ЗАКОНЫ ДВИЖЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Учебные вопросы: 1. Режим подземных вод. 2. Движение подземных вод. 3. Определение направления и скорости движения подземных 4. Водозаборные и дренажные сооружения в строительстве. 5. Защита подземных вод от загрязнения и истощения. вод. Учебная информация Под режимом понимают совокупность изменений во времени уровня или напора подземных вод, расхода, химического и газового состава, температурных условий, скорости движения подземных вод. Изменение природных (в режима подземных основном вод происходит под влиянием климатических и структурных) факторов и техногенной деятельности человека. Особенно резкие изменения их режима наблюдаются в горнодобывающих районах. Водоотливы из горных выработок уменьшают напоры подземных вод, а иногда полностью осушают водоносные пласты, нарушая природный режим подземных вод. Горные выработки или дренажные системы повышают коэффициент водообмена, возникающие деформации поверхности способствуют увеличению подземного стока; отмечается взаимосвязь водоносных горизонтов и с поверхностными водами. В одних условиях количество откачиваемых шахтных вод может компенсироваться естественным притоком подземных вод, в других – интенсивный приток в горные выработки приводит к истощению ресурсов подземных вод шахтного поля или месторождения. 1 При эксплуатации глубоких горизонтов в соответствующих геологических условиях происходит обычно изменение притока шахтных вод с глубиной, не зависящее от их ресурсов. Движение воды в водоносном горизонте, или так называемая фильтрация, происходит по порам и мелким трещинам горных пород. Отдельные струи движутся равномерно, без разрыва сплошного потока, с небольшими скоростями параллельно одна другой. Такое движение подземной воды преобладает в природных условиях и называется ламинарным. Закон ламинарного движения формулируется следующим образом. Расход (или количество) воды, фильтрующейся через определенную площадь (поперечное сечение) горной породы, пропорционален этой площади, напору и обратно пропорционален длине пути фильтрации на данном участке потока. Отклонения от закона ламинарного движения происходят при действительной скорости движения подземной воды свыше 1000 м/сутки, что наблюдается лишь в карстовых районах и в породах, имеющих большие трещины. Движение воды переходит в вихреобразное или турбулентное, при котором струи воды уже не движутся параллельно. В современный гидродинамических период расчётов характерно почти во активное всех применение гидрогеологических исследованиях. Завершена разработка методики расчётов стационарной фильтрации и разработаны теоретические основы прогнозов подпора грунтовых вод в районах гидросооружений и орошаемых территорий; обосновываются методы оценки эксплуатационных запасов подземных вод; сформулированы основные направления исследований региональной динамики глубоких и взаимодействующих водоносных горизонтов. Воздействие хозяйственной деятельности человека на подземные воды приводит к необходимости рассмотрения сложных расчётных схем, поэтому, помимо аналитических методов расчёта, широко используются 2 методы математического моделирования с применением аналоговых приборов и цифровых ЭВМ. Это позволяет проводить гидрогеологические расчёты с возможно более полным учётом природной обстановки и всех действующих факторов. Для решения стационарных задач, как правило, используют сплошные электрические модели из электропроводной бумаги, а для решения нестационарных задач — гидроинтеграторы и сеточные электроинтеграторы на активных сопротивлениях (сетка Либманна) и на активных сопротивлениях с ёмкостями (сетка R — С). Наряду с решением прямых гидрогеодинамических задач, в которых даётся прогноз режима и баланса подземных вод, рассматриваются решения обратных задач — восстановление параметров фильтрационной схемы по данным о режиме подземных вод (например, при многолетней работе крупных водозаборов подземных вод, в районах водохранилищ, карьеров). Важное значение для изучения загрязнения подземных вод, обоснования гидрогеохимических методов поисков полезных ископаемых приобретает новое направление, изучающее физико-химические процессы, происходящие при взаимодействии подземных вод с вмещающими их горными породами. Водозаборные сооружения (также известны как водозаборный узел — ВЗУ) — сооружения для забора воды из источника, состоящие из ряда основных инженерных объектов: * водозаборного устройства со станцией первого подъема (обычно это погружные насосы); * узел учета воды из водосчетчиков — расходомеров; * водоподготовки для доведения качества воды до норм питьевой воды; * резервуара чистой воды (РЧВ); * резервуара пожарного запаса (пожарный резервуар); * насосной станции второго подъема для поддержания давления и подачи воды потребителю в требуемом объёме; 3 * водонапорной башни (альтернатива насосной станции второго подъема); * станция пожаротушения (пожарные насосы); * дренажная система выполняет отвод вод при аварийном переполнении резервуаров, подтоплении водозаборных сооружений. * контрольно-измерительные приборы и автоматика (сокр. КИПиА или КИПиС) следят за работоспособностью оборудования, регулируют расходы воды, ведут журналы изменений характеристик: уровней, расхода воды, аварийных ситуация и т. п., выполняет автоматическое обслуживание оборудования, например, автоматическая промывка станции водоподготовки. Полный перечень выполняемых автоматически действий зависит от конкретных требований технического задания Заказчика к объекту водозаборного узла; Большие (перекачивающие свыше 10 000 куб.м/сут) водозаборные сооружения могут иметь собственную инфраструктуру: электрическую подстанцию, газораспределительную подстанцию (ГРП), котельную, диспетчерский пункт с возможностью нести вахту, лабораторию для контроля качества воды и прочее. Место для размещения водозаборного сооружения, так называемый землеотвод, должно быть согласовано санитарно-эпидемиологического надзора с государственным и удовлетворять органом санитарно- эпидемиологическим (СанПиН) и строительным нормам (СНиПам) и пр. Основы водного законодательства РФ предусматривают охрану природных вод, имея в виду интересы не только водоснабжения, но также интересы рыбного хозяйства, водного транспорта, орошения, спорта, охоты, лечебные цели и т. д. Водное наиболее законодательство рациональное предусматривает комплексное охрану использование их водоемов и различными потребителями путем взаимной увязки их интересов и потребностей, а также соответствующую организацию эксплуатации природных водоемов. 4 Существенным мероприятием по борьбе с истощением водоемов является регулирование и рационализация лесного хозяйства на площадях водосборных бассейнов и, в частности, запрещение (сокращение) вырубки лесов в верховьях рек и их притоков. Большое значение имеет проведение противоэрозионных мероприятий. Кроме общеизвестных бедствий, которые эрозия почв причиняет сельскому хозяйству, она способствует значительному заилению водоемов. Особенно интенсивно в результате эрозии заиляются водохранилища. Процесс эрозии влияет и на режим стока рек. Снижение полезного грунтового стока, обусловленное эрозией, ведет к усилению паводков и снижению меженных расходов, что является весьма неблагоприятным для водопользователей. В РФ проводятся эффективные мероприятия по борьбе с эрозией почв, осуществляются хозяйства по агротехнические задержанию мероприятия поверхностного в стока, системе сельского предусматриваются защитные лесонасаждения для закрепления склонов и т. п. Загрязнение природных водоемов происходит не только в результате сброса сточных вод, но и в результате других видов хозяйственной деятельности людей. На водоемах, используемых для целей водоснабжения, запрещается молевой сплав леса. Серьезное загрязнение водоемов может иметь место в результате утечки нефтепродуктов, масел и т. п., перевозимых водным транспортом, или аварий нефтеналивных судов и неорганизованного сброса судами всех видов загрязнений. Поступление в водоемы вредных для здоровья людей веществ может происходить в результате смыва с полей различных удобрений и ядохимикатов. Для предотвращения отмеченных загрязнений должны применяться соответствующие охранные мероприятия. Как указывалось, водное законодательство уделяет особое внимание первоочередному удовлетворению питьевых и бытовых потребностей населения в воде доброкачественных источников. В соответствии с этим подземные источники воды в первую очередь должны использоваться для водоснабжения населенных мест. Для производственных целей они могут 5 быть использованы только при условии, что это не идет в ущерб хозяйственно-питьевому водопотреблению. Вопросы для самопроверки: 1. Какой вид движения преобладает в подземных водах? 2. Как определяется направление и движение подземных вод? 3. Какие водозаборные сооружения используются в строительстве? 4. Какие используются способы защиты подземных вод от загрязнения и истощения? СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ: Основная литература: 1. В. П. Ананьев, А. Д. Потапов. Инженерная геология – М.: Высш. шк., 2007. – 576с. 2. Л. В. Передельский, О. Е. Приходченко. Инженерная геология – Ростов н/Д: Феникс, 2009. – 464с. Дополнительная литература: 3. В. П. Ананьев, А. Д. Потапов, Н. А. Филькин. Специальная инженерная геология – М.: Высш. шк., 2008. – 264с. 4. Н. А. Платов. Основы инженерной геологии – М.: Инфра-М, 2009. – 192с. 5. Э. М. Добров. Инженерная геология – М.: Академия, 2008. – 6. Е. М. Пашкин. Инженерная геология (для реставраторов) – М.: 224с. Архитектура-С, 2005. – 264с. 6 Список основных терминов Шахтные воды - воды, поступающие в подземные горн. выработки из подрабатываемых водоносных горизонтов, поверхностных водотоков (водоёмов) и дренажных выработок. Ламинарное течение — течение, при котором жидкость или газ перемещается слоями без перемешивания и пульсаций (то есть беспорядочных быстрых изменений скорости и давления). Турбулентное течение – форма течения жидкости или газа, при которой их элементы совершают неупорядоченные, неустановившиеся движения по сложным траекториям, что приводит к интенсивному перемешиванию между слоями движущихся жидкости или газа. 7