Связь подземных и поверхностных вод

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

ФГБОУ ВПО «Вологодский государственный  технический университет»

(ВоГТУ)

Кафедра социально-гуманитарных и естественных дисциплин

 

 

 

Контрольная работа по теме:

«Связь поверхностных  и подземных вод»

Дисциплина: Механика грунтов

 

 

 

Выполнил:

Студент Гусева Е. И.

Группа ЗСВ-32

 

Специальность: 270112

Проверил: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Череповец

2013 г.

 

Содержание

1.Подземные воды……………………………………………………………………………….3

2.Поверхностные воды…………………………………………………………………………..4

3.Взаимосвязь поверхностных и  подземных вод………………………………………………5

4.Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод……………………..6

5.Истощение подземных и поверхностных вод………………………………………………..7

6.Список используемой литературы…………………………………………………………..10

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Подземные воды

Подземные воды не требуют обесцвечивания и осветления, характеризуются постоянством температуры, санитарной надежностью, небольшим содержанием органических веществ и значительным количеством минеральных солей.

Между глубиной залегания  подземных вод и степенью из минерализации  наблюдается прямая зависимость. В  случае гидравлической связи подземных  вод с поверхностными подземные могут отличаться повышенной окисляемостью.

Химический состав подземных  вод отличается разнообразием. Определяется он в основном условиями, при которых  они сформировались, которые, в свою очередь, зависят от взаимодействия с атмосферой и земной поверхностью. Развитию растительности и жизнедеятельности  водных организмов в подземных водах  препятствуют слабое протекание биологических  процессов, отсутствие света и свободного растворенного кислорода. Но при  этом создаются благоприятные условия  развития анаэробных процессов.

Подземные воды зачастую характеризуются  значительной жесткостью, повышенным содержанием железа, марганца, фтора, растворенных газов (H₂S, CO₂).

Подземные воды бывают напорными  и безнапорными. Безнапорные воды имеют свободную поверхность, называемую зеркалом подземных вод.. В случае, если полностью насыщенные водоносные пласты перекрыты водонепроницаемыми грунтами и имеют пьезометрический напор, то они называются напорными. Давление, создаваемое напорными водами, больше атмосферного, в связи с этим если подземные воды имеют выход на поверхность то образуются родники.

Залегание подземных вод  может быть в виде грунтового потока с непрерывным движением воды, имеющего уклон в направлении  движения, или в виде грунтового бассейна с неподвижной водой  и горизонтальной свободной поверхностью.

Подземные воды имеют статический  и динамический уровень.

Статический уровень –  уровень воды в колодце при  отсутствии водоотбора. В случае отбора воды из колодца происходит падение уровня. Этот уровень называется динамическим. Понижение динамического уровня происходит пропорционально количеству откачиваемой воды. Количество воды, которое может быть откачано при понижении динамического уровня на 1 м, называется удельным дебитом. Уровень воды и пьезометрические линии, установившиеся вокруг колодцев при откачке воды, образуют кривые дисперсии.

 

 

Поверхностные воды

Реки, водохранилища, озера  и моря используются в качестве поверхностных  источников. Для рек характерны сезонные колебания расхода и качества воды. Характер питания рек определяет состав примесей речных вод. Различают поверхностное и подземное питание. Дожди, снег, ледники и т.п обеспечивают подземное питание, грунтовые воды – подземное.

Характерная особенность  качества речной воды – относительно большая мутность, высокое содержание органических веществ и бактерий, зачастую значительная цветность. Обычно речная вода обладает относительно малым  солесодержанием и, в частности, небольшой жесткостью.

Наблюдается определенная закономерность: воды рек Севера характеризуются  малой и средней мутностью, высокой  цветностью и малым солесодержанием, а реки Юга –высокой мутностью и минерализацией, низкой цветностью.

Под влиянием процессов  оксидации восстановления, седиментации диспергированных и коллоидных примесей и солей; ионообмена между водой и донными отложениями; обогащения вод микроэлементами вследствие биохимических процессов; смешения вод различного питания состав вод постоянно изменяется. В поверхностных водотоках наблюдается самоочищение воды за счет физических, химических и биологических процессов, чему способствует аэрация, перемешивание, декантация взвесей, разбавление загрязнений в большой массе воды. Под действием простейших водных организмов, микробов – антагонистов, бактериофагов и антибиотиков биологическго происхождения, под влиянием биохимических и оксидационных процессов погибают патогенные бактерии и вирусы. При этом самоочищение воды не обеспечивает, как правило, ее необходимого качества для производственных и хозяйственно - бытовых целей. В связи с этим поверхностная вода практически всегда нуждается в кондиционировании ее свойств с их доведением до требований потребителей.

Одним из основных факторов хозяйственной деятельности человека, влияющих на состояние источников воды как в качественном, так и в количественном отношении является смыв с сельскохозяйственных угодий химических удобрений и сброс в водоемы недостаточно очищенных сточных вод и вод тепловых и атомных электростанций. Как следствие, развиваются макрофиты и планктон, вызывающие зарастание водоемов, повышение цветности воды, возникновение привкусов и запахов, что ухудшает состояние источников воды.

Воды водохранилищ и  озер отличаются относительно малым  содержанием взвешенных веществ, значительной цветностью, большой окисляемостью, наличием планктона в летнее время. Озерная вода имеет весьма различную степень минерализации.

Морская вода содержит большое количество минеральных солей, обладает относитльно невысокой жесткостью. Ее применяют в производственном водоснабжении для охлаждения, а при отсутствии пресных вод – и для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения после опреснения.

 

 

Взаимосвязь поверхностных и подземных  вод

Подземные воды тесно связаны  с атмосферой и поверхностными водными  источниками, а потому являются одним  из важных элементов в общем водном балансе отдельных районов, областей и всей страны в целом.

Взаимосвязь поверхностных и подземных вод – процесс водообмена между поверхностью суши и водовмещающими породами в естественных и нарушенных условиях. Направление и интенсивность процесса являются основными характеристиками этого звена в общем круговороте воды. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод и интенсивность этого процесса зависят от большого числа природных и антропогенных факторов. Основными из них являются фильтрационные сопротивления поверхностных водотоков, степень вскрытия руслом водоносного пласта, фильтрационные свойства и строение водовмещающих пород, градиенты давления, определяющие движение водных потоков в пористой среде, сработка напорных водоносных горизонтов и др. Крупный подземный водоотбор ведет к перераспределению давления в эксплуатируемых водоносных горизонтах, что способно кардинальным образом изменить схему водообмена между поверхностными и подземными водами в условиях хорошей гидравлической связи между ними. Может происходить инверсия градиентов давления, в результате которой восходящие потоки сменяются нисходящими, и поверхностные воды с урбанизированных территорий начинают проникать в напорные водоносные горизонты, которые в ненарушенных условиях находились в режиме разгрузки подземного стока. На урбанизированных территориях в результате интенсивного подземного водоотбора понижение давления в водоносных горизонтах (образование депрессионных воронок) часто приобретает региональный характер, в результате чего значительно расширяется зона активного водообмена между поверхностными и подземными водами. Таким образом на территориях с интенсивной водохозяйственной деятельностью, как правило, взаимосвязь поверхносных и подземных вод возрастает по мере сработки напорных водоносных горизонтов. Наиболее отрицательные последствия нарушения естественного режима подземного стока вызывает миграция ингредиентов загрязнения с поверхностными водами, поступающими в водоносные комплексы.

 

 

Основные источники загрязнения  поверхностных и подземных вод

Проблема загрязнения подземных и поверхностных вод приобретает актуальный характер почти во всех индустриально развитых странах.

Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных  вод - промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др. Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами в  зависимости от специфики отраслей промышленности. Следует заметить, что в настоящее время объем  сброса промышленных сточных вод  во многие водные экосистемы не только не уменьшается, но и продолжает расти.

Коммунально-бытовые сточные  воды в больших количествах поступают  из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т.д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное  загрязнение.

Такие опасные загрязняющие вещества, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий  и др., смываются с сельскохозяйственных территорий, включая площади, занимаемые животноводческими комплексами. По большей части они попадают в  водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а поэтому имеют высокую  концентрацию органического вещества, биогенных элементов и других загрязнителей.

Значительную опасность  представляют газодымовые соединения (аэрозоли, пыль и т.д.), оседающие  из атмосферы на поверхность водосборных  бассейнов и непосредственно  на водные поверхности. Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных  вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод.

Кроме поверхностных вод  постоянно загрязняются и подземные  воды, в первую очередь в районах  крупных промышленных центров. Источники  загрязнения подземных вод весьма разнообразны.

Загрязняющие вещества могут проникать к подземным  водам различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых  стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойником и др., по затрубному пространству неисправных скважин, через поглощающие скважины, карстовые воронки.

К естественным источникам загрязнения относят сильно минерализованные (соленые и рассолы) подземные  воды или морские воды, которые  могут внедряться в пресные незагрязненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.

Важно подчеркнуть, что  загрязнения подземных вод не ограничиваются площадью промпредприятий, хранилищ отходов и т.д., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20-30 км и более от источника  загрязнения. Это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения  в этих районах.

Следует также иметь  в виду, что загрязнение подземных  вод негативно сказывается и  на экологическом состоянии поверхностных  вод, атмосферы, почв, других компонентов  природной среды. Например, загрязняющие вещества, находящиеся в подземных  водах, могут выноситься фильтрационным потоком в поверхностные водоемы  и загрязнять их.

 

 

Истощение подземных и поверхностных  вод

Истощение вод следует  понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или  уменьшение минимально допустимого  стока (для поверхностных вод). И  то и другое приводит к неблагоприятным  экологическим последствиям, нарушает сложившиеся экологические связи  в системе человек - биосфера.

Практически во всех крупных  промышленных городах мира, в том  числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Харькове, Донецке и других городах, где подземные воды длительное время эксплуатировались мощными  водозаборами, возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами до 20 км и более. Так, например, усиление водоотбора подземных вод в Москве привело к формированию огромной районной депрессии с глубиной до 70-80 м, а в отдельных районах города до 110 м и более. Все это, в конечном счете, приводит к значительному истощению подземных вод.

Интенсивная эксплуатация подземных  вод в районах водозаборов  и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводит к изменению взаимосвязи  поверхностных и подземных вод, к значительному ущербу речному  стоку, к прекращению деятельности тысячи родников, многих десятков ручьев и небольших рек. Кроме того, в  связи со значительным снижением  уровней подземных вод наблюдаются  и другие негативные изменения экологической  обстановки: осушаются заболоченные территории с большим видовым  разнообразием растительности, иссушаются леса, гибнет влаголюбивая растительность - гигрофиты.

Искусственное понижение  уровня подземных вод, вызванное  интенсивной откачкой, отразилось и  на экологическом состоянии прилегающих  к водозабору участках долины рек. Этот же антропогенный фактор может приводить  к ускорению времени смены  сукцессионного ряда, а также к выпадению отдельных его стадий.

Длительная интенсификация водозаборов в определенных геолого-гидрогеологических условиях может вызвать медленное  оседание и деформации земной поверхности. Последнее негативно сказывается  на состоянии экосистем, особенно прибрежных районов, где затапливаются пониженные участки, и нарушается нормальное функционирование естественных сообществ организмов и всей среды обитания человека.