Учебно-методический комплекс для студентов специальности «Геоэкология»
Скачать 0.62 Mb.
|
Главные причины истощения ресурсов подземных вод: - отбор подземных вод на хозяйственно-бытовые и питьевые нужды городов: в окрестностях Москвы действует более 6000 водозаборных скважин, что привело к снижению уровня подземных вод на 100 м; - дренирование водоносных горизонтов горными выработками (карьеры, котлованы, тоннели, каналы, шахты): на 1т добытой горной массы полезного ископаемого приходится в среднем 1-10 куб. м откачиваемых подземных вод. Самым значительным считается отбор воды из буроугольного карьера в районе г.Кельна (Германия) до 45 куб.м/с ( в районе Москвы суммарный отбор 30 куб.м/с), а снижение уровня достигло 300-500 м. (Пиннекер,1999). В районах Донбасса, Курской магнитной аномалии и др. отдельные депрессионные воронки слились в региональные, вытянутые по простиранию разрабатываемых тел полезных ископаемых на десятки километров, а по площади охватывающих тысячи квадратных километров. Карьеры и разрезы также являются и очагом загрязнения подземных вод, так как выпадающие атмосферные осадки в карьерах интенсивно проникают в недра и, взаимодействуя с веществом полезных ископаемых и разрушенными горными породами, обогащаются вредными компонентами; - самоизлив через устья разведочных скважин и перетекание воды по их стволам в другой водоносный горизонт из-за нарушения технологии оборудования устья, изоляции водоносных горизонтов в скважинах: во многих районах России разведочные скважины фонтанируют рассолами, термальными или углекислыми водами. Это пример неправильного ведения геологоразведочных работ; - использование подземных вод в целях орошаемого земледелия: в США на его долю приходится 65% из общего отбора подземных вод, в Калмыкии (Россия) – 34% (Пиннекер,1999); - отбор минеральных лечебных вод: в районе Кавказских минеральных вод истощаются воды «нарзан» и «ессентуки»; - на многих нефтепромыслах вместе с нефтью часто извлекается большое количество медленно возобновляемых соленых и рассольных вод, в большинстве случаев они не возвращаются обратно в земные недра. Увеличение водоотбора из недр приводит не только к истощению ресурсов подземных вод, но и к изменению гидрогеологической обстановки, а также к нарушению среды обитания человека – сокращению поверхностного стока, осушению болот и эксплуатируемых водоносных горизонтов, активизации суффозионных и карстовых процессов, просадке поверхности, изменению ландшафта и всей геохимической обстановке. Тема 3. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ ИСТОЩЕНИЯ. В отличие от других полезных ископаемых подземные воды являются возобновляемым полезным ископаемым. Тем не менее расходование этого ресурса в объемах, превышающих величину питания, неизбежно приводит к истощению подземных резервуаров. В связи с этим необходимо проводить мероприятия различного характера, которые будут направлены на сохранение и восполнение запасов подземных вод. Эти мероприятия сводятся к следующему: - учет запасов подземных вод: в большинстве регионов России потребление пресных подземных вод меньше, чем потенциальные эксплуатационные и разведанные запасы. К исключениям относятся регионы Подмосковья, Курской магнитной аномалии, Кузбасса, Донбасса, где имеет место глубокое водопонижение, и степные районы Сибири с наличием на небольших глубинах соленых вод; - управление эксплуатационным режимом подземных вод: региональные государственные геологические предприятия контролируют сеть наблюдений ведомственных организаций, использующих подземные воды или оказывающих на них влияние; в составе мониторинга геологической среды осуществляется мониторинг подземных вод; в зарубежных странах (Франция, США, Германия и др.) за режимом эксплуатации подземных вод ведется автоматический контроль – в случае интенсивного водоотбора, когда уровень подземных вод устанавливается ниже уровня океана и начинается подток соленых морских вод, водозаборные скважины автоматически отключаются; - искусственное восполнение запасов подземных вод (магазинирование) – это перевод под землю части поверхностных вод (паводковых, дождевых, сточных, речных и т.п.) при помощи естественных понижений (балка, овраг и т.д.) или искусственно созданных фильтрационных бассейнов, направляемых на увеличение питания эксплуатируемых водоносных горизонтов или создание новых резервуаров подземных вод. Таким образом формируются искусственные запасы подземных вод. Воспроизводство ресурсов подземных вод применялось еще в древних цивилизациях Северной Африки, Ближнего Востока и Средней Азии. Сейчас искусственное питание подземных вод широко используется во многих странах мира: США, Швейцария, Германия, Англия, Голландия, Швеция, Франция, Румыния, Венгрия, Польша, Финляндия, Израиль, Япония, Латвия, Литва, Украина. Опыт магазинирования подземных вод имеется и в России: Новокузнецк, Иркутск, Асбест, Волгоградская и Магаданская области, Ставропольский край, Башкирия. Искусственное восполнение подземных вод характеризуется рядом преимуществ: в процессе фильтрации очищаются наземные воды от бактериологического, органического и радиоактивного загрязнения, а в некоторых случаях наблюдается освобождение этих вод от минеральных солей с выравниванием ее температуры до температуры подземных; происходит более ускоренное воспроизводство подземных вод; наблюдаются минимальные потери вод при нагнетании их в подземные горизонты через скважины; осуществляется сезонное и многолетнее регулирование подземного стока. Установки для искусственного восполнения запасов подземных вод состоят из сооружений трех видов: 1) сооружения для предварительной очистки воды (водохранилища, пруды, отстойные бассейны, скорые и медленные фильтры), насосные станции, трубопроводы, каналы и др.; 2) каптажные сооружения (скважины и галереи); 3) инфильтрационные сооружения. Различают прямые и косвенные методы восполнения ресурсов подземных вод: прямые методы: 1) самотечная инфильтрация – осуществляется путем затопления пойм и понижений рельефа, сооружением бассейнов, каналов и борозд, задержанием талых вод; применяется, когдамощность водоупорных пород, перекрывающих водоносный горизонт, не превышает 2-3 м; 2) напорная инфильтрация – используется при глубоком залегании водоносного горизонта или горизонта, перекрытого мощными водоупорными породами, а также для создания напорной завесы против вторжения морских соленых вод; 3) регулирование подземного стока – осуществляется путем создания завес (барражей), закладываемых своим основанием в водоупорном слое и обеспечивающих подпор подземного потока с повышением (в районе эксплуатации) его уровня; косвенные методы: те мероприятия, которые, помимо основного своего назначения, приводят к восполнению или созданию новых запасов подземных вод (создание водохранилищ, орошение, обводнение, перераспределение поверхностного стока, борьба с затоплением и подтоплением с помощью дренажных сооружений). По характеру воздействия на баланс подземных вод методы искусственного восполнения подразделяются: 1) увеличивающие приходную часть за счет подвода поверхностной воды к подземным емкостям (поверхностная и внутригрунтовая инфильтрация, береговые и подрусловые водозаборы); 2) снижающие расходную часть баланса подземных вод (подземные плотины, барражи, увеличение подпора, интенсивный отбор подземных вод, снижение транспирации и испарения с поверхности земли и грунтовых вод). По гидрогеологическим и техническим условиям выделяют три типа систем пополнения запасов подземных вод: 1) открытые с поверхностной инфильтрацией из бассейнов, каналов. Применяются для пополнения запасов грунтовых вод. Бассейны имеют прямоугольную форму в плане и трапецеидальное поперечное сечение, ширина их по дну – 15-30 м, длина 200-400 м и средняя глубина 3-4 м. При слабопроницаемых породах днище бассейна врезается не менее чем на 0,5 м в хорошо фильтрующиеся; 2) закрытые с фильтрацией через скважины и колодцы. Применяются для пополнения запасов подземных вод, перекрытых от поверхности водоупорами. Подаваемая вода должна быть совместима с подземной; 3) простые с поверхностной инфильтрацией в естественных или нарушенных условиях. Это открытые системы, предварительная подготовка воды в них не производится. Используются как естественные понижения, так и гидротехнические сооружения. Улучшение условий фильтрации в них обеспечивается за счет агротехнических мероприятий, лесопосадок, строительства прудов и водохранилищ, промывки верхней части русловых отложений. К качеству воды, поступающей в инфильтрационные сооружения, предъявляются определенные требования: мутность – не более 20 мг/л; цветность – до 60 град.; бихроматная окисляемость – до 30 мг О2/л; общее число бактерий в 1 мл – до 5000; железо – до 3 мг/л; фенолы – до 0,005 мг/л; ПАВ – до 0,5 мг/л; нефть – до 0,3 мг/л; свинец – до 0,1 мг/л; медь – до 3 мг/л; мышьяк – до 0,05 мг/л; цинк – до 5 мг/л; фосфаты – до 1 мг/л. В процессе инфильтрации происходит изменение качества воды: в 100-1000 раз возрастает бактериологическая чистота воды, а также жесткость, прозрачность, содержание свободной углекислоты, железа; существенно снижается цветность, окисляемость, содержание хлоридов и нитратов; - усиление законодательного контроля за использованием подземных вод. Тема 4. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Загрязнение подземных вод – это изменение естественных физических, химических, биологических и других свойств подземных вод, вызванные нарушением естественной среды недр, в результате чего воды частично или полностью становятся непригодными для использования по заданному назначению. Принято выделять два этапа загрязнения: на первом – содержание вредных веществ в подземных водах заметно возрастает и, хотя еще остается ниже ПДК, служит сигналом о необходимости немедленного принятия мер; на втором – концентрация вредных веществ превысив ПДК делает воду непригодной для употребления. Загрязнение подземных вод в большинстве случаев происходит в процессе естественного круговорота при загрязнении атмосферы, поверхностных вод, почв. В ряде случаев загрязняющие вещества поступают непосредственно в подземные воды через горные выработки и скважины. Интенсивность загрязнения подземных вод определяется следующими факторами: характер источника загрязнения; гидрогеологическими условиями участка действия источника загрязнения; эффективностью мероприятий, предпринимаемых для ограничения развития или ликвидации загрязнения; степенью природной защищенности водоносного горизонта. Выделяют четыре классификации загрязнений подземных вод:
Тема 5. ОСНОВНЫЕ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЗАГРЯЗНЕННЫХ СТОКОВ, ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ПОРОД Загрязненная вода, как известно, представляет собой раствор, содержащий в себе несколько растворенных, эмульгированных или взвешенных компонентов и имеющий часто повышенную минерализацию. При фильтрации в водоносном пласте загрязненные воды взаимодействуют с чистыми природными подземными водами и породами водоносного горизонта. Это взаимодействие проявляется в виде следующих процессов: - задержание взвешенных и эмульгированных веществ; - разбавление исходной воды; - конвективный перенос – передвижение загрязнений по направлению общего фильтрационного потока подземных вод; - молекулярная диффузия – процесс, совершающийся при отсутствии фильтрационного течения и только под действием градиента концентрации вещества в различных точках пласта. Это перемещение происходит медленно и представляет интерес в тех случаях, когда продолжительность этого процесса составляет тысячи и миллионы лет, либо когда рассматривается очень малый отрезок пути диффузионного переноса; - физическая и химическая сорбция – поглощение отдельных компонентов загрязненных вод горными породами; - адсорбция микроорганизмов – почвы и горные породы способны задерживать в себе биологические загрязнения. Слой почвы в 40 см задерживает около 90% бактерий. При фильтрации загрязненных вод через почву адсорбция связана с влиянием антагонистичных микроорганизмов, в мелкозернистых песчаных грунтах она проявляется в виде прилипания к отдельным частицам грунта из-за действия поверхностных или электрических сил, наличия в бактериях клеящих веществ и других причин. Интенсивность адсорбции определяет дальность распространения микробных загрязнений в подземных водах. Она зависит от состава пород, скорости фильтрации, начального содержания микробов в воде на входе в грунт, длительности поступления микробов в воду, температуры воды, количества кислорода в воде и других факторов; - газовыделение; - теплообмен; - растворение твердой породы – загрязненные воды по сравнению с чистыми подземными водами обладают большой агрессивностью, их фильтрация сопровождается интенсивным растворением минералов и горных пород, приводящим к дополнительному изменению состава вод (Фрид,1981). Вследствие названных процессов перемещающиеся в водоносном пласте загрязненные подземные воды постепенно изменяют свой первоначальный состав. При этом некоторые компоненты полностью или частично удаляются, другие - увеличивают свою концентрацию или возникают вновь, третьи - не подвергаются изменениям и могут перемещаться в пласте неопределенно долгое время. В породах при фильтрации целесообразно выделять нейтральные компоненты, не участвующие в физико-химических процессах, а также активные компоненты, влияющие на тот или иной процесс. Например, при сорбции загрязнений в процессе фильтрации в грунтах активными компонентами являются катионы. Анионы и нейтральные молекулы плохо сорбируются и поэтому относятся к нейтральным компонентам. В связи с этим выявление формы нахождения вещества в загрязненных подземных водах представляет существенный интерес. Прогноз распространения загрязнений в водоносных пластах является необходимым этапом обоснования защитных мероприятий. Для дачи прогноза требуются следующие данные: - гидродинамические параметры водоносного пласта: водопроводимость пород, пьезопроводность, активная пористость, действительная скорость фильтрации. Они определяются в процессе проведения опытно-фильтрационных работ (откачки и нагнетания), геофизических работ и наблюдений за режимом подземных вод; - физико-химические параметры водоносного пласта: литологический, химический и гранулометрический состав, физические свойства и условия залегания; - состав загрязненных стоков, естественных подземных вод и горных пород, слагающих водоносный пласт, его кровлю и подошву: сопоставление химического состава горных пород, сточных и подземных вод позволяет судить о роли тех или иных процессов физико - химического взаимодействия, которые скажутся на миграции загрязнений в водоносном пласте; - изучение в лабораторных и полевых условиях выделенного ведущего физико-химического процесса для выявления закономерностей и определения параметров рассматриваемого процесса (Методы охраны подземных вод от загрязнения и истощения,1985). Однако изменение химического состава подземных вод может быть связано не только с попаданием в них загрязнений, но и такими видами хозяйственной деятельности, как осушительные мелиорации или искусственное восполнение. При осушении заболоченных земель наблюдается два наиболее важных гидрогеохимических последствия: 1) происходит последовательное снижение окислительно-восстановительного потенциала грунтовых вод из-за уменьшения общей гидродинамичности системы, уменьшения связи грунтовых вод с атмосферой и возрастания концентраций органических веществ в них. Главное последствие уменьшения окислительно-восстановительного потенциала грунтовых вод осушаемых территорий – увеличение концентраций железа из-за активизации перехода трехвалентного железа из пород в воду, его восстановления в двухвалентное, а также окисления сульфидов железа и их распада на двухвалентное железо и сульфат-ион; 2) происходит увеличение минерализации подземных вод в результате возрастания концентраций кальция, сульфата и железа; при этом значительно возрастает жесткость подземных вод. При искусственном восполнении подземных вод, к сожалению, не всегда происходит улучшение их качества. Это возможно, если возникает несовместимость химического состава восполняющих и восполняемых вод. Например, если через карбонатные породы фильтровать воду, обогащенную фтором, взаимодействия в системе «вода-порода» могут привести к увеличению в подземных водах концентраций фтора, что весьма нежелательно, так как ПДК фтора минимальны. Иногда могут возникнуть в подземных водах новые окислительно-восстановительные и рН-состояния, имеющие самые различные последствия. Тема 6. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД Наиболее распространены физико-химические, электрохимические и физические методы. |
Похожие:
 | Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов специальности... В. А. Ермолаева. География (часть – 2): Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов специальности 020804. 65 «Геоэкология»... |  | Геоэкология Л. В. Переладова. Речной сток и гидрологические расчеты: Учебно-методический комплекс для студентов эколого-географического факультета,... |
| Геоэкология нефти и газа Т. А. Барнёва Технология добычи, транспортировки и хранения нефти и газа. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов... | | Учебно-методический комплекс Рабочая учебная программа для студентов... Рабочая программа предназначена для студентов 3, 4 курсов эколого-географического факультета, обучающихся на очном отделении по специальности... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы экологической геологии» Дополнение к учебно-методическому комплексу «Основы экологической геологии». Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для... | | Учебно-методический комплекс для студентов очной формы обучения специальностей... Учебно-методический комплекс предназначен для инзем тюмгу и направлен на формирование базовой гуманитарной компетентности студентов,... |
| Тюменский государственный университет Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов очной формы обучения специальности 020804. 65 Геоэкология | | Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо... Хорошавин В. Ю., Пашнева М. В. Экология почв. Учебно-методический комплекс. Рабочая программа для студентов одо специальность 020804.... |
| Учебно-методический комплекс по дисциплине «Геология месторождений нефти и газа» Дополнение к учебно-методическому комплексу «Геология месторождений нефти и газа». Учебно-методический комплекс. Рабочая программа... | | Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов специальности... Рассмотрено на заседании умк именит отделения географии, экологии, природопользования и туризма от 21. 04. 2011 №01 |
| Учебно-методический комплекс дисциплины сд. Ф. 7 Геоэкология и природопользование... В соответствии с требованиями Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности «География... | | Вопросы к экзамену по курсу «геоэкология» 15 Геоэкология. Учебно-методический комплекс. Ставрополь: Ставропольский государственный аграрный университет, 2010. – с |
| Учебно-методический комплекс рабочая программа для студентов направления... Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями гос впо по специальности | | Учебно-методический комплекс дисциплины опд. Ф. 18 Государственного образовательного стандарта по дисциплине «Гидрогеология» для специальности «Геоэкология» |
| Учебно-методический комплекс дисциплины опд. Ф. 03 Государственного образовательного стандарта по дисциплине «Учение об атмосфере» для специальности «Геоэкология» | | Учебно-методический комплекс для студентов специальности «Гидрология» Л. В. Переладова. Речной сток и гидрологические расчеты: Учебно-методический комплекс для студентов, обучающихся по специальности... |
