Статья: Санитарная охрана водозаборов

где - разность напоров между горизонтами.

Часто это время оказывается весьма значительным, что позволяет считать межпластовый горизонт защищенным от загрязнения с поверхности земли в течение расчетного срока его эксплуатации.

Расчеты ЗСО

Достаточно часто для расчета положения границ поясов используют аналитические методы. Расчетные зависимости разработаны для типовых фильтрационных схем с учетом наличия естественного потока того или иного направления, наличия покровных отложений. Наиболее полные сводки - в рекомендованных работах Е.Л.Минкина, Ф.М.Бочевера, А.Е.Орадовской, Н.Н.Лапшина.

Короткий пример для изолированного неограниченного пласта:

= Без естественного потока

Естественно, что ЗСО в таких условиях будет иметь форму круга (рис. 1). Его радиус можно оценить из условия, что в соответствующем цилиндрическом элементе пласта должен содержаться полный объем воды, извлекаемой водозабором за расчетный промежуток времени : С другой стороны, необходимый объем активной пустотности водовмещающих пород в этом элементе пласта должен составлять . Соответственно искомый радиус цилиндрического элемента

Например, при = 10 000 куб.м/сут (водозабор вполне солидного райцентра), = 20 м, = 0.1 получим для II пояса (= 200÷ 400 сут) = 560÷ 800 м; для III пояса (= 10⁴ сут) = 4000 м.

Рис. 1

= Понятно, что при наличии потока ЗСО приобретает эллипсовидную форму.

Вверх по потоку размер ЗСО будет больше, т.к. здесь складываются градиент естественного потока и градиент депрессионной воронки. Реально ЗСО на местности назначается в виде прямоугольника, в который вписывается расчетный эллипс (рис. 2. В этом случае для каждого пояса (II и III) должны быть раздельно рассчитаны три геометрических размера ЗСО:

- Полуширина ЗСО выше по потоку: теоретически "на бесконечности" (практически уже на расстоянии порядка 3÷4) она равна полуширине зоны захвата , т.е. ; для конкретного времени определяется по зависимости .

- определяется из уравнения , где - погонный (единичный) расход естественного потока.

- Размер пояса ЗСО вверх по потоку - из уравнения .

- Размер вниз по потоку - из уравнения

Дополним исходные данные: = 1 кв.м/сут (как вариант - такой расход отвечает проводимости пласта 200 кв.м/сут при уклоне 0.005).

- для II пояса (= 400 сут) = 670 м, = 940 м, = 1580 м

- для III пояса (= 10⁴ сут) = 1560 м, = 7800 м, = 3400 м.

Рис. 2

Многие из приведенных выше зависимостей представляют собой трансцендентные алгебраические уравнения, решать их приходится численными методами (на кафедре есть специализированная программа CAN). В литературе приводятся номограммы, несколько облегчающие расчеты.

Для сложных структур потока (в частности - при неупорядоченном площадном характере водозаборного сооружения) используют расчеты с применением моделирования миграции загрязнений в подземных вод. В частности, вполне удобный механизм трассирования путей движения загрязнений в фильтрационных потоках существует в вычислительной программе MODFLOW Геологической службы США (модуль PMPATH, W.-H.Chiang, W.Kinzelbach). Достаточно широкие возможности предоставляет специализированная программа ZONE (Государственный научный центр НИИ ВОДГЕО, А.В.Расторгуев), позволяющая численно-аналитическим путем рассчитать размер и конфигурацию ЗСО для типовых одно-трехслойных миграционных схем при неупорядоченном расположении водозаборных скважин и при произвольном направлении естественного потока подземных вод и поверхностных водотоков.

Прогнозирование воздействия водоотбора на окружающую среду

Несколько разрозненных тезисов по этой модной для неспециалистов (особенно "зеленого" цвета) и весьма болезненной (для ответственных специалистов), но крайне слабо разработанной тематике.

Эксплуатационный водоотбор является одним из наиболее распространенных и значимых видов техногенного воздействия на гидросферу и сопряженные с ней элементы окружающей среды. Современные тенденции развития систем водообеспечения однозначно свидетельствуют о неизбежности постоянного его расширения в обозримой перспективе.

Эксплуатационный водоотбор неизбежно наносит ущерб окружающей среде, особенно в районах массированного (практически площадного) водоотбора.

Инициировать оценку возможного ущерба окружающей среде обязан гидрогеолог, выполняющий поисково-разведочные работы на конкретном месторождении. Это непосредственно вытекает из самого понятия "эксплуатационные запасы подземных вод" - к ним могут быть отнесены только те количества воды, эксплуатационный отбор которых не приводит к недопустимому (по масштабу и качеству) ущербу окружающей среде.

Конечный прогноз воздействия на отдельные элементы окружающей среды должен быть разработан профильными специалистами; в профессиональной компетенции гидрогеолога находится лишь обеспечение "краевых" условий этой задачи, т.е. прогнозное количественное (в пространственно-временных координатах) обоснование ожидаемых воднобалансовых и гидрогеодинамических изменений под влиянием работы водозаборного сооружения.

Основные агенты воздействия на окружающую среду при работе водозаборов:

изменение водного баланса поверхностной гидросети (водотоки, водоемы, болота)

изменение глубины залегания свободной поверхности грунтового водоносного горизонта

изменение напряженного состояния обводненных массивов горных пород

изменение гидрогеотермического режима (интенсивность и направленность тепловых потоков) массивов многолетнемерзлых пород

Основные экологические последствия длительной эксплуатации водозаборов могут заключаться в следующем: