Бурение скважин | Технология | Цены | Фото и видео | Техническая литература
    
   

Влияние отбора подземных вод иа изменение геологической среды
 






Техническая литература



Станок для бурения БУР-50:
Бурение скважин
  Защита подземных вод от загрязнений

Под загрязнением пресных подземных вод следует понимать, ухудшение их качества при эксплуатации под влиянием процессов проникновения в продуктивный горизонт вредных бактериальных или химических компонентов в количестве, превышающем допустимые нормы по действующему ГОСТ «Вода питьевая».

Возможное загрязнение пресных подземных вод на водозаборном участке чаще всего происходит под влиянием техногенных воздействий (прорыва токсичных промстоков из накопителей, загрязнения подземных вод на орошаемых землях под влиянием миграции ядохимикатов, миграции бактериальных загрязнений с полей орошения и т. д.). В таких условиях возникают сложные условия охраны пресных подземных вод от загрязнений.

Для защиты подземных вод от бактериального загрязнения на водозаборных участках в настоящее время применяется ряд радикальных средств: биологические факторы, хлорирование и др.
Наиболее сложным и трудноустранимым является химическое загрязнение (органического и неорганического происхождения), при этом наиболее опасны токсичные различные химические соединения.
Для оценки процессов миграций загрязнений в подземных водах вследствие неоднородности среды в пластовых условиях практически можно использовать только приближенные методы, в частности метод так называемого «поршневого вытеснения» загрязнений.

В пластовых условиях при миграции химических загрязнений всегда протекают процессы взаимодействия: а) между жидкими фазами, т. е. между подземными водами и загрязненными растворами (обычно это промстоки); б) между загрязненными растворами и водовмещающими горными породами. Эти процессы характеризуются гидродинамическими и физико-химическими параметрами — водопроводимостью водоносных пород, скоростью гравитационной и диффузионной фильтрации потока, сорбционной способностью пород поглощать загрязняющие компоненты, активной пористостью и др.

Наиболее опасными условиями возможного загрязнения подземных вод являются такие, при которых химические загрязнения попадают непосредственно в область «захвата» водозаборного сооружения (действующего или проектируемого). Область «захвата» каптажного сооружения определяется такой областью общего фильтрационного потока, в которой линии тока направлены непосредственно к эксплуатационным скважинам. В гидродинамическом отношении она четко ограничивается так называемой нейтральной линией (рис. 49). Фильтрационный поток между нейтральной линией и водозабором будет непосредственно направлен к эксплуатационным скважинам. За пределами нейтральной линии поток как бы проскакивает, минуя водозаборное сооружение. При стационарном режиме фильтрации, для которого и производятся расчеты области «захвата», нейтральная граница возмущенного потока остаетсй примерно постоянной во времени. При неустановившемся режиме фильтрации эта граница во времени и в пространстве может постоянно перемещаться.

Таким образом, для прогнозной оценки возможного ухудшения качества подземных, вод, которое может произойти- под влиянием техногенных загрязнений, необходимо прежде всего определить на водозаборном участке область «захвата». Положение водораздельной точки области «захвата» может быть определено приближенными аналитическими расчетами, для водозаборов с простыми граничными условиями. Если заменить линейный ряд скважин, расположенных в неограниченном, пласте «большим колодцем», то положение водораздельной, точки можно определить по формуле (если длина ряда меньше его расстояния до контура очага загрязнения)
2nhve 4 hve 2 toe
где Q — дебит водозаборного сооружения; h — средняя мощность продуктивного водоносного горизонта; уо и у\ — половина ширины области питания соответственно на линии водозаборного сооружения и на значительном удалении от него в верхней части потока; хА — расстояние водораздельной точки до водозаборного сооружения (начало координат совпадает с водозаборным сооружением, ось х направлена по потоку подземных вод); ve— скорость фильтрации естественного потока, ve=ki (k — коэффициент фильтрации; і — уклон потока). Для линейного ряда большой длины (превышающей расстояние до контура) положение,водораздельной точки можно определить по следующей формуле:
хл= — arth—3—(18,3) я 2h.lv s
где 7 — расстояние между скважинами; Q — средний дебит взаимодействующей скважины, ось у которой совпадает с линией ряда. Для линейного ряда скважин, расположенного в полуограниченном пласте в условиях контура питания (река, водохранилище и др.), при наличии естественного потока к этому контуру (например, со стороны верхних террас реки), положение водораздельной точки зоны «захвата» можно определить по следующим зависимостям:
а) для системы «большого колодца»
Ха=л/Л~Ж1- (18.4)
V я toe
б) для линейного ряда большой длины
= arch (ch J^ __ sh , (I8.5)
2зх V I hive I J
где d — расстояние от водозаборных скважин до реки. При соблюдении следующих соотношений: а) для «большого колодца»
Ql(nhdve)< 1; (18.6)
б) для линейного ряда скважин
Q/(hlve)< 1, (18.7)
водораздельная то.чка будет расположена между водозабором и контуром питания.
При сложных граничных условиях потока прогнозную оценку целесообразно производить с помощью математического метода моделирования на АВМ и ЭЦВМ.
Учитывая, что на действующем водозаборном сооружении всегда создается сеть наблюдательных скважин, область «захвата» водозабора может быть довольно четко-определена непосредственно по результатам натурных исследований путем построения детальной карты гидроизогипс. Если обнаруженный очаг загрязнений при построении сетки фильтрационного потока или карты гидроизогипс окажется в пределах площади «захвата» водозабора, то проникновение загрязнений к водозаборным скважинам неизбежно. Вопрос только во времени продвижения фронта. Для разработки мероприятий по защите качества подземных вод на водозаборном участке необходимо решать две задачи: а) определить время продвижения фронта загрязненного потока; б) оценить возможную концентрацию токсичных компонентов в пресных подземных водах в разультате загрязнения.

Для линейного ряда взаимодействующих и примерно равно- дебитных скважин, расположенных в не ограниченном в плане водоносном горизонте на равных расстояниях друг от друга, время начала подтягивания загрязненных вод со стороны первоначального положения границ раздела (рис. 50) приближенно можно определить по следующему выражению:
Т==1ЦоМ_(Л^._0>7\ (18.8)
где Q — дебит отдельной взаимодействующей скважины линейного ряда водозабора; h — мощность водоносного горизонта; п0 — активная пористость пород продуктивного горизонта (остальные обозначения см. на рис. 50).
Приведенное уравнение действительно при условии, что
Для условий полуограниченного в плане пласта, например при работе инфильтрационного водозабора, прогнозное время начала подтягивания к водозабору фронта загрязненных вод от очага их распространения (например, на верхней террасе реки) можно определить по следующему выражению:
где Q — дебит отдельной взаимодействующей скважины линейного ряда водозабора; b — расстояние линейного ряда от реки; I — расстояние между скважинами; у — расстояние от реки до контура загрязненных вод.
Применение указанной выше расчетной зависимости требует выполнения следующих условий: а) линейный ряд скважин на водозаборе имеет сравнительно большую протяженность; б) дебит скважин примерно одинаковый; в) гидравлическая связь подземных вод с рекой хорошая (условия подпертой фильтрации); г) расстояние между скважинами в ряду одинаковое.
Если дебиты водозаборных скважин и расстояние между ними неодинаковы, то в расчетах допускается принимать их среднее значение. В не ограниченном в плане пласте при отсутствии естественного потока время продвижения контура загрязненных вод к водозаборному участку может быть определено по следующим формулам.

Как отмечалось выше, вторая задача для прогнозной оценки возможного изменения качества пресных подземных вод заключается в определении возможной концентрации вредных компонентов после смешивания вод продуктивного горизонта с загрязнением. В том случае, если загрязненные флюиды по сравнению с пресными водами продуктивного горизонта имеют более высокую степень минерализации и распространены на большой площади влияния водозабора, прогнозную оценку возможного изменения общей минерализации подземных вод можно выполнить по следующей зависимости (для линейного ряда скважин в не ограниченном в плане пласте):

где С0 — минерализация подземных вод продуктивного горизонта; С[ — минерализация загрязненных подземных вод; Т — время начала подтягивания загрязненных вод; t — расчетный момент времени, для которого определяется минерализация воды в водозаборных скважинах b = Qn(hn0C2). Приведенное выражение можно использовать при условии, что t>T.

Через достаточно большой промежуток времени (ОП после начала подтягивания загрязненных вод, предельная минерализация пластовых вод на водозаборе может быть определена по следующему выражению:

В тех случаях, когда предельная концентрация пресных подземных вод оказывается меньше допустимой по ГОСТу, оценки времени подтягивания загрязнений и изменения качества во времени можно не производить.
Что же касается охраны и защиты подземных вод от истощения их запасов, то эти задачи могут быть решены путем выбора наиболее оптимального режима эксплуатации водозаборного сооружения, а также путем искусственного восполнения эксплуатационных запасов на действующем объекте (см. гл. 17). При наличии источника искусственного восполнения для грунтовых вод наиболее эффективны способ создания на водозаборном участке системы инфильтрационных бассейнов вблизи эксплуатационных скважин, а для напорных вод создание на каптажном сооружении системы нагнетательных скважин.