Самоочищение подземных вод

Кроме ведущего процесса — фильтрации, определяющего продвиже­ние загрязняющих веществ в подземные воды, в породах проявляются про­цессы их сорбции, диффузии в слабопроницаемые отложения, деструкции органических загрязнителей и некоторые другие, которые ведут к сниже­нию их концентрации, обусловливая тем самым как бы самоочищение подземных вод.

Под самоочищением природных вод понимают всю совокупность при­родных процессов в загрязненных водах, направленных на восстановление их первоначального состава и свойств. В подземных водах к их самоочище­нию приводят химическое и биохимическое окисление в водной массе и во-довмещающих породах, процессы сорбции и ионного обмена, которые как бы локализуют очаги загрязнения.

Для количественной оценки процесса самоочищения в подземных водах используют уравнение:

К= l//ln(C₀/C_t),

где К — суммарная константа скорости самоочищения, 1/сут.; / — время очищения, сут.; C₀,C_t— начальная и конечная концентрация загрязняющего вещества.

При наличии сети наблюдательных скважин и статистически обеспе­ченных результатов гидрохимического анализа оценку интенсивности про­цессов самоочищения проводят балансовым методом с использованием уравнения

dm/dt — А — km,

где т — общая масса загрязняющего вещества в зоне загрязнения, кг; А — скорость поступления загрязняющего вещества, кг/сут., (оценивается расчет­ным методом или по данным предприятия — источника загрязнения); к — суммарный коэффициент скорости самоочищения, сут."¹.

Расчет коэффициентов самоочищения для ряда веществ-трассеров раз­личных источников загрязнения подземных вод дает величину в пределах 0,00020—0,00045 1/сут. Таким образом, интенсивность процесса самоочище­ния в подземных водах на три порядка ниже, чем в поверхностных.

Особенно важны контроль и изучение кинетики самоочищения подзем­ных вод в районах городских свалок и полигонов складирования отходов.

Раздел 3. Водная среда города 153

3.14.4. Моделирование гидрогеологических процессов

Прогнозирование изменения гидродинамического и гидрохимического
режима территории может осуществляться разными методами, с использова­
нием разных моделей. Л, ' •_

Для приближенных оценок или при отсутствии данных, необходимых для использования более точных методов прогноза, прибегают к методу аналогий. Метод аналогий основан на переносе на прогнозируемый объект результатов анализа гидрогеологических данных, получаемых на территории с близкими гидрогеологическими условиями и характером техногенного воздействия.

Методы физического моделирования используют в случаях, когда отсут­
ствуют математические модели (например, фильтрация сопровождается суф­
фозией и т.п.) или недостаточны гидрогеологические данные для использо­
вания математического аппарата. Физическое моделирование может быть
лабораторным и проводиться на моделях, сохраняющих природу явлений (на­
пример, трубка Дарси), либо натурным. Натурное моделирование заключает­
ся в проведении экспериментов на специально оборудованных скважинах в
производственных условиях. *■■ ^; •;.:.•'•

Группа методов математического моделирования предполагает замену физической сущности гидродинамического процесса его математическим описанием. Здесь могут быть выделены несколько направлений. Метод гид­равлических аналогий предусматривает замену природной области фильтра­ции гидравлической моделью и основан на математическом выражении зако­на Дарси. Метод электрогидродинамических аналогий (ЭГДА) основан на ма­тематической аналогии процесса движения жидкости в пористой среде и тока в проводнике. Близкие математические выражения закона Дарси и закона Ома позволяют проводить аналогии между напором и потенциалом тока, фильтрационным и электрическим сопротивлением, расходом воды и силой тока. С учетом рассчитанных масштабных коэффициентов набирают по трем координатам электрическую модель фильтрационной среды с заданными гра­ницами фильтрационного поля. Моделирование проводят на сеточных моде­лях либо на сплошной среде, которой служит электропроводная бумага. Ос­новными недостатками методов ЭГДА являются необходимость построения новой модели для каждого конкретного объекта и внесение дополнительных погрешностей в результаты за счет побочных эффектов модели (неоднород­ность электропроводной бумаги, шаг сетки и т.п.).

Метод численного моделирования с использованием ЭВМ основан на ре­шении основного гидрогеологического уравнения баланса вод, которое пре­образуется для определенных гидрогеологических условий. Так, для устано­вившегося гидрогеологического режима водоносного пласта выражение ба­ланса будет иметь вид:

dx \ dx) dy\dy) '

где Н— напор, м; W — объем инфильтрации, м³/сут.; Т — водопроводность пласта, м²/сут.; х и у — пространственные координаты, м....

154 Экология города

Т= К-т, где К— коэффициент фильтрации, м/сут.; т — мощность слоя, м. При у — const уравнение приобретает вид:

dx)

что позволяет решать линейные задачи, связанные с фильтрацией, по гидро­геологическому профилю.

Принципиально большие возможности методов моделирования на ЭВМ трудно реализуемы в большинстве случаев из-за недостаточной гидрогеоло­гической информации и неуниверсальности модели, которая может подхо­дить лишь для конкретного объекта.

Наиболее эффективно используется компьютерное моделирование для построения постоянно действующих гидрогеологических моделей крупных территориальных комплексов. Так, например, разработана гидрогеологичес­кая модель Бердянска, отражающая взаимосвязь поверхностных и подземных вод, в том числе интрузию морских вод в подземные. Аналогичные модели разработаны для Днепровско-Донецкого артезианского бассейна, горноруд­ных районов, крупных городских водозаборов и хозяйственных объектов.

Контрольные вопросы

1. Виды водных объектов в городской черте и их использование.

2. Показатели и нормативы качества воды.

3. Источники загрязнения водных объектов.

4. Городские системы водоотведения.

5. Принцип работы и состав городских очистных сооружений.

6. Виды очистных сооружений для небольших населенных пунктов.

7. Основные методы физико-химической очистки производственных сточных вод.

8. Требования к производственным сточным водам, сбрасываемым в городскую систему
водоотведения.

9. Требования к сточным водам, сбрасываемым в водные объекты.

10. Формирование, отведение и очистка поверхностного стока с городской территории.

11. Механизм самоочищения поверхностных вод.

12. Процессы эвтрофирования поверхностных водных объектов.

13. Методы и средства охраны водных объектов от загрязнения и истощения.

14. Методы и средства интенсификации внутриводоемных процессов.

15. Основные типы математических моделей качества воды.

16. Причины истощения подземных вод урбанизированных территорий.

17. Методы и средства охраны подземных вод от загрязнения и истощения.

18. Характеристика зон санитарной охраны поверхностных и подземных источников
питьевого водоснабжения.

19. Моделирование процессов формирования подземных вод.

Раздел 3. Водная среда города 155

Рекомендуемая литература

Алимов А.Ф. Введение в продукционную гидробиологию. — Л.: Гидрометеоиздат, 1989. - 154 с.

Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. — К.: Вища шк., 1989. — 407 с.

Бочевер Ф.М., Орадовская А.Е. Гидрогеологическое обоснование защиты подземных вод и водозаборов от загрязнения. — М.: Недра, 1972. — 129 с.

Гидрогеологические основы охраны подземных вод. Отв. ред. Гольдберг В.М. — М.,

1984. Т.1. -219 с.

Дикаревский B.C., Курганов A.M., Нечаев А.П., Алексеев М.И. Отведение и очистка поверхностных сточных вод. — Л.: Стройиздат, 1980. — 224 с.

Йоргенсен СЕ. Управление озерными системами: Пер. с англ. — М.: Агропромиздат,

1985. - 160 с.

Караушев А.В. Методические основы оценки и регламентирования антропогенного влияния на качество поверхностных вод. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. — 175 с.

Лапшов Н.Н. Расчеты выпусков сточных вод. — М.: Стройиздат, 1977. — 87 с.

Методика екологічної оцінки якості поверхневих вод за відповідними категоріями. — К.: Держмінекобезпеки України, 1998. — 28 с

Пааль Л.Л. Инженерные методы расчета формирования качества воды. 4.1,2. — Тал­линн: ТПИ, 1976. - 146 с.

Рациональное использование водных ресурсов: Учебн. для вузов/Яковлев СВ., Про­зоров И.В. и др. — М.: Высш. шк., 1991. — 400 с.

Родзиллер И.Д. Прогноз качества воды водоемов-приемников сточных вод. — М.: Стройиздат, 1984. — 236 с.

Романенко В.Д., Оксиюк О.П., Жукинский В.Н., Стольберг Ф.В., Лаврик В.И. Экологи­ческая оценка воздействия гидротехнического строительства на водные объекты. — К.: Наук, думка, 1990. — 256 с.

Справочник по водным ресурсам/Под ред. Б.И.Стрельца. — К.: Урожай, 1987. — 304 с. Справочник по гидравлике/Под ред. В.А.Большакова. — К.: Вища шк., 1984. — 343 с.

Справочник по охране водных ресурсов/В.А.Львов, В.Н.Ладыженский и др. — К.: Урожай, 1983. — 176 с.

Хендерсон-Селлерс Б. Инженерная лимнология: Пер. с англ. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. - 335 с.

Экологическая геология Украины: Справ. пособие/Шнюков Е.Ф., Шестопалов В.М., Яковлев Е.А. и др. — К.: Наук, думка, 1993. — 407 с.