Реферат: Геологические и гидрологические условия
Проникновение вод в грунты зависит от физических свойств этих грунтов. В отношении водопроницаемости грунты делятся на три основные группы — водопроницаемые, полупроницаемые и водонепроницаемые или водоупорные. К водопроницаемым породам относятся крупнообломочные породы, галечник, гравий, пески и трещиноватые породы. К водонепроницаемым породам — плотные магматические и метаморфические породы, такие как гранит и мрамор, а также глины. К полупроницаемым породам относятся глинистые пески, лёсс, рыхлые песчаники и рыхловатые мергели.
Количество воды, просочившийся в грунт, зависит не только от его физических свойств, но и от количества атмосферных осадков, наклона местности и растительного покрова. При этом длительный моросящий дождь создаёт лучшие условия для просачивания, нежели обильный ливень.
Крутые склоны местности увеличивают поверхностный сток и уменьшают просачивание атмосферных осадков в грунт, а пологие, наоборот, увеличивают просачивание. Растительный покров увеличивает испарение выпавшей влаги, но, в то же время задерживает поверхностный сток, что способствует просачиванию влаги в грунт.
Для многих территорий земного шара инфильтрация является основным способом образования подземных вод.
Подземные воды также могут образовываться за счёт искусственных гидротехнических сооружений, например таких, как оросительные каналы.
1.1.5. Классификация подземных вод
Выделяется три типа подземных вод: верховодка, грунтовые и напорные (артезианские). В зависимости от степени минерализации выделяют пресные подземные воды, соленые, солоноватые и рассолы, по температуре они делятся на переохлажденные, холодные и термальные, а в зависимости от качества подземной воды ее подразделяют на техническую и питьевую.
Верховодка — подземные воды, залегающие вблизи поверхности земли и отличающиеся непостоянством распространения и дебита. Верховодка приурочена к первому от поверхности земли водоупорному пласту и занимает ограниченные территории. Верховодка существует в период достаточного увлажнения, а в засушливое время исчезает. В тех случаях, когда водоупорный пласт залегает вблизи поверхности или выходит на поверхность, развивается заболачивание. К верховодке также нередко относят почвенные воды, или воды почвенного слоя, представленные почти связанной водой, где капельно-жидкая вода присутствует только в период избыточного увлажнения.
Воды верховодки обычно пресные, слабоминерализованные, но часто бывают загрязнены органическими веществами и содержат повышенные количества железа и кремнекислоты. Как правило, верховодка не может служить хорошим источником водоснабжения. Однако при необходимости принимаются меры для искусственного сохранения этого типа вод: устраивают пруды, отводы из рек, обеспечивающие постоянным питанием эксплуатируемые колодцы, насаждения растительности или задерживающие снеготаяние.
Грунтовыми водами называются воды, залегающие на первом водоупорном горизонте ниже верховодки. Они характеризуются более или менее постоянным дебитом. Грунтовые воды могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в твердых трещиноватых коллекторах. Уровень грунтовых вод подвержен постоянным колебаниям, на него влияют количество и качество выпадающих осадков, климат, рельеф, наличие растительного покрова и хозяйственная деятельность человека. Грунтовые воды являются одним из источников водоснабжения, выходы подземных вод на поверхность называются родниками, или ключами.
Напорные (артезианские) воды — воды, которые находятся в водоносном слое, заключенном между водоупорными слоями, и испытывают гидростатическое давление, обусловленное разностью уровней в месте питания и выхода воды на поверхность. Характеризуются постоянством дебита. Область питания у артезианских вод, размеры бассейнов которых достигают иногда тысячи километров, лежит обычно выше области стока воды и выше выхода напорных вод на поверхность Земли. Области питания артезианских бассейнов иногда значительно удалены от мест извлечения воды — в частности, в некоторых оазисах Сахары получают воду, выпавшую в виде осадков над Европой.[5]
1.2 Влияние геологических и гидрогеологических условий на
безопасность городской среды
1.2.1. Экологическая составляющая
Красноярский край является одним из крупнейших индустриальных регионов России, где сосредоточенно значительное количество крупнейших, крупных, больших, средних и малых городов, населенных пунктов городского типа с промышленной ориентацией. В течение последнего времени ландшафты испытывают значительные техногенные нагрузки и интенсивно накапливают токсические вещества. Значительную часть территории края занимают карьеры, являющиеся следствием добычи полезных ископаемых открытым способом, шламонакопители, отстойники, хранилища, а также породные отвалы - терриконы. Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод, что Красноярский край относится к территориям с очень высокими абсолютными объемами создания и накопления промышленных отходов. Проявлением этого является выраженное, а в ряде городских агломераций и чрезмерное антропогенное воздействие на атмосферу, гидросферу и литосферу края. Как следствие, большим дефицитом в городах региона являются доброкачественная питьевая вода, экологически безопасные продукты и чистый воздух. Свою лепту в загрязнение окружающей среды вносят все ведущие отрасли промышленности Центрального Донбасса, но особенно велика роль тепловых электростанций, металлургических, нефтеперерабатывающих, химических предприятий и транспорта. Кроме того, в настоящее время выхлопные газы автомобильных двигателей являются одним из основных загрязнителей атмосферы вообще и приземного слоя воздуха городов края в частности.
Анализ данных проведенных исследований показывает, что в воздушной среде городов Красноярского края фиксируются аномальные концентрации таких высокотоксичных веществ как ртуть, свинец, цинк, медь, никель, хром, марганец, хлор, фтор, органические летучие соединения, серная, соляная и азотная кислоты. Состояние воздушного бассейна в центральных районах Красноярского края определяется выбросами предприятий топливно-энергетического комплекса и основных отраслей промышленности, а также наличием взаимовлияния городов за счет образования агломераций.
Вредные и опасные вещества, постоянно присутствующие в воздухе промышленных городов, оказывают неблагоприятное воздействие на жилые районы (селитебную зону) и зеленые массивы, представленные скверами, парками и лесонасаждениями (рекреационную зону). Длительный экономический кризис в стране привел к тому, что предприятия зачастую вынуждены работать с отклонениями от нормального режима. Это периодически сопровождается залповыми выбросами в окружающую среду высокотоксичных химических соединений, являющихся экологическим фактором риска возникновения патологических нарушений в организме людей.
В результате интенсивного загрязнения недостаточно очищенными и плохо обеззараженными стоками промышленных предприятий, очистных сооружений хозяйственно-бытовой канализации малых рек вода последних давно стала непригодной для питьевых целей.
Отсутствие эффективных технологий утилизации токсических веществ приводит к накоплению стойких неорганических и органических загрязнителей в воде, почве городов и прилегающих территорий. Это, прежде всего, тяжелые металлы, кадмий и пестициды. Фактически Красноярский край в настоящее время представляет собой техногенную зону, где на значительной территории чередуются промышленные и жилые зоны, а условия жизни людей являются неудовлетворительными из-за интенсивного загрязнения биосферы пылевыми и газовыми выбросами, тепловыми и шумовыми выделениями от промышленных источников и транспорта.
[6]
1.2.2. Гидрогеологические исследования
Не менее двух третей биосферы планеты составляет вода, а в целом вода на Земле занимает объём свыше полутора миллиардов кубических километров. То есть с водой как с основным природным богатством и в то же время стихией внушительной силы следует считаться, поскольку она пронизывает практически все пласты грунта, составляя таким образом грунтовые воды немалой мощности. Изучением и освоением водных ресурсов занимается гидрогеология, цель которой сохранить это природное вещество и использовать все полезные качества, свести на нет её разрушительные свойства. Изучение и систематизация всех характеристик воды, поиск и учёт новых месторождений пресной воды, помощь при инженерном строительстве и организация грамотной мелиорации — вот основные задачи, стоящие перед гидрогеологией как перед наукой.
Вода несёт жизнь, но ей по силам и разрушительная деятельность, даже самые твёрдые породы не в состоянии устоять перед непрерывным напором воды. Что уж говорить об искусственных сооружениях, возводимых человеком – при неправильной оценке воздействия на ту или иную наземную конструкцию (фундамент или подземное сооружение) можно ожидать негативного воздействия со стороны грунтовых и поверхностных вод.
Всё это говорит о том, что необходимо проводить инженерно-геологические изыскания. Гидрогеологические исследования в составе инженерно-геологических изысканий выполняются для выявления взаимодействия проектируемого объекта с геологической средой, определения залегания подземных вод, их свойств и состояния, прогноза процесса подтопления, изучения влияния подземных вод на интенсивность развития геологических и инженерно-геологических процессов (карст, суффозия, оползни, пучение и др.), изменения свойств грунтов под воздействием подземных вод.
На этапе проектирования необходимо изучить гидрогеологические условия на площадке строительства. Влияние подземных вод может быть настолько значимым, что изменит в корне проект здания или сооружения. Недооценка или неверный прогноз такого воздействия могут привести к плачевным результатам: затоплению подземной части здания, разрушению части фундамента и потере здания целиком, в связи с невозможностью его эксплуатации.
Методы определения гидрогеологических параметров грунтов и водоносных горизонтов устанавливаются, исходя из условий их применимости, с учетом стадии разработки документации, характера и уровня ответственности проектируемых зданий и сооружений, а также сложности гидрогеологических условий.
Необходимо определять агрессивность подземных вод для выбора материалов, используемых при строительстве (бетона, арматуры, трубопроводов и газопроводов). Из-за своего химического состава вода может больше или меньше влиять на разрушение тех или иных типов материалов. Правильные решения при выборе материалов обеспечивают долговечность сооружения.
Опытно-фильтрационные работы на площадке строительства выполняются с целью получения гидрогеологических параметров и характеристик для расчета дренажей, водопонизительных систем, противофильтрационных завес, водопритока в строительные котлованы, коллекторы, тоннели, фильтрационных утечек из водохранилищ и накопителей, а также для составления прогноза изменения гидрогеологических условий. При обнаружении горизонтов подземных вод скважинным методом производятся опытные откачки для выяснения направления движения подземных вод и изменениями их уровня в точках наблюдения в различные или определённые промежутки времени.
Параллельно изучению подземных вод возникает необходимость защиты от них, и в этом случае основную роль играют дренажные системы. Особенно они важны при планировании и организации строительных работ, когда результаты предшествующей им гидрогеологической разведки территории указывают на необходимость применения дренажа. Основной задачей дренажной системы является непрерывное понижение уровня подземных вод до приемлемого показателя для предотвращения негативного воздействия влаги на подземные части сооружений, в частности, фундаменты. Во избежание подтопления строений уровень подземных вод должен быть ниже основания постройки не менее чем на полметра, оптимальной же величиной будет 1 метр. Однако для крупных построек глубина подземных вод от основания строения должна быть не менее 3-4 метров для более высокого уровня защиты от разрушительного воздействия влаги. Исходя из масштабов строительства и показаний разведки, собственно, и производятся гидрогеологические расчёты наиболее оптимального расположения дренажных систем относительно поземных вод.
При проектировании особо сложных объектов выполняется моделирование, специальные гидрогеологические работы и исследования. Опытно-эксплуатационные откачки выполняются для установления закономерностей изменения уровня и химического состава подземных вод в сложных гидрогеологических условиях. Опытно-производственные водопонижения - для обоснования разработки проекта водопонижения (постоянного или временного). Возводятся сооружения и проводятся испытания опытного участка дренажа. Также изучаются процессы соле- и влагопереноса в зоне аэрации, сезонного промерзания и пучения грунтов, водный и солевой баланс подземных вод.
[2]
1.2.2. Неблагоприятные геологические процессы
Среди опасных геологических процессов встречаются карст, оползни, обвалы, солифлюкция, сели, каменные глетчеры, геодинамические и криогенные процессы, переработка берегов рек, озер, морей и водохранилищ, выветривание пород. Чтобы изучить динамику развития опасных геологических процессов ведутся стационарные наблюдения. стационарные наблюдения выполняются для прогноза подтопления, контроля за деформацией подработанных территорий, осадкой и просадкой территории, в том числе вследствие сейсмической активности, определения состояния и свойств грунтов, уровненного, температурного и гидрохимического режимов подземных вод, глубин сезонного промерзания и протаивания грунтов, изучения осадки, набухания и других изменений состояния грунтов основания фундаментов зданий и сооружений, слежения за состоянием сооружений инженерной защиты.
Стационарные наблюдения проводятся в сложных инженерно-геологических условиях для ответственных сооружений, начиная их при изысканиях для предпроектной документации или проекта и продолжая при последующих изысканиях. Если возможно развитие опасных геологических и инженерно-геологических процессов, наблюдения продолжают в процессе строительства и эксплуатации объектов (локальный мониторинг компонентов геологической среды).