1. Режим подземных вод.

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