Полезное:
Как сделать разговор полезным и приятным
Как сделать объемную звезду своими руками
Как сделать то, что делать не хочется?
Как сделать погремушку
Как сделать так чтобы женщины сами знакомились с вами
Как сделать идею коммерческой
Как сделать хорошую растяжку ног?
Как сделать наш разум здоровым?
Как сделать, чтобы люди обманывали меньше
Вопрос 4. Как сделать так, чтобы вас уважали и ценили?
Как сделать лучше себе и другим людям
Как сделать свидание интересным?
Категории:
АрхитектураАстрономияБиологияГеографияГеологияИнформатикаИскусствоИсторияКулинарияКультураМаркетингМатематикаМедицинаМенеджментОхрана трудаПравоПроизводствоПсихологияРелигияСоциологияСпортТехникаФизикаФилософияХимияЭкологияЭкономикаЭлектроника
Запасы и ресурсы подземных вод
3.10.1. Классификация запасов подземных вод по гидрологическим условиям
Запасы подземных вод − это количество (объем) гравитационной воды, содержащейся в водоносных пластах, м3. Подземные воды, пригодные для ис- пользования в различных целях, относятся к ценнейшим полезным ископае- мым. В отличие от твердых полезных ископаемых они могут находиться в дви- жении и периодически возобновляться.
Ресурсы подземных вод – это количество подземных вод, поступающих в водоносные пласты в единицу времени (м3/сут), путем инфильтрации атмо- сферных осадков, фильтрации из рек, перетекания из водоносных горизонтов и т. д.
Оценка запасов и ресурсов подземных вод имеет важнейшее значение для
водоснабжения. Ни один водозабор не может быть построен и пущен в экс- плуатацию без предварительного подсчета запасов подземных вод. Тип водоза- борных сооружений, варианты их размещения, оптимальный режим работы и другие вопросы, связанные с использованием подземных вод для водоснабже- ния, решаются на основе подсчитанных запасов подземных вод.
В настоящее время большинство исследователей подразделяют запасы подземных вод на естественные и эксплуатационные.
Естественные запасы подземных вод − это объем гравитационной воды,
который содержится в водоносных пластах в естественных условиях (в стати-
ческом состоянии или в движении). Естественные запасы слагаются из статиче-
ских, упругих и динамических запасов, т. е.:
Qест = Qст + Qупр + Qдин
Статич еские и упруг и е запасы (по Ф. М. Бочеверу) характеризуют объем гравитационной воды в порах и трещинах водоносных пород в м3.
Упругие запасы − это количество воды, которое может быть извлечено из напорного водоносного пласта без его осушения за счет упругих свойств воды и горных пород при понижении уровня.
Под динамическими запасами или естественными ресурсами понимают расход подземных вод (м3/сут), протекающих через водоносный пласт. Дина- мические запасы в процессе круговорота воды на Земле постоянно возобновляются.
Для их определения может быть использована известная формула Дарси: Qдин = kф hср B I,
где k ф − коэффициент фильтрации пород, м/сут;
h, В и I − соответственно, средняя мощность, ширина и уклон потока
подземных вод.
Для вычисления динамических запасов используют также формулу с уче-
том величины модуля подземного стока:
Qдин = γFн,
где γ − модуль подземного стока, л/с;
F н − площадь области питания, км2.
Модуль подзем ног о стока характеризует количество воды, которое
стекает в реку в единицу времени с единицы площади водоносного горизонта. Его величина для различных районов страны варьирует от десятых долей литра до 15 л/с и более с 1 км2 площади водоносного горизонта.
Эксплуатационные запасы подземных вод. При эксплуатации водозабо- ров естественные условия подземных вод нарушаются. Формируется новый тип запасов − эксплуатационные запасы.
Под эксплуатационными запасами следует понимать количество подзем-
ных вод, которое может быть получено в единицу времени из водоносного го- ризонта рациональными в технико-экономическом отношении водозаборами без прогрессирующего снижения дебита и динамических уровней и ухудшения качества воды в течение всего расчетного срока водопотребления.
В районах действующих водозаборов уровень подземных вод снижается,
образуются депрессионные воронки. В благоприятных гидрогеологических ус-
ловиях это может вызвать привлечение в эксплуатируемый водоносный гори- зонт дополнительных источников питания. В этом случае эксплуатационные запасы по своей величине могут превосходить естественные запасы за счет до- полнительных или привлекаемых запасов подземных вод.
По Ф. М. Бочеверу, дополнительное питание водоносного пласта при действии водозаборов может происходить за счет поступления воды из сосед- них областей питания.
В формировании эксплуатационных запасов существенную роль могут играть и искусственные за па сы. Они создаются путем инфильтрации воды с поверхности земли при устройстве искусственных сооружений (инфильтраци-
онные бассейны, оросительные системы, поглощающие скважины и т. п.).
В целом условия формирования эксплуатационных запасов подземных вод в районах водозаборов выражают следующим балансовым уравнением:
Q экс =Q ди н +Q ст / Т +Q уп р / Т +Q доп +Q иск,
где Qдин, Qст, Qупр − используемые естественные (динамические, стати-
ческие и упругие) запасы подземных вод;
Qдоп − дополнительные или привлекаемые запасы в процессе экс-
плуатации;
Qиск − искусственные запасы;
Т − расчетный срок водопотребления.
Для оценки эксплуатационных запасов подземных вод в районах водоза-
боров используют различные методы: гидродинамический, балансовый и др.
Оценить эксплуатационные запасы − это значит: определить дебит и по-
нижение уровня подземных вод в период эксплуатации; рассчитать взаимодей-
ствие водозаборов; дать прогноз изменения качества подземных вод; обосно- вать наиболее рациональные в технико-экономическом отношении способы от- бора воды.
3.10.2. Классификация эксплуатационных запасов подземных вод по степени изученности
В зависимости от степени изученности и детальности выполненных гид- рогеологических работ эксплуатационные запасы подземных вод подразделя- ются на четыре категории: А, В, С1 и С2.
Категория А − запасы изучены и разведаны детально, полностью выяс-
нены условия залегания и питания водоносных горизонтов, фильтрационные свойства пород, установлена связь с другими водоносными горизонтами и по-
верхностными водами, а также возможность пополнения эксплуатационных за-
пасов. Эксплуатационные запасы подземных вод на участке проектируемого водозабора определены по данным опытно-эксплуатационных или опытных откачек.
Категория В − запасы подземных вод изучены с детальностью, обеспе-
чивающей выяснение основных особенностей условий залегания, питания и связи с другими водоносными горизонтами и поверхностными водами. Экс-
плуатационные запасы определены по данным опытных откачек или по расчет-
ной экстраполяции.
Категория С 1 − запасы разведаны и изучены в общих чертах. Эксплуа- тационные запасы определены по данным пробных откачек из единичных раз- ведочных выработок, а также по аналогии с существующими водозаборами или примыкающими участками с категориями А и В.
Категория С2 − запасы установлены на основании общих геолого- гидрогеологических данных, подтвержденных опробованием водоносного го- ризонта в отдельных точках, либо по аналогии с разведанными участками.
Для отнесения запасов к той или иной категории необходима также каче- ственная оценка подземных вод. Качество вод оценивается в зависимости от их назначения. Наиболее жесткие требования в отношении качества предъявляют-
ся к запасам вод, оцениваемым по категориям А и В.
На базе утвержденных запасов по категориям А и В производится проек- тирование и выделение капитальных вложений на строительство новых и ре- конструкцию действующих водозаборов. В отдельных случаях, когда установ- ление эксплуатационных запасов подземных вод по категории А экономически нецелесообразно из-за весьма сложных геолого-гидрогеологических условий, допускается проектирование и строительство водозаборов по категории В.
Выявленные запасы по категориям С 1 и С2 предназначаются для перспек- тивного планирования использования подземных вод, обоснования бурения разведочных скважин на воду и т. п. Для перевода этих категорий в более высо- кую категорию В выполняют дополнительный объем гидрогеологических ра- бот [9].
.11. охрана подземных вод от истощения и загрязнения
3.11.1. Истощение запасов подземных вод
Охрана подземных вод становится все более актуальной проблемой со- временности. В России охрана природных ресурсов, в том числе и охрана под- земных вод от загрязнения и истощения, является одной из важнейших задач государства.
Использование, сохранение и воспроизводство природных ресурсов, включая и подземные воды, регламентируется и находится под контролем го- сударственных организаций.
Основные мероприятия по охране подземных вод, в настоящее время, за-
ключаются в предотвращении истощения подземных вод и охране подземных вод от загрязнения.
Под истощением запасов подземных вод следует понимать их сработку в
процессе водоотбора без восполнения. Признаком истощения является прогрес- сирующее снижение динамических уровней эксплуатируемого водоносного го- ризонта, часто при постоянном расходе. В отличие от обычных процессов фор- мирования депрессионной воронки падение уровней при истощении запасов с течением времени не только не уменьшается, но нередко и увеличивается.
Сниженные уровни подземных вод после прекращения водоотбора не восстанавливаются в течение ряда лет.
Причина истощения запасов подземных вод заключается в чрезмерном отборе подземных вод крупными водозаборами в условиях недостаточной обеспеченности питанием эксплуатируемого водоносного горизонта.
Под влиянием длительной эксплуатации водозаборов подземных вод во- круг них образуются огромные депрессионные воронки, так называемые рай- онные депрессии, с наибольшим понижением в центре.
Практически во всех крупных промышленных городах мира и во многих городах России (Москва, Санкт-Петербург, Курск и др.), где напорные воды длительное время эксплуатируются групповыми водозаборами, возникли зна-
чительные районные депрессии подземных вод с радиусами до 20 км и более.
Так, например, усиление водоотбора подземных вод в Москве привело к фор- мированию огромной районной депрессии с глубиной до 70−80 м, а в отдель- ных районах города до 110 м. Пьезометрический уровень подземных вод в среднем снижается до 3-5 м в год.
Истощению подземных вод способствует также неконтролируемый бес-
хозяйственный самоизлив артезианских вод из скважин, достигающий многих тысяч кубометров в сутки.
Меры борьбы с истощением запасов пресных подземных вод
Для предотвращения истощения запасов предусматривают разнообразные меры, в том числе: регулирование режима водоотбора подземных вод; более рациональное размещение водозаборов по площади; введение кранового режи-
ма эксплуатации самоизливающихся скважин и т. д.
В последние годы для предотвращения истощения подземных вод все чаще применяют искусственное пополнение их запасов. Этот метод, по мнению
многих ученых, даже при интенсивном отборе подземных вод позволит более рационально использовать геологические ресурсы и осуществлять охрану под- земных вод.
Сущность искусственного пополнения запасов заключается в переводе поверхностного стока в подземный. Пополнение осуществляется путем ин- фильтрации поверхностной (сырой) воды в водоносные пласты. Подземные во-
ды получают при этом дополнительное питание, что позволяет увеличивать производительность водозаборов без истощения естественных запасов. При ис- пользовании этого метода возможно частично (или полностью) отказаться от строительства специальных водоочистительных сооружений, так как «сырая»
вода при инфильтрации через толщу грунтов освобождается от бактериального загрязнения, становится более чистой и более высокого качества.
Общая схема работ по искусственному пополнению заключается в сле-
дующем. Вода из поверхностных источников (реки, озера, водохранилища) по- дается к инфильтрационным сооружением, построенным в районе водозаборов. Из одних сооружений (бассейны, каналы и др.) «сырая» вода свободно ин- фильтруется, из других (скважины, колодцы) нагнетается в водоносные пласты, где смешивается с подземными водами. Водозабор из источников пополнения осуществляется с помощью скважин, шахтных колодцев и лучевых водозаборов.
Запасы пополняются искусственно не только на участках действующих водозаборов, но и в районах с ограниченными водными ресурсами для создания сезонных и многолетних емкостных запасов подземной воды, так называемое магазинирование поверхностных вод.
Возможность и целесообразность искусственного пополнения подземных вод определяются комплексом факторов (природных, технических, санитарных и др.), среди которых большое значение имеют геолого-гидрогеологические ус-
ловия. Для успешного применения метода необходимо, чтобы в районе строи- тельства имелся достаточно мощный (не менее 10-20 м), хорошо проницаемый (кф не менее 3-5 м/сут) и фильтрационно-однородный (без слабопроницаемых
прослоев) водоносный пласт. Зона аэрации должна иметь мощность не менее
5-8 м (лучше 10-15 м) и быть проницаемой для инфильтрации «сырой» воды.
При небольшой мощности зоны аэрации очистное и барьерное действие грунтов в отношении загрязненных поверхностных вод может оказаться недос- таточным.
Наиболее благоприятны для размещения инфильтрационных сооружений долины рек, конуса выносов предгорных равнин, морские побережья, сложен- ные хорошо проницаемыми песчаными, песчано-гравийными и галечными от- ложениями. Вполне возможно и необходимо искусственное пополнение запа-
сов подземных вод в суровых районах Крайнего Севера, где в зимний период промерзают как поверхностные, так и частично подземные источники воды. В этих районах целесообразно применение метода инфильтрации поверхностных
вод через поглощающие скважины.
Инфильтрационные сооружения для пополнения запасов подземных вод созданы и успешно эксплуатируются во многих районах России.
3.11.2. Загрязнение подземных вод
Под загрязнение м подземных вод понимают такие изменения их качест- ва, которые приводят к превышению допустимых концентраций отдельных компонентов и общей минерализации воды и делают ее непригодной для ис- пользования.
Основными источ никами загряз не ния подземных вод являются бас- сейны бытовых и промышленных стоков, участки складирования отходов, за- грязненные воды поверхностных водоемов, неисправная канализационная сеть,
избыточное применение удоб- рений и ядохимикатов (рис. 38 по П. В. Гордееву и др.).
Рис. 38. Источники загрязнения подземных вод: I − грунтовые воды; II − напорные пресные воды; III − напорные со- леные воды; 1 − канализационные коллекторы; 2 − хвостохранилища; 3 − дымовые и газовые выбросы; 4 − подземное захоронение стоков; 5 − шахтные воды; 6 − терриконы; 7 − карьерные воды; 8 − заправочные станции; 9 − бытовое загрязнение; 10 − водозабор, подтягивающий соленые воды; 11 − объекты животноводства; 12 − внесение удобрений и пестицидов
Рис. 39. Внедрение естественных источников загрязнения: 1 − загрязненные речные воды; 2 − пресный водоносный горизонт; 3 − водозаборы; 4 − соленые морские воды
Загрязненные растворы могут проникать к подземным водам различными путями: при фильтрации промышленных стоков из хранилищ и отстойников через зону аэрации, по затрубному пространству неисправных скважин, через поглощающие скважины, карстовые воронки, провалы и др. Возможность загрязнения подземных вод во многом определяется геоло- го-гидрогеологическими условиями района, а именно: наличием или отсутстви- ем перекрывающих слабоводопроницаемых пород, их фильтрационными и по- глощающими (сорбционными) свойствами, глубиной залегания подземных вод и т. д. Грунтовые воды и в особенности верховодка более всего подвержены за- грязнению, так как они не защищены сверху толщей водоупорных пород от проникновения загрязняющих веществ. Артезианские воды загрязняются в зна- чительно меньшей мере, преимущественно при сбросе сточных вод через сис- тему поглощающих скважин. При отсутствии водонепроницаемых покровных пород интенсивно за- грязняются трещинные и карстовые воды. Очищающая способность трещино- ватых и закарстованных пород значительно хуже, чем пород с высокой сорбци- онной емкостью (суглинки и пр.), поэтому в них загрязненные растворы рас- пространяются на большие расстояния. Наиболее часто встречается химическое и бактериальное загрязнение подземных вод. Значительно реже наблюдается радиоактивное, механическое и тепловое загрязнение. Химическое загрязнение – наиболее распространенное, стойкое и далеко распространяющееся. Оно может быть органическим (фенолы, нафтеновые ки- слоты, ядохимикаты и др.) и неорганическим (соли, кислоты, щелочи), токсич- ным (мышьяк, соли цинка, ртути, свинца и др.) и нетоксичным. Вредные хими- ческие вещества при фильтрации в пласте сорбируются частицами пород, окис- ляются и восстанавливаются, выпадают в осадок и т. д., однако, как правило, полного самоочищения загрязненных вод не происходит. Наибольшего распро- странения (до 10 км и более) очаг химического загрязнения достигает в сильно проницаемых грунтах и при значительных уклонах подземного потока, т. е. при хорошем оттоке подземных вод. Бактериальное загрязнение выражается в появлении в подземных водах патогенных бактерий, вирусов (до 700 видов), простейших и др. Этот вид за- грязнения носит временный характер. Его интенсивность зависит от величины начального загрязнения, водопроницаемости грунтов и времени выживания бактерий и вирусов. Весьма опасно содержание в подземных водах, даже при очень малых концентрациях, радиоактивных веществ, вызывающих радиоактивное загряз- нение. Наиболее вредны «долгоживущие» радиоактивные элементы, обладаю- щие повышенной способностью к передвижению в подземных водах (стронцй- 90, уран, радий-226, цезий и др.). Радиоактивные элементы могут проникать в подземные воды как в результате их взаимодействия с радиоактивными горны- ми породами, так и при выпадении на поверхности земли радиоактивных про- дуктов и отходов. Механическое загрязнение характеризуется попаданием в подземные воды механических примесей, содержащихся в сточных водах (песок, шлак и др.), преимущественно по крупным трещинам и пустотам. Механические примеси могут значительно ухудшать органолептические показатели подземных вод. Тепловое загрязнение связано с повышением температуры подземных вод в результате их смешивания с более нагретыми поверхностными, технологиче- скими сточными водами. Меры борьбы с загрязнением подземных вод. Для предотвращения загряз- нения подземных вод разрабатывают инженерные мероприятия, включающие очистку сточных вод, создание безотходных производств, экранирование чаш бассейнов, перехват профильтровавшихся стоков дренажем и др. Особо ток- сичные сточные воды закачивают через скважины в глубокие водоносные гори- зонты, в массивы каменной соли и др. Однако этот метод не совершенный, т. е. возможно проникновение загрязненных вод в вышележащие водоносные гори- зонты через каверны в обсадных трубах и по затрубным пространствам нагне- тательных скважин. При выборе мест заложения водозаборов последние должны располагать- ся выше по потоку подземных вод относительно возможных участков загрязне- ния. Водозаборы не следует размещать близко к реке или к морю во избежание подтока загрязненных речных или соленых морских вод. Не рекомендуется размещать водозаборы вблизи промышленных предприятий и сельскохозяйст- венных территорий со значительными утечками сточных вод. Важнейшей мерой предупреждения загрязнения вод в районе водозабо- ров является устройство вокруг них зон санитарной охраны [9].
3.11.3. Зоны санитарной охраны (ЗСО)
Зоны санитарной ох раны (ЗСО) т. е. территории с особым режимом, исключающие возможность загрязнения и ухудшения качества подземных вод, устанавливают вокруг всех водозаборов, эксплуатирующих подземные воды для питьевого водоснабжения. Согласно санитарным правилам и нормам (СанПиН 2.1.4.1110−02), они должны включать три пояса охраны. Первый пояс, или зона строг ог о реж и м а, включает участок, непо- средственно примыкающий к водозабору. Граница зоны проходит на расстоя- нии не менее 30 м от водоприемных сооружений при эксплуатации артезиан- ских вод и не менее 50 м – при эксплуатации грунтовых вод. На территории зо- ны строгого режима запрещаются, в частности, все виды строительства, разме- щение хозяйственно-бытовых зданий, закладка карьеров для добычи песка, бу- рение скважин, проходка шурфов и других выработок, не связанных с эксплуа- тацией водозабора. Территория первого пояса ЗСО должна быть ограждена и обеспечена охраной. Второй и третий пояса, или зоны ограничений, охватывают террито- рии, на которых ограничивается производственная и хозяйственная деятель- ность человека для защиты эксплуатируемого водоносного горизонта от загрязнения. Второй пояс ЗСО предназначен для защиты водоносного пласта от микробных (бактериальных) загрязнений. Граница этого пояса определяется гидродинамическими расчетами, исходя из условий, что микробное загрязнение не достигает водозабора. Запрещается размещение кладбищ, скотомогильников, силосных траншей, животноводческих и птицеводческих предприятий и других объектов, которые могут создавать угрозу микробного загрязнения. Кроме того, ограничиваются земляные, строительные и другие работы. Особенно строгие меры ограничения вводят при охране водозаборов, эксплуатирующих недоста- точно защищенные подземные грунтовые, а также напорные и безнапорные межпластовые воды, имеющие непосредственную гидравлическую связь с от- крытыми водоемами. Трет ий пояс ЗСО защищает эксплуатируемый водоносный пласт от химического загрязнения. Его границы также определяются гидродинами- ческими расчетами. Расчеты должны подтвердить, что время продвижения хи- мических загрязнений будет больше расчетного срока службы водозабора (обычный срок эксплуатации водозабора 25-50 лет). На территории третьего пояса ЗСО запрещается размещение складов го- рюче-смазочных материалов, ядохимикатов и минеральных удобрений, шламо- хранилищ и других объектов, которые могут вызвать химическое загрязнение подземных вод. Любое новое строительство на территории второго и третьего поясов ЗСО возможно лишь при обязательном согласовании с центром государственного санитарно-эпидемического надзора. Соблюдение указанных выше санитарных правил обязательно для граждан, индивидуальных предпринимателей и юриди- ческих лиц [9]. |
К естественным источникам загрязнения относят сильно минерализован- ные подземные или морские воды, которые могут внедряться в продуктивный пресный водоносный горизонт при эксплуатации водозаборных сооружений (рис. 39).
Date: 2015-09-26; view: 1103; Нарушение авторских прав; Помощь в написании работы --> СЮДА... |