Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Гидрогеологическое обоснование охраны эксплуатируемого водозабора на основе анализа структуры потока и учета поглощения вещества породой

ВАК РФ 04.00.06, Гидрогеология

Автореферат диссертации по теме "Гидрогеологическое обоснование охраны эксплуатируемого водозабора на основе анализа структуры потока и учета поглощения вещества породой"

МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР. Всесоюзный научно-исследовательский, институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО)

На правах рукописи УДК 504.43:556.34

ЛУКЬЯШКОЗА Людмила Геннадьевна

ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОХРАШ ЭКСПЛУАТИРУЕМОГО ВОДОЗАБОРА НА ОСНОВЕ АНАЛИЗА СТРУКТУРЫ ПОТОКА И УЧЕТА ПОГЛОЩЕНИИ ВЕЩЕСТВА ПОРОДОЙ

(на примере водозабора в Луганской области) Специальность 04.00.06 - Гидрогеология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Москва - 1990

Работа выполнена во Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО).

Научный руководитель - доктор геолого-минералогических

наук, профессор В.М.Гольдберг.

Официальные оппоненты: доктор геолого-ыинералогических

наук И.С.Панковский;

кандидат технических наук А.Е.Орадовская.

Ведущая организация - ПГО "Луганскгеологи'я".

Зашита диссертации состоится 1590 г. .в

\4/ ч. на заседании специализированного совета kT07I.II.01 по присуждению ученой степени кандидата геолого-минералогических наук при Всесоюзном научно-исследовательском институте гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИНГЕО) по адресу: 142452, Московская обл., Ногинский р-н, пос. Зеленый, ВСЕГИНГЕО.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института.

Просим Вас принять участие в работе совета или прислать б 2-х экземплярах заверенный печатью отзыв на автореферат по указанному адресу ученому секретарю.

Автореферат разослан "Л? " 1990 г.

Ученый секретарь специализированного

совета, канд.геол.-мин. наук Ц^ПЫНЦ и.Ы.Цыпина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность теш. Экологические проблемы, в числе которых охрана питьевых подземных вод от загрязнения и истощения, в последние годы приобретает наибольшую актуальность и значимость в связи с нараставшим негативным воздействием хозяйственной деятельности человека на окружавшую среду. В специальном постановлении Верховного Совета СССР от 27 ноября 1989 г. "О неотложных мерах экологического оздоровления страны" отмечено: "Состояние двух третей водных источников не отвечает нормативам, идет опасное загрязнение подземных вод. В 600 городах не обеспечивается качественная очистка вод. Положение усугубляется ... просчетами в размещении производительных сил страны".

Многие водозаборные сооружения хозяйственно-питьевого назначения, эксплуатирующие подземные воды, сегодня нередко оказывается в области влияния крупных промышленных, коммунальных или сельскохозяйственных объектов - источников загрязнения. Отбор подземных вод вблизи источников загрязнения - ситуация, типичная для регионов с интенсивным хозяйственным развитием - приводит к активизации процессов ухудшения качества и истошения запасов подземных вод. В таких условиях наряду с поиском новых, чистых источников водоснабжения одной из глааных задач современной гидрогеологии становится разработка и внедрение в практику механизмов управления качеством подземных вод (при безусловном удовлетворении заявляемых потребностей в воде). Постановка этой проблемы обусловливает необходимость обобпения, анализа и развития су-шествуюиих методических положений и теоретических проработок в области управления ресурсами и качеством подземных вод на эксплуатируемых участках месторождений. В связи с этим автор в своей диссертационной работе основное внимание акцентировал на вопросах, связанных с обоснованием охраны водозаборов, расположенных вблизи очагов загрязнения подземных вод.

Районом исследований являлась долина Северского Донца в среднем течении реки, где почти за 100 лет негативного промышленного воздействия сформировалась устойчивая область химического загрязнения подземных вод питьевого качества, а с середи-

ны 70-х годов возникла реальная угроза полного истощения запасов этого практически единственного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения района. Для изучения района и разработки, специальных защитных и рекультивационных мероприятий, направленных на восстановление его водных ресурсов, специальным распоряжением Совмина СССР № 2734р от 05.11.84 были привлечены специалисты нескольких организаций Мингео, Госстроя, Минвуза СССР и УССР, прорабатывавшие разные аспекты проблемы, в числе этих организаций и ВСЕГИНГЕО. В лаборатории охраны подземных вод ЗСЕГИНГЕО перед автором была поставлена цель изучить влияние Ру-бежанского очага загрязнения на качество эксплуатируемых здесь подземных вод.

Цель работа - постановка гидрогеологических задач в связи с охраной эксплуатируемого участка месторождения питьевых подземных вод; исследование пространственно-временной динамики области загрязнения, вовлеченной в область питания водозабора питьевого назначения; обоснование мероприятий по охране подземных вод на объекте; развитие методики мониторинга загрязнения подземных вод на участках "водозабор - источник загрязнения" в сложных природных условиях.

Основными задачами исследований являлись;

1. Изучение факторов формирования ресурсов подземных вод района и эксплуатируемого участка их месторождения.

2. Исследование структуры и баланса фильтрационных потоков в двухпластовой системе у реки при наличии непроницаемой границы между рекой и региональным потоком подземных зод, разгружающимся на пойме, и системы взаимодействуетих водозаборов.

3. Изучение закономерностей формирования фронтов загрязнявших вешеств на исследуемом участке и их пространственно-временной динамики.

4. Исследование природных механизмов самоочишения подземных вод, испытывавших негативное воздействие системы "водозабор -источник загрязнения".

5. Разработка и обоснование мероприятий по охране эксплуатационного водозабора, расположенного на приречном участке вблизи источника загрязнения.

6. Разработка и обоснование методики мониторинга качества подземных вод на участке "водозабор - источник загрязнения".---------

Методика исследований. В основу методики легла самостоятельно сформулированная автором программа изучения загрязнения подземных вод в связи с их охраной. Принципиальным её положением является неразрывность комплекса гидрогеологических исследований при обоснован™ мероприятий по охране подземных вод. Исследование областей загрязнения начинается с изучения ресурсов подземных вод, структуры и баланса геофильтрационных потеков. Поиск закономерностей формирования и динамики фронтов загрязкяших вешеств является вторым этапом, опиравшимся на знания первого. Установленные закономерности развития геофильтрационшх полей и фронтов миграции загрязнявших веществ позволяют подобрать технологически и экономически оптимальные мероприятия по борьбе с загрязнением подземных вод (третий этап). Поставленные задачи решаются на основе преимушестаенного использования данных о режиме и балансе подземных вод с применением численного моделирования. Методика подробно изложена в первой части диссертационной работы.

Научная новизна и защищаемые положения работы:

1. Установлены закономерности формирования эксплуатационных запасов пресных подземных вод верхнемелового водоносного горизонта на Рубежанском участке долины Северского Донца, характеризующемся сложными геолого-тектоническими условиями и критической .техногенной нагрузкой на подземные воды.

2. Установлены закономерности пространственно-временного развития области загрязнения подземных вед в исследуемом районе.

3. Исследовано воздействие на размеры и структуру области влияния охраняемого водозаборного сооружения и движущегося к нему фронта загрязненных подземных вод группы факторов: производительности водозабора и взаимодействуюшей с ним технической дренажной системы; расположения источников загрязнения; восполняю-вих водопритоков, обусловленных водностью периода.

4. Предложена система мер по регулированию качества питьевых подземных вод на Рубежанском участке.

5. Разработаны новые предложения по ведению мониторинга на участке "водозабор - источник загрязнения".

б. По данным многолетних наблюдений за уровенным и химическим режимами подземных вод рассчитаны миграционные параметры верхнемелового водоносного горизонта: коэффициенты активной и эффективной пористости водовмешаших пород и коэффициент распре' деления (фактор задержки) для группы сорбирующихся органических загрязняющих веществ (фенолов, амино- и нитросоединений). В натурных условиях миграционные параметры для этого комплекса компонентов определены впервые. '

Практическая значимость работы:

- получены новые результаты, расширяющие представление о гидрогеологических условиях долины Северского Донца;

- оценены ресурсы пресных подземных вод эксплуатируемого верхнемелового водоносного горизонта по Рубежанскому участку месторождения, характеризующемуся критической экологической обстановкой;

- разработаны предложения по оптимизации режима работы действующих на исследуемом участке долины Северского Донца дренажных систем;

- определены в натурных условиях миграционные па{>аметры для группы распространенных загрязнявших веществ (фенолов, амино- и нитросоединений) и карбонатного коллектора, расширяющие современный небольшой банк параметров, необходимых для точных прогнозных расчетов изменений качества подземных вод;

- разработаны методические принципы постановки и проведения наблюдений и специальных исследований на участке "водозабор -источник загрязнения", положенные в основу выполненного на Рубе-жанском участке комплекса работ, которые являются общими и могут применяться на других подобных объектах.

Реализация работа. Научно-методические результаты работы внедрены в практику исследований, связанных с созданием и эксплуатацией опытно-производственных полигонов по ведению мониторинга загрязнения подземных вод на территориях Луганской и Нижегородской областей. Важнейшей целью мониторинга в этих сложных района?: является улучшение здесь экологической обстановки.

Апробация работа. Основные положения эозкшаеыой диссертационной работы докладывались и обсувдалксь на пколе передового опыта на ВДНХ СССР (1985 г.), конференция ыолодах ученых в ИЫГРЭ

(1Ш г..),, Всесоюзной, межведомственной цауодо-технической конференции "Геоэкология: проблеш Vрешения" (ВДНХ СССР, 1990 г.).

Публикации. По теме, диссертации опубликовано б печатных работ, щ соавторстве.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти не 195 с. машинописного

текста. Текст иллюстрирован 25 рис. и 8 табл. Список литературы вклвдает 151 недменова«ий.

^¡р^ает г^бокую ^иэнательность и благодарность научному руководителю, Д-РУ геол.-мин. наук, профессору В.М.Гол'ьд-бергу аа помошь, оказанную в процесс подготовки работы. Автор искренне признателен ,а-ру геол.-мю}. наук, профессору Л.С.Язвину и д-ру геол.-мин. наук Б.В.Брр$^ому за полезные советы и замечания, высказанные ими по диссертационной работе.

СдеЖАНИЕ РАБОТЫ

I. МЕТОДИКА ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ В СВЯЗИ С ОХРАНОЙ ПОДЗЕМШХ ВОД ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ

Конечной целью комплекса гидрогеологических исследований на объекте с установленным или ожидаемым загрязнением подземных вод является прогноз изменения качества подземных вод и выбор оптимальных инженерных решений по регулированию этого процесса.

Прогноз и обоснование водоохранных мероприятий опираются на математические расчеты (аналитические или с применением ЭЦВМ) различных гидрогеодинамических параметров, моделирование геофильтрационных и геомиграционных потоков. В основе этих расчетов лежат фундаментальные классические решения теории подземной гидравлической и гидрохимической динамики. Обзор отечественных и зарубежных работ по теории тепло- и массопереноса, а также сами решения представлены в известных трудах Н.Н.Веригина, Ф.Ы.Боче-вера, Б.С.Шержукоэа, А.Е.Орадовской, В.Ц.Шестшова, В.А.Ы^онен-ко, А.А.Рошаля, В.С.Алексеева и др.

Различные аспекту методики исследований и оргадиэм^ии работ по защите подъемных вод от загрязнения имеют широкое отражение в работах В.М.Гольдберга, А.Е.Ора^овскрй, В.А.Мироненко, А.А.Роша-

ля, Е.Л.Минкина, С.Р.Крайнова, В.М.Швеца и др. В этих работах наряду с основами теории миграции загрязнения в водоносных пластах изложена практическая методика прогноза качества подземных вод э условиях их эксплуатации, и наличия источников загрязнения; приведено, обоснование и рассмотрены виды мероприятий по защите подземных вод от загрязнения и контролю за их охраной, санитарной охране водозаборов; освещены методы гидрогеологических изысканий и исследований при ведении мониторинга подземных вод, оценке их естественной защищенности и определении физико-химических параметров.

В последние годы новое развитие получает математическое обоснование возможности искусственного регулирования ресурсов и качества эксплуатируемых подземных вод в работах В.С.Алексеева, Г.М.Коммунара, Б.С.Шеридгкова, А.Е.Орадовской, Э.Ы.Хохлатова, В.А.Мироненко, В.Г.Румынина и др.

Опираясь на существующие теоретические и методологические представления, изучив методические подходы к постановке и проведению опытно-миграционных исследований на участках загрязнения подземных вод, используя собственный аналитический материал по обобщению опыта ведения гидрогеологических исследований на объектах подземного захоронения промышленных стоков, изучению различных областей загрязнения подземных вод, разработке методики наблюдений за загрязнением автор сфорцулировал программу исследований на конкретных гидрогеологических объектах, на которых проявляется или предполагается загрязнение подземных вод.

В программе определены цели исследований, основные направления и последовательность их реализации, пути и последовательность осуществления задач поиска на каждом этапе'исследований.

Цель исследований - прогноз изменения качества подземных вод на объекте и разработка рекомендаций по выбору оптимальных инженерных решений для управления качеством подземных вод.

Направления и последовательность поиска. Поиск осуществляется в три этапа:

-первый - выявляются закономерности формирования ресурсов подземных вод объекта на основе анализа структуры фильтрационного потока и баланса водопритоков к изучаемым элементам структуры;

-второй - исследуются закономерности формирования фронтов миграции вещества на основе анализа структуры фронтов миграции, природных и искусственных факторов, обусловливавших динамику фронтов миграции;

-третий - осуществляется выбор оптимальных мероприятий по регулированию качества водных ресурсов и контролю за их охраной.

Пути и последовательность выполнения задач поиска.

ЛУвре поиск закономерностей формирйвания водных ресурсов объекта начинается с традиционных обобщений информации о природных и техногенных условиях, как факторов формирования водных ресурсов объекта. Предварительно выделяются ведушие факторы" формирования эксплуатационных запасов подземных вод. По результатам анализа дается предварительная оценка фильтрационных и емкостных свойств коллекторов подземных вод, производится предварительная схематизация граничных условий изучаемых водоносных горизонтов. Выделяются граничные условия, вызывавшие деформацию структуры потока во времени и пространстве (сезонные перераспределения уровней и среднемноголетниэ закономерные изменения уро-венного режима).производится реконструкция структуры потоков подземных вод на периоды контрастных и фоновых изменений уровне?.

Конечной целью и результатом исследований при решении задач первого этапа является создание геофильтрационной модели (на основе численных решений с применением ЭЦВМ). В процессе калибровки модели получают обобщенные геофильтрационные параметры для последующих прогнозных расчетов и оценивается баланс водоприто-ков от границ к изучаемому объекту.

На ^ОЕрм_этапе выявляются закономерности формирования фронтов миграции вещества посредством:

- вынесения на гидродинамическую сетку наблюдательных пунктов (скважин, колодцев) с отметками значений концентраций маркирующих веществ;

- построения на полученной основе гидрохимических карт-схем в изолиниях изменения концентрации различных компонентов (карты строятся на те же периоды времени, что и карты напоров подземных вод: межень, паводок, годы минимальной, максимальной водообес-печенности).

- построения гидрохимических профилей по представительным скважинам; приуроченным к ^расчета* лентам *окй ( от- очага загрязнения к изучаемому участку месторовдения питьевых вод). Пройми строятся Ш те же моменты времени; что Ти к«фтй;

- построения графиков изменения концентрации маркирующих компонентов во времени для преде тавйтель'ной Шблюда>гельно й :сква-жины, расположенной на линии тока, сЬеэШяЕшей 'её с 'очагом загрязнения.

Профили и графйки 'позволяют четко зафиксировать время Отставания фронта концентраций веществ, заДёрШвашюссЯ ШЙрЙдой, от фронта инертного компонента (как 'правило, хЛбра)' й рассчитать действительные скорости движения какого 'изу^йемого компонента, а также коэффициенты активной и эффективной пористости пород.

Систематизация данных о химическом составе по предложенной схеме позволяет установить закономерности деформации миграционного фронта !под йлкяййём различных факторов.

На'^змьем. этапе рассчитываются оптимальные схемы локализации (ликвидации) очага загрязнения: защитного дренажа, фильтрационных завес, регулирования водоотбора и щ). Расчёт выполняется на основе численного моделирования во взаимоувязке результатов моделирования со всеми ;полученн^ми ранёё аналитическими выводами. Даются предложения по развитию специализированной наблюдательной сети для контроля Процессов 'изменейия качества подземных 'вод. ..............

Предлагаемая программа была в полной :мере реализована на участке 'сЬздаваёмЬгЬ в Ййстояшеё вре&я в '!й^анс5'кой Области 5Рубе-ж&Ь-ЛисиодскогЬ 'Ьштно-Ьрб&вЬдотвённЬгЬ йолйг'бйа.

'2. 'ПРИРОДНЫЕ 'Й ТЕ^ЙОГЁНШЕ УСЛОВИЯ РАЙОНА 'ЙСЙДВДОВАЙИЙ

На Рубежанском участке долйНы Северского Донца в последние годы резко активизировались процессы загрязнения пресных подземных вод верхнемелового водоносного горизонта - единственного источника хозяйственно-питьевого водоснабжения района; возникла реальная угроза полного кстошения этого месторождения. Расположенный в среднем течении долины участок характеризуется сложны-

ми природными условиями формирования ресурсов и качества подземных вод.

Эксплуатируемый водоносный горизонт в трещиноватых мергелях верхнего мела имеет здесь, как и повсеместно по левобережью, естественный уклон в направлении главной дрены - реки Северского Донца, обширную область питания и р^гйШйь^Ь 'йепрбййцаё»#ю границу (Северодонецкий надвиг), создавшую подпор естественному йсШ^ на поййё. ЩгШйьй» Пойманный }*гёет6к до'лйна оказался прйурочё'ШШ 1с У(Ж6 'скрытой рассртдоточённой ра^^рузки :подзёмных вод верхнёмелового горизонта в вышележащий горизонт грунтовых вод. Через относительную водоупорную толщу вязкого глинистого мергеля в кровле верхнемелового водоносного горизонта осуществляется гидравлическая связь его подземных вод с грунтовыми»развитыми в че*вертйчных аллювиальных песках.

Фильтрационные свойства обоих горизонтов ухудшаются от поймы к йодоразделам: для верхнемёлййого горизонта с 2500-3000 м^/сут до 1000-200 м^/сут; для аллювиального горизонта от 200-300 м^/сут вдоль русла реки до 50 м^/сут вдоль границы его выклинивания.

На сравнительно небольшой плошади Рубежанского участка(протяженностью около 10 и шириной до 3 км) сосредоточены крупное химическое предприятие и три взаимодействующих водозаборных сооружения, в том числе, водозабор хозяйственно-питьевого назначения.

Химический комбинат ежегодно потребляет около 50 wih.jP вода, "из них 10-12 илн.*Р йодземньйс вод. Свыше 40 млн.м^/год загрязненных производственных стоков сбрасывается по завершении технологического цикла на поверхность. Водозаборное сооружение питьевого Назначения расположено йсёго й 2,5 км от существующего уже более девяноста лёт очага загрязнения - южной промышленной зоны предприятия. И только Через 20 лёт после начала эксплуатации (з 1983 г. ) в скважинах этого водозаборного сооружения впервые зафиксированы Загрязняющие вещества: фенолы и нитросоединения, позднее аминосоединения.

3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИОННО ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД РУБЕЖАНСКОГО УЧАСТКА ДОЛИНЫ СЕВЕРСКОГО ДОНЦА

Исследованиями установлено, что Рубежанское месторождение' подземных вод трещиноватой зоны верхнего мела имеет признаки приречного типа режима подземных вод, характерного ¿ля бассейна р.Северского Донца: коллектор - трешиновятые песчанистые мергели; фильтрационные и емкостные свойства пород ухудшаются от поймы к водоразделу; наличие питающего регионального цодземного стока, аккумулированного на водоразделах и склонах левого берега долины реки; сезонный характер режима подземных вод (пополнение подземных вод-участка в весеннее время и естественная с работка уровней вследствие оттока подземных вод в сторону низких отметок базиса эрозии в летне-осеннюю межень); составляющими элементами баланса притоков к участку являются подземный ^ток со стороны террасированного склона долины Северского Донца, перетекание подземных вод из аллювиального горизонта, паводковые речные воды, питающие аллювиальный водоносный горизонт и через него нижезалегаюший водоносный горизонт трещиноватой зоны верхнего мела.

Помимо общих закономерностей формирования естественных ресурсов подземных вод Рубежанский участок характеризуется некоторыми особенностями, выделяющими его в ряду участков долины Северского Донца с приречным типом режима. Эти особенности связаны с нетипичным для долины геолого-тектоническим строением участка (выходом палеозойского массива по,ц четвертичный покров на левобережной пойме) и геоморфологическим строением водосбора (изучаемый участок приурочен к устью обширной балки, вдоль тальвега которой,в коренных отложениях фиксируется разлом).

С трансформациями гцдродгчамического поля связаны закономерности формирования и развития фронтов загрязняющих веществ. В работе дано их подробное описание и обоснование.

4. АНАЛИЗ ПОГЛОЩЕНИЯ ВЩЕСТЗА ПОРОДАМИ

В главе дан краткий обзор по теории сорбции вещества, рассмотрены физико-химические закономерности протекания этого процесса. Указано, что сорбция многих компонентов породами является существенным фактором замедления продвижения загрязняющих веществ по пласту; учет её целесообразен при расчетах распространения загрязняющих веществ в водоносном горизонте, подтягивания их к водозаборным сооружениям, расчетах зон санитарной охраны водозаборов. Вопросам, связанным с исследованием влияния сорбции на задержку вещества в пласте, посвящены отдельные работы ведущих отечественных специалистов (В.М.Шестакова, 1961, 1969; H.H. Веригина, 1977;.А.Е.Орадовской, 1969, 1971, 1982; Б.А.Мироненко, В.Г.Румынина, 1986; И.К.Гавич, 1980).

К поглощению вещества в породе при фильтрации загрязненных вод кроме собственно сорбционных процессов может привести также задержка вещества в закрытых "тупиковых" порах, деструкция нестойких веществ и ряд других явлений. По известному предложению Я.М.Шеетакова (1969) при определении истинной скорости потока

/абоконцентрированных растворов 1Tj учет явления сорбции вещества применительно к распространенной расчетной схеме "поршневого вытеснения" может быть осуществлен путем формальной замены коэффициента активной пористости па некоторой эффективной пористостью п3 = • па + l/fi , т.е. скорость движения того или иного раствора в пласте определяется из выражения ^ 8 т/пэ ( V- скс.ость фильтрации, ß = C/N - коэффициент распределения вещества в пласте; H - сорбционная емкость, представляющая собой предельное количество вещества, сорбированного в единице объема породы при концентрации вещества в растворе, равной С).

В разделе дана характеристика основных загрязняющих веществ Рубежанского участка исследований: фенолов, нитро- и аминосоеди-нений. Приведены расчета миграционных параметров мергельного коллектора, в том числе, коэффициент эффективной пористости по каждому компоненту.

Расчета показали, что при скорости фильтрации 0,08 ц/сут, i фиксируемой на загрязненной.склоне депрессии "питьевого" водо-

- ц -

забора, действительная скорость движения фронтов различных загрязняющих веществ по мергельному коллектору ( Щ , ц/сут) составила, 0,39 для цитросоедщщий, 0,26, г фенолов., Q,2I - амико-соединений. Коэффициент аффективной пористости соответственно 0,2; 0,31; 0,361; коэффициент распределения / - 9,1; 4,5; 3,4. Действительная скорость потока, определенная цо скорости движение фроцт^ инертного иона (задора), составила 0,^3 м/сут? па * 0,09. .............. " - •

5, ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИТЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО В0Д03ДБ0РА

Выполнена схематизация природных и техногенных условий Ру-бежанского участка долины Северского Донце^, На её ос^оре решена обратная ¡задача (уточнены геофильтрециондае параметра, оценены водопритоки к участку). Задача решалась на ЭВМ ИС-1045 с использованием разработанного во ВСЕГИНГЕО {соьахцекта программ 3NTORS , ARFA , BALANS в стационарной постановке.

На основе разработанной геофильтрационной модели рассчитано несколько вариантов защитных дренажных систем и дано обоснование наиболее приемлемых вариантов зашиты эксплуатационного водозабора хозяйственно-питьевого назначения.

Рассмотрен комплекс мониторинговых исследований, который должен выполняться при изучении загрязнения эксплуатируемого участка месторождения подземных вод. Указано на необходимость заложения по специализированной мониторинговой сети 2-3 скважин для ведения непрерывных наблюдений за химическим составом подземных вод на основном профиле загрязнения. При этом частота отбора проб воды на химический анализ хотя бы по одной из этих скважин должна совпадать с частотой замера уровня (не менее четырех раз в месяц), а по одной (двум) другим скважина« - не менее раза в месяц, что позволит отслеживать сезонную динамику области загрязнения, влияние на неё водности периода, аварийных утечек из источника загрязнения и пр.

------------------------------------------------ЗАКЛЮЧЕНИЕ •----------------------------

Для того чтобы водоотбором в условиях развивавшегося загрязнения подземных вод не создать необратимых тенденций активизации этого процесса необходимо выявлять 1<еханизмы саморегуляции эксплуатируемой природной системы (подземных вод) и подбирать такие механизмы воздействия на неё, которые бы не вызывали превышения контролируемых параметров данной системы (уровня и показателей качества подземных вод) над, их допустимыми значениями. В диссертации сформулированы и на конкретном примере проиллюстрированы обшие методические подходы к решению этой задачи. Основные выводы и результаты исследований: I. На основе реализации разработанной программы исследований, при использовании как традиционных (наблюдения за режимом подземных вод, опытно-миграционные наблюдения), так и современных, экспресных методов полевых исследований области загрязнения подземных вод (плошадной газовой съемки, терыокаротажа скважин, рН-, ЕЙ -метрии), моделирования, статистической обработки данных крайхинг-ыетодсм были выявлены важные, ранее неустановленные закономерности, характеризуюшие Рубежанский участок месторождения питьевых подземных вод в долине Северского Донца и облегчавшие поиск здесь правильных инженерных решений в связи с охраной подземных вод от загрязнения.

1.1. Расположенный в долине среднего течения р.Северский Донец участок исследований имеет условия формирования эксплуатационных запасов пресных подземных вод, отличающие его от других приречных участков долины.

Накапливавшиеся на обширном водосборе подземные воды эксплуатируемого верхнемелового водоносного горизонта поступают к изучаемой/ участку долины не рассредоточенным фронтом, а в виде достаточно мсшного потока, направленного по честной дрчме (широкой балаэ), аротлнузпайая на несколько килс^оа^-;; зхресг.левого •'ЛИСНО ДОЛИНЫ, X Рубе~П!!СКО?5у узлу

Потек ПОСЗв'2'.ЫХ ЙОД ОеПТНОМОДОВОГО 'ОГ-:гК.-!!;-Ч 5 .ЧЙВОГО СКЛО" на долины на изучаемом .участке не имеет прямой гидразлвдеской связи с рекой, так как палеозойский складчатый массив открытого

Донбасса создал ему подпор на пойме, к которой и приурочен участок.

1.2. Со стороны водораздела к каждому водозабору, расположенному на пойме поступает до 40 % от его обшего подземного стока.

Основное пополнение, формирующихся здесь запасов подземных вод, .осуществляется в весенний период ( март - июнь).

1.3. Естественный поток рассредоточение разгружается на пойме. По данным наблюдений за уровенным режимом и результатам термокаротажа скважин установлены участки активно проявляющейся восходящей разгрузки: вдоль уступа, где пойма сочленяется с 1-й надпойменной террасой, а также вдоль зоны надвига (естественного непроницаемого экрана).

Напор подземных вод над кровлей верхнемелого водоносного горизонта, фиксируемый скважинами пойменного участка, является гидродинамическим, обусловленным восходящей разгрузкой регионального потока. Его сезонные колебания (амплитуда 1,5-2 м) связаны с сезонным режимом питания подземных вод участка. Стабильные весенние повышения уровня воды в скважинах, оборудованных на верхнемеловой и гидравлически тесно с ним связанный аллювиальный (грунтовый) водоносные горизонты, фиксируются и в годы с низкими речными паводками.

1.4. До 1982 г. в районе отмечалась относительно стабильная гидродинамическая обстановка: режим естественного годового питания подземных вод уравновешивался водоотбором. Нарушение режима "питания - разгрузки" связано с переходом от аномального по продолжительности и влажности периода 70-х годов к засушливой первой половине ВО-х годов. Наложенное на эти природные изменения сокращение на 20 % расхода технического водозабора, выполнявшего функцию защитного дренажа, привело к сжатию его депрессионной воронки на загрязненном участке поймы. В результате этого очаг максимального загрязнения подземных вод - южная зона промышленной площадки оказался втянутым в депрессию водозабора питьевого назначения.

2. Для исследуемого участка установлены закономерности формирования и структура загрязненного фронта подземных вод.

2.1. Прослежена взаимосвязь между расходом водоотбора на участке и химическим составом подземных вод. Так, увеличение расхода по техническому (Линевскоцу) водозабору приводит к резкому ухудшению качества подземных вод в его скважинах (фронт загрязненных вод подтягивается к нему со стороны очага - южных цехов предприятия). В пробах воды из эксплуатационных скважин Ли-нёвского водозабора содержание всех компонентов начинает многократно превышать допустимые значения в период повышения дебита откачки.

Сокращение расхода Линевского водозабора приводит к сжатию его депрессионной воронки, усилению притока подземных вод с водораздела на пойму, созданию в районе очага дополнительного уклона разгружающимися здесь водами естественного потока в сторону технического и "питьевого" водозаборов.

2.2. Установлена лента тока, направленная с востока вдоль зоны надвига к Володинскому ("питьевому") водозабору. Основная доля загрязнявших вешеств переносится по ней от промышленной плошадки по профилю скважин 132 - К2734; эта лента тока четко проецируется на желобообраэное понижение в кровле верхнемеловой толши, также, протягивавшееся от главного очага загрязнения к Володинскому водозабору.

2.3. Продвижение фронта загрязненных подземных вод к водозаборным участкам не имеет непрерывного поступательного характера: он, растягивается или сжимается в зависимости от сезонных колебаний уровня подземных вод и скорости фильтрации.

При активном притоке чистых вод с водораздела в весеннее время происходит значительное разбавление загрязненных вод. При этом их фронт сжимается. Высокие речные паводки, создавая подпор на пойме, способствует отжатию области загрязнения к Линевскоцу техническому (и одновременно зашитноиу) дренажу. Избыточный весенний подземный сток с террас при зарегулированных низких речных паводках, наоборот, усиливает отток от очага к питьевому водозабору, особенно з начале меженного периода. В зимнюю межень, когда производительность водозаборов участка обеспечивается в основном за счет сработки запасов подзешых вод, водопользователем искусственно занижается расход Линевского технического дре-

нажа для того, чтобы сохранить необходимое качество извлекаемых технических вод, в то время как расход водозабора питьевого назначения остается неизменным. Вследствие этого в зимний период усиливается отток загрязненных вод от очага в сторону участка питьевых вод.

2.4, Необходимым условием эффективной работы водозабора питьевого назначения в сложившейся обстановке должно быть одновременное регулирование расхода водоотбора по всем дренажам: увеличение водоотбора в период максимального подпора подземных вод участка весенним стоком с водораздела (март - июнь) и уменьшение в межень (особенно в период установления предпаводковых минимальных напоров подземных вод). Сокращение расхода водоотбора по всем эксплуатационным скважинам участка должно производиться также в годы минимальной водообеспеченности во избежание "растягивания4 области загрязнения по площади.

2.5. Основной источник загрязнения (южные цеха предприятия) расположен примерно на одинаковом расстоянии от "питьевого" и технического водозаборов, но при этом технический водозабор расположен выше по естественному потоку, чем "питьевой". Для сдерживания фронта загрязненных вод, формирующегося под источником, необходимо, чтобы напоры на линии технического дренажа были не выше напоров на водозаборе питьевого назначения (фактически такое условие выполнялось на участке до начала 80-х годов).

3. По результатам обработки режимных гидрохимических данных установлено:

3.1. Фронта концентраций основных загрязняющих компонентов фенолов, нитро- и аминосоединений движутся с разными скоростями, существенно отличными от конвективной скорости потока.

3.2. На основе расчета по результатам обработки данных режимных наблюдений автором получены действительные скорости движения перечисленной группы компонентов по терригенно-карбонат-ному коллектору. По способности вешеств задерживаться породой зос троен, ряд

я -нн2 > к -ОН > ко2 .

Самой низкой сорбционной способностью обладают нитросоеди-нения, самой высокой, в 4 раза замедлявшей скорость их движения

по пласту - аминосоединения. - -------- — ----------------

3.3. Получены коэффициенты распределения, активной и эффективной пористости пород по отношению к различным компонентам.

4. На основе анализа структур;-; потока, реставрированной по данным пежимных наблюдений, и численного решения прогнозной за-двчл на ;Х-Ю4о рассчитаны несколько схем защитного дренажа. Даны предложения .по иберу оптиидльной дренаяной системы.

В. По результатам изучения объекта предложена система мони-терчнгоччх ¡«вооприйтяй. "отс^ггс?""" г,ттанг"гм оргинизаши; иь&а-дений за загрязнением подземных вор в конкретном районе являются обшими и могут быть реализованы ча других объектах.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

I. Влияние сорбции на движение загрязняющих веществ в подземных водах / Изучение условий защищенности подземных вод. -

М.: ¿СЕГИНГЕО; 1986.

Исолояозакие фи?ико-хют'Л".- -.-.-г-со!? чак й^г-лят"--" качества подземных под з ГДР / 7ч:*/ : "очференцик .молоды;,

угонах. Ин-т минералог»», геохга«?. .г. . -.теллохчлмк редких зле-кентси АЛ СССР. - Ы.: КМГРо, 1&со ; дсп. 2 ЙМ1

02.te.bti, ¥ 4380-В88).

3. Изучение динамики области загрязнения подземных вод Ру-бепанского промышленного района / Исследования изменения гидрогеологических -и инженерно-геологических условий под влиянием водохозяйственной деятельности. - М.: ЗСЕГИНГЕО, 1988

4. Методика организации на5;:,оги;ний за загрязнением подземных вод В'сложных природно-техногонных условиях с ^етом обших принципов ГВК / Методы ведения государственного водного кадастра но подземным водам. - М.: ВСЕГИНГЕО, 1989.

5. Прогноз изменения качеств?. подзетяяяс я од на отатно-про-пзаодетзенном полигоне в долине р.Ся:- улг::.'- »сивц с использованием численного моделирования / Изучение загрязнения подземных зод на опытно-производственных г»о.*>чго1 ;>х. - ВСЕГЙКГЕО, 1990.

6. Мониторинг загрязнения аорьвышл / Лриатеидовый лист ВДНХ-90. М. :'ВДНХ, 1990 (в соавторстве).