6 Формування підземних вод на урбанізованих територіях.

Із всіх елементів літосфери найбільшу швидкість відповідної реакції на вплив техносфери мають підземні води (води, що лежать нище поверхні землі). По характеру зв’язку з горними породами і ступеня рухомості підземні води поділяють на 3 групи:

1. хімічно зв’язана (включаючи конституційну, кристалізаційну) – утримується всередині мінералів силами, що значно перевищують силу тяжіння. Видалення із мінералів – при нагріві.

2. фізично зв’язана води ( міститься в основному в тонкодисперсних породах і утримується на поверхні частинок силами, що мають електричну природу. Дана вода може рухатися під впливом осмотичних і електроосмотичних сил. До фізично зв’язаної відносять капілярну воду, найбільш рухому. Не підчиняється закону сили тяжіння і рухається в капілярних порах знизу вверх. Обмеження – пов’язано із дією поверхневого натягу на границі розділення „вода – порода”.

3. вільна вода заповнює пори і пустоти в горних породах і пересувається в них під дією сили тяжіння зверху вниз або в різних напрямках під впливом перепаду тиску.

Розвиток людства безперервно пов’язаний із забрудненням підземних вод (велике використання бо більша якість, близькість до споживача). Але їх об’єм значно менший поверхневого (ресурси поверхневих вод на території України в маловодний рік 29700 млн м³., а прогнозні підземні ресурси (загалом на Україні) – 7000 млн м³. У ряді випадків підземні води не можна використовувати.

В даний час основний об’єм використовуємої людиною підземної води – це прісні води, що циркулюють в зоні активного водообміну, які простягаються до глубини сотні км і до 1 км. Підпитка цих вод в основному за рахунок атмосферних опадів, що вимиваються з грунтів, пород водонасиченої зони, де накопичуються забруднення.

Перший від поверхні горизонт – грунтові води через відсутність достатніх ізолюючих шарів постійно забруднений. В містах – дуже сильно, що їх очистка і використання не доцільна.

Далі – міжпластові води – залягають на глибині до 100 м, мають порівняно більшу захищеність від поверхневих забруднень. Цикли вдообміну – від декількох років до десятків років. Зараз широко використовуються для водозабезпечення міст. Але в останній час забруднення (грунтові води) досягли третини водозаборів України. (Харків – перевищення нафтопродуктів, пестициди, феноли у водозаборі що в межі міста). зараз суттєве іде обіднення, викачування.

Найбільша захищеність – водоносних горизонтів від декількох сотень м до 1 км. Полний водообмін – сотні і тисячі років.

Дуже багато забруднень надходить через скважини водозаборів (неісправність, відпрацьованість).Погіршення якості підземних вод необоротнє.

При експлуатації артезіанських водозаборів за період амортизаційного терміну (25 р) видалення підземних вод проходить з території декількох кілометрів квадратних. Таким чином, на урбанізованих територіях під впливом інтенсивної діяльності людини складується порушений (антропогенний) режим підземних аод. Зміна гідродинамічних характеристик підземних вод – напору, швидкості, витрати, їх температури і складу проходить не тільки під впливом природніх факторів, але і антропогенних (внаслідок викачування вод), які відігрують основну роль.

При умові збереження об’єму елементу гідросфери (підземних вод) водний баланс виражається рівнянням:

Q_j – cума прихідних і витратних складових водного балансу елементу, м³/добу;

(+) - приток, (-) - відток підземних вод;

Δt – тривалість розрахункового періоду;

Δυ – зміна об’єма ( запасів) підземних вод, м³.

Під запасами підземних вод розуміють загальний об’єм води, що міститься у розглядаємому елементі гідросфери. Приток підземних вод – це підпитка підземних вод; відтік – розвантаження підземних вод.

Для елементу грунтового горизонту рівняння водного балансу має вигляд:

W_п – сумарне живлення грунтових водз поверхні, ( інфільтраційне, конденсація, поглинання поверхневих вод, штучне живлення), м³/добу, Р – розвантаження грунтових вод на поверхню, (випаровування, виходи – джерелатощо)м3/добу

+/-Q_н – притік із нище розташованих горизонтів, м³/добу;

+/-Q_гр – різниця притоку і відтоку по грунтовому водоносному горизонтум³/добу;

Q_з – відбір грунтових вод, м³/добу;

F – площа балансової ділянки, м2;

ΔН – зміна рівня грунтових вод у даному елементів потоку за даний період Δt;

Δμ – гравітаційна ємність, доля одиниць.

Для урбанізованих території характерною проблемою є підтоплення земель – внаслідок підняття грунтових вод (через додаткове живлення і додаткові джерела інфільтрації- каналізація, очистка, проливи тощо), менше випаровування (забудова), зроста внутрішньогрунтова конденсація. (фундаменти більша теплопровідність у порівнянні з грунтами). Зниження проникливості грунтів .

Основні джереда забруднення грунтових і міжпластових вод у містах є: промплощадки і відстійники рідких відходів промпідприємств; утечки із каналізаційних сіток, очисні споруди; звалища побутових відходів, розсіяне забруднення нафтопродуктами; органічними речовинами і важкими металами на міській території.

Охорона підземних вод від збіднення і забруднення.

Збереження високої якості і запасів підземних вод може бути забезпечено перш за все шляхом впровадженнящадящих режимів експлуатації підземних горизонтів (надійний контроль, фіксувати зміни і вводити корективи у режим експлуатації)

Другий напрям – виявлення, ліквідація і передбачення появи нових техногенних джерел забруднення водоносних горизонтів. (накопичувачі, хранилища, очисні споруди, аварії)

Раціональне використання – тільки на питне водозабезпечення ( окремо від іншого господарсько – побутового і промислового водозабезпечення).

Методи поповнення запасів підземних вод

Збільшення обсягу підземних водоносних горизонтів може бути досягнуто за рахунок штучного поповнення запасів підземних вод.

Штучне поповнення запасів підземних вод – це комплекс інженерних заходів, направлених на збільшення підпитки підземних вод, збільшення або збереження експлуатаційних есурсів водоносного горизонту, а також на покращення і збереження якості води.

Основним джерелом поповнення запасів підземних вод є річний стік. Другі види – води тимчасових водотоків, ливневі і талі води, тощо, при умові що вони відповідають умовам якості води.

Є два основних метода штучного поповнення – розподілення і нагнітання (з різними модефікаціями). Метод розподілення використовують для поповнення запасів підземних вод безнапорних горизонтів в умовах, що зона аерації аерації складена добре приникливими відкладеннями (більше біля поверхні). Виконується різними способами – обладнання інфільтраційних басейнів, каналів, траншей, котлованів, затоплення поверзні, розчистка дна русел для фільтрації., фільтруючі колодці

Метод нагнетания – використовують для закачування води в напорні водоносні горизонти, або при умові, що на поверхні землі малопроникливі породи. Установлення нагнітаючих скважин і свердловин, в які води подаються під тиском. Специфічний метод – живлення експлуатуємого горизонту сміжними, залягающих вище або нище шляхом буріння і обладнання скважин.

Негативний фактор – заілювання, зв’язані гази, повітря, підвищений вміст заліза – тому інфільтраційне обладнання (при нагнітанні) треба періодично чистити.