Изменение гидрогеохимических условий на урбанизированных территориях

В городах имеют место все возможные виды антропогенного воздействия на окружающую среду, встречаются все известные типы загрязнения подземных вод. На урбанизированных территориях помимо промышленного значительную роль играет загрязнение подземных вод коммунальными стоками. Кроме химического здесь часто присутствует радиоактивное, бактериальное, газовое и тепловое загрязнения. Специфической особенностью городских территорий является нарушенный гидрогеологический режим в связи с большой плотностью застройки, значительной площадью асфальтовых покрытий, густой сетью водонесущих коммуникаций и подземных инженерных сооружений. Для крупных городов характерно как значительное понижение уровней водоносных горизонтов, используемых для централизованного водоснабжения, так и повышение уровня грунтовых вод за счет утечек из водопроводной сети и уменьшения таких расходных статей водного баланса, как испарение и транспирация. Все это способствует усилению миграции загрязненных грунтовых вод в нижележащие водоносные горизонты. Во многих городах интенсивный отбор подземных вод сопровождается значительными проседаниями дневной поверхности. Например, в Токио площадь мульды проседания составляет 309 км2, а максимальная величина проседания превышает 7 м.

На урбанизированных территориях, как правило, присутствуют все факторы изменения химического состава подземных вод, связанные с понижением или повышением их уровня. Особое значение имеет процесс взаимодействия (в результате подъема уровня) подземных вод с техногенными отложениями. Также для городов характерно развитие электрохимических процессов. Этому способствует наличие под землей большого количества металлических конструкций и электрокабелей. Более подробно с эколого-гидрогеологическими проблемами, возникающими на урбанизированных территориях, можно познакомиться по материалам научных конференций и семинаров, посвященных данной проблеме [49].

Отдельным фактором воздействия на подземные воды в районе населенных пунктов является их эксплуатация в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения. В процессе откачки воды из скважин могут возникать те же отрицательные техногенные процессы, что и при осушении горных выработок. Отличие заключается в том, что при эксплуатации подземных вод особое внимание должно уделяться прогнозу их качества. Состояние подземных вод в районе водозаборного сооружения определяется многими факторами: типом водозабора, граничными условиями водоносного горизонта, характером естественного движения подземных вод, фильтрационной неоднородностью пород (плановой и слоистой). Для водозаборов, эксплуатирующих напорные водоносные горизонты, особое значение имеет конструкция буровых скважин. Это связано с тем, что при наличии выдержанного верхнего водоупора наиболее уязвимым местом для попадания в водоносный пласт загрязнения является затрубное пространство водозаборных скважин. В случае некачественной цементации обсадных труб возникают искусственные гидрогеологические окна, по которым загрязненные грунтовые воды могут беспрепятственно попадать в эксплуатируемый водоносный горизонт. Прогнозу качества подземных вод на участках водозаборов посвящены разделы в монографиях [10,11].

В целях предотвращения загрязнения подземных вод вокруг действующих водозаборов устанавливается зона санитарной охраны, которая обычно включает два пояса: I - пояс строгого режима и II - пояс ограничений. Первый пояс представляет собой участок вокруг водозабора с радиусом не менее 30 м при эксплуатации напорных вод и не менее 50 м при использовании грунтовых вод. Эта площадь ограждается и обеспечивается охраной, чтобы исключить возможность случайного загрязнения подземных вод непосредственно через водозаборные сооружения. Пояс ограничений (собственно зона санитарной охраны) охватывает территорию, использование которой ограничивается для устранения возможности появления источника загрязнения в той части водоносного горизонта, которая будет использоваться в течение 20 - 25 лет (расчетный срок эксплуатации водозабора), т.е. контур зоны санитарной охраны - это замкнутая линия, от любой точки которой вода будет двигаться до водозабора за время не менее расчетного срока эксплуатации водозабора. Размеры и конфигурация зоны санитарной охраны в плане определяются гидрогеологическими условиями и характером самого водозабора. Методы нахождения зоны санитарной охраны различны, однако в основе большинства из них лежит определение времени подтягивания воды из заданной точки водоносного горизонта к водозабору. Например, время движения воды к водозабору в условиях неограниченного однородного водоносного горизонта может быть определено по формуле

к!

а/

VI XI. VI С05—- + —151П—1

Ха VI X

где Х1 и У1 - координаты начального положения частицы жидкости, водозабор находится в начале координат, направление естественного потока подземных вод совпадает с направлением оси X; Ха определяется по следующей формуле:Ха = С}/(27гплк1); п, к, т - соответственно, активная пористость, коэффициент фильтрации и мощность водовмещающих пород; I - градиент уклона поверхности естественного потока; О - дебит водозабора.

Формулы для расчета времени движения воды к водозабору в других граничных условиях приведены в работе [11]. В случае неоднородных водоносных горизонтов со сложными граничными условиями для определения конфигурации зоны санитарной охраны необходимо составление гидродинамической модели водозаборного участка, однако в большинстве случаев на практике удается схематизировать гидрогеологические условия и воспользоваться одной из имеющихся формул.