Охрана подземных вод от загрязнения

Федеральное агентство по образованию

ФГАОУ ВПО " УрФУ имени  первого Президента России Б. Н. Ельцина "

Кафедра Безопасность жизнедеятельности

 

 

Курсовая работа по предмету:

Системы защиты лито- и гидросферы

«Охрана подземных вод  от загрязнения»

 

 

К. х. н., доцент, преподаватель…………………………………….Сидорова Л. П.

Студент…………………………………………….Ушаридзе А.М.

Группа Эн-480621

 

 

 

 

 

 

 

Екатеринбург 2012

Содержание:

 

Введение……………………………………………………………………..3

1. Подземные воды как  часть геологической среды……………………...4

2. Происхождение подземных вод…………………………………………6

3. Классификация подземных вод. Условия их залегания…………….....8

4. Питание рек подземными водами …………………………….………..10

5. Практическое значение подземных вод…………………………………11

6. Расчет водозаборной  скважины………………………………………….13

7. Характеристика техногенного воздействия на подземные

воды (загрязнение подземных вод)………………………………………. .18

8. Мероприятия по охране качества подземных

вод……………………………………………………………………………20

Заключение…………………………………………………………………..28

Литература…………………………………………………………………..29

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Вода, являясь одним из самых распространенных веществ  в природе, представляет собой уникальное соединение, благодаря которому на Земле зародилась и существует такое  явление, как Жизнь, все то, что  мы называем биосферой. Все природные  воды теснейшим образом взаимосвязаны  и образуют гидросферу, сплошную водную оболочку Земли. Вода в виде молекул О отмечается в литосфере и атмосфере, а биосфера более чем на три четверти состоит из воды. Гидросфера — динамичная система, в которой между водными массами всех оболочек Земли поддерживается динамическое равновесие. С участием воды совершается кругооборот веществ и энергии в природе.

Значительную роль в глобальном круговороте воды играет подземная  составляющая. Здесь можно выделить подземный сток атмосферных осадков  и преобразования воды во время таких  геологических процессов, как седиментация, перекристаллизация пород и т.д. Следует также упомянуть об образовании  воды из мантийных газов. Таким образом, подземные воды, характеризуясь особыми  условиями миграции и разнообразными условиями формирования химического  состава, являются составной частью единой гидросферы Земли. В настоящее  время все большую остроту  приобретает проблема пресной воды. На XXXV сессии Генеральной Ассамблеи  ООН было объявлено, что более  миллиарда людей планеты страдает от недостатка доброкачественной воды, необходимой для питья и хозяйственных  нужд. Только для поддержания жизни  человеку ежесуточно необходимо около 2 л воды, а житель современного благоустроенного города в сутки расходует от 100 до 1000 л. Еще больше расход пресной  воды в промышленности: для производства одной тонны стали расходуется 150–200 воды, меди — 500, бумаги 450–1000, искусственного волокна 2000–6000 .

В связи с глобальным загрязнением поверхностных вод централизованное водоснабжение все в большей  степени ориентируется на подземные  воды. Так, в России более 60% городов  использует для водоснабжения подземные  резервуары. В других странах доля подземного водоснабжения еще выше. Однако в условиях растущей техногенной  нагрузки на окружающую среду подземные  воды также подвергаются загрязнению  и истощению. В связи с этим при решении проблем охраны и  рационального использования окружающей среды подземные воды, которые  являются одной из наиболее используемых, уязвимых и динамичных составляющих геологической среды, занимают особое место.

 

 

 

 

 

Подземные воды как часть геологической среды

В последнее время верхнюю  часть земной коры все чаще рассматривают  как элемент среды обитания человека. В связи с этим в литературе прочно укоренилось понятие "геологическая среда". Н.И. Плотников, уточняя понятие "геологическая среда", характеризует ее как неотъемлемую часть окружающей среды и биосферы, охватывающую верхние разрезы гидрогеосферы, в которую входят четыре важнейших компонента: горные породы (вместе с почвой), подземные воды (вместе с жидкими углеводородами), природные газы и микроорганизмы, постоянно находящиеся в равновесии и формирующие в естественных и нарушенных условиях динамическое равновесие.

Учитывая, что именно состояние  этого равновесия и определяет состав подземных вод, их можно рассматривать  не только как наиболее используемую, уязвимую и динамичную составляющую геологической среды, но и как  основной индикатор ее состояния.

Каковы же основные компоненты состава пресных подземных вод. Несмотря на малую минерализацию, до 1,5 г/л, пресные подземные воды представляют собой сложную многокомпонентную  систему, включающую целый комплекс неорганических и органических соединений, газов и живого вещества.

Неорганические вещества — макро- и микрокомпоненты. В  зависимости от концентрации неорганических веществ в подземных водах  выделяют макрокомпоненты (десятки  и сотни мг/л) и микрокомпоненты (менее 1 мг/л). Макрокомпоненты определяют химический тип воды и, как следствие, ее основные потребительские свойства. В первую очередь, к ним следует отнести , , , , Cl- , и . Концентрации и возможность накопления в подземных водах макрокомпонентов определяются геолого-гидрогеологическими условиями данного района и во многом зависят от минерального состава водовмещающих пород. К микрокомпонентам можно отнести все другие элементы.

Органические вещества. Пресные  подземные воды всегда содержат то или иное количество органического  вещества. В естественных условиях их содержание, как правило, уменьшается  с глубиной. Состав органических веществ  довольно сложен и может быть представлен  всеми классами органических соединений. Наиболее распространены высокомолекулярные кислоты (например, гуминовые кислоты  и фульвокислоты). Они постоянно  присутствуют в грунтовых водах  в количестве от одного до нескольких мг/л. В последние годы в подземных  водах обнаружен целый ряд  аминокислот, являющихся структурными элементами белков. Кроме того, в  пресных подземных водах нефтегазоносных  провинций, как правило, присутствуют нафтеновые кислоты и различные  углеводородные соединения.

Микроорганизмы. Из микроорганизмов  наибольшее значение в пресных подземных  водах имеют бактерии, также встречаются  микроскопические водоросли, простейшие и вирусы. Различают аэробные и  анаэробные бактерии. Первым для развития требуется кислород, вторые существуют при его отсутствии, восстанавливая сульфаты, нитраты и другие кислородсодержащие вещества. В пресных подземных водах зоны активного водообмена развиваются гнилостные, сапрофитные, денитрифицирующие и клетчатковые бактерии.

Газы. Основными газами, растворенными  в пресных подземных водах, являются кислород, азот, углекислый газ и  сероводород. В незначительных количествах  встречаются и все остальные  газы. По генетическим признакам выделяют газы воздушного происхождения(, , ), биохимические (, , ) и газы ядерных превращений (He, Ra). Наиболее негативное влияние на потребительские свойства воды оказывает наличие в ней сероводорода.

На формирование химического  состава пресных подземных вод, имеющих современные, обычно не слишком  удаленные области питания, влияют многие природные факторы, основным из которых является физико-химическое взаимодействие воды с вмещающими породами разнообразного состава и структуры  при движении воды от областей питания  к участкам разгрузки или погружения водоносного горизонта. Большое  влияние также оказывает состав воды, поступающей в водоносный горизонт из различных источников питания: за счет просачивания атмосферных осадков, разгрузки глубокозалегающих подземных  вод, перетекания из других водоносных горизонтов через слабопроницаемые слои и литологические окна, привлечения  речного стока, оросительных вод  и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Происхождение подземных  вод

Подземные воды образуются различными способами. Один из основных способов образования подземной  воды – просачивание, или инфильтрация, атмосферных осадков и поверхностных  вод (озёр, рек, морей и т.д.). По этой теории, просачивающаяся вода доходит  до водоупорного слоя и накапливается  на нём, насыщая породы пористого и пористо-трещинноватого характера. Таким образом, возникают водоносные слои, или горизонты подземных вод. Поверхность грунтовых вод, называется зеркалом грунтовых вод. Расстояние от зеркала грунтовых вод до водоупора называют мощностью водоупорного слоя.

Количество воды, просочившийся  в грунт, зависит не только от его  физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности  к горизонту, растительного покрова  и др. При этом длительный моросящий  дождь создает лучшие условия  для просачивания, чем обильный ливень, так как чем интенсивнее осадки, тем с большей скоростью выпавшая вода стекает по поверхности почвы.

Крутые склоны местности  увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных  осадков в грунт; пологие, наоборот, увеличивают их просачивание. Растительный покров (лес) увеличивает испарение  выпавшей влаги и в то же время  усиливает выпадение осадков. Задерживая поверхностный сток, он способствует просачиванию влаги в грунт.

Для многих территорий земного  шара инфильтрация является основным способом образования подземных  вод. Однако имеется и другой путь их образования – за счёт конденсации водяных паров в горных породах. В тёплое время года упругость водяного пара в воздухе больше, чем в почвенном слое и нижележащих горных породах. Поэтому водяные пары атмосферы непрерывно поступают в почву и опускаются до слоя постоянных температур, расположенного на разных глубинах – от одного до нескольких десятков метров от поверхности земли. В этом слое движение паров воздуха прекращается в связи с увеличением упругости водяных паров при повышении температуры в глубине Земли. Вследствие этого возникает встречный поток водяных паров из глубины Земли вверх – к слою постоянных температур. А в зоне постоянных температур в результате столкновения двух потоков водяных паров происходит их конденсация с образованием подземной воды. Такая конденсационная вода имеет большое значение в пустынях, полупустынях и сухих степях. В знойные периоды года она является единственным источником влаги для растительности. Таким же способом возникли основные запасы подземной воды в горных районах Западной Сибири.

Оба способа образования  подземных вод – путём инфильтрации и за счёт конденсации водяных  паров атмосферы в породах  – главные пути накопления подземных  вод. Инфильтрационные и конденсационные воды иногда называются вандозными водами (от лат. "vadare" – идти, двигаться). Эти воды образуются из влаги атмосферы и участвуют в общем круговороте воды в природе.

Некоторые исследователи  отмечают еще один способ образования подземных вод – ювениальные. Многие выходы этих вод в районах современной или недавней вулканической активности характеризуются повышенной температурой и значительной концентрацией солей и летучих компонентов. Для объяснения генезиса таких вод австрийский геолог Э. Зюсс в 1902 году выдвинул теорию ювенильного (от лат. "juvenilis" – девственный). Такие воды, как считал Зюсс, образовались из газообразных продуктов, в изобилии выделяющихся при вулканической активности и дифференциации магматической лавы.

Более поздние исследования показали, что чистых ювенильных вод, как их понимал Э. Зюсс, в поверхностных  частях Земли не существует. В природных  условиях подземные воды, возникшие  разными способами, смешиваются  друг с другом, приобретая те или  иные свойства. Однако определение  генезиса подземных вод имеет  большое значение: оно облегчает  подсчёт запасов, выяснение режима и их качество.

Уровень грунтовых вод  подвержен постоянным колебаниям. Так, во время весеннего половодья  и паводков уровень воды в реке, поднимаясь выше уровня речного потока, направленного к реке, вызывает отток  воды из нее и подъем уровня грунтовых  вод. Это снижает высоту уровня весенних половодий. На спаде грунтовые воды начинают питать реку, и уровень  грунтовых вод понижается.

Грунтовые воды могут образовываться за счет искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы. Так, при строительстве Каракумской оросительной системы за счет переброса части стока сибирских рек, в пустынной части значительное количество воды уходило не столько на поливные нужды, сколько на испарение и в грунт. Произошло это вследствие того, что большая часть оросительной системы проходила по песчаным почвам, где коэффициент фильтрации достаточно высок, и, несмотря на противофильтрационные меры, падения уровней воды за счет фильтрации воды в грунт были велики. Все это, помимо уменьшения стока рек, приводило к тому, что содержащиеся в грунте соли растворялись грунтовыми водами, и при движении подводных потоков обратно в канал происходило его засоление и загрязнение илом.

 

 

 

 

 

 

 

Классификация подземных  вод. Условия их залегания

Существует несколько  классификаций подземных вод.

По условиям движения в  водоносных слоях различают подземные  воды, циркулирующие в рыхлых (песчаных, гравийных и галечниковых) слоях  и в трещиноватых скальных породах.

Подземные воды, перемещающиеся под влиянием силы тяжести, называются гравитационными, или свободными, в отличие от вод, связанных, удерживаемых молекулярными силами, — гигроскопических, плёночных, капиллярных и кристаллизационных.

В зависимости от характера  пустот водовмещающих пород подземные  воды делятся на:

- поровые — в песках, галечниках и др. обломочных породах;

- трещинные(жильные) — в скальных породах (гранитах, песчаниках);

- карстовые(трещинно-карстовые) — в растворимых породах (известняках, доломитах, гипсах и др.).

По условиям залегания  выделяют три типа подземных вод: верховодку, грунтовые и напорные, или артезианские.

Верховодкой называются подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения. Обычно верховодка приурочена к линзам водоупорных или слабопроницаемых горных пород, перекрываемых водопроницаемыми толщами.

Верховодка занимает ограниченные территории, это явление – временное, и происходит оно в период достаточного увлажнения; в засушливое время года верховодка исчезает. Верховодка относится к первому от поверхности земли водоупорному пласту. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, в дождливые сезоны развивается заболачивание.