Режим подземных вод в районах водозаборов и строительства инженерных сооружений

В районах отбора подземных вод для водоснабжения или с целью борьбы с обводненностью шахт и карьеров при разработке по­лезных ископаемых (каменного и бурого угля, железных руд) созда­ется особый искусственный тип режима. Вокруг водозаборных оди­ночных или кустовых скважин образуются депрессионные воронки, диаметр которых достигает сотен метров, а понижение уровня воды — 100 м. Природные факторы на режим подземных вод в этих условиях практически не влияют, а главным фактором является ин­тенсивность водозабора.

Режим грунтовых вод в районах водозаборов и строительства ин­женерных сооружений.

Влияние длительной эксплуатации на хими­ческий состав артезианских вод изучалось во многих городах (Москве, Санкт-Петербурге, Брянске и др.). В Москве усиленная эксплуатация вод каменноугольного горизонта привела к крупным водопонижениям: уровни воды в скважинах снизились на 50—60 м, а площадь депрессионных воронок составила более 1000 км2. Такая эксплуатация повлияла на сток малых и средних рек области: в Московском районе подземное питание рек сократилось на 20— 30%, общий речной сток — на 5—25% (от годовых величин), а в Ме­щерском районе подземное питание — на 25—60% и общий речной сток — на 10—25%.

За 35-летний срок наблюдений в Москве состав вод среднека­менноугольного горизонта при понижениях уровня до 35 м не из­менился, отмечено лишь небольшое увеличение минерализации и содержания хлора. В нижнекаменноугольных отложениях при понижении уровня на 45 м химический состав также мало изме­нился, возросло лишь содержание сульфатов. Питание гидрогеоло­гических подразделений верхнего гидрогеологического этажа в го­роде Москве осуществляется за счет:

  • инфильтрации атмосферных осадков;
  • техногенных вод (утечки по сетям водонесущих коммуни­каций — водопровода, канализации, теплотрасс);
  • утечки на сооружениях водопотребляющих производств (ТЭЦ, насосные станции водопровода и канализации, градирни и др.);
  • полива зеленых насаждений, мытья улиц и т.п.);
  • конденсационных вод, накапливаемых в грунтах обратных за­сыпок, планировочных подсыпок, в естественных грунтах зоны аэрации на закрытых площадях;
  • инфильтрации и подпертой фильтрации из прудов и рек.

Практически все воды верхней водоносной толщи мезокайнозойских отложений, распространенные на территории мегаполиса, загрязнены и не соответствуют питьевому качеству, для централи­зованного хозяйственно-питьевого водоснабжения они не исполь­зуются, используются мало и исключительно для технических нужд некоторыми мелкими предприятиями, например, АЗС для мойки автомашин. Эксплуатационных скважин, оборудованных на мезо- кайнозойские водоносные отложения, в городе единицы-десятки, водоотбор их невелик, роль в водоснабжении города незначи­тельна.

Анализ результатов территориального мониторинга грунтовых вод показывает, что в течение 2006—2012 гг. гидродинамический, температурный и гидрогеохимический режимы грунтовых вод на всей территории города были нарушенными. Гидродинами­ческий режим грунтовых вод в мегаполисе предопределен следу­ющими условиями техногенеза:

  • естественным сезонным изменением положения уровней, условий питания и разгрузки грунтовых вод;
  • нарушениями в результате площадного асфальтирования улиц, перепланировки поверхности, постоянного освоения подзем­ного пространства;
  • барражным эффектом, неравномерными водопонизительными работами при строительстве и работе дренажных сооружений, утечками из водонесущих сетей, прокладкой новых коммуни­каций и т.п.

Влияние каждого из перечисленных факторов имеет локальный характер, однако вследствие их совместного длительного воздей­ствия следует говорить о площадном техногенном изменении есте­ственных гидрогеологических условий на территории мегаполиса.

Например, по результатам гидрохимического опробования по скважинам г. Москвы в течение пяти лет выявлено, что соотно­шение типов воды по преобладающим анионам в химическом со­ставе вод изменяется незначительно. Данные опробования скважин и родников характеризуют преимущественно хлоридные воды. Ми­нерализация грунтовых вод в черте города в большинстве скважин и родников не превышает 1,0 г/л. Практически в половине опробо­ванных скважин, так же как и в прошлые годы, фиксируется вы­сокое содержание NH4, превышающее ПДК, что возможно связано с поступлением сточных вод непосредственно в грунтовые водо­носные горизонты. Практически в половине отобранных проб за­фиксировано превышение ПДК по содержанию железа, и почти во всех пробах — по содержанию марганца.

Следует отметить, что характерной особенностью территории является то, что при формировании депрессионных воронок водо­носные горизонты каменноугольных отложений из напорных пре­вращаются в безнапорные, возникает опасность нисходящей филь­трации вышезалегающих загрязненных грунтовых вод. Также при строительстве глубоких подземных сооружений, особенно спо­собом «стена в грунте», верхнеюрский водоупор, как правило, на­рушается. Попадая в трещиноватые карбонатные породы, они про­воцируют не только загрязнение подземных вод продуктивных во­доносных горизонтов, но и активизацию карстовых процессов в карбонатных породах. Соответственно расширяются уже суще­ствующие и появляются новые площади, опасные с позиций про­явления карстовых и карстово-суффозионных процессов.

С середины 1980-х гг. величина суммарного водоотбора под­земных вод снижается, что может быть связано с падением про­мышленного производства, выводом некоторых предприятий за пределы города и т.п. В 2000—2012 гг. наблюдается стабилизация отбора подземных вод как из скважин с последующим использова­нием, так и при водоотливе из подземных выработок. Анализ ис­следований показал, что использование подземных вод непосред­ственно для нужд г. Москвы составило 70,64 тыс. м3/сут, в том числе на хозяйственно-питьевые нужды — 14,23 тыс. м3/сут (18%) и на производственно-технические — 56,41 тыс. м3/сут (рис. 9.1).

Хозяйственно-питьевое водоснабжение города практически на 100% осуществляется за счет поверхностных вод из двух незави­симых источников: Волжского (35—36% объема) и Москворецкого (64—65% объема), на базе которых построена сеть водохранилищ. В результате водоотбора из водоносных горизонтов каменноугольных отложений на территории г. Москвы практически повсеместно установилась нисходящая фильтрация из верхних загрязненных водо­носных горизонтов, заключенных в мезо-кайнозойских отложениях, увеличив тем самым составляющую часть питания водоносных ком­плексов карбона. Подземные воды этих отложений являются прак­тически единственным резервным источником хозяйственно-пить­евого водоснабжения в особый период возникновения чрезвычайных ситуаций, поэтому необходимо исключение его дальнейшего загряз­нения. Подобное положение сложилось и в районе Санкт-Петер­бурга, где питьевое водоснабжение базируется на подземных арте­зианских водах, залегающих на глубине 100-250 м. На одном участке понижение уровня достигло 70 м, а площадь депрессионной воронки составила 20 тыс. км2, на другом уровень опустился на 60-65 м, а площадь воронки достигла 6000 км2 (радиус 35-75 км).

Использование подземных вод по целевому назначению в 2012 г.

Так, на рис. показано развитие депрессионной воронки на­порного водоносного горизонта в девонских отложениях Брянской области.

Новые режимы подземных вод в результате длительного водопонижения сложились и в районах разработки полезных ископаемых (Курская магнитная аномалия, Кривой Рог, Белгородская и Днеп­ропетровская области, Казахстан).

Влияние отбора подземных вод и разработка недр могут оказы­вать негативное влияние на ландшафт (опускание территорий, снижение плодородия почв). На ввновь застраиваемых площадях при промышленном и гражданском строительстве обычно нарушается режим грунтовых вод: уменьшаються транспирация и испарение с поверхности грунтовых вод, а их уровень повышается.

Выше платины создается подпор грунтовым водам, уровень повышается, поэтому уклоны поверхности грунтовых вод уменьша­ются, а иногда на участке, примыкающем к водохранилищу выше плотины, сменяются на обратные уклоны. Режим грунтовых вод будет определяться режимом уровня воды в водохранилище. После заполнения водой водохранилищ происходят подъем уровня грун­товых вод на близлежащих участках и образование новых водонос­ных горизонтов пресных вод, а также формирование совершенно нового режима и баланса грунтовых вод. Причиной возникновения нового нарушенного режима подземных вод стали Каховское водохранилище (Херсонская область) и Каракумский канал в Туркмении.

Развитие депрессионной воронки напорного водоносного горизонта в девонских отложениях Брянской области

После наполнения Каховского водохранилища уровни вод стали быстро возрастать и за пять лет поднялись на 5-10 м, началась филь­трация вод из водохранилища, а после подачи воды в Краснозна- менский канал — и инфильтрация оросительной воды. Юг Ук­раины беден пресными подземными водами, а неогеновый водо­носный горизонт в ряде районов Херсонской и Запорожской областей является основным источником питьевого водоснаб­жения. В данном случае произошло пополнение запасов подземных вод этого и других водоносных горизонтов. Вследствие создания Каховского водохранилища, обеспечивающего пресной водой пло­дородные степи Херсонской области и степного Крыма, в естест­венном режиме подземных вод произошли большие изменения — резко поднялся уровень грунтовых вод, а на отдельных участках Краснознаменской оросительной системы неогеновый водоносный горизонт получил новый источник пополнения. Подобные про­цессы происходят и на некоторых участках других рек (Волга, Кама), где построены водохранилища.

Сооружение Каракумского канала резко изменило природные условия прилегающих пустынных районов: изменился подзем­ный сток и произошло подтопление земель. Площади орошения за 30 лет увеличились почти на 100 тыс. га, в результате граница пустыни отодвинулась почти на 60 км, и на отдельных участках ка­нала начали формироваться новые гидроморфные почвы с гало- фитной растительностью; новый режим грунтовых вод тесно связан с режимом канала.

Рейтинг@Mail.ru