Влияние строительства на режим подземных вод

Режим подземных вод - закономерное изменение во времени уровня, температуры, химического и газового составов подземных вод под влиянием естественных и искусственных факторов.

Существо искусственных факторов формирования состава подземных вод заключается в производственной деятельности человека. Приведём далеко не полный перечень искусственных факторов. Это нарушение естественного режима подземных вод, вызванное разработкой полезных ископаемых, гидротехническим строительством, мелиорацией, эксплуатацией водоносных горизонтов для целей водоснабжения, а также сброс в недра загрязнённых стоков, попадание в водоносные горизонты продуктов атомных взрывов и распыляемых ядохимикатов. В качестве примеров рассмотрим действие некоторых искусственных факторов несколько подробнее.

Из недр Земли ежегодно извлекается масса химических соединений (NaCl, СаSO₄, CaCO₃, металлы, нефть и т.д.). Помимо нарушения естественного баланса в системе порода – вода это ведёт к проникновению в недра большого количества воздушного кислорода, т.е. к процессам окисления, что вызывает неизбежный переход дополнительных веществ в подземные воды. Глубина окисляющего воздействия порой достигает нескольких километров (например, на нефтегазовых промыслах, где для поддержания давления при добыче углеводородов в глубокие горизонты закачиваются целые реки воды).

Гидротехническое строительство вызывает перераспределения подземного стока и изменение геохимического режима подземных вод. При создании водохранилища Братской ГЭС в прибрежным карбонатных массивах произошло опреснение подземных вод, что резко усилило процессы карстообразования.

На территории Беларуси при проведении мелиоративных работ на ряде участков отмечено нежелательное засоление подземных вод. Существенной экологической проблемой для территории нашей республики является загрязнение неглубокозалегающих подземных вод нитратами, что связано с невысокой культурой использования удобрений и содержания скота. Значительное загрязнение подземных вод происходит под действием солеотвалов Солигорского калийного комбината, отвалов фосфогипса Гомельского химического завода. В последнем случае воды загрязняются серой, фосфором, фтором.

Промышленное и гражданское строительство по разному влияет на подземные воды, приводя к изменению их качества, условий питания и разгрузки. В одних случаях техногенная дея­тельность приводит к усилению питания подземных вод, обус­ловленному утечками из водонесущих коммуникаций и различ­ных фильтрационных накопителей отходов, инфильтрацией сточ­ных и поливных вод, конденсацией влаги под сооружениями и асфальтом, созданием прудов и водохранилищ, строительством инженерных сооружений, вызывающих подпор подземных вод (набережные, ппубокозалегающие фундаменты и др.). Усиление питания (особенно за счет утечек промышленных сточных вод) может вызвать существенные негативные изменения качества подземных вод. В других случаях строительство и эксплуатация вызывают усиление разгрузки подземных вод (эксплуатация под­земных вод, водоотлив из строительных котлованов, линий мет­рополитенов, отбор воды различными дренажными сооружени­ями), либо уменьшение их питания (асфальтирование террито­рии, вывоз снега и т. д.).

Увеличение питания подземных вод, т. е. формирование ис­кусственных ресурсов подземных вод и создание искусственных емкостных запасов, сопровождается подъемом уровня грунто­вых вод, приводящим к подтоплению территории. Так на терри­тории Горьковской агломерации за 20 лет сформировался но­вый антропогенный водоносный горизонт, площадь которого за 15 лет наблюдений увеличилась в 4 раза, а подъем уровня составил 10 м. Инфильтрационные потери из водохранилищ, многочисленных прудов, утечки из водонесущих коммуникаций и полив зеленых насаждений в Москве привели к общему уве­личению питания подземных вод более чем в 3 раза по сравне­нию с неосвоенными территориями (Боревский и др., 1989).

Подземное пространство современного города буквально насыщено различными водонесущими коммуникациями и все они протекают. Эти утечки составляют огромное количество воды, которое путем инфильтрации поступает в подземные воды. Так, в США потери из сети водоснабжения для старых систем составляют до 30%, а для новых - 7-10%; в России из старых систем - до 35-40%, а в Финляндии в среднем 18%, но в отдель­ных случаях достигают 34%.

Необходимо отметить, что трубопровод не может не иметь утечек (хотя технически это возможно), иначе он по своей сто­имости будет "золотым". Обычно неизбежные минимальные утечки воды на 1 поп км сети составляют 2,3-7,0 м3/сут. Это за­висит от материала, диаметра, конструкции стыков, величины напора и возраста трубопровода. Однако фактические потери значительно выше. Так удельные (на 1 пог. км сети) утечки в системе водоснабжения Парижа составляют 51,4 м3/сут, а в То­кио - 57,2 м3/сут.

Концентрированными источниками утечек являются как пра­вило, производства с так называемым "мокрым" технологиче­ским процессом - химические и нефтехимические предприятия, ТЭЦ, очистные сооружения, насосные станции водооборотно - го цикла, различные резервуары и водоемы.

Инфильтруясь, утечки подпитывают подземные воды, вызы­вая значительные подъемы их уровня в виде отдельных бугров - до 10-15 м. Такие образования носят случайный характер и весь­ма трудно прогнозируемы. При этом под источниками утечек образуются техногенные верховодки и дискретные куполовид­ные поднятия, которые впоследствии могут сливаться и образо­вывать техногенные водоносные горизонты. Все это вызывает формирование широко развитого в городах весьма опасного процесса подтопления застроенных территорий. Уровень под­земных вод достигает критического положения, при котором происходит затопление подземных помещений, трасс водонесу­щих коммуникаций, фундаментов и пр. Нарушаются необходи­мые условия эксплуатации отдельных сооружений и целых тер­риторий.

Кроме утечек из водонесущих коммуникаций другими суще­ственными факторами подтопления, а следовательно и допол­нительного питания подземных вод, являются те, которые ведут к сокращению расходных статей водного баланса территории. Это, прежде всего, резкое снижение естественной дренирован­ное™ застроенных территорий. Так, например, в Москве в про­цессе урбанизации территории за истекшие восемь с полови­ной веков исчезло более 100 мелких рек и ручьев, около 700 мелких озер, болот и прудов, а в долинах таких рек как Ходынка, Неглинка, Пресня практически засыпана ранее существовавшая овражно-балочная сеть. Следует также отметить, что при заст­ройке как правило, резко нарушаются условия поверхностного стока, а дождевая канализация часто оказывается недостаточ­ной. Процессом подтопления уже поражено более 40% всей тер­ритории Москвы.

Важным фактором, ведущим к пополнению запасов под­земных вод в городах, является закрытие поверхности земли различными покрытиями - экранами, асфальтом, гражданс­кими и промышленными сооружениями. Все это приводит к резкому сокращению испарения. Устройство непроницаемых набережных, создание свайных полей (при забивке свай проис­ходит существенное уплотнение связных грунтов), заглубление конструкций значительной протяженности ведет к барражиро­ванию потоков подземных вод и заметному снижению их раз­грузки.

В общем виде процесс подтопления можно определить, как подъем уровня подземных вод к поверхности земли и/или по­вышение влажности грунтов оснований до и выше их крити­ческих значений, определяемых конкретным видом застройки. Это вызывается действием главным образом техногенных и при­родных факторов, которые приводят к нарушению необходимых условий строительства и эксплуатации различных объектов и застроенной территории в целом, к ухудшению экологической обстановки и наносят заметный экономический ущерб.

Подтопление в городе может иметь не только региональный и локальный, а часто и объектный (точечный) характер. Причем во всех случаях на участках развития подтопления происхо­дят коренные изменения режима подземных вод, а сам процесс движения подземных вод является существенно неустановив­шимся.

К региональным источникам в масштабе города могут быть отнесены крупные промышленные комплексы, массивы ороше­ния, водохранилища. Так, например, существенное влияние на развитие подтопления оказал подпор подземных вод вследствие заполнения в тридцатые годы Химкинского водохранилища в г. Москве на высоту 20 м. В результате оказались подтоплены ряд районов города, расположенные в долине р. Москвы. При этом водоносный горизонт, заключенный во флювиогляциаль - ных песках под мореной из безнапорного превратился в напор­ный, что создало угрозу прорывов подземных вод в котлованы и заглубленные помещения.

Другим примером формирования регионального подтопле­ния могут служить свайные поля, создаваемые при массовой застройке целых микрорайонов. В зоне свайного поля грунт на­столько уплотняется, что его фильтрационная способность снижается почти что на порядок. Поэтому в потоке грунтовых вод создается значительный подпор вследствие барражного эф­фекта свайного поля и вверх по потоку возникает обширная об­ласть подтопления. Барраж подземного потока может создаваться и заглубленными частями зданий, вызывая при этом подтопле­ние отдельных участков.

Причиной регионального подтопления может быть также относительно продолжительные остановки водозаборов подзем­ных вод или крупных дренажных систем, что вызывает подъем подземных вод. Так, например, в период второй мировой войны вследствие военных действий на территории г. Харькова пре­кратил свою работу городской водозабор подземных вод. Это вызвало подъем уровня подземных вод более, чем на Юм, что привело к подтоплению ряда районов города.

Если региональный тип подтопления во многих случаях мо­жет быть учтен при проведении инженерных изысканий, проек­тировании и последующей эксплуатации застроенной террито­рии, то локальный (объектный) тип подтопления практически непредсказуем. Он связан, главным образом, с ошибками при строительстве и неудовлетворительной эксплуатацией здания, внешних водонесущих коммуникаций и нарушением условий дренирования поверхностного стока на прилегающем участке территории. Локальный тип подтопления имеет в городах весь­ма широкое, хотя и дискретное распространение.

Локальный тип подтопления формируется уже при длитель­ном простаивании вскрытых котлованов и наполнении их ат­мосферными осадками. Затем, после строительства фундамен­та при засыпке котлована происходит образование верховодок. В итоге наступает затопление заглубленных помещений, а часто и капиллярное замачивание стен первого этажа.

Процесс подтопления является многофакторным, формиру­ющимся под действием как техногенных, так и естественных факторов. К последним относятся прежде всего естественные сезонные колебания уровней грунтовых вод.

Процессам подтопления наиболее интенсивно подвергают­ся территории, сложенные слабопроницаемыми и неоднород­ными породами и характеризующиеся слабой дренированно - стью.

Для урбанизированных территорий характерно также теп­ловое загрязнение подземных вод, вызываемое прогревом при­поверхностных слоев земли в районах расположения горячих производств и инфильтрацией горячих утечек (с температурой до 60-70°С). В областях с повышенной температурой интенси­фицируется рост гидробионтов, бактерий, усиливается погло­щение ими кислорода. При этом следует учесть, что в городах поверхностные отложения, кроме того, весьма насыщены за­грязняющими подземные воды компонентами (например, ток­сичными микрокомпонентами мышьяка, свинца, стронция, кобальта, ртути, кадмия, меди различными радионуклидами). Поэтому даже инфильтрация утечек очищенных вод из сетей пи­тьевого водоснабжения часто приводит к ухудшению качества подземных вод.

В городах при техногенном подъеме уровня подземных вод и проявлении вызванных этим опасных инженерно-геологиче­ских и гидрогеологических процессов возникает напряженная экологическая ситуация и может произойти:

- затопление заглубленных помещений, в том числе подва­лов и станций метро, в результате которого здесь появляется сырость и грибковые образования на стенах; создается благо­приятная среда для развития комаров и заболевания людей; рез­ко осложняются условия содержания и ремонта систем водо-, электро - и газоснабжения, ускоряется их износ;

- обводнение грунтов оснований, недопустимое снижение их прочностных и деформационных свойств, активизация опас­ных геологических процессов (карст, оползни, провалы, суффо­зия и пр.), что в свою очередь ведет к опасным, часто аварий­ным деформациям зданий, дорог, инженерных сетей;

- повышение на 1-2 балла сейсмичности застроенной территории, что приводит к заметному снижению сейсмоус - тойчивости существующих сооружений и к необходимости про­ведения дополнительных и дорогостоящих антисейсмических мероприятий;

- повышение агрессивности грунтовых вод и коррозионной активности грунтов по отношению к металлу и бетону заглуб­ленных сооружений и коммуникаций;

- недопустимое увлажнение и засоление территорий город­ских парков, скверов, газонов, ведущее к угнетению зеленых насаждений и удорожанию их содержания, а нередко и к забо­лачиванию территорий загрязненными канализационными сто­ками;

- затопление траншей инженерных коммуникаций, что про­воцирует многочисленные аварии и наносит ущерб окружаю­щей среде.

На территориях, где подземные воды загрязнены нефтепро­дуктами, подъем жидких и газообразных нефтяных углеводо­родов к поверхности земли создает взрыво - и пожароопасную обстановку и ухудшает санитарные условия территории.

На урбанизирован­ных территориях заметно снижается естественная защищенность подземных вод. Это, в первую очередь, связано с освоением подземного пространства в городах, так как здесь часто проре­заются слабо проницаемые слои, что способствует проникнове­нию загрязненных городских вод в эксплуатируемый водонос­ный горизонт.

Date: 2015-09-05; view: 5658; Нарушение авторских прав