ЭКОЛОГО-ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ

"ЭКОМОНИТОРИНГ"

СРЕДНЕУРАЛЬСКАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕДИЦИЯ

620014 г.Екатеринбург ул.Вайнера, 55 (Уралнедра), каб. 513

тел. 257-20-06, 219-39-08 факс 257-20-06

Главная страница

Наши заказчики

Вопрос / Ответ

Справочник

Полезные ссылки

Начало

Глава 6. ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД И ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЕРОПРИЯТИЙ ПО САНИТАРНОЙ ОХРАНЕ ВОДОЗАБОРА

§ 26. Некоторые сведения об источниках загрязнения подземных вод

По составу и виду загрязнения подземных вод подразделяют на химическое (органическое и неорганическое), биологическое, радиоактивное и тепловое.

Химическое загрязнение

Основными источниками химического загрязнения подземных вод служат жидкие стоки и твердые отходы промышленных производств, содержащие разнообразные неорганические и органические вещества.

В результате фильтрации технологических и сточных вод вблизи территории предприятия и промышленных бассейнов в подземных водах могут появиться тяжелые металлы, ароматические, токсические и другие вредные для здоровья вещества, а также загрязнения, ухудшающие органолептические свойства воды.

В наибольшей степени подвержены загрязнению грунтовые воды, в которые химические загрязнения поступают с поверхности через зону аэрации, при сбросе в поглощающие выработки, скважины и другими путями.

На сельскохозяйственных территориях грунтовые воды загрязняются вследствие избыточного применения ядохимикатов и удобрений.

В напорные водоносные горизонты химические загрязнения поступают из грунтовых вод через размывы в водоупорной кровле ("литологические окна"); непосредственно по стволу водозаборной или разведочной скважины при ее плохой изоляции от смежных водоносных горизонтов.

Химические загрязнения в водоносных горизонтах могут распространяться на большие расстояния.

Биологическое загрязнение

Биологическое загрязнение питьевой воды, вызываемое болезнетворными микроорганизмами, представляет серьезную угрозу здоровью населения. Источниками загрязнения грунтовых вод обычно являются участки интенсивной и длительной фильтрации загрязненных фекальных и хозяйственно-бытовых вод - поля фильтрации, выгребные ямы, скотные дворы, поглощающие скважины и колодцы, неисправная канализационная сеть и т.п.

В прибрежные (инфильтрационные) водозаборы биологические загрязнения могут поступать вместе с загрязнениями речных вод, привлекаемых водозабором.

Дальность распространения микроорганизмов в водоносном горизонте зависит главным образом от скорости фильтрации и степени начального загрязнения, однако она существенно ограничивается временем выживаемости, т.е. длительностью существования микроорганизмов в подземных водах. Большую роль в уменьшении распространения микроорганизмов в водоносном горизонте играет также их адсорбция (адгезия) на частицах грунта.

В то же время выживаемость микроорганизмов в водоносном горизонте значительно выше, чем в поверхностных водах, так как в нем отсутствуют солнечные лучи, температура воды низкая и нет микробного антагонизма.

Болезнетворные энтеробактерии (брюшнотифозные и дизентерийные) в водонасыщенных песках и илах могут жить 28-51 суток. Выживаемость кишечной палочки в подземных водах составляет 3-7 мес, а в отдельных случаях более 12 мес. Некоторые болезнетворные бактерии могут существовать в течение 170-400 сут (табл. 20, 21).

Таблица 20

Время выживаемости микроорганизмов в подземных водах [6]

Микроорганизмы	Выживаемость при 4-6°С, сутки
Санитарно-показательные бактерии (кишечная палочка и энтерококк)	400
Патогенные энтеробактерии:
сальмонеллы брюшного тифа	50-56
сальмонеллы паратифа, В	<220
шигеллы дизентерии	174
Вирус полиомиелита	116
Фаг Е. Coli	400

Таблица 21

Расстояние, на которое могут продвигаться микроорганизмы в грунтах [7]

Вид загрязнения	Породы водоносного горизонта	Расстояние, м
Бактериальное	Галечники	850
	Трещиноватые известняки	<1000
	Гравийно-галечные отложения	30-200
	Песчано-гравийно-галечные отложения	>200
	Мелкозернистые пески	<15-20
Кишечная палочка	Пески крупностью 0,13 мм	<20-70
	Пески	<50

Тепловое загрязнение

Тепловым загрязнением условно можно назвать повышение температуры подземных вод, происходящее по тем или иным причинам при эксплуатации водозабора. Температура вод может возрасти вследствие привлечения более нагретых поверхностных вод (из рек, озер и т.п.), особенно если водозабор расположен вблизи водоема, а водоносный горизонт сложен хорошо проницаемыми отложениями (трещиноватыми скальными породами или галечниками). Повышение температуры подземных вод возникает также на участке сброса в поглощающие скважины отработанных тепловых технологических сточных вод.

§ 27. Общие пути поступления различных видов загрязнений к водозаборным сооружениям

1. Инфильтрация загрязненных хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод через зону аэрации на территории промышленного предприятия, города, поселка, из полей фильтрации, слабоэкранированных накопителей и других промышленных бассейнов, инфильтрация загрязненных атмосферных осадков и оросительных вод.

Таблица 22

Сравнительная санитарная характеристика подземных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения (по С.Н. Черкинскому)

Характерные особенности водоисточников	Подземные воды
	грунтовые	межпластовые (артезианские)
Доступность, географическое распространение	Большая	Ограниченная
Обильность (полезный дебит)	Ограниченная	Различная, часто ограниченная
Влияние социально-бытовых факторов (плотность населения, развитие промышленности)	Большое	Весьма ограниченное
Влияние природных факторов (климат, сезонность)	Большое	Ограниченное
Ухудшение органолептических свойств воды (запах, цвет, мутность)	Частое	Ограниченное
Загрязнение химическими веществами (ядовитыми, бактерицидными)	Редкое	Весьма редкое
Бактериальное загрязнение патогенными микробами	Редкое	Весьма редкое

2. Фильтрация загрязненных хозяйственно-бытовых и промышленных сточных вод из неэкранированных водохранилищ, накопителей, испарителей и других крупных бассейнов, собирающих сточные воды.

3. Поступление загрязненных сточных вод и атмосферных осадков непосредственно в грунтовые воды через сточные каналы, поглощающие скважины, ямы, карстовые воронки.

4. Привлечение к береговым водозаборам загрязненных поверхностных вод из рек, озер, сбросовых каналов и т.п.

§ 28. Проектирование мероприятий по санитарной охране водозаборов подземных вод

При выборе участков размещения и проектирования водозаборов подземных вод наряду с расчетами производительности водозаборов важнейшей задачей является оценка качества подземных вод и составление прогноза возможных изменений состава и свойств воды на весь период водопотребления.

Особую опасность представляют загрязненные сточные воды в районах промышленных предприятий и на сельскохозяйственных территориях. Поэтому при прогнозах качества воды для проектируемого водозабора необходимо предусматривать в проекте мероприятия по их санитарной охране и предотвращению загрязнения подземных вод в районе размещения водозабора.

При проектировании, строительстве и эксплуатации скважин, добывающих грунтовые и артезианские воды, в соответствии со СНиП II.31-74 вокруг них необходимо проектировать зону санитарной охраны из двух поясов: I пояс - зона строгого режима; II пояс - зона ограничений.

В I пояс санитарной охраны включают участок проектируемой разведочно-добывающей скважины. Этот пояс представляет собой площадку радиусом 50 м, на которой производится планировка территории с отводом поверхностных вод за пределы пояса. Территорию I пояса зоны санитарной охраны ограждают забором.

II пояс зоны санитарной охраны, его размеры и конфигурацию в плане устанавливают в зависимости от глубины залегания водоносного грунта, степени его защищенности от проникновения бактериального загрязнения с поверхности земли, по данным гидрогеологических расчетов и согласно СНиП II.31-74. II пояс зоны санитарной охраны рассчитывают с использованием метода Е.Л. Минкина и данных санитарно-гидрогеологического обследования района.

Все расчеты по определению зоны санитарной охраны II пояса приведены в табл. 23 с использованием рис. 5 и 6.

Таблица 23

Уравнение прямой,

точку пересечения

которой с границей

зоны требуется найти

Координаты точек

пересечения

y по рис. 4

Q

2πq

y =	Q	y*
	2πq

x определяется путем подстановки

в уравнение прямой y

y

x

T₁ = 0,3

T₂ = 1,2

T₃ = 27

T₁ = 0,3

T₂ = 1,2

T₃ = 27

T₁ = 0,3

T₂ = 1,2

T₃ = 27

x = 2y

220

440

0,42

1,0

2,70

83

35

83

224

70

166

448

x = y

195

195

0,65

1,35

2,37

83

54

112

147

54

112

197

x = 0,5y

168

84

0,70

1,38

2,10

83

58

115

174

29

58

87

x = 0

130

0

0,75

1,28

1,50

83

62

106

124

0

0

0

x = -0,5y

92

-46

0,60

1,10

1,20

83

50

91

100

25

46

50

x = -y

65

-66

0,68

0,80

83

83

37

56

66

37

56

66

x = -2y

39

-78

0,48

0,50

83

83

23

40

42

46

80

84

Вверх по потоку

-

-

0,98

2,5

10

83

-

-

-

80

208

830

Вниз по потоку

-

-

0,60

0,90

1

83

-

-

-

50

75

83

Пример 1. Исходные данные:

1. Суммарный расход воды Q = 78 м³/сутки.

2. Активная пористость пород μ = 0,024.

3. Средняя мощность водоносного горизонта m = 25 м.

4. Удельный дебит скважины q_уд = 0,2 (л/с)/м.

5. Коэффициент фильтрации пород водоносного горизонта: k = 130·× q_уд/m = 130·× 0,2/25 = 1,02 м/сутки, где 130 - переходный коэффициент; m - мощность водоносного горизонта.

6. Уклон естественного потока подземных вод i примем равным 0,006.

7. Естественный расход грунтового потока q = 1,02·25·0,006 = 0,15 м²/сутки.

8. Заданное время T₁ - время самоочищения воды от бактериального загрязнения - примем равным 100 суткам.

9. Заданное время T₂ - время самоочищения загрязненных вод от таких источников загрязнения, как животноводческие фермы, примем равным 400 суткам.

10. Заданное время T₃ - время расчета зон санитарной охраны на срок работы водоисточника в течение 25 лет от таких источников загрязнения, как кладбища, скотомогильники, свалки мусора, - примем равным 9000 суток.

Рис. 5. График для определения границ зон санитарной охраны одиночного водозабора в неограниченном пласте

Рис. 6. График для определения зон санитарной охраны одиночного водозабора в ограниченном пласте

Решение. Чтобы выделить требуемые зоны санитарной охраны надо определить соответствующее приведенное время:

T1 =	2πq^2T1	=	2·× 3,14·× 0,15^2·× 100	= 0,30;
	μmQ		0,024·× 25·× 78
T2 =	2πq^2T2	=	2·× 3,14·× 0,15^2·× 400	= 1,20;
	μmQ		0,024·× 25·× 78
T3 =	2πq^2T3	=	2·× 3,14·× 0,15^2·× 9000	= 27.
	μmQ		0,024·× 25·× 78

Для построения линии нейтральных токов найдем Q/q = 78/0,15 = 520.

Для определения координат точек нейтральной линии используем выражения:

x = 2y,	y =	0,426Q	= 0,426·× 520 = 220;
		q
x = y,	y =	0,375Q	= 0,375·× 520 = 195;
		q
x = 0,5y,	y =	0,323Q	= 0,323·× 520 = 168;
		q
x = 0,	y =	0,250Q	= 0,250·× 520 = 130;
		q
x = -0,5y,	y =	0,177Q	= 0,177·× 520 = 92;
		q
x = -y,	y =	0,125Q	= 0,125·× 520 = 65;
		q
x = -2y,	y =	0,074Q	= 0,074·× 520 = 39;
		q

y = 0, x = 0,159·× 520 = 83.

На основании приведенного расчета и гидрогеологических условий района можно сделать следующие выводы:

1) кладбища, скотомогильники и свалки мусора должны быть удалены от скважины вверх по потоку на 830 м, а вниз по потоку - на 83 м;

2) животноводческие фермы должны быть удалены от источника водоснабжения вверх по потоку на 208 м, а вниз по потоку - на 75 м;

3) сооружения, не дающие загрязнения, должны быть удалены от источника водоснабжения вверх по потоку на 80 м, вниз по потоку - на 50 м.

Пример 2. Рассчитать II пояс зоны санитарной охраны для водозабора, не имеющего гидравлической связи с поверхностными источниками, по графическому методу С.Н. Черкинского и данным санитарно-гидрогеологических обследований района (рис. 7).

Рис. 7. График для определения границ зоны санитарной охраны одиночного водозабора, расположенного в удалении от поверхностных источников

Исходные данные

1. Проектируемый расход воды составляет 180 м³/сутки.

2. Активная пористость пород μ = 0,01.

3. Средняя мощность водоносного горизонта m = 30 м.

4. Понижение S = 7 м.

5. Уклон естественного потока подземных вод примем: вверх по потоку i = 0,005; вниз по потоку i = 0 (для условий "бассейна");

а) при определении верхней границы по движению подземных вод надо брать наибольшую из обычно встречающихся величин i = 0,001 - 0,005;

б) при определении нижней границы, наоборот, максимальный запас получается для условия "бассейна", т.е. при i = 0 величина B становится равной 0.

6. Коэффициент фильтрации пород водоносного горизонта при турбулентном движении по данным для одиночной скважины можно определить по формуле А.А. Краснопольского

k = 0,27Q√	1	= 0,27·× 180√	1	= 0,97 м/с,
	(m^3 - Н^3)r		(30^3 - 23^3)·× 0,168

где 0,27 - переходный коэффициент; h = m - S - высота динамического уровня, м; r - радиус скважины, м.

7. Естественный расход грунтового потока d = kmi = 0,97·30·0,005 = 0,15 м²/сутки.

8. Время T₁ - время самоочищения загрязненных вод от таких источников загрязнения, как животноводческие фермы, - примем равным 400 сут.

9. Определим параметры B и C по формулам: B = q/Q, C = TQ/μm.

Тогда: вверх по потоку B = 0,15/180 = 0,0008; вниз по потоку B = 0; C = 400 × 180/0,01 × 30 = 2,4×10⁵.

По графику (см. рис. 6) находим границы II пояса зоны санитарной охраны:

R = 370 м - расстояние вверх по потоку;

l = 250 м - расстояние вниз по потоку;

d = 250 м - расстояние в сторону от водозабора.

Следовательно, сооружения, не дающие загрязнения, должны быть удалены от водозабора на 50 м, а остальные - на 370 м вверх по потоку, на 250 м вниз по потоку и на 250 м в сторону от скважины.

Пример 3. Для этого же вида водозабора А.А. Черкинским предложен табличный метод определения границ II пояса зоны санитарной охраны, который пригоден только при T = 100 суток Предварительно по реальным значениям гидрогеологических параметров, а при их отсутствии по параметрам, принятым с известным запасом, вычисляют обобщенные параметры:

A = Q/m; B = q/Q = kmi/Q

Затем используют данные табл. 24. Для каждого сочетания параметров A и B находят величины R и r, по которым определяют значение d.

Таблица 24

Обобщенные параметры А и В для нахождения границ II пояса зоны санитарной охраны

A = Q/m	Породы	μ	R	r	R	r	R	r	R	r	R	r	R	r	R	r	d (для всех значений В)
			при B = q/Q = kmi/Q
			0,00		0,004		0,008		0,0012		0,0016		0,0020		0,0032
15	Рыхлые	0,15	60	60	60	60	70	60	70	55	70	50	75	50	80	40	60
	Скальные	0,03	130	130	150	120	160	110	175	100	190	80	210	70	250	50	130
		0,015	180	180	210	160	240	140	280	120	300	100	350	80	430	50	180
30	Рыхлые	0,15	80	80	90	75	95	70	100	70	105	60	120	60	130	50	80
	Скальные	0,03	180	180	210	160	240	140	280	120	300	100	350	80	430	50	180
		0,015	250	250	310	200	3700	160	420	140	500	100	600	80	750	50	250
45	Рыхлые	0,15	100	100	110	90	120	90	130	90	1400	70	150	60	170	50	100
	Скальные	0,03	220	220	270	180	310	150	330	130	400	100	480	80	600	50	220
		0,15	310	310	400	240	500	180	600	150	700	100	860	80	1100	50	310
60	Рыхлые	0,15	120	120	130	110	140	100	150	90	160	80	180	70	210	50	120
	Скальные	0,03	250	250	310	200	370	160	420	140	500	100	600	80	750	50	250
		0,015	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
		0,15	130	130	150	120	160	110	175	110	190	90	210	70	250	50	130
75	Рыхлые	0,03	290	290	350	230	410	170	500	150	600	100	720	80	900	50	290
	Скальные	0,015	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
90	Рыхлые	0,15	140	140	160	130	180	110	190	100	210	90	240	80	290	50	140
	Скальные	0,03	310	310	400	240	500	180	600	150	700	100	860	80	1100	50	310

Продолжение

uralgidrogeo@narod.ru