Оценка качества подземной воды и прогноз его изменения

Оценка пригодности подземной воды для ее использования в хозяйственно-питьевых целях выполняется путем сопоставления данных ее химического состава с требованиями, регламентируемыми СанПиН 2.1.4.1074-01 [13]. Сопоставление осуществляется по физическим, бактериологическим и химическим показателям. Особое внимание следует обращать на наличие колиморфных бактерий (коли-индекс), величину общей минерализации, жесткость, содержание железа, фтора, микрокомпонентов, вредных для здоровья человека. Существующее благоприятное положение с показателями качества подземной воды на участке водозабора не гарантирует его сохранения в течение всего периода эксплуатации. Необходимо обратить внимание на возможное существование источников загрязнения подземных вод, ухудшающих показатели качества в процессе водоотбора. Такими источниками могут быть поверхностные воды, инфильтрация на полях орошения и свалках твердых бытовых отходов (ТБО), переток из соседних водоносных горизонтов, содержащих воду, не соответствующую требованиям СанПиН, подтягивание фронта засоленных вод по водоносному пласту, из которого осуществляется водоотбор и др. Методы прогноза изменения качества подземных вод рассмотрены в специальной литературе [3, 8]. Остановимся на самых простейших, основанных на схеме поршневого продвижения фронта подземных вод, не соответствующих нормативам (некондиционных) к водозаборным скважинам.

Время движения поверхностных вод из реки до линии водозабора t определяется балансовым соотношением:

Q×t=L∙l∙h∙n_a (10)

где:

Q - приток воды из реки, равный суммарному водоотбору, м³/сут;

L – длина водозабора, м; l – расстояние скважин до реки, м;

h – средняя мощность водоносного горизонта, м;

n_a – активная пористость, численно равная гравитационной водоотдаче.

При существовании двухстороннего притока (схема без реки) для определения времени движения фронта некондиционных вод можно воспользоваться формулой (10), однако величина Q будет равна половине суммарного расхода водозабора. Эта схема дает хорошие результаты при

L > l, где (11)

l – расстояние от водозабора до фронта некондиционной воды.

При невыполнении условия (11) лучше воспользоваться зависимостью для радиальной фильтрации.

Более строгий гидродинамический расчет для плоско параллельного потока предполагает определение времени продвижения фронта некондиционных вод к скважинам по формуле:

где l – первоначальное расстояние до фронта некондиционных вод, м; k – коэффициент фильтрации, м/сут; J_о, J_э – напорные градиенты в естественных условиях и дополнительный за счет водоотбора.

Первый из них определяется по карте изопьез (изогипс) в ненарушенных условиях, второй по приближенной зависимости:

где S_w S_ф – понижение уровня по линии водозаборных скважин и на линии фронта загрязнения.

Учитывая, что в процессе эксплуатации величина J_э будет изменяться вследствие снижения уровня и изменения величины l, задачу следует решать нахождением фронта через фиксированные промежутки времени D t_i, причем i =1, 2,... – число промежутков в общем периоде эксплуатации. Тогда продвижение фронта l(t_n) от первоначального положения на время t_n = nDt определяется выражением:

(12)

Здесь необходимо последовательно определять все значения для i= 1, 2,... n, т.к. они входят под знак суммы.

Для радиального потока в бассейне подземных вод (J»0) определение времени подтягивания загрязнений к скважинам также может быть выполнено двумя способами:

а) исходя из балансового соотношения

Qt = n_aπ (R² – r²) h (13)

где R – расстояние до границы фронта загрязнения, м; r – радиус водозабора или одиночной скважины, м. Здесь величина Qt характеризует статические запасы подземных вод питьевого качества, которые могут быть отобраны данным водозабором;

б) более точный расчет может быть получен при учете изменяющихся условий продвижение фронта R (t_n) относительно первоначального положения на время t_n исходя из балансового соотношения:

Q∆t_i =2 πR_i(t)·h·n_a·∆R_i(t) (14)

Здесь последовательно задаются равные промежутки ∆t и определяется ∆R_i(t). Для (i+1)-го временного промежутка в формуле (14) рассчитывается

∆R_i+1(t) = R_i(t)-∆R_i(t) (14а)

которое и показывает прогнозное расстояние фронта загрязнения от водозабора через время t_i+1 =(i+1) ·∆t.

Последовательное определение значений R(t_i) позволяет построить график перемещения фронта загрязнения во времени.

Если в процессе эксплуатации фронт некондиционной воды достигает водозаборных скважин (t_n<t_э), необходимо выполнить расчет изменения качества отбираемой скважинами воды. Для этого надо оценить долю некондиционной воды в общем расходе, поступающем к скважинам. При значительных расстояниях между водозаборными скважинами возникает необходимость определения времени попадания некондиционной воды в каждую из них. Со временем все большее количество скважин будет оказываться за фронтом некондиционной воды. Определение минерализации, так же как и концентрации любого компонента в воде определяется по уравнению смешения, как средневзвешенное значение:

где M_i – минерализация или содержание отдельных компонентов в i -й скважине; Q_i – дебит -й скважины, i = 1, 2, … n – общее число скважин; – суммарный водоотбор.

При поступлении некондиционной воды с одной стороны водозабора, расположенного в радиальном потоке, величина средневзвешенного значения параметра качества определяется по приближенной зависимости:

где M₀ и M₁ – значения параметра качества воды исходное и некондиционное; α – размер дуги в радианах, в пределах которой размещается фронт некондиционной воды.

С целью сохранения благоприятных показателей качества подземных вод, вокруг водозабора должны быть запроектированы зоны санитарной охраны.

4.2. Определение границ поясов зон санитарной охраны (ЗСО)

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: