление и главный механизм протекания вертикального инфильтрационного водообмена. Геофильтрационная обстановка характеризуется типовым составом пород, строением и мощностью зоны аэрации, преобладающим влажностным и температурным режимами пород. Обстановка и процесс вертикального инфильтрационного водообмена существенно зависят от характера поля скоростей горизонтального потока. Гидродинамические тенденции предопределяют ход массопереноса в зоне аэрации и в потоке. Специфика протекания вертикального инфильтрационного водообмена существенно изменяется в зависимости от мощности зоны аэрации.

Карта типов гидродинамических взаимодействий латерального грунтового потока с окружающей средой строится на основе карты гидроизогипс, на которой показаны границы площадей с мощностью зоны аэрации менее 5 м, 5-10 м и более 10 м. Различают 3 типа гидродинамических взаимодействий грунтовых вод и зоны аэрации: гидравлическое, гидравлически-инфильтрационное и инфильтрационное, а также 3 типа гидродинамического взаимодействия грунтовых и поверхностных вод: прямое гидравлическое, гидравлически-инфильтрационное и инфильтрационное.

Согласно [4] в районе 22 скважины глубина залегания грунтовых вод равна 8 м. Следовательно, основным типом взаимодействий грунтовых вод и зоны аэрации в точке строительства водозабора будет гидравлически инфильтрационное взаимодействие. Зная значения скоростей фильтрации в опорных и других точках карты гидроизогипс, можно построить карту в изолиниях или зонах изменения величины скорости фильтрации на исследуемой площади. Совместив карты единичных расходов и плотности или скорости фильтрации потока с картой расположения техногенных объектов, влияющих на загрязнение подземных вод, проводят для объекта генеральную линию тока, определяющую область его воздействия на подземные воды. Обратим внимание на еще одно важное для экологических исследований обстоятельство. Согласно [1] если схематический гидродинамический разрез строится для заданного масштаба 1:100000 и площади с активным многолетним атмосферно-техногенным инфильтрационным питанием, где развит грунтовый поток мощностью 70 м, то анализом геометрической формы гидродинамической структуры потока подземных вод можно выявить примерное положение поверхности экологического равновесия. Соответственно, считаю, что эта поверхность в заданном регионе проходит через скважины 12, 22 и 28.

Одно из требований эколого-гидрогеологических исследований - это необходимость построения пространственной модели для грунтового потока с высоким инфильтрационным водообменом.

В рассматриваемой зоне развиты безнапорные воды или воды с местным напором. Питание подземных вод происходит за счет атмосферных осадков эффективного периода, оросительных вод на орошаемых землях и путем поглощения поверхностных вод.

Разгрузка осуществляется в гидрографическую сеть, родниковым стоком, путем испарения на участках неглубокого залегания подземных вод в речных долинах и эксплуатационным водоотбором [16].

4. Краткая качественная характеристика возможного эколого-гидродинамического воздействия техногенного объекта на исследуемую территорию

Строительство водозабора должно вызвать на прилегающей территории существенное изменение гидрогеологических условий и окружающей среды.

Для осуществления качественной характеристики возможного эколого-гидродинамического воздействия техногенного объекта на исследуемую территорию необходимо ответить на следующие вопросы: 1. Как и с какой скоростью вместе с объемом фильтрующейся воды будут перемещаться в пределах выделенных зон загрязнения? 2. В каких зонах загрязнения могут проникнуть в пласт, а где будут двигаться вблизи зеркала? 3. Где могут сформироваться наиболее благоприятные условия для аккумуляции загрязнений в пласт или для быстрой их транспортировки по пласту?

В районе строительства водозабора выделяют 2 защитных пояса. I пояс в радиусе не менее 50 м от объекта. Для определения границ II пояса необходимо вычислить прогноз миграции загрязнения L.

L=L_ф+0,5х(L_гр+L_D) (3),

где L - путь движения компонента загрязнения, м;

L_ф - расстояние от начальной точки движения компонента загрязнения до водозабора, м;

L_гр - длина зоны деформации границы раздела между загрязнением и подземными водами.

Для нахождения L_гр используем формулу (4), заимствованную в [13]:

L_гр = (4),

где К - коэффициент фильтрации. К = 10 м/сут;

М - мощность горизонта. М = 70 м;

ц - угол наклона пласта к горизонту;

n - активная пористость. n=0,35;

Дг - средняя плотность подземных вод и загрязнителя.

L_гр = 2156 м; L_ф = 3000 м; L_D = 2000 м; L = 5078 м

5. Экспертный качественный прогноз изменения гидродинамических условий на исследуемой территории под влиянием эксплуатации техногенного объекта

В естественных условиях режимообразующими факторами служили атмосферные осадки эффективного периода, испарение в зоне неглубокого залегания подземных вод, родниковый и речной сток.

При строительстве в районе скв. №22 водозабора режим будет нарушен.

Водоотбор вызывает уменьшение поверхностного и подземного стоков. Это особенно опасно для водосборных бассейнов малых рек. Уменьшение стоков может привести к обмелению каналов А и Б. При отборе подземных вод происходят изменения напряженного состояния и осадки в массиве водонасыщенных горных пород. Геологические последствия от деятельности подземных вод, используемых при водозаборе связаны, главным образом, с деформациями земной поверхности и регулируются технологическим режимом эксплуатации объекта [1].

Качественная оценка условий защищенности подземных вод проводится по сумме баллов, исходя из мощности зоны аэрации, мощности слабопроницаемых отложений и их литологии, на основе которой оценивают фильтрационные свойства отложений [2]. Сумма баллов рассчитывается по специальной таблице, в которой указаны выделенные исследователями градации мощности зон аэрации, мощности слабопроницаемых отложений, обобщенная литология отложений и соответствующие баллы. Отдельно рассматривается защищенность грунтовых и напорных вод. Условия защищенности напорных вод оцениваются для эксплуатируемого напорного горизонта, в который загрязняющие вещества проникают через разделяющий водоупор.

подземный вода загрязнение техногенный

6. Эколого-гидродинамический анализ прогнозной ситуации и выделение наиболее опасных зон с позиций загрязнения грунтовых вод, зоны аэрации и поверхности земли в зоне активного воздействия техногенного объекта

Экологическая оценка последствий изменения качества эколого-гидрогеологической среды выполняется по результатам прогнозного анализа [1]. Оценка эколого-гидродинамических изменений применительно к ландшафтно-климатическим условиям в первую очередь связана с оценкой развития таких явлений и процессов, как затопление и подтопление территорий, развитие подпора грунтовых вод, изменение процессов почвообразования, изменений рельефа, состава фито- и биоценозов, поверхностного и подземного стоков, соотношения латерального и вертикального водообменов.

Экологический риск возрастает, когда на данной территории осуществляется деятельность, представляющая опасность для загрязнения подземных вод. Риск оценивается расчетом меры природной защищенности от опасности и масштабом предупреждающих мероприятий.

Защитная зона - это зона, отделяющая подземные воды от поверхностного загрязнения. Она состоит из почвы и породы зоны аэрации. Вещество считается загрязняющим, если его концентрации превышают фоновые значения. В защитной зоне движение влаги и загрязняющих веществ вертикальное одномерное. В водоносных горизонтах движение потоков подземных вод и загрязняющих веществ имеет трехмерный характер. Карты защищенности в такой постановке имеет смысл строить только для грунтовых вод. Необходимо первоначально установить масштаб оценки, а затем выполнить все требования к качеству исходного материала для данного масштаба исследований. Карты должны быть просты в построении и легко читаемы. Для осуществления качественной и количественной оценки защищенности подземных вод от загрязнения наиболее целесообразно построить среднемасштабные карты (масштаба 1:100000).

Для построения карт защищенности грунтовых вод от загрязнения необходимы следующие сведения:

- рельеф местности;

- его уклоны;

- характер гидрографической сети;

- величина атмосферных осадков;

- литологическое строение защитной зоны;

- фильтрационные свойства пород, слагающих защитную зону;

- мощность защитной зоны;

- величины поверхностного и подземного стока;

- величина инфильтрационного питания;

- режим грунтовых вод;

- тип источника загрязнения;

- время воздействия загрязняющего вещества на окружающую среду;

- миграционные свойства фильтрационной среды и загрязняющих веществ;

- физико-химические процессы, сопровождающие миграцию загрязняющих веществ;

- основные параметры процесса, оказывающего наибольшее влияние на взаимодействие в системе порода - вода.

Выделение границ опасных зон базируется на принципах автономности и однородности. Защищенность грунтовых вод от любого загрязняющего вещества зависит от времени достижения фронтом загрязненных инфильтрационных вод водоносного горизонта. Строительство водозабора и его дальнейшая эксплуатация должны привести к снижению уровня подземных вод. Соответственно ожидаются снижение влияния капиллярных токов на поддержание режима влажности почвы и пород зоны аэрации, преобладание нисходящих инфильтрационных токов, снижение взвешивающего давления подземных вод, пространственная трансформация гидродинамической структуры фильтрационных потоков.

7. Обоснование схемы расположения сети наблюдательных скважин и их назначение

В настоящее время процесс построения схемы расположения сети наблюдательных скважин жестко не регламентирован. Тем не менее существуют требования информативности, репрезентативности, безопасности размещения скважин. Построение схематических гидродинамических разрезов, гидродинамических сеток и карт-срезов является первоочередным, обязательным действием, которое позволит получить объективную основу для обработки информации и обосновать структуру гидрогеохимических опробований и структуру мониторинга подземных вод, то есть число наблюдательных скважин, схему их расположения, глубину положения фильтра.

При решении задачи размещения наблюдательной сети используют метод оптимизации. Проектирование наблюдательной сети должно осуществляться в 2 этапа: проектирование идеальной наблюдательной сети на базе природно-техногенных факторов, фильтрационных и миграционных моделей и оптимизация наблюдательной сети - создание реальной сети с учетом экономических и технических ограничений.

Заключение

Предупредительными являются меры, направленные на создание условий для сохранения природного равновесия; активными - целенаправленные действия по предупреждению загрязнения окружающей среды.

Мероприятия по охране подземных вод направлены на предотвращение проникновения загрязняющих веществ в горизонты подземных вод и их дальнейшего распространения включает: осуществление технических и технологических мер многократного использования воды в технологическом цикле, утилизацию отходов, разработку эффективных методов очистки и образования отходов, предотвращение проникновения сточных вод с поверхности Земли в подземные воды, уменьшение промышленных выбросов в атмосферу и водные объекты; соблюдение требований к порядку проведения разведки месторождений подземных вод, проектированию, строительству и эксплуатации водозаборных сооружений и др.

К профилактическим мерам относятся: систематический контроль за уровнем загрязнения подземных вод и их масштабы, соблюдение зон санитарной охраны участка водозабора; оценка воздействия проектируемого объекта на подземные воды и окружающую среду и др. В целом - это создание специализированной сети скважин для контроля за состоянием подземных вод.

Список использованной литературы

1. Белоусова А.П., Гавич И.К. и др. Экологическая гидрогеология. М.: Академический пресс, 2006 - 399 с.

2. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. М.: Недра, 1988 - 349 с.

3. Кирюхин В.А., Коротков А.И. и др. Общая гидрогеология. Л.: 1988 - 437 с.

4. Климентов П.П., Богданов Г.Я. Общая гидрогеология. М.: Недра, 1977 - 359 с.

5. Ковалевский В.С. Влияние изменений гидрогеологических условий на окружающую среду. М.: Недра, 1994 - 259 с.

6. Лисенков А.Б., Фисун Н.В. и др. Техногенные процессы в подземных водах. М.: Научный мир, 2003 - 248 с.

7. Мироненко В.Л. Горнопромышленная гидрогеология. М.: Недра, 1989 - 320 с.

8. Седенко М.В. Гидрогеология и инженерная геология. М.: Недра, 1971 - 271с.

9. СП 11-102-97 ИНЖЕНЕРНО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ИЗЫСКАНИЯ ДЛЯ СТРОИТЕЛЬСТВА.

10. Справочное руководство гидрогеолога. Под ред. В.М. Максимова. Л.: Недра. 1979, т.1 - 512 с.

11. Тихомиров В.В. Общая гидрогеология. СПб., 2003 - 452 с.

12. Трофимов В.Т. и др. Теория и методология экологической геологии. М.: Недра, 1997 - 342 с.

13. Шестаков В.М. Динамика подземных вод. М.: Изд-во МГУ, 1979 - 360 с.

14. Шестаков В.М., Фиделли И.Ф. и др. Гидрогеология. М.: Недра, 1984 - 368 с.

15. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. М.: Изд-во МГУ, 1995 - 368 с.

Размещено на Allbest.ru

...