Способ предотвращения загрязнения грунтовых вод

 

Использование: в гидротехническом строительстве и для защиты инфильтрационного водозабора от антропогенного загрязнения и одновременного пополнения запасов питьевой воды. Сущность изобретения: для предотвращения загрязнения грунтовых вод используют гидрозавесу, выполненную в виде горизонтальной выработки, перпендикулярно мигрирующим с потоком грунтовых вод вредным примесям от источника загрязнения. Гидрозавесу гидравлически связывают с водоносным пластом, например, посредством нагнетательных скважин, и заполняют водой. При защите инфильтрационного водозабора, расположенного ниже по потоку грунтовых вод относительно источника загрязнения, для подачи в горизонтальную выработку используют некондиционную воду из эксплутационных скважин водозабора или наземного источника при эксплутационном режиме работы водозабора, при этом соотношение объемов подаваемой в выработку и отбираемой из водозабора воды определяют из условия: Q_в ≥ Q_в, где Q_в - объем подаваемой в выработку воды для формирования гидрозавесы, м³/сут; Q_в - объем отбираемой из водозабора воды, м³/сут. 2 ил.

Изобретение относится к гидротехническому строительству и может быть использовано для защиты инфильтрационного водозабора от антропогенного загрязнения и одновременного пополнения запасов питьевой воды.

Известен способ предотвращения фильтрации воды из загрязненного водоема, включающий выполнение гидрозавесы в виде траншеи, заглубленной до водоупора, в теле ограждающей загрязненный водоем дамбы, заполнение ее водой и поддержание уровня последней выше уровня воды загрязненного водоема. Защита от фильтрации загрязненных вод из водоема осуществляется путем создания зоны повышенного давления на пути движения воды в грунте дамбы.

Недостатком этого способа является возможность инфильтрации загрязненных вод в водоносный пласт при перекрытии его сверху слоем малофильтрующих грунтов.

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ предотвращения фильтрации воды из содержащего вредные примеси водоема, предусматривающий защиту грунтовых вод от загрязнения. Способ включает выполнение гидрозавесы в виде канала в окружающей дамбе и заполнение его чистой водой до уровня воды в водоеме, при этом канал гидравлически связывают с водоносным пластом. При большой мощности перекрывающих водоносный пласт малофильтрующих грунтов связь канала с водоносным пластом осуществляют путем бурения скважин.

Известный способ не только предотвращает фильтрацию загрязненных вод через тело дамбы, в которой выполнен канал, но и вследствие гидравлической связи с водоносным пластом обеспечивает возникновение в последнем фильтрационного потока чистой воды из канала в сторону водоема. Этот противоток предотвращает фильтрацию загрязненных вод в водоносный пласт.

Недостатком известного способа является относительная статичность создаваемой гидрозавесы, что не обеспечит в случае защиты грунтовых вод инфильтрационного водозабора пополнения запасов чистой питьевой воды. Таким образом, применение известного способа для предотвращения загрязнения грунтовых вод инфильтрационного водозабора не решает задачи пополнения ресурсов питьевой воды.

Цель изобретения обеспечение наряду с предотвращением загрязнения грунтовых вод одновременного пополнения запасов питьевой воды инфильтрационного водозабора путем создания динамической гидрозавесы.

Это достигается предлагаемым способом предотвращения загрязнения грунтовых вод посредством гидрозавесы, выполненной в виде горизонтальной выработки, ориентированной перпендикулярно мигрирующим с потоком грунтовых вод вредным примесям от источника загрязнения, гидравлически связанной с водоносным пластом, посредством нагнетательных скважин, и заполненной водой, согласно которому при защите вод инфильтрационного водозабора, расположенного ниже по потоку грунтовых вод относительно источника загрязнения, для подачи в горизонтальную выработку используют некондиционную воду из эксплуатационных скважин водозабора или из наземного источника при эксплуатационном режиме работы водозабора, при этом соотношение объемов подаваемой в выработку и отбираемой из водозабора воды определяют из условия: Q_э≥Q_в, где Q_в объем подаваемой в выработку воды для формирования гидрозавесы, м³/сут; Q_э объем отбираемой из водозабора воды, м³/сут.

Таким образом, защита инфильтрационного водозабора от загрязнения согласно прилагаемому способу производится при непременном условии: отборе воды из водозабора, причем либо в объемах, предусмотренных режимом эксплуатации, либо в объеме, достаточном для формирования разницы градиентов давления на водозаборе и гидрозавесе (в случае, когда грунтовые воды водозабора не соответствуют по качеству питьевой воде, т.е. слабозагрязнены, и эксплуатация водозабора не ведется или производится только по части скважин с более чистой водой в объемах меньших, чем предусмотрено режимом эксплуатации). Следствием выполнения этого условия (причем в заявляемом соотношении объемов отбираемой из водозабора и подаваемой в гидрозавесу воды) является формирование динамичной гидрозавесы, позволяющей не только создать барьер на пути загрязнений от вышележащего источника, но и пополнить запасы питьевой воды водозабора в результате фильтрации и естественного самоочищения слабозагрязненной воды от гидрозавесы до водозабора.

Способ осуществляют следующим образом.

Ниже выявленного источника загрязнений по потоку грунтовых вод выполняют перпендикулярно потоку горную выработку (канал), заглубленную до водопроницаемых пород. При большой мощности перекрывающих водоносный пласт грунтов связь выработки с водоносным пластом осуществляют посредством нагнетательных скважин 1. При несоответствии качества воды водозабора ГОСТу 2874-82 "Вода питьевая" вследствие неконтролируемого загрязнения от выявленного вышележащего источника в выработку (и нагнетательные скважины) подают воду из эксплуатационных скважин водозабора 2. Вследствие этого в разрезе аллювиальных пород над уровнем грунтовых вод образуется гидрозавеса, т.е. барьер из относительно чистой воды (по сравнению с фильтрующимися загрязнениями), а в водоносном пласте вытянутый в проекции канала вал нагнетаемой воды, что в комплексе препятствует дальнейшему продвижению к водозабору загрязненных вод от выявленного источника (направление потока загрязнителей показано на фиг. 1 стрелками). Часть потока загрязненных вод по законам гравитации (наличие естественного уклона потока) направляется в обход гадрозавесы, и увеличение пути фильтрации этих вод в совокупности с разбавлением кондиционными водами усиливает процессы самоочищения.

Вследствие депрессии на водозаборе часть воды с внутренней стороны гидрозавесы возвращаются к водозабору. В процессе круговорота слабозагрязненной воды от эксплуатационной скважины по поверхности до горной выработки и по водопроницаемому пласту от гидрозавесы до водозабора происходит частичное окисление загрязняющих воду компонентов (на поверхности) и доочищение воды при ее фильтрации в водоносном пласте за счет фильтрационных свойств и окислительного потенциала водовмещающих пород, а также за счет деятельности микрофлоры, которая поддается культивированию в зоне свободного водообмена.

В случае своевременного обнаружения источника загрязнения и соответствия качества воды вышеуказанному ГОСТу в горную выработку и нагнетательные скважины для создания гидрозавесы, защищающей эксплуатирующийся водозабор, подают воду из наземного источника (реки, озера и т.п.), часть которой, фильтруясь и подвергаясь биохимической и физической очистке в водоносном пласте, пополняет запасы питьевой воды водозабора.

В обоих случаях подачу и отбор воды производят с учетом условия, необходимого для соблюдения стабильности гидрозавесы: объем подаваемой воды равен или больше объема отбираемой воды из водозабора.

П р и м е р. На водозаборе Сакмара-1 г. Оренбурга (см. фиг. 1, 2), где одной из скважин эксплуатируются некондиционные по сульфатам, нитратам, жесткости и минерализации подземные воды, (1,1-1,2 ПДК) выполняли экспериментальные работы с проходкой на пути миграции загрязненных подземных вод от пос. Дружба (источник антропогенного загрязнения) двух нагнетательных скважин. Нагнетательные скважины были выполнены в радиусе 30 м от эксплуатационной водозаборной скважины, между водозабором и поселком. Глубина скважины 15 м, диаметр обсадных труб 146 мм, фильтр установлен в интервале 3-15 м. Вода из эксплуатационной скважины подавалась по трубам диаметром 100 мм в объеме 800 м³/сут на две нагнетательные скважины (т.е. объем подаваемой в гидрозавесу воды был равен объему отбираемой из водозабора воды). По истечении 2 мес. качественный состав воды водозабора стал соответствовать нормам ПДК, при этом расход отбираемой из скважины воды не уменьшился.

Таким образом, использование предлагаемого способа позволит не только эффективно защищать водозабор от загрязнения, но и улучшить качество воды, а также увеличить запасы питьевой воды водозабора.

Формула изобретения

СПОСОБ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ГРУНТОВЫХ ВОД, включающий возведение гидрозавесы, которую выполняют в виде горизонтальной выработки, ориентированной перпендикулярно потоку грунтовых вод, содержащих вредные примеси, мигрирующие от источника загрязнения, при этом горизонтальную выработку посредством нагнетательных скважин гидравлически связывают с водоносным пластом и заполняют водой, отличающийся тем, что при защите от загрязнения вод инфильтрационного водозабора, расположенного ниже по потоку грунтовых вод относительно источника загрязнения, для подачи в горизонтальную выработку используют некондиционную воду из эксплуатационных скважин водозабора или наземного источника при эксплуатационном режиме работы водозабора, при этом соотношение объемов подаваемой в горизонтальную выработку и отбираемой из водозабора воды определяют из условия: Q_э ≥ Q_в, где Q_в - объем подаваемой в горизонтальную выработку воды для формирования гидрозавесы, м³/сут; Q_э - объем отбираемой из водозабора воды, м³/сут.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2