Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поиски и разведка подземных вод и мероприятия по их охране от загрязнения и истощения. Учебное пособие
.pdf
воды и нефтепродуктов и их передача на дальнейшую обработку, а третья
– представляет собой пункт управления, т.е. центр для регистрации
измеренных значений и управления работой завесы.
2.4.7. Изоляция области загрязнения непроницаемыми
подземными стенами
Подземные непроницаемые стены относятся к пассивным элементам
защиты подземных вод. Это значит, что в результате их применения
загрязнение не устраняется, а лишь ограничивается его распространение.
В зависимости от глубины их устройства в водоносном горизонте выделяют
сплошные и несплошные подземные стены. Сплошная подземная стена
упирается в водонепроницаемое основание и пересекает поток подземных
вод по всей мощности водоносного горизонта. Несплошная (частичная)
подземная стена доходит до определенной глубины и препятствует движению
загрязняющих веществ лишь в верхней части водоносного горизонта и по
его поверхности.
Непроницаемые стены могут быть также подразделены на замкнутые
и незамкнутые. Первые окружают всю местность, где существует
возможность загрязнения, полностью изолируют ее и препятствуют
распространению загрязнения.
Незамкнутые стены лишь направляют поток подземной воды
и загрязняющих веществ, но не могут без дальнейших мероприятий
полностью исключить распространение загрязнений. Подземные
стены обычно дополняют гидравлическими элементами, которые дают
возможность активного удаления загрязняющих веществ.
Обычно применение подземных непроницаемых стен является
эффективным на малых объектах, где гидравлическая защита в эксплуатации
не могла быть выгодной.
Подземные стены в сочетании с гидравлическими методами целесообразно применять тогда, когда они проходят поперек полосы загрязнения.
Комбинация экранирующих стен и откачивающих скважин успешно может
применяться также при загрязнении относительно слабопроницаемых
водоносных пород и небольшой мощности водоносного горизонта. В этом
случае подземная стена и откачивающие скважины располагаются на одной
линии. Скважины обеспечивают отбор загрязненной воды, а подземная стена
препятствует ее утечке в промежутке между скважинами, где депрессионные
воронки ввиду их крутизны и небольших размеров в слабопроницаемых
породах не могут смыкаться и перекрывать друг друга.
2.4.8. Подземное захоронение сточных вод
Одним из способов борьбы с загрязнением подземных вод и окружающей среды является подземное захоронение вредных промышленных
121
стоков путем закачки их через поглощающие скважины в глубокие
горизонты. Однако, у данного метода имеются как сторонники, так и противники. Естественно, подземное захоронение сточных вод в глубокие
водоносные горизонты не лучший способ их удаления, хотя по сравнению
с поверхностным складированием отходов в накопителях, их сжиганием он
имеет определенные преимущества. Они заключаются в том, что вредные
вещества убираются с поверхности земли, где они непосредственно
воздействуют на человека, в глубокозалегающие участки недр, откуда такое
воздействие исключается. При этом не отчуждаются и остаются в сфере
хозяйственного использования значительные участки земли, уменьшается
загрязнение почв, поверхностных вод и воздушного бассейна. Вместе
с тем при подземном захоронении загрязняются недра, возникает опасность
загрязнения используемых для питья пресных подземных вод, а также
других полезных ископаемых.
Наряду с этим подземное захоронение имеет существенные ограничения
в части количества закачиваемых стоков. Таким способом могут удаляться
лишь сравнительно небольшое количество загрязненных и токсичных
отходов. И хотя это очень важно, поскольку сильно загрязненная часть
стоков является небольшой, но может существенно загрязнить окружающую
среду, тем не менее, подземное захоронение не решает проблему удаления
отходов в целом. Поэтому, по мнению ряда специалистов (В. М. Гольдберг,
Н. П. Скворцова, Л. Г. Лукьянчикова), подземное захоронение стоков –
это не радикальный способ удаления, а вынужденная мера ограниченного
применения по отношению к неочищенным сильнозагрязненным и токсичным стокам [12].
Мероприятия по охране подземных вод при создании и эксплуатации
полигонов захоронения. Для непосредственного удаления (захоронения)
промышленных стоков создаются полигоны захоронения, состоящие из ряда
поглощающих скважин. Для достижения наиболее совершенного качества
этих скважин применяется следующее [3]:
- в резьбовых соединениях обсадных труб используется уплотненный
резьбовой состав;
- перед спуском в скважину отдельных звеньев обсадные трубы
опрессовываются на поверхности земли;
- при спуске обсадных труб на них устанавливаются фонари для цен-
трирования колонны в стволе скважины;
- после установки обсадной колонны производится затрубная подбашмачная цементация каждой колонны с выдавливанием цемента до поверхности земли.
После производства затрубной и межтрубной цементации производят
тщательную проверку качества выполненных работ. Для этого применяются
следующие методы [3]:
122
- гидравлические или пневматические испытания путем нагнетания
воды или воздуха пол большим давлением;
- опорожнение ствола скважины, изолированного снизу, и наблюдения
за подъемом уровня пластовой воды в ней;
- термометрический метод, позволяющий определять высоту подъема
цементного раствора за обсадной колонной;
- метод с использованием радиоизотопов, добавленных в цементный
раствор, позволяющий оценить качество выполненной цементации по всей
длине затрубного пространства колонны;
- гамма-гамма-каротаж, использующий разность плотностей отвержденного цемента и пород, также устанавливающий качество выполненной
затрубной цементации по всей длине обсадной колонны.
В случае установления негерметичности обсадной колонны, в ствол
скважины закачивается раствор, содержащий индикаторные количества
радиоизотопов, что дает возможность последующим гамма-каротажем
обнаружить дефектные места, которые в последующем цементируются
местной инъекцией цементного раствора.
Все поглощающие скважины оборудуются оголовками, конструкция
которых должна давать возможность:
- отключать стволы скважин от спецсетей;
- осуществлять сдувку газов из скважин (если они образуются), изме-
рение их объема, а также отвод их при необходимости очистки;
- измерение и запись расхода и давления на устье скважины;
- проведение на скважине и оголовке ремонтно-восстановительных работ.
Наземные сооружения полигонов захоронения промышленных стоков
кроме оголовков скважин включают различный комплекс устройств: узел
подготовки жидких отходов к захоронению, сборные резервуары, насосную
станцию закачки, проводящие и отводящие трубопроводы и т.д.
В процессе эксплуатации полигона захоронения должен проводиться
следующий постоянный комплекс наблюдений и исследований [3]:
- за объемом и химическим составом жидких отходов, удаляемых в нагне-
тательные скважины, а также вод, получаемых из разгрузочной скважины;
- за распространением жидких отходов в поглощающих горизонтах
методами геофизики и химического опробования воды, отобранной из наблюдательных скважин;
- за составом вод вышележащих водоносных горизонтов, особенно содержащих пресные питьевые воды;
- за гидродинамическим состоянием поглощающих горизонтов и водоносных горизонтов, залегающих выше, а при необходимости и ниже
поглощающих горизонтов;
- за интенсивностью проявления нежелательных процессов, возникающих при захоронении отходов (газообразование, повышение to);
123
- за выполнением санитарных мероприятий в пределах всех поясов
санитарно-защитной зоны данного полигона захоронения.
Контрольные вопросы
1. Понятие об охране подземных вод. Основные виды водоохранных
мероприятий. Зоны санитарной охраны водозаборного сооружения.
2. Размещение промышленных и сельскохозяйственных объектов в связи
с охраной подземных вод.
3. Защита методом спаренных откачек от подтягивания загрязненных
вод по разрезу.
4. Ликвидация области загрязнения откачкой загрязненных вод.
5. Локализация области загрязнения путем создания гидравлической
завесы.
6. Изоляция области загрязнения непроницаемыми подземными
стенами.
7. Подземное захоронение сточных вод.
2.5. ИСТОЩЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Проблема истощения подземных вод становится все более
актуальной. В последнее время при решении вопросов об источниках
водоснабжения приходится ощущать недостаток подземных вод,
в особенности вблизи потребителя, а также с загрязненностью
поверхностных вод, иногда и подземных. В связи с этим все больше
применяют искусственное восполнение подземных вод (ИВПВ).
В большинстве случаев для ИВПВ используют поверхностные воды,
качество которых необходимо улучшать.
Под собственно искусственным восполнением подземных вод обычно
понимают такое восполнение, при котором создаются сооружения для
искусственного питания подземных вод (дополнительно к водозаборам) в виде
инфильтрационных бассейнов, инфильтрационных (поглощающих) скважин
и других сооружений.
При ИВРВ для хозяйственно-питьевого водоснабжения имеется в виду
получение расчетного расхода с необходимым улучшением качества поверхностных вод.
В ряде случаев ставится задача ИВПВ с образованием емкостных
запасов, что необходимо при недостатке или резком ухудшении качества в отдельные периоды поверхностных вод.
ИВПВ из поверхностных источников – относительно дешевый способ
получения кондиционных питьевых вод.
Схемы ИВПВ определяются природными условиями – гидрогеологическими, гидрологическими, климатическими, а также наличием на участке
124
восполнения существующей эксплуатации, потребностью в воде, санитарными
условиями, качеством воды, обеспеченностью достаточного расхода для
восполнения и др.
По гидрогеологическим условиям и способам фильтрации можно выделить две группы искусственного восполнения: 1) при свободной инфильтра-ции
с поверхности земли (ИВПВ открытого типа); 2) при напорной инфильтрации
через поглощающие скважины и колодцы (ИВПВ закрытого типа).
К первой группе относится искусственное восполнение грунтовых вод
(первого от поверхности водоносного горизонта), не перекрытого сверху водонепроницаемыми породами или при мощности последних не более 3 метров.
Инфильтрация воды для восполнения в этом случае может происходить в бассейнах, канавах, на затопляемых естественных участках, в прудах, руслах рек и пр.
К второй группе относится искусственное восполнение при глубоком
залегании водоносных горизонтов, отделенных на рассматриваемом участке
от поверхности земли водоупорными слоями, или при грунтовых водах,
залегающих сравнительно неглубоко, но отделенных от поверхности земли
достаточно мощным (более 5 метров) водоупорными слоями.
Схемы ИВПВ разнообразны в зависимости от комплекса природных
условий и должны рассматриваться отдельно.
2.6. МЕТОДЫ ГИДРОГЕОХИМИЧЕСКОГО ИЗУЧЕНИЯ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Задачи исследований. Гидрогеохимическое изучение загрязнений
представляет наиболее важную часть геоэкологических исследований. В связи с этим необходимо рассмотреть, как меняются содержание и направленность гидрогеохимических методов в зависимости от видов и стадии геоэкологических работ.
Главной задачей геоэкологических исследований является изучение геологической среды как среды обитания человека и происходящих в ней геохимических, геофизических, гидрогеологических и инженерно-геологических
процессов с целью ее охраны и рационального использования [14]. К наиболее важным видам геоэкологических исследований относятся следующие
•комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка масштаба 1 : 200 000 – 1 : 50 000 районов интенсивного хозяйственного
освоения;
•специальная эколого-геохимическая и радиогеохимическая съемка
среднего и крупного масштаба территорий, подвергшихся региональному
воздействию городских и промышленных агломераций
•аэрокосмогеологические (дистанционные) съемки в сочетании
с наземным опробованием для изучения антропогенного загрязнения почвенно-покровных отложений и природных вод;
125
• наблюдения за режимом и балансом подземных вод и их качеством на региональной сети опорных станций, охватывающих всю территорию нашей страны;
•обследование участков, где наблюдается техногенная активизация
экзогенных геологических процессов;
•изучение гидрогеологических и геофизических предвестников землетрясений на гидро-геодеформационных полигонах, а также гидрогеологических особенностей импактных структур.
Геоэкологические исследования проводятся с разной степенью детальности и поэтому соответствуют, как это принято в практике геолого-разведочных и изыскательских работ, определенным стадиям изучения:
1) геоэкологическая съемка, региональное обследование техногенных
процессов и их последствий;
2) геоэкологическая разведка, которая проводится для детального изу-
чения очагов загрязнения геологической среды;
3) геоэкологические наблюдения, которые ведутся для изучения геоэ-
кологических циклов в воздухе, воде, почвах и породах.
На этой стадии организуется литомониторинг, который представляет
собой систему контроля, оценки состояния геологической среды и прогнозирования процессов ее изменения под воздействием природных и техногенных факторов с целью управления этими процессами в целях эффективного и рационального природопользования.
Этапы гидрогеохимических исследований. Гидрогеохимические исследования составляют важную часть перечисленных видов геоэкологических работ. Возможности и задачи этих исследований зависят от их масштаба, ландшафтно-гидрогеологических условий и типа загрязнения [14].
На первом этапе геоэкологических работ гидрогеохимическими методами выявляются техногенные изменения в подземных водах в пределах
крупных регионов, устанавливаются источники и виды загрязнения.
На втором этапе работ проводится детальное гидрогеохимическое изучение участков расположения объектов – источников загрязнения. Такими
объектами могут быть АЭС, ТЭС, горно-добывающие и перерабатывающие
предприятия, агропромышленные комплексы, мелиоративные системы.
Итогом детальных гидрогеохимических исследований является установление
генезиса состава, размеров и режима ореолов загрязнения, прогнозирование
их поведения и рекомендации по предотвращению неблагоприятных
последствий от загрязнения вод.
На третьем этапе режимные наблюдения и мониторинг подземных
вод организуются на участках расположения сети наблюдательных скважин,
колодцев и других водопунктов с целью изучения естественного и техногенного
режима подземных вод, контроля и прогнозирования его изменения для
управления происходящими гидрогеохимическими процессами.
126
Виды гидрогеохимических исследований. Основные виды гидро-
геохимических исследований при изучении загрязнения подземных вод
следующие:
• гидрогеохимическая съемка;
• опробование скважин, колодцев и других водопунктов по специаль-
ной программе;
• опробование почв, горных пород, донных илов;
• опытно-миграционные работы;
• режимные наблюдения;
• лабораторные и экспериментальные работы.
Гидрогеохимические методы применяют в комплексе с другими
геоэкологическими видами работ (аэрокосмическими, геофизическими,
геохимическими, фильтрационными, почвенно-ландшафтными, санитарногигиеническими). Их сочетание определяется задачами, масштабом
и условиями ведения работ и эколого-гидрогеологической обстановкой.
Гидрогеохимическая съемка используется для картографирования
загрязнения подземных вод. Масштаб съемки чаще всего
1 : 200 000 – 1 : 50 000. Более крупный масштаб применяется для оконтуривания ореолов загрязнения и детализации их состава. Гидрогеохимической
съемке обычно предшествует опытно-методическое обследование какойлибо части территории, во время которого уточняется методика ведения
маршрутов и опробования водопунктов, перечень видов анализа, который
необходим для изучения загрязненных вод.
В процессе съемки опробуются скважины, колодцы, источники
и другие водные объекты, характеризующие подземные воды, почвы,
донные илы, болота. В сеть опробования включают также поверхностные
водотоки и водоемы, гидравлически связанные с подземными водами.
Кроме того, следует отбирать пробы атмосферных вод, особенно если они
служат переносчиками загрязнителя в гидросферу.
При гидрогеохимической съемке очень важно: соблюдать определенную плотность расположения точек опробования; обеспечивать репрезентативность опробования и достоверность результатов [14]. Не вдаваясь
в подробности описания этих принципов, отметим следующее. Плотность
опробования зависит от масштаба съемки и сложности эколого-гидрогеологических условий. Формально одна точка опробования должна приходиться
на 1 см2 карты, но на практике точки опробования должны сгущаться возле
источника загрязнения (на площади загрязнения) и образовывать профили по
направлению движения подземных вод.
Репрезентативность характеризуется представительностью опробования,
т.е. обоснованным выбором типоморфного участка (зоны, горизонта) опробования, необходимого числа точек, достаточного для прослеживания движения
загрязнителя и статистической обработки полученных данных (расчеты фона,
127
коэффициента корреляции и др.). Должны быть приняты во внимание особенности
разных типов ландшафтов, их ярусов (почвенного, зоны аэрации, грунтовых
вод) и разных геологических формаций (литолого-стратиграфических).
Достоверность опробования определяется правильным выбором
места опробования водопункта, соблюдением требований к отбору, консервированию и транспортировке проб воды (содержание неустойчивых
компонентов анализируется на месте), надежностью используемой методики
лабораторного анализа воды и квалификации персонала, который этот
анализ выполняет.
Гидрогеохимическая съемка проводится как на основе ранее
выполненной геологической или гидрогеологической съемок того же
масштаба, так и при комплексировании с геолого-экологической съемкой.
Часто составляют два типа карт: общую гидрогеохимическую (состава
и минерализации вод) и ореолов загрязнения (их состава и контрастности по
отношению установленной концентрации загрязнителя к ПДК).
Опробование водопунктов (скважин, колодцев, источников и др.)
ведется не только при гидрогеохимической съемке, но и при обследовании
ореолов загрязнения, отдельных водопроявлений. При этом соблюдаются такие требования, как репрезентативность и достоверность, описанные
выше. Особое внимание при такого рода обследовании уделяется природе
загрязнения, физико-химическим свойствам загрязнителя, его взаимодействию с водой и породой, токсичности и опасности для людей, масштабу
и интенсивности загрязнения, длительности его существования.
Опробование самоизливающих скважин, а также выработок, имеющих
насосное оборудование, и источников особых сложностей не представляет,
поскольку оно выполняется по стандартной методике. При необходимости,
кроме проб воды, отбираются пробы газа, взвеси, гидрогенных отложений
в месте истечения воды.
Для «оживления» колодцев и скважин, не имеющих насосного
оборудования, перед гидрогеохимическим опробованием необходимо
проводить их прокачку с тем, чтобы оттартать (отобрать) примерно 1-2 объема воды, находящейся в водоприемной части этих выработок.
Опытно-миграционные работы позволяют получить количественные
параметры миграции загрязнителя в водоносных пластах для соответствующих расчетов, прогнозирования и моделирования процессов загрязнения подземных вод. Суть рассматриваемого метода заключается в запуске
в водоносные горизонты химически инертных веществ или тепловых
трассеров-индикаторов через приемные скважины (шурфы) и слежении
за их перемещением в водоносном пласте.
Схемы слежения за движением индикатора могут быть различными.
При дуплетной схеме испытания в одну скважину запускается трассер-индикатор,
а из другой скважины, находящейся на расстоянии от нескольких метров
128
(в пористых породах) до нескольких десятков метров (в трещиноватых), ведется
откачка. Широко применяется способ испытаний, заключающийся в наливе
(нагнетании) индикатора в центральную скважину и наблюдении за его приходом
в соседнюю (выходную) скважину. Возможно проведение опыта в одной скважине
по схеме налив-откачка. Если способы интенсивного гидродинамического
возбуждения пласта не используются, можно изучать миграционные процессы
в естественной обстановке, но в этом случае продолжительность опыта может
оказаться слишком большой, что ограничивает его применение.
Проведение опытно-миграционных работ требует выполнения
многих условий. Например, при выборе индикатора следует учитывать его
растворимость (хорошее смешение с водой), химическую инертность, продолжительность существования, легкость определения и экологическую
безопасность. Поэтому чаще всего используются химические индикаторы
(NaCl, NaBr, Na
HPО4, NaNO3, NaF), красители (ypaнин-C20Н10О
2
5Na2
, эозин, родамин Б), тепловые индикаторы, иногда споры, микрофлора, некоторые радионуклиды. Важно правильно выбрать не только индикатор (или
их сочетание), но и его концентрацию, чтобы зафиксировать его появление
в наблюдаемой скважине. Ответы на эти и другие вопросы можно найти
в соответствующих руководствах и монографиях.
Полевые методы исследования водной миграции вещества, как
правило, сочетаются и дополняются лабораторными экспериментами.
Полевые методы дают лучшие результаты в трещиноватых породах,
а миграционные параметры, получаемые при этом, характеризуют
емкостные и дисперсионные свойства пород [14].
Лабораторные опыты используют обычно при изучении поровопластовой водоносности пород. Наряду с определением емкостных свойств
пород, лабораторные исследования позволяют установить направленность
протекания физико-химических процессов и вызванные ими изменения
свойств и состава пород, показатели сорбции и ионного обмена, экранирующие
свойства отложений, их изменение при взаимодействии с водами различного
химического состава.
Опытно-миграционные работы часто сочетают с опытнофильтрационными: опытными водопонижениями, кустовыми откачками,
нагнетаниями. Такое комплексирование дает возможность совместно
изучать физико-химические и гидродинамические процессы, изменение
состава и ресурсов подземных вод.
Режимные наблюдения ведутся с целью изучения поведения ореолов
загрязнения во времени и пространстве. При организации расширенных
наблюдений необходимо установить размещение скважин на участке, их
число, оборудование, положение фильтров (водоприемной части скважин);
обосновать периодичность наблюдений, вид и методику химических
анализов воды (газа, микрофлоры).
129
Режимные скважины располагают обычно так, чтобы можно было
исследовать разные части ореолов загрязнения по ходу движения и изучить
условия их формирования и разрушения в подземных водах. Опорными
точками режимных наблюдений могут служить не только скважины,
но и источники, колодцы, водотоки, водоемы, постоянные наблюдения
ведутся на водозаборах. Сеть наблюдений может дополняться со временем
новыми опорными пунктами, сгущаться или разрежаться. Динамика ее
развития зависит от многих обстоятельств: характера загрязнения (точечного,
регионального), вида и масштаба загрязнения, режима, гидрогеологических
условий, протекающих физико-химических процессов, поставленной задачи.
Для проведения режимных наблюдений выбираются репрезентативные
участки с наиболее типичными условиями формирования ореолов загрязнения.
На основе полученных по ним данных решаются общие вопросы контроля
загрязнения вод и выбора необходимых профилактических мероприятий.
Частота (периодичность) наблюдений зависит от продолжительности
циклов формирования ореолов рассеяния (сезонных, годовых, многолетних)
или хода развития процессов загрязнения вод. При спонтанном загрязнении
возникает задача не только временного, но и пространственного его
прослеживания, а также изучения физико-химических процессов,
происходящих в подземных водах при взаимодействии компонентов системы
«загрязнитель-вода-порода-газ-живые организмы».
Вид гидрогеохимического опробования диктуется типом загрязнения.
Вместе с тем следует учитывать его возможные физико-химические
преобразования, например, при денитрификации, ионном обмене, сорбции,
деструкции вещества и др. Поэтому следует предусматривать изучение
разных форм водной миграции загрязнителя.
Как и при поисковых работах, для оценки степени загрязненности
вод можно использовать косвенные (обобщающие) показатели: бактериологическую зараженность вод (коли-титр), окислительно-восстановительный
потенциал, pH и др. Обязательным условием режимных наблюдений является
изучение общего химического состава подземных вод, определяющего
гидрогеохимическую обстановку в целом.
Режимные гидрогеохимические наблюдения, как уже говорилось,
составляют часть литомониторинга. Они позволяют установить динамику процессов загрязнения, получить их характеристики во времени и пространстве. Это
имеет, как правило, решающее значение для оценки состояния геоэкологической
обстановки. Литомониторинг проводят на специальных полигонах, где изучают
большой комплекс разнообразных показателей (геофизических, инженерно
геологических, геохимических), что создает возможности для более полного
объяснения причин и следствий техногенных процессов [14].
Лабораторные исследования дают информацию о составе подземных
вод, позволяют воспроизвести на небольших образцах природные или
130
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]