Альтернативні джерела технічного водопостачання підприємства в умовах підтоплення території ґрунтовими водами

Зменшення водопроводності  водоносного горизонту від 1 надпойменної тераси до заплави, високе розташування гранітів в прибережній зоні, що зменшує розвантаження ґрунтового потоку в р. Дніпро і визначає високе стояння рівнів ґрунтових вод.

Порушення природного водного  режиму при забудові не відіграє істотної ролі в умовах заплави і низьких надпоймених терас в їхньому підтопленні, оскільки природні чинники роблять переважаючий вплив, проте, навіть незначні витоки поверхневих вод викликають в короткий термін підтоплення території.

До кліматичних чинників слід віднести атмосферні опади, температуру  повітря, його вологість, які зумовлюють значний вплив на інтенсивність інфільтраційного живлення ґрунтових вод. Атмосферні опади, особливо в осінньо-весінній період, за рахунок відсутності організованого відводу та незначного випаровування інфільтруються у водоносний горизонт, що привело до порушення екологічної рівноваги.

У літні місяці температура  повітря є значним фактором у  формуванні режиму ґрунтових вод дякуючи перевазі в процесі випаровування. Високі температури весною сприяють розтаванню зимових опадів  і погіршенню умов живлення ґрунтових вод.

Велика кількість атмосферних  опадів на протязі останніх років  визвала посилене живлення ґрунтових вод, яке перебільшувало по своїй величині їх дренованність.

Штучними факторами, які  були зумовлені господарською діяльністю людини є:

велика забудова території  заводу;

часткові втрати виробничих вод, які беруть участь у технологічному циклі;

підсипка території  заводу;

асфальтове покриття на території заводу, яке зменшує випаровування ґрунтових вод;

підпор ґрунтових вод  у зонах Кременчуцького та Дніпропетровського водосховищ[12].

 

1.2.3 Баланс ґрунтових вод

Загальне рівняння ґрунтових вод  має наступний вигляд:

Q_П + W_О + W_У + W_П = Q_В + T + U + P_А + ÙV,

де Q_П – боковий приток на поверхню із сусідньої території;

     W_О – інфільтрація атмосферних опадів на водопроникній частині                                                    заводської території;

     W_У – інфільтрація витоків із водонесучих комунікацій;

      W_П – інфільтрація води від поливу рослин;

       Q_В – боковий відтік із поверхні на сусідню поверхню;

        T – транспірація ґрунтових вод;

       U – випаровування з поверхні ґрунтових вод;

       P_А – відтік у нижче лежачий водоносний  горизонт;

      ÙV – приріст статичних запасів.

В умовах Крюкова боковий  приток існує з південного напрямку, так як напрямок руху ґрунтового потоку зорієнтовано у напрямку р. Дніпро.

Середньорічна сума атмосферних  опадів по м. Кременчуку складає 561 мм. Величина живлення ґрунтових вод, яка  обумовлена їхньою інфільтрацією, у  середньому складає 3,4×10^-4 м/добу.

Розрахунок витоків  із водонесучих комунікацій та конденсація  водяних парів на ділянках градирень були взяті у кількості відповідно 5% та 2% від кількості води, яка надходить на завод від Міськводоканалу і склали 77000 м³/рік. Фактичні матеріали по КВБЗ показали, що значних витоків води із комунікацій, які б значно впливали на підтоплення заводу, не спостерігається. Проте необхідно зумовити особливу увагу на такі об’єкти як ТЕЦ, градирні та випробовуваний водний басейн.

Розрахунки зроблені у цілому для м. Кременчука показують, що кількість води, яка необхідна для поливу, складає 22% від об’єму інфільтрації атмосферних опадів по всій території міста і для КВБЗ складає 27302 м³/рік.

Якщо прийняти площу, яка зайнята зеленими насадженнями, на території заводу рівною 4000 м², то отримаємо величину загальної транспірації, яка дорівнює 2570 м³/рік.

На основі аналізу  карт гідроізогіпс та прогнозних даних  була отримана середня швидкість підвищення рівня ґрунтових вод для умов Крюкова, яка орієнтовно рівна 0,3 м/рік.

Зведений підсумок балансу  ґрунтових вод приведений у таблиці 1.1

 

 

 

 

Таблиця 1.1 Баланс ґрунтових вод

Складові балансу ґрунтових  вод	Величини складових
	тис. м3	% від суми позитивних (негативних) складових
ПОЗИТИВНІ: Боковий приток Інфільтрація атмосферних опадів Інфільтрація витоків  із водонесучих комунікацій Інфільтрація води для  поливу рослинності ВСЬОГО:	101 124   77   3 305	33,1 40,7   25,2   1,0 100
НЕГАТИВНІ: Боковий відтік Транспірація Випаровування з поверхні ґрунтових вод Відтік у нижче розташований водоносний горизонт Приріст статичних запасів ВСЬОГО:	16 3   44   188 54 305	5,2 1,0   14,4   61,7 17,7 100

Із позитивних складових балансу  ґрунтових вод 73,8% доводиться на долю бокового притоку та інфільтрацію атмосферних опадів. Ці дві складових відносяться до категорії природних факторів підтоплення і їх величина у часі може незначно змінюватися в той чи в інший бік. У той час, коли витоки із водонесучих комунікацій, якщо не робити періодично їх профілактичного ремонту, будуть у перспективі тільки збільшуватись.

Із негативних складових  балансу ґрунтових вод переважаюча  частка припадає на відтік (перетік) у нижче лежачий водоносний горизонт. Це природний чинник, який не залежить від діяльності людини.

Пойма і перша надпойменна тераса, які складені з алювіальних відкладень, знаходяться в умовах,  які сприяють природному обводненню, внаслідок високого рівня ґрунтових  вод та їхньому гідравлічному зв’язку з водами Дніпра. Уповільнений стік поверхневих вод, зумовлений пласким рельєфом, створює сприятливі умови для підтоплення території Крюкова.

Зменшення водопроводності  водоносного горизонту від першої надпойменної тераси до пойми, високе розташування ґрунтів у прибережній зоні  роблять важким розвантаження ґрунтового потоку у річку Дніпро – це і визначає високий рівень ґрунтових вод на досліджуваній території.

Порушення природного водного  режиму при забудові не грає значної  ролі в умовах низьких надпоймених  терас у їхньому підтоплені, так  як природні фактори мають тут переважаючий вплив. Проте навіть незначні витоки технічних вод підіймають рівень ґрунтових вод у сумі з природними чинниками.

 

1.2.4 Результати  екологічних досліджень

Аналіз карти підтоплення  показує, що територія КВЗ повністю підтоплена. Глибина до рівня ґрунтових вод знаходиться в межах від (1.20 – 1.50) до 2.40 м. Аномальні ділянки з РГВ (рівень ґрунтових вод) (1.30 – 1.50) м зафіксовані на обмежених ділянках, які прилягають до ТЕЦ та градирень. Збільшення рівня ґрунтових вод відбувається тут за рахунок конденсації водяних парів (градирні) та невеликих витоків у системі тепло та водозабезпечення (ТЕЦ).

 Зафіксовані локальні  слабі витоки в основі випробувального  водного басейну. В цілому ці витоки не являються значущим фактором підтоплення території заводу так як вони не значні і носять фрагментарний характер.

Порушення динамічної рівноваги, що склалася раніше,  у водному  балансі територій, в тому числі КВБЗ залежить від комплексу природних та техногенних факторів. Згідно методичним вказівкам для міських територій за критичну глибину залягання ґрунтових вод після якої фіксується підтоплення прийняті:

15 - 10 м – для зеленої  зони, малоповерхової жилої забудови  та недобудованих ділянок;

10 м – для багатоповерхової  жилої забудови;

10 – 5 м для промислової  зони;

 Основним критерієм, який визначає підтоплення є глибини закладення фундаментів, будівель та споруд. Для КВБЗ, де заглиблення фундаментів корпусів не перевищує три метра, підтоплення почалося з періоду коли РГВ досягнув критичної відмітки три метри.

 Водоносний горизонт, який досліджується, представлений алювіальними пісками першої надпойменної тераси. Величина горизонту змінюється від 18 до 22 м, переважає величина 20 м. Дебіти свердловин, які пробурені в алювіальних пісках дорівнюють (10 – 12) м³/годину або (240 – 288) м³/добу (дані Крюковського водозабору).

 Площа КВЗ 1000000 м², тому для пониження РГВ не менше ніж на 0.5 м необхідно видалити не менше ніж 500 тис м³ води. Для розрахунку прийнятий дебіт свердловин 10 м³/годину, за добу одна свердловина буде відкачувати 240 м³, за рік 87600 м³. Для відкачки 500 тис м³ води необхідно пробурити шість свердловин із розрахунку, що одна свердловина буде резервною.

Розташовувати водопонижуючі  свердловини треба біля тих об’єктів які необхідно максимально убезпечити від підтоплення ґрунтовими водами.

Технічно і економічно недоцільно розташовувати  водопонижуючі  свердловини рівномірно по площі заводу. При одночасній роботі усіх свердловин формується єдина депресійна воронка, зона дії якої буде розповсюджуватися на всю територію заводу. При такій схемі водозниження загальна довжина водонесучих комунікацій буде мінімальною, а економічний ефект високим[10].

 

1.3 Технічні  та технологічні рішення

Гідрогеологічні розрахунки, які зроблені на основі екологічних  досліджень, показують, що для боротьби з підтопленням території заводу необхідне проведення спеціальних гідротехнічних робіт по обладнанню системи водозниження. У даній дослідній роботі розглядається можливість обладнання на території КВБЗ поряд із існуючими шістьма свердловинами іще шести (2 свердловини - резерв). Технічні параметри свердловин наступні:

глибина свердловини  не більше 20 м;

діаметр буріння 210 мм;

встановлення фільтрів в інтервалі (16 – 18) м;

дебіт однієї свердловини  не менше (10 – 12) м³/годину.

На рис. 1.3 зображена конструкція водознижуючої свердловини.

 

1.3.1 Геологічна будова

В геоструктурному відношенні ділянка розташована на межі двох геологічних структур: Українського кристалічного масиву (УКМ) та Дніпровсько - Донецької впадини.

 В геологічній будові приймають участь породи пізнього докембрію протерозойського віку УКМ, на ерудованій поверхні яких залягають товща відкладень палеогенової та четвертинної системи. Кора вивітрювання кристалічних порід (елювій) на різних ділянках має різну величину (до 20 м), представлена дресвою та щебенем граніту, які місцями поступово переходять у первинний каолін.

По даним досліджень, які були проведені у межах  проммайданчику заводу, у 1989 році до глибини 42 метрів геологічна будова ділянки представлена сучасними техногенними відкладеннями, пролювіальними, озерно-алювіальними, пісчано-глиняними відкладеннями та алювіальними пісками, які підстилаються каоліновими глинами кори вивітрювання кристалічних порід.

У геоморфологічному  відношенні майданчик заводу знаходиться у межах дофінсько-причорноморської тераси р. Дніпро.

По літолого-генетичним ознакам вивчена товща ґрунтів  розчленована на ряд шарів (зверху вниз):

Шар 1 – насипний шар, пісок бурий у покритті гумусований, нижче перемішаний з уламками цеглин і будівельного сміття. Максимальна потужність – 3,2 м.

Шар 2 – пролювіальні, озерно-алювіальні відкладення: піски  сірі, зеленувато-сірі, світло-сірі та жовто-сірі з прошарками суглинку, глинясті, дрібні. Потужність – до    12, 7 м.

Шар 3 – алювіальні відкладення: піски світло-сірі, середньозернисті з гравієм, щільні, до підошви з галькою і з домішками каолінової глини. Потужність  - 15 м.

Шар 4 – кора вивітрювання гранітів: глини білі, із сірим відтінком, з включеннями зерен кварцу, слюди, тверді. До глибини 30 м товща глин пронизана тріщинами, які заповнені дресвою граніту.

 

1.3.2 Гідрогеологічні  умови

Гідрогеологічні умови характеризуються як складні. У ході буріння свердловин глибиною до 42 м розкриті три водоносних горизонти.

У пролювіальних, озерно-алювіальних відкладеннях зустрінуті води техногенного горизонту типу «верховодки», рівень яких знаходиться на глибині (3-5) м від поверхні землі.

Утворення техногенного водоносного горизонту пов’язане  з наявністю у товщі озерно - алювіальних відкладень прошарків зеленувато-сірих суглинків, які служать відносним водоупором. Так як у товщі алювіальних пісків залягають декілька прошарків озерних суглинків, вода техногенного водоносного горизонту зафіксована на двох рівнях. У плані техногенний водоносний горизонт відстежується у вигляді двох куполів, які розтікаються.

Четвертинний водоносний горизонт гідравлічно зв’язаний  з водами тріщинної зони кори вивітрювання гранітів, так як залягає безпосередньо на відкладеннях кори вивітрювання. Живлення водоносного горизонту відбувається за рахунок інфільтрації атмосферних опадів та витоків із комунікацій.