Обводнение горных выработок при прокладке газонефтепроводов и меры борьбы с подземными и поверхностными водами

 

 

Введение:

 В данном реферате мы узнаем о типах подземных вод, поверхностных вод и об отводе грунтовых вод со строительных площадок.

 

1. Типы подземных вод и их определения (верховодка, грунтовые, меж грунтовые)

Верхняя часть земной коры в зависимости от степени насыщения  водой пор горных пород делится  на две зоны: верхнюю – зону аэрации  и нижнюю – зону насыщения.

Зона аэрации расположена между поверхностью земли и уровнем грунтовых вод. В этой зоне, непосредственно связанной с атмосферой и почвенным покровом, наблюдается просачивание атмосферных осадков из поверхностных вод вглубь, в сторону зоны насыщения.

Зона насыщения горных пород расположена ниже уровня грунтовых вод. В этой зоне все поры, трещины, каверны и другие пустоты заполнены гравитационной водой.

 

Верховодки – это временные скопления подземных вод в зоне аэрации. Верховодки образуются над локальными водоупорами (или полуводоупорами), которыми могут быть линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород. При инфильтрации вода временно задерживается и образует сводообразные водоносные горизонты.

Другой особенностью верховодок является возможность их образования  даже при отсутствии в зоне аэрации  каких-либо водоупорных пропластков.

В целом для верховодок характерно: временный, чаще сезонный характер, небольшая площадь распространения, малая мощность и безнапорность. В легко водопроницаемых породах, например песках, верховодки возникают сравнительно редко. Более типичны их появления в различных суглинках и лессовых породах.

Верховодки представляют значительную опасность для строительства. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные и др.), они могут вызвать их подтопление, если заранее не было предусмотрено дренирование или гидроизоляция.

 

Грунтовые воды.  Грунтовыми называют постоянные во времени и значительные по площади распространения горизонты подземных вод, залегающие на первом от поверхности «выдержанном» водоупоре. Они характеризуются рядом признаков:

1. Грунтовые воды имеют свободную поверхность, т.е. сверху они не перекрыты водоупорными слоями. Свободная поверхность грунтовых вод называется зеркалом. Положение уровня по ряду причин непостоянно. Водоупор, на котором лежит водоносный слой, называют ложем, а расстояние от водоупора до уровня подземных вод – мощностью водоносного слоя
2. Питание грунтовых вод происходит главным образом за счет атмосферных осадков, а также поступления воды из поверхностных водоемов и рек. Территория, на которой  происходит  питание, ориентировочно совпадает с площадью распространения грунтовых вод.
3. Грунтовые воды находятся в непрерывном движении и, как правило, образуют потоки, которые направленны в сторону общего уклона водоупора. В отдельных случаях их залегание имеет форму грунтовых бассейнов, т.е. вода находится в неподвижном состоянии.
4. Количество, качество и глубина залегания грунтовых вод зависят от геологических условий местности и климатических факторов. Зеркало грунтовых вод в целом в какой-то мере копирует рельеф земной поверхности в пределах их расположения.

Грунтовые воды имеют практически  повсеместное распространение. В площадном  распределении грунтовых вод  имеется определенная зональность. Выделяют следующие четыре зоны.

• Грунтовые воды речных долин. Глубина залегания изменяется слабо минерализована, широко используется для водоснабжения.
• Грунтовые воды ледниковых отложений. На европейской территории России ледниковые отложения представлены разнообразными обломочными породами, среди которых много водоносных слоев. Вода обильная, слабо минерализованная, широко используется для водоснабжения.
• Грунтовые воды полупустынь и пустынь. Это районы с малым количеством атмосферных осадков (до 200 мм в год) и значительным испарением. Воды обычном мало, залегает она глубоко и имеет высокую минерализацию.
• Грунтовые воды горных областей. В этих районах выпадает много атмосферных осадков, часть которых проникает в выветрелые и трещиноватые породы. Наибольшее количество грунтовых вод хорошего качества скапливается в отложениях предгорных наклонных равнин. Эта вода широко используется для водоснабжения.

 

Межпластовые  подземные воды.  Эти воды располагаются в водоносных горизонтах между водоупорами. Они бывают ненапорными и напорными (артезианскими).

• Межпластовые напорные в воды встречаются сравнительно редко. Они связаны с горизонтально залегающими водоносными слоями, заполненными водой полностью или частично.
• Напорные (артезианские) воды связаны с залеганием водоносных слоев в виде синклиналей или моноклиналей. Площадь распространения напорных водоносных горизонтов называют артезианским бассейном.

 

2. Поверхностные воды и их определения

 

По сравнению с океаном, пресные воды занимают небольшую  часть поверхности Земли; на их долю приходится лишь около 0,5% общего объема гидросферы. Однако для человека континентальные  водоемы и водотоки играют столь  же важную роль, как и океанические. Во-первых, континентальные водоемы и водотоки – основной источник пресной воды для бытовых и промышленных нужд. Во-вторых, пресноводные экосистемы используются человеком как удобные и дешевые системы переработки отходов. Естественные пресноводные биотопы можно разделить на два класса: стоячие водоемы (озера, пруды, старицы) и проточные водотоки (реки и ручьи). Резких границ между этими группами, а тем более внутри каждой из них, не существует. В целом, стоячие водоемы обладают малой динамической активностью. В них могут возникать застойные зоны, характеризующиеся дефицитом кислорода.  Главной особенностью водотоков является наличие более или менее выраженного течения, которое, как правило, усредняет распределение физических условий водной среды. Под влиянием направленного антропогенного воздействия в гидросфере сформировался третий, весьма обширный класс биотопов с промежуточными свойствами. Это – водохранилища, сочетающие в себе признаки водоемов и водотоков. Пресные водоемы отличаются от океанических разнообразием условий и высокой степенью дискретности. Изолированность континентальных водоемов и водотоков друг от друга, индивидуальность гидрологического режима и большая зависимость от сухопутного окружения создают весьма существенные различия между водоемами даже в географически близких районах. Особенно вариабельны искусственные водоемы, из которых одни подвергаются прогреванию (сброс теплых вод), другие сильному загрязнению, третьи – периодическому осушению и промерзанию. Пресная вода на планете составляет менее 3% от общих ее запасов, из них 75% находится в Арктике и Антарктике, 20% приходится на подземные воды и только 1% сосредоточен в реках, озерах и облаках. Для многих регионов проблема пресной воды является одной из самых важных экологических проблем.

Что такое природная вода?

Природная вода представляет собой раствор солей, органических веществ и газов. В основном природная  вода образуется в результате выпадения  дождей, реже она имеет глубинное  происхождение, то есть представляет собой  конденсат паров, поднимающихся  из земных недр.

Химический состав озерных, речных и грунтовых вод меняется в широких пределах и зависит  от состава пород, почвенного покрова  и растительности.

В настоящее время имеется  несколько классификаций химического  состава природных вод. Например, по гидрохимическим показателям  в природных водах определяются следующие важные характеристики:

1. Главные соединения, содержащиеся  в воде, называются макрокомпонентами.  К ним относятся соединения  калия, натрия, магния, кальция. Следует  заметить, что в океанической  воде, независимо от абсолютной  концентрации, соотношение между  главными компонентами основного  солевого состава остается всегда  постоянным.

2. Концентрация растворенных  газов (кислорода, азота, сероводорода, аммиака и метана) определяется  их парциальным давлением. 

3. Биогенные элементы (продукты  жизнедеятельности организмов) –  главным образом неорганические  соединения азота и фосфора.  Их концентрация в пресных  водоемах изменяется в очень  широких пределах: от следов до 10 мг/л. К биогенным элементам  относятся также соединения кремния,  находящегося в воде в виде  коллоидных или растворенных  форм, соединения железа, в основном  в форме коллоидных гидроксидов  железа или органических комплексов.

4. Растворенные органические  вещества (РОВ), то есть органические  формы биогенных элементов. Эта  группа включает практически  все классы органических соединений. В эту группу входят вещества, придающие воде запах и цвет.

5. Микроэлементы. В эту  группу входят все металлы,  например, медь, марганец. Они встречаются  в природных водоемах в очень  малых концентрациях.

6. Живая биомасса бактерий  и микроорганизмов. 

Поверхностные природные  воды характеризуются высоким содержанием  нерастворимых веществ – в  частности, органических соединений. Помимо частиц песка и глины, они содержат лесс, илистые вещества, различные  карбонаты, гидрокарбонаты, сульфаты, хлориды, гидроксиды алюминия, марганца и железа, высокомолекулярные органические примеси гумусового происхождения (иногда в виде органоминеральных  комплексов), планктон и др.

Содержание взвешенных частиц в поверхностных водоемах меняется от нескольких единиц до десятков тысяч  на литр. Размеры частиц веществ, находящихся  во взвешенном состоянии, варьируются  от грубодисперсных до коллоидных.

За счет антропогенной  деятельности в химический состав природных  вод можно внести еще одну разновидность  соединений – это токсичные загрязняющие вещества: тяжелые металлы, нефтепродукты, хлорорганические соединения, синтетические  поверхностно-активные вещества (СПАВ), фенолы. При хлорировании природной  воды в ней могут также образоваться диоксины.  Всего в природных водах в заметных количествах содержится около 50 химических элементов.

Гидросфера, как и все  другие геосферы планеты, имеет естественный радиоактивный фон. Его основными  источниками являются изотопы калия, урана, тория, протактиния и продукты их распада. Например, более 90% общей  радиоактивности морской воды формируются  изотопами урана, тория и радия. Естественная радиоактивность дождевой воды иногда может достигать довольно высокой величины, которая, однако, достаточно быстро уменьшается со временем. Это обусловлено наличием в такой  воде короткоживущих продуктов распада  инертного газа радона.

Природная вода, которой  мы пользуемся ежедневно, – не простое  химическое соединение. Она различна в разных регионах, а ее химический состав зависит от совокупного действия множества факторов.

 

 

 

3. Отвод грунтовых вод со строительных площадок

Отвод грунтовых вод со строительных площадок или снижение их уровней может производится временно, только на период производства строительных работ или практически на весь период эксплуатации объекта. Временный отвод воды называют строительным водозабором, а во втором случае – дренажами.

1. Депрессионные воронки. При откачке воды вследствие трения воды о частицы грунта происходит воронкообразное понижение уровня. Образуется воронка депрессии, имеющая в плане форму, близкую к кругу.

Установление границ депрессионной  воронки имеет большое практическое значение при оценке фильтрационных свойств пород, выделении зон  санитарной охраны, определении площадей, которые осушаются дренажами, расстояний между соседними водозаборами.

Радиус депрессионной  воронки называют радиусом влияния R. Размер депрессионной воронки, а следовательно и R, а так же крутизна кривых депрессий зависят от водопроницаемости пород.

 

2. Водозаборные сооружения. Для водоснабжения и водопонижения чаще всего используют колодцы и буровые скважины. Принцип их работы практически одинаковый. Они являются наиболее распространенным типом водозаборных сооружений. Движение вод к ним в период откачки происходит в форме радиального потока.  Прогноз возможного притока грунтовых вод к водозаборным колодцам имеет большое практическое значение, так как позволяет спроектировать наиболее рациональную систему водозабора или мероприятия по понижению уровня грунтовых вод.

 

3. Водозаборные колодцы. Если из колодца вода не откачивается, то её                 уровень находится в одном положении с поверхностью грунтового потока. При откачке воды возникает депрессионная воронка, уровень воды в колодце понижается. Производительность колодца определяется величиной дебита. Под дебитом колодца понимаю максимальное количество воды, которое он может дать в единицу времени при постоянстве уровня воды в колодце.

 

4. Поглощающие колодцы (скважины, шурфы). Предназначается для сброса с поверхности земли сточных вод, для пополнения запасов подземных вод путем закачки в него воды, а также для оценки водопоглощения неводоносных пород, например на полях фильтрации.

 

5. Траншеи (канавы) предназначены для понижения уровня грунтовых вод. Они входят в систему дренажных устройств. При расчете притока воды следует учитывать, что канавы могут быть совершенного и несовершенного вида и приток воды к ним может быть с одной или двух сторон.

Дренажные траншеи могут  быть открытые и закрытые. Открытые более мелкие (менее 2, 5 м) траншеи чаще называют канавами. Закрытые имеют большую глубину и чаще используются на городских территориях.

6. Самотек грунтовых вод все цело зависит от рельефа местности. Водоносный слой может быть сверху вниз по склону прорезан откосной дренажной траншеей. Свободный выход воды приводит к снижению уровня грунтовой воды в пределах депрессионных понижений. Такой свободный выход воды осуществляется также с помощью подземных галерей, которые закладываются в глубину склона и прорезают водоносные слои.

Отвод воды из района строительного  котлована может осуществляться как по горизонтали, так и по вертикали. Отвод воды по горизонтали производится с помощью дренажных траншей, а по вертикали – колодцев и буровых скважин.

 

7. Береговой дренаж устраивается в различных схемах, но главной особенностью является то, что чаще всего он применяется при устройстве  водохранилищ, либо водоемы имею значительные подъемы уровней воды. Береговой дренаж в виде однолинейной схемы – это одиночная протяженная дрена, расположенная вдоль одной из границ защищаемой территории.

В зависимости от места  расположения этой дрены по отношению  к защищаемой площадке её называют головной или береговой. Головная дрена перехватывает поток грунтовой воды от водораздела и располагается вдоль верхней границы защищаемой территории . Береговая дрена устраивается у нижней границы защищаемой территории вдоль берега водоема и служит для перехвата грунтовых вод со стороны водораздела.