Охорона водних ресурсів

Під охороною водного басейну розуміють дотримання встановленого порядку користування водами, тобто забезпечення раціонального і керованого використання, збереження і поповнення запасів водних ресурсів при їх відновлені або покращені їх якості в інтересах існуючих або майбутніх поколінь. Охорона природних вод здійснюється шляхом виконання комплексу організаційних, інженерно-технічних (технологічні, гідротехнічні, меліоративні, лісомеліоративні, агротехнічні) заходів під постійним контролем санітарних, гідрологічних та гідрогеологічних установ стосовно їх якості та стану.

На гірничодобувних і переробних підприємствах вода у великій кількості використовується для побутових, технічних та технологічних потреб: для використання населенням, для пилепридушення та в багатьох технологічних процесах і особливо на переробних заводах, збагачувальних фабриках, при використанні гідромеханізованої розробки.

Великі об'єми води (десятки і сотні кубометрів за годину) відкачують в процесі експлуатації з шахт, рудників, кар'єрів, що приводить до суттєвого порушення природного гідродинамічного режиму підземних вод, зокрема до різкого зниження рівня ґрунтових вод, напрямку фільтрації вод на значних площах. [6]

При осушенні родовищ за допомогою свердловин, закладених з поверхні, підкачана вода здебільшого може бути використана для водозабезпечення населених пунктів та підприємств. Однак воду з гірничих виробок можна використати або направити в природні водостоки тільки після її освітлення у відстійниках, а в багатьох випадках і знезараження.

Одним з основних заходів для збереження підземних і поверхневих вод на діючих гірничодобувних та переробних підприємствах є влаштування замкнених оборотних систем водопостачання і в першу чергу на переробних заводах, при гідромеханізованому вийманні порід і корисної копалини.

В певних гірничо-геологічних і гідрогеологічних умовах може бути раціональним використання протифільтраційних завіс, які споруджують навколо кар'єра для захисту його від притоку підземних вод. Для створення таких завіс в масиві порід прокладають глибокі щілини, які заповнюють водонепроникними, а в багатьох випадках і міцними матеріалами (глина, залізобетон, бетон, а також просмолене полотно, синтетичні плівки).

Особливу увагу слід звертати на недопущення попадання у водоймища і до підземних ґрунтових вод нафтопродуктів, мастил та інших шкідливих для водного середовища рідких і перш за все, отруйних речовин та на розробку заходів щодо ліквідації такого роду аварій. Це стосується і знешкодження шахтних та кар’єрних вод, підняття рівня яких після погашення гірничих виробок призводить до підвищення півня ґрунтових вод, до їх забруднення.

Вода є одним з важливих компонентів нашої планети. Підземна вода, яка знаходиться в надрах, істотно впливає на процеси, що протікають в геологічному середовищі, на формування цього середовища. Завдяки своїй винятковій здатності до утворення складних хімічних сполук, вода стала джерелом життя на Землі. Вода є важливою складовою частиною живих організмів. Втрата 10-30% води живими організмами призводить до їх смерті.

Вода знаходиться в постійному русі. Складний процес кругообігу води в природі полягає в її випаровуванні, насиченні повітряних мас водяними парами і переносі їх потоками повітря, конденсації парів і випаданні атмосферних опадів, поверхневому і підземному стоці вод в океан.

Найбільш тривалий час водообігу має місце в льодовиках, підземних водах і Світовому океані. Відповідно цей час становить 8000, 4200 і 3000 років. Ця обставина вказує на виключну унікальність процесу самоочищення цих вод від забруднення. [3]

В глобальному плані запаси підземних вод на Землі зменшуються, що пояснюється потеплінням клімату і викликаним цим зменшенням кількості атмосферних опадів, збільшенням обсягів водоспоживання, інтенсивним водовідкачуванням вод з шахт і кар'єрів, дренажем заболочених і перезволожених територій.

В даний час споживання прісних вод для господарсько-питних потреб становить в містах 100-1000 л/добу на одну людину (в середньому 350 л/добу), в сільській місцевості - від 50 до 100 л/добу. Нераціональне і хижацьке використання водних ресурсів і особливо найбільш дефіцитної її частини – підземних вод, може швидко призвести до найнебажаніших наслідків. Вже зараз майже третина населення планети відчуває нестачу питної води або споживає недостатньо чисту воду. За даними Всесвітньої організації охорони здоров'я, із-за споживання води, яка не відповідає санітарним нормам, майже 500 млн. людей щорічно хворіють, з них приблизно 10 млн. дітей вмирає. [7]

До промислових вод належать підземні води, до складу яких входять цінні хімічні елементи або їх сполуки, вилучення і переробка яких є доцільною.

Важливе значення мають й інші хімічні елементи – барій, стронцій, кадмій, цезій, миш'як, які часто містяться у промислових концентраціях у підземних водах.

Ресурси підземних промислових вод у світі дуже великі. Разом з тим, велика глибина їх залягання, складність технології та інші чинники часто роблять вилучення корисних компонентів з них неконкурентноспроможними порівняно з отриманням їх із руд. Вплив господарської діяльності людини на геологічне середовище проявляється в найрізноманітних формах і, в основному, при розвідці та вилученні з надр корисних копалин (в тому числі і підземних вод), проведенні великих земляних осушувальних і зрошувальних робіт, гідротехнічному будівництві, перерозподілу поверхневого стоку, меліорації, підземному похованні промислових відходів, штучному відновленні запасів підземних вод, створенні підземних сховищ нафти, газу тощо. Підземні води є найбільш чутливим компонентом геологічного середовища і тому швидко реагують на ці впливи. Проникнення в геологічне середовище практично завжди зумовлює міграцію підземних вод, зміну їх складу, гідродинамічних параметрів. Залежно від масштабів проникнення можуть бути порушені природні площова і вертикальна гідрохімічна зональності, змінені гравітаційне, термічне, електричне, магнітне та інші фізичні поля Землі.

В свою чергу істотно впливають на геологічне середовище експлуатація підземних вод та інтенсивний водовідлив при веденні гірничоексплуатаційних робіт. Зміни, що відбуваються в геологічному середовищі, тим суттєвіші, чим інтенсивніше і триваліше здійснюється водовідбір. В цих умовах формуються потужні регіональні і локальні депресійні воронки, в яких осушуються гірські породи. Площа розвитку воронок може досягати декількох десятків тисяч квадратних кілометрів, а потужність осушених порід – 200 і більше метрів.

Мають місце процеси осушення, які охоплюють поверхню Землі, внаслідок чого дренуються джерела, осушуються заболочені території, гине рослинність. При експлуатації напірних водоносних горизонтів і комплексів часто спостерігається осідання і деформації поверхні, які супроводжуються руйнуваннями споруд і підземних комунікацій, вторинною консолідацією осушених рихлих порід і депресійним ущільненням піщано-глинистих порід. Зв'язок осідання, деформації поверхні і споруд з експлуатацією родовищ підземних вод (подібні явища відбуваються і на родовищах нафти) підтверджується зниженням швидкості осідання і подальших деформацій відповідно зі зменшенням, стабілізацією і тим більше з припиненням водовідбору. Особливо інтенсивно піднімається поверхня при закачуванні у водоносні горизонти води або стиснутого повітря. Таким чином, регулюванням інтенсивності водовідбору і підтриманням пластового тиску можна попередити осідання поверхні, а закачуванням води чи повітря у водоносний горизонт можна навіть в значній мірі відновити гіпсометричне положення земної поверхні. Таке відновлення можна здійснити тільки за умови, коли пружні деформації порід на ділянці осідання не перейшли в пластичні. [3]

Пагубні наслідки пониження поверхні землі найбільш впливово проявляються в прибережних районах, де затоплюються понижені ділянки, підтоплюються населені пункти, в тому числі й великі міста. Все це потребує вирішення складних інженерних задач та здійснення проектів великої вартості.

В світовій практиці є чимало випадків, коли внаслідок вторинної консолідації і депресійного ущільнення осушених порід осідання поверхні супроводжувалось місцевими землетрусами і розривними деформаціями з утворенням великих наскрізних тріщин.

В процесі експлуатації родовищ напірних підземних вод спостерігається перетікання води з суміжних водоносних горизонтів у горизонти, що експлуатуються. Велику увагу потрібно приділяти вивченню вод дренованих горизонтів, якщо вони поганої якості, оскільки внаслідок перетікання і потрапляння у водоносний горизонт, який експлуатується, змішана вода може не мати відповідних кондицій і не відповідати вимогам стандартів. Перетікання води із сусідніх водоносних горизонтів, збільшуючи запаси підземних вод в цільовому горизонті, також сприяє зменшенню темпів зниження динамічного рівня і тим самим віддаляє термін розвитку депресійної вирви до поверхні і деформацію останньої.

Основними заходами попередження і припинення подальшого зниження рівня підземних вод і опускання земної поверхні є їх прогнозування при проектуванні водозаборів, скорочення водовідбору на діючих водозаборах, штучне поповнення експлуатаційних запасів підземних вод для їх збільшення і підтримання пластового тиску. Підтримання тиску можна досягти також закачуванням повітря під тиском у водонасичені горизонти.

Необхідно глибше вивчати режим підземних вод. Це дасть можливість створювати моделі керування і оптимізації використання ресурсів підземних вод, прогнозів впливу господарської діяльності на якість і кількість підземних вод, правильних оцінок наслідків, що зумовлюються змінами гідрогеологічних умов.

Господарська діяльність людини на поверхні і в надрах Землі, яка зростає з кожним роком, створює загрозу забруднення і виснаження запасів підземних вод. У зв'язку з цим виникла нагальна необхідність в розробці ефективних методів і заходів попередження або обмеження цих вкрай негативних явищ.

Під забрудненням розуміють зміни природних фізичних, хімічних, біологічних та інших властивостей підземних вод, обумовлених порушенням природного середовища надр, внаслідок чого води повністю або частково стають непридатними для використання за заданим призначенням. На першому етапі забруднення вміст шкідливих речовин у воді помітно зростає і, не дивлячись, що він ще залишається нижче гранично допустимих концентрацій (ГДК), це є сигналом про необхідність термінового вживання заходів.

На другому етапі їх концентрація, перевищивши ГДК, робить воду непридатною для споживання. В цьому випадку потрібно припинити експлуатацію каптажів до здійснення заходів очищення, або використовувати воду для інших цілей.

Під виснаженням запасів підземних вод розуміють відпрацювання динамічних рівнів нижче гранично допустимої величини, встановленої при підрахунку експлуатаційних запасів. Там, де гранично допустиме пониження не встановлювалось, під виснаженням розуміють стійке зниження динамічних рівнів при експлуатації, яке загрожує повним осушенням водоносного горизонту. Обидва випадки свідчать про значне перевищення водовідбору над поповненням експлуатаційних запасів.

Забруднення підземних вод і виснаження їх запасів вкрай негативно характеризують умови експлуатації водозаборів, але забруднення є небезпечнішим. Забруднення підземних вод здебільшого відбувається в процесі природного кругообігу води внаслідок забруднення атмосфе-ри, поверхні Землі і поверхневих вод. В значній кількості випадків шкідливі речовини надходять безпосередньо в підземні води через гірничі виробки і свердловини, місця витоків із систем промислової каналізації і продуктопроводів, нафтогазосховищ та інших об'єктів.

Залежно від джерел забруднення може мати регіональний або локальний характер.

Регіональне забруднення підземних вод здебільшого відбувається в гірничодобувних басейнах і районах (Донецький, Криворізький, Львівсько-Волинський і тощо), великих індустріальних містах, на земельних масивах, де широко застосовуються хімічні добрива і засоби боротьби з сільськогосподарськими шкідниками, під великими водоймами з забрудненою водою. При цьому площа водоносних горизонтів з непридатною водою вимірюється сотнями і навіть тисячами квадратних кілометрів.

Локальні забруднення виникають при обмежених або в розмірі, або в часі джерелах забруднення, таких як аварійні короткочасні викиди забруднювальних речовин, сховища відходів шкідливих виробництв, погано обладнані склади хімічних матеріалів, тваринницькі ферми тощо. В цих випадках шкідливі речовини, що потрапили в підземні води, поширюються на обмеженій площі, яка вимірюється долями і одиницями квадратних кілометрів.

Інтенсивність надходження забруднювальних речовин у водоносні горизонти залежить від ступеня його захищеності. Більш глибоко залягаючі та ізольовані слабопроникними породами напірні води рідше підлягають забрудненню, ніж вкрай погано або взагалі незахищені горизонти ґрунтових вод. Скельні породи днищ кар'єрів характеризуються -значною тріщинуватістю і тому мають високу водопроникність, яка сприяє інтенсивному проникненню забруднювальних речовин у водоносні горизонти. Воднораз необхідно відзначити, якщо названі джерела забруднення забруднюють в основному перший від поверхні водоносний горизонт, то свердловини і підземні гірничі виробки можуть стати причиною надходження шкідливих речовин і в глибоко залеглі горизонти підземних вод. Досить часто забруднюються якісні питні і лікувальні мінеральні води внаслідок потрапляння води з одного горизонту в інший, що відбувається внаслідок низької якості ізоляції водоносних горизонтів в стволах свердловин, аварій в них, а також поганої їх консервації або ліквідації. Особливо небезпечним є протікання високомінералізованих вод і нафти по стволах свердловин на родовищах нафти і природного газу, де нафто- і водоносні пласти характеризуються високими напорами.

У зв'язку з розвитком великої депресійної воронки над гірничоексплуатаційними підземними виробками також утворюється зона аерації, особливо потужна в центральній частині шахтного поля, де розміщені шахтні стволи. [11]

Оскільки проведення гірничих робіт супроводжується зсуванням гірничого масиву і осіданням поверхні, провалами над її очисними виробками потужних пластів, надходженням у воду забруднювальних речовин відбувається тут інтенсивніше.

Охорона підземних вод від забруднення і виснаження запасів є великою і складною проблемою, яка нерозривно пов'язана з охороною всього природного середовища, оскільки забруднення відбувається через поверхню - атмосферу, атмосферні опади і ґрунти, поверхневі води. До того ж перелік і обсяги шкідливих речовин, що потрапляють в підземні води, весь час збільшуються. Основною метою заходів охорони є запобігання можливому забрудненню і виснаженню запасів підземних вод та ліквідації їх наслідків.

Боротьба з прониклим в підземні води забрудненням є вкрай складною як в технічному, так і в економічному відношенні. Перш, ніж розпочати роботи, пов'язані з очищенням водоносного горизонту, необхідно локалізувати, обмежити подальше поширення забруднення. Це досягається за допомогою спорудження різних перехоплювальних або перегороджувальних пристроїв таких як протифільтраційні і гідравлічні завіси, стінки-бардажі тощо.

Боротьба з забрудненням може бути пасивною і активною.

При пасивній боротьбі з забрудненням, коли припиняється експлуатація водозабору і очищення води здійснюється природним шляхом, досягнення успіху визначається швидкістю водообміну, а при біогенному забрудненні - часом виживання патогенних організмів.

Активна боротьба із забрудненням потребує вирішення складних інженерних задач і проведення заходів високої вартості. При малих його масштабах можна досягти успіху шляхом інтенсивного відкачування неякісних вод з каптажів, які опинились в центрі осередку, а також за допомогою спеціальних дренажних виробок. В потужних водоносних горизонтах при гравітаційній диференціації брудної рідини і води внаслідок їхньої різної густини розміщення дренажних виробок (в основному свердловин) інколи вибирають ярусним. При цьому на водозаборі мають бути визначені свердловини, які знаходяться поза впливом осередку забруднення, і встановлений такий режим водовідбору з них, при якому б не залучались зіпсовані води. Одночасно передбачається контроль за якістю вод, що відбираються з покладу.

Найсприятливішими слід вважати заходи для охорони підземних вод, які направлені на запобігання забруднень, основними з яких є такі:

- розміщення об'єктів можливого забруднення з урахуванням надійної природної захищеності водоносного горизонту;

- використання замкнених систем виробничого водозабезпечен-ня і каналізації;

- створення "сухих", безстічних або з обмеженим стоком і твердими відходами виробництва технологій;

- утилізація відходів виробництва;

- створення і впровадження економних методів очищення стічних вод для їх використання або безпечного скидання в поверхневі водоймища і водотоки;

- ліквідація або очищення газодимових викидів;

- обмеження використання стійких ядохімікатів і добрив у сільському господарстві, а також синтетичних поверхнево-активних речовин;

- надійне поховання особливо токсичних відходів виробництва, ліквідація яких економічно не виправдана;

створення зон, які обмежують господарську діяльність в районах поширення цінних підземних вод, які не мають надійного природного захисту;

-суворе дотримання технологій буріння і обладнання розвідувальних і експлуатаційних гідрогеологічних свердловин;

-дотримання рекомендованого режиму експлуатації водозборів.

Поряд з наведеними загальними заходами профілактики проникнення забруднень в підземні води вживаються і спеціальні заходи, в тому числі будівництво різних інженерних споруд. При використанні їх завжди потрібно враховувати ступінь природної захищеності підземних вод. В першу чергу така оцінка має здійснюватись стосовно хімічного і радіоактивного забруднення, які є найбільш небезпечними.

Захист водоносних горизонтів, яким загрожує забруднення від аварійних витоків, фільтрації промстоків, технологічних та інших токсичних рідин, в більшості випадків зводиться до створення гідроізоляції. Основним конструктивним елементом її є водонепроникний екран з глинобетону, бітумних покрить, поліетиленової плівки та іншого нефільтруючого матеріалу. В ряді випадків споруджується пластовий дренаж з піску, гравію, щебеню, каменю та інших матеріалів. Дренаж також влаштовується уздовж водотранспортних комунікацій (пульпо- і трубопроводів).

Для вирішення завдань, пов'язаних з охороною підземних вод, завжди приходиться виконувати такі роботи:

- виявляти і вивчати площі можливого їх забруднення, шляхи надходження забруднювальних речовин;

- вивчати захищеність підземних вод;

- вивчати літологічний склад, будову і параметри водоносних горизонтів, їх граничні умови для обґрунтування розрахункових схем і прогнозу міграції забруднень;

- встановлювати зміни стану підземних вод в часі;

- вивчати і оцінювати масштаби забруднення, прогнозувати зміни якості води і проектувати захисні заходи.

Запобігання і ліквідація виснаження запасів підземних вод на діючих водозаборах здебільшого полягають в обмеженні кількості води, що відбирається, та відновленні динамічного рівня водоносного горизонту, який експлуатується, до його відповідності допустимому пониженню, що відповідає фактичним гідрогеологічним умовам. Досить широко застосовується також поповнення запасів підземних вод шляхом закачування в підземні горизонти води з інших джерел, яка за якістю відповідає тій воді, що вилучається з водозабору. [6]