К подземным водам относятся все воды, находящиеся в почвах и горных породах ниже поверхности Земли. Они являются частью водной оболочки Земли – гидросферы, очень тесным образом связаны с поверхностными водами (реки, озёра, моря, океаны) и водами атмосферы. Вследствие такой взаимосвязи подземные воды участвуют в общем круговороте воды в природе.
По условиям залегания и гидравлическим признакам подземные воды верхней зоны земной коры подразделяются на:
1.безнапорные (со свободной поверхностью),
2.напорные, или артезианские.
1.Безнапорные воды подразделяются на три типа: а) верховодка,б) грунтовые воды, в) межпластовые воды.
Верховодка образуется в пределах зоны аэрации на сравнительно небольшой глубине от поверхности Земли в результате инфильтрации атмосферных осадков. По существу это временное скопление воды на отдельных линзах водонепроницаемых пород среди водопроницаемых. Мощность водонасыщенных слоёв верховодки колеблется обычно от 0,5 до 2-3 м, редко больше. Это зависит от размера водоупорных линз и количества атмосферных осадков.
Грунтовые воды приурочены к первому от поверхности водопроницаемому слою, расположенному на первом от поверхности водонепроницаемом слое. Они могут накапливаться как в рыхлых пористых породах, так и в трещиноватых и закарстованных горных породах. Грунтовые воды по гидравлическим особенностям безнапорные со свободной поверхностью. Выше уровня грунтовых вод располагается капиллярная кайма.
Межпластовые безнапорные воды находятся между двумя водоупорными слоями. Обычно такие воды развиты в условиях расчленённого рельефа и залегают выше базиса. Они не заполняют полость водоносного слоя и выходят в виде источников в береговых склонах оврагов и рек. В целом межпластовые воды являются проточными и по условиям передвижения аналогичны нисходящим грунтовым водам.
В классификации В. И. Вернадского, О. А. Алексина, А.М.Овчинникова и других выделяются четыре группы подземных вод:
— пресные — с общей минерализацией до 1 г/л;- солоноватые — от 1 до 10 г/л;- соленые — от 10 до 50 г/л;- рассолы — свыше 50 г/л.
.Основной химический состав подземных вод определяется содержанием наиболее распространенных трех анионов — НСО3-, S042-, Сl- и трех катионов — Са2+, Mg2+, Na+. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод — щелочность, соленость и жесткость. Соотношение указанных шести элементов определяет основные свойства подземных вод — щелочность, соленость и жесткость. По анионам выделяют три типа воды: 1) гидрокарбонатные; 2) сульфатные; 3) хлоридные и ряд промежуточных — гидрокарбонатно-сульфатные, сульфатно-хлоридные, хлоридно-сульфатные и более сложного состава. По соотношению c катионами они могут быть кальциевыми или магниевыми, или натриевыми, или смешанными кальциево-магниевыми, кальциево-магниево-натриевыми и др. При характеристике гидрохимических типов на первое место ставится преобладающий анион. Так, например, пресные воды в большинстве случаев гидрокарбонатно-кальциевые или гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, а солоноватые — могут быть сульфатно-кальциево-магниевыми.
Антропогенные факторы формирования химического состава природных вод. Основные поллютанты-загрязнители природных вод.
Источники загрязнения: — хоз-бытлвые стоки, предприятии нефтяной, угольной, металлургической и бумажной целевой промышленности.
Основные коллюканты – загрязнители природных вод.
Al – наиболее токсичен, хлористые, азотнокислые, уксуснокилые соли.
Be – токсичны все соединения, мин конц-ия 0,5 – 1,0 мг/л. ПДК не установлено. Для водоремов 2 х 104.
Ванадий V – рекомендованная концентрация – 0,03 – 0,022 мг/л. Высокая концентрация вызывает токсичные воздействия. ПДК не установлено, для водоемов — 0,1 мг/л, для сточных – 5 мг/л.
Кадмий –аккумулируется в печени, почвах, селезенке, снижается содержание О2 в крови. ПДК для питьевой воды – 0,01 мг/л, для водоемов – 0,01 мг/л.
Кобальт–токсичен, концерогенен. ПДК для для питьевой воды не установлено, для водоемов1.
Медь – малотоксичен, аккумулируется. ПЛК для питьевой – 3, для водоемов – 0,01, для сточных вод – 0,05.
Мышьяк – высокотоксичен, аккумулируется. Ядохимикат – с поверхностным стоком поступает в водоемы. ПДК для питьевой воды – 0,05, для водоемов – 0,05.
Никель – концерогенен. Пдк для водоемов – 0,01, для сточных вод – 1 мг/л.
Ртуть – высокотоксична, летальная доза для пит воды – 75-300 мг/сут.
Классификации подземных вод
Подземные воды классифицируют по происхождению, физическому состоянию, а также по характеру вмещающих их грунтов, гидравлическим условиям, температуре, минерализации и химическому составу, характеру залегания.
По характеру вмещающих воду грунтов подземные воды подразделяют на поровые, залегающие в рыхлых пористых грунтах; пластовые, залегающие в пластах осадочных горных пород; трещинные, залегающие в плотных, но трещиноватых осадочных, магматических и метаморфических горных породах; трещинно-жилъные, залегающие в отдельных тектонических трещинах.
По гидравлическим условиям подземные воды подразделяют на напорные (артезианские и глубинные) и безнапорные (грунтовые).
По температуре подземные воды делятся на исключительно холодные (ниже 0°С), весьма холодные (4— 20 °С), теплые (20—37 °С), горячие (37—42 °С), весьма горячие (42—100 °С), исключительно горячие (более 100 °С). К так называемым термальным водам относят воды температурой более 20 °С. Если такие воды имеют лечебное значение (обычно это воды и специфического химического состава), их называют термами. Они встречаются, например, на Кавказе и на Камчатке.
По минерализации подземные воды, как и все природные воды, делят на пресные (до 1 ‰), солоноватые (1—25‰), соленые (25— 50‰)и рассолы (более 50‰). Состав пресных подземных вод часто близок к составу связанных с ними поверхностных вод (преобладают ионы НСО3-, Са2+; или НСО3-, SO42-, Ca2+; реже SO42-.-, НСО3-, Са2+). Солоноватые подземные воды могут относиться к любому классу. В них преобладают катионы Са2+, Na+, Mg2+. Соленые подземные воды и рассолы могут быть связаны с современными или древними морскими бассейнами, а также образоваться при выщелачивании легкорастворимых солей NaCl, KC1, СаС12 и др. Преобладают ионы Cl-, Na+ и Са2+.
Подземные воды, оказывающие бальнеологическое воздействие на организм человека, называют минеральными. Они подразделяются на углекислые (например, северокавказские минеральные воды — боржоми, нарзан); сульфидные, или сероводородные (например, воды Мацесты); железистые и мышьяковистые (минеральные воды Кавказа, Закарпатья, Урала и др.), а также бромистые и йодистые воды, воды с большим содержанием органических веществ (воды в районе Трускавца); родоновые воды (Пятигорск, Цхалтубо) и др.
Наиболее важна в научном и практическом отношении классификация подземных вод по характеру залегания, использующая и некоторые другие классификации.
Классификации по характеру залегания подземных вод (их иногда называют «общими») разрабатывали такие известные гидрогеологи, как Ф.П. Саваренский, А.М. Овчинников, Е.В. Пинеккер и др. Ниже приведена классификация, в основном базирующаяся на предложениях А.М. Овчинникова и Е.В. Пинеккера.
Подземные воды на Земле, находящиеся в жидком состоянии, могут быть прежде всего подразделены на две большие группы: подземные воды суши и подземные воды под океанами и морями. До настоящего времени гидрогеология занималась по существу лишь подземными водами суши. Подземные воды под океанами и морями изучены еще очень слабо.
Подземные воды суши можно подразделить на подземные воды зоны аэрации и зоны насыщения. Зона аэрации охватывает верхние, не насыщенные водой слои грунтов, включая почву от дневной поверхности до уровня грунтовых вод. Через эту зону осуществляется связь подземных вод с атмосферой. Зона насыщения характеризуется тем, что поры и пустоты в ее пределах полностью заполнены (насыщены) жидкой водой. Сверху эта зона ограничена зоной аэрации или зоной многолетнемерзлых грунтов, снизу — глубиной критических температур, при которых существование жидкой воды невозможно. В зоне насыщения на континентах находятся подземные воды трех типов — безнапорные грунтовые, напорные артезианские и глубинные.
Под океанами и морями зона аэрации отсутствует, а в зоне насыщения присутствуют напорные воды, гидравлически как связанные с подземными водами континентов, так и не связанные с ними.
Воды зоны аэрации и грунтовые воды имеют свободную связь с атмосферой и формируются под непосредственным влиянием физико-географических условий. Грунтовые воды, кроме того, связаны с поверхностными водами (реками, озерами и др.) и играют поэтому важную роль в питании этих водных объектов. Подземные воды участвуют в круговороте воды на земном шаре в основном согласно двум схемам: грунтовые воды ↔зона аэрации ↔ атмосфера и грунтовые воды ↔ поверхностные воды.
В зависимости от происхождения выделяются подземные воды нескольких типов: 1) инфильтрационные, 2) конденсационные, 3) седиментогенные, 4) «ювенильные» (или магмогенные).
Инфильтрационные подземные воды образуются в результате просачивания (инфильтрации) в глубину атмосферных осадков, выпадающих па земную поверхность. Как известно, на земном шаре происходит непрерывныйвлагооборот, в котором принимают участие атмосферные, поверхностные и подземные воды. Вода океанов, морен, рек под влиянием солнечного тепла испаряется и насыщает парами воздух. Воздушные массы, непрерывно перемещаясь, переносят пары в пределы суши, где они при благоприятных условиях сгущаются и выпадают па поверхность Земли в виде атмосферных осадков. Здесь они расходятся по трем путям: одна часть стекает по склонам в ручьи и реки, которые несут свои воды в моря и океаны; вторая испаряется с поверхности Земли и третья просачивается в глубину, где и происходит накопление подземных вод. Последние в свою очередь движутся по направлению к рекам и морям. Одним из доказательств именно такого происхождения подземных вод (инфильтрации) может служить качественное и количественное изменение воды в колодцах во время дождливой погоды. Есть основание полагать, что инфильтрация — основной источник пополнения запасов подземных вод.
Конденсационные подземные воды. В некоторых климатических зонах, например в пустынях, наблюдаются явления, которые трудно объяснить инфильтрационной теорией происхождения подземных вод. При малом количестве атмосферных осадков с крайне неравномерным их распределением во времени (по нескольку месяцев совсем не бывает дождя) и при огромном испаряемости в пустынях пег условий для пополнения подземных вод путем инфильтрации. Между тем на некоторой глубине от поверхности повсеместно в пустынях обнаруживается слой влажных пород пли скопление подземной воды. Накоплением влаги в почве конденсационным путем можно объяснить то явление, что во многих случаях, несмотря на отсутствие дождей в течение длительного периода, посевы не гибнут. В это время почва с поверхности сильно иссушается, но растения получают влагу, накопившуюся конденсационным путем в более глубоких горизонтах, что и способствует сохранению их. Конденсация протекает и в других климатических зонах — умеренных и влажных, но- в смысле пополнения запасов подземных вод она имеет подчиненное значение в сравнении с инфильтрацией атмосферных осадков. Наряду с конденсацией водяных паров Л. Ф. Лебедев всегда отводил большую роль и процессам инфильтрации.
Седиментогенные подземные воды (лат. scdimen-tum — осадок). Это воды морского генезиса, образовавшиеся в процессе накопления морских осадков впоследующего их изменения. Морская вода с растворенными в пей солями всегда пропитывает иловые осадки, постоянно накапливающиеся на дне моря. В ходе прогибания земной коры и дальнейшего осадконакопления и диагенеза под влиянием все увеличивающегося давления эта вода начинает выжиматься вверх. Это особенно имеет место в алеврнто-тлипнстых осадках. Благоприятные условия для формирования седиментогенных подземных вод создаются па большой глубине (несколько километров) при захоронении их мощными водонепроницаемыми пли слабопроницаемыми слоями. Вместе с тем в ходе геологического развития под влиянием различных факторов седиментогенные воды претерпевают значительные изменения. Иногда происходит, сменимте их с подами других генетических типов, пли даже полное вытеснение их инфильтрационными водами.
«Ювенильные» (девственные) подземные воды. Многие источники подземных вод в областях современной или недавней вулканической деятельности молодых гор обладают повышенной температурой и содержат в растворенном состоянии необычные для поверхностных условий соединения и газовые компоненты. Для объяснения происхождения таких вод австрийским геологом Э. Зюссом в 1902 г. была выдвинута так называемая ювенильная теория. По его представлениям, они могли образоваться из газообразных продуктов, выделяющихся в изобилии из магмы при ее остывании. Попадая в области с более низкими температурами, водяные пары начинают конденсироваться и переходить в капельножидкое состояние, образуя особый генетический тип подземных вод.
Однако пары воды, выделившиеся из магмы на глубине, так же как и другие газообразные компоненты, проникая вверх по разломам в земной коре, могут встречаться и смешиваться с обычными подземными водами инфильтрационного происхождения и в таком случае поступают на поверхность в смешанном виде.
С другой стороны, инфильтрационные подземные воды при благоприятных условиях могут проникать па большую глубину, в область более высоких температур, где они нагреваются, обогащаются растворенными минеральными веществами и газами и существенно изменяют свой первоначальный состав.
Подземные воды представляют собой природные растворы, содержащие свыше 60 химических элементов, а также микроорганизмы. Сумма растворенных в воде веществ, исключая газы, определяет её минерализацию (выражаемую в г/л или мг/л).
По степени минерализации подземные воды подразделяют (по классификации В. И. Вернадского) на следующие группы:
пресные — воды с минерализацией до 1 г/л,
солоноватые — от 1 до 10 г/л,
солёные — от 10 до 50 г/л,
подземные рассолы — более 50 г/л (в ряде классификаций принято значение 36 г/л, соответствующее средней солёности вод Мирового океана).
В основу классификации подземных вод по химическому составу положено соотношение наиболее распространенных в и их составе анионов (HCO-, SO42-, Cl-) и катионов (Ca2+, Mg2+, Na+). При описании химических типов вод сначала указывается анионный состав, при этом анионы указываются в порядке убывания; затем в аналогичном порядке приводится состав катионов.
Минерализация и химический состав подземных вод зависит от сочетания ряда факторов: происхождения вод, взаимодействия подземных вод с вмещающими породами, условий водообмена. Рассмотрим влияние этих факторов.
Происхождение вод. Инфильтрационные воды, образующиеся за счет поступления с поверхности, обычно имеют низкую минерализацию, по составу преимущественно гидрокарбонатные кальциевые и магниевые, обогащённые кислородом. Конденсационные воды пресные. Седиментационные воды, образованные за счёт захоронения древних вод морского происхождения, обычно наследуют особенности состава последних – они хлоридные натриевые или хлоридные кальциево-натриевые; захороненные воды ледниковых отложений ультрапресные. Состав эндогенных вод (и вод, развитых в зоне влияния потоков эндогенных флюидов) обладает большим разнообразием. Содержащиеся в их составе летучие компоненты (CO2, HCl, H3S и др.) придают им высокую агрессивность, способствующую выщелачиванию вмещающих пород и формированию сложного химического состава вод (например, известная группа Кавказских минеральных вод — «Ессентуки», «Новотерская» и др., связанных с областью внедрения неогеновых магматических пород).
Взаимодействие с вмещающими породами. Воды, фильтруясь через толщи пород, растворяют их, обогащаясь рядом элементов. Так при растворении соленосных толщ сложенных галитом (NaCl) воды приобретают хлоридный натриевый состав; при фильтрации через известняки — гидрокарбонатный кальциевый и т.д.
Условия водообмена определяют интенсивность участия подземных вод в гидрологическом цикле. В зоне интенсивного водообмена, где интенсивно протекают процессы круговорота вод («разбавление» вновь поступающими пресными инфильтрационными водами, разгрузка водоносных горизонтов родниками, относительно недолгое время взаимодействия с вмещающими породами) воды чаще гидрокарбонатные, богатые кислородом и азотом (газами воздушного происхождения), с низкой минерализацией. Зоне замедленного водообмена свойственны солоноватые воды многокомпонентного состава. Зона весьма замедленноговодообмена, соответствующая нижней части артезианских бассейнов, представлена преимущественно солёными водами и рассолами (с минерализацией до 600 г/л), содержащим углеводородные газы и сероводород. В бассейнах Восточно-Европейской платформы мощность зоны пресных подземных вод варьирует от 25 до 350 м, солёных вод — от 50 до 600 м, рассолов — от 400 до 3000 м.
Оценка состояния подземных вод.
Подземные воды образуются путем просачивания воды, выпадающей в виде осадков (инфильтрационные), иногда подземные воды образуются из воды, содержащейся в магме (ювенильные), седиментационные, подземные воды захваченные с поверхности образующимися горными породами и возрожденные (образовались при метаморфизме минералов и горных пород. Подземные воды классифицируются по гидравлическому признаку – безнапорные и напорные и по условиям залегания – верховодка, грунтовые и межпластовые.
Верховодкой называют временные скопления вод в самых верхних слоях земной коры над локальными водоупорами или полуводоупорами (линзы глин и суглинков в песке, прослойки более плотных пород). В период снеготаяния и обильных дождей при инфильтрации вода временно задерживается и образует водоносный горизонт. Верховодка представляет для городских территорий значительную опасность. Залегая в пределах подземных частей зданий и сооружений (подвалы, котельные и т.д.), она может вызвать их подтопление. В последнее время в результате значительных утечек воды (водопровод) отмечено появление горизонтов верховодок на территориях промышленных объектов и жилых районов.
Грунтовыми водами называют подземные воды, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Грунтовые воды имеют свободную поверхность называемую зеркалом. Питание грунтовых вод происходит за счет атмосферных осадков и поступления воды из поверхностных водоемов и рек. Грунтовая вода открыта для проникновения в нее поверхностных вод, что приводит к изменению ее состава и загрязнению вредными примесями. Грунтовые воды находятся в движении и образуют потоки, что не редко приводит к суффозии.
Межпластовыми водами называют подземные воды, залегающие между двумя водоупорами. По условиям залегания эти воды могут быть безнапорными и напорными, то есть артезианскими.
С течением времени происходят изменения положения уровня и характера поверхности грунтовых вод, их температуры и химического состава. Совокупность этих изменений носит название режима грунтовых вод. Его изучение является важнейшей задачей, так как количественное и качественное изменение грунтовых вод существенно сказываются на условиях строительства и эксплуатации сооружений и должно сказываться на проектировании. Причинами колебаний уровня грунтовых вод являются:
1 метеорологические факторы (атмосферные осадки);
2 гидрологические условия (влияние рек и водохранилищ);
3 колебание земной коры;
4 строительная деятельность человека (утечки из водопроводных и канализационных систем, уменьшение испарения воды вследствие застройки, различные откачки из колодцев и скважин).
Для наблюдения за уровнем грунтовых вод используют буровые скважины, выполненные в необходимых местах одиночно или расположенные в определенном порядке.
В каждой скважине определяют глубину появления воды относительно поверхности земли, которая затем пересчитывается на абсолютной отметке. Для определения глубины залегания уровня используют:
1 мерную рейку (при небольших глубинах);
2 мерные тросы, на концах которых подвешены поплавки, хлопушки, свистки);
3 уровнеизмерители с электрическими цепями;
4 поплавковые измерители.
1 2, 3 4
Строительное освоение территорий, расположенных на слабопроницаемых грунтах, сопровождается накоплением влаги в толще грунтов и подъемом уровня грунтовых вод даже в тех случаях, когда до начала освоения территории грунтовые воды вообще отсутствовали. Такой процесс называется подтоплением или техногенным подтоплением. Он возникает и развивается вследствие нарушения сложившегося природного динамического равновесия в водном балансе территории. Эти нарушения возникают в результате практической деятельности человека и на застраиваемых территориях обычно развиваются в две стадии – при строительстве и эксплуатации.
Подтопление развивается так же вследствие подпора грунтовых вод при создании водохранилищ и сельскохозяйственном освоении территории с организацией поливного земледелия.
Следует отметить, что техногенное подтопление есть следствие нормальной хозяйственной деятельности человека. Однако оно чаще всего интенсифицируется там, где имеются недостатки в проектировании, строительстве и эксплуатации сооружений.
Основными причинами подтоплений на стадии строительного освоения городских земель являются:
· изменение условий поверхностного стока при осуществлении вертикальной планировки (то есть засыпка естественных дрен – оврагов и водотоков, срезка растительного покрова);
· значительный разрыв во времени между земляными и строительными работами нулевого цикла, приводящий к накоплению поверхностных вод в строительных котлованах, траншеях и выемках.
Основными причинами подтопления на стадии эксплуатации застроенных территорий являются:
· утечки технологических вод, промышленных и хозяйственно-бытовых стоков;
· полив зеленых насаждений;
· изменение тепло-влажного режима под зданиями и покрытиями;
· влияние барражного эффекта (задержка поверхностных и подземных вод зданиями и сооружениями).
Интенсивность процесса подтопления зависит от природных условий, плотности застройки и параметров систем водонесущих коммуникаций.
Источники подтопления территорий разделяются на естественные и искусственные.
К естественным относятся:
— атмосферные осадки (дождевые и талые воды);
— грунтовые воды;
— сток поверхностных вод с окружающих территорий;
— вода в парообразной форме в грунтах зоны аэрации.
К искусственным относятся:
— воды, накапливающиеся в различных искусственных понижениях рельефа (котлованах, траншеях);
— различные резервуары, отстойники, накопители жидких стоков и шламонакопители;
— объекты с мокрым технологическим процессом;
— водонесущие коммуникации.
Процесс подтопления развивается в результате воздействия различных факторов или их комбинаций. Факторы подтопления подразделяются на активные и пассивные.
Активные факторы непосредственно вызывают обводнение грунтов и в свою очередь подразделяются на естественные и искусственные.
К естественным активным факторам относят:
— процессы конденсации и концентрации влаги под сооружениями и покрытиями;
— инфильтрация талых и ливневых вод.
Искусственные активные факторы включают:
— инфильтрацию поверхностных вод из искусственных выработок, а также обвалованных перегороженных насыпями террриторий;
— инфильтрацию из водонесущих коммуникаций;
— подпор грунтовых вод вследствие устройства водохранилищ и гидротехнических сооружений;
— инфильтрацию поливных вод.
Пассивные факторы также подразделяются на естественные и искусственные.
Естественные факторы объединяют природные, климатические, геоморфологические, геолого-литологические, гидрографические и гидрогеологические условия территории.
К искусственным факторам относят нарушение поверхностного стока из-за отсутствия вертикальной планировки или изменения естественного рельефа.
В зависимости от результатов мониторинга режима грунтовых вод на осваиваемых и освоенных территориях должны проводиться мероприятия против возможного, развивающегося или уже развившегося подтопления. Мероприятия против подтопления территорий подразделяются на предупредительные и защитные.
Предупредительные мероприятия выполняются с целью предупреждения развития подтопления на осваиваемых территориях и направлены против факторов, действие которых может иметь место при строительстве и эксплуатации сооружений.
Предупредительные мероприятия проводятся на всех потенциально подтопляемых территориях. Они входят в комплекс работ по инженерной подготовке территорий, а в отдельных случаях могут носить и самостоятельный характер. Они включают в себя следующие виды работ:
— организация и ускорение стока поверхностных вод;
— искусственное повышение планировочных отметок территорий;
— устройство защитной гидроизоляции заглубленных сооружений и подземных коммуникаций;
— сооружение дренажей;
— прокладку профилактических вентиляционных каналов в основаниях подземных сооружений;
— тщательное выполнение работ по строительству водонесущих коммуникаций и правильную их эксплуатацию с целью предотвращения постоянных и аварийных утечек;
— надлежащую организацию складирования отходов производства;
— создание противофильтрационных экранов в основании гидронакопителей;
— сооружение перехватывающих подземный поток дренажей.
Передвигаясь в толще горных пород, подземные воды насыщаются окислами, солями и продуктами органического разложения. Некоторые из этих солей влияют на возможность использования подземных вод для технических или иных целей, другие не оказывают существенного влияния. Для изучения состава подземных вод и их гидрохимических свойств проводят их химический анализ.
В зависимости от растворенных в воде веществ может быть сделана оценка ее пригодности для различных целей.
Требования, предъявляемые к питьевой воде:
1. сухой остаток после перегонки составляет не более 1000 мг/л;
2. общая жесткость свежей воды не более 7 мг-экв;
3. постоянная жесткость кипяченой воды не более 5 мг-экв;
4. содержание отдельных растворенных веществ в мг/л :
— хлориды до 15;
— органические вещества до 10;
— сульфаты до 100;
— азотная кислота до 25;
— азотистая кислота – следы;
— аммиак – следы;
— железо до 1;
— свинец до 0,1;
— мышьяк до 0,05;
— фтор до 1,5;
— медь до 3;
— цинк до 5;
— фенол до 0,001.
Кроме того пригодность воды для питья определяют по наличию кишечной палочки Ca li. Сама по себе кишечная палочка безвредна, но ее наличие свидетельствует о возможном присутствии болезнетворных бактерий. Количественные показатели определяются коли-титром, то есть количеством см3 воды, содержащим одну кишечную палочку, или коли-тестом, то есть количеством кишечных палочек в 1л воды.
Цели, задачи, и нормативная основа инженерно-экологических изысканий
Инженерно-экологические исследования предваряют экологическое проектирование и используются в качестве базовой информации для него.
Инженерно-экологические изыскания — самостоятельный вид комплексных инженерных исследований, который выполняется согласовано с другими видами изысканий — инженерно-геодезическими, инженерно-геологическими, инженерно-гидрогеологическими.
Инженерно-экологические изыскания выполняются для экологического обоснования строительства и иной хозяйственной деятельности с целью предотвращения, снижения или ликвидации неблагоприятных последствий и связанных с ними социальных, экономических и других последствий для сохранения оптимальных условий жизни населения.
Задачи инженерно-экологических изысканий:
Нормативная основа инженерно-экологических изысканий:
Инженерно-экологические изыскания следует выполнять для предпроектной документации (градостроительной, обоснований инвестиций) с целью обеспечения своевременного принятия объемно-планировочных, пространственных и конструктивных решений, гарантирующих минимизацию экологического риска и предотвращение неблагоприятных или необратимых экологических последствий.
В период строительства, эксплуатации и ликвидации объектов инженерно-экологические изыскания при необходимости должны быть продолжены посредством организации экологического мониторинга для контроля состояния природной среды, эффективности защитных и природоохранных мероприятий и динамики экологической ситуации.
Приинженерно-экологических изысканиях для реконструкции и расширения предприятий устанавливаются изменения природной среды за период эксплуатации. При ликвидации объекта проводят оценку деградации природной среды в результате деятельности объекта, оценку последствий ухудшения экологической ситуации и их влияния на здоровье населения. Инженерно-экологические изыскания проводятся по разработанному заказчиком техническому заданию на их выполнение.
Техническое задание на выполнение инженерно-экологических изысканий
Оно должно содержать техническую характеристику проектируемого или реконструируемого объекта (источника воздействия), в том числе;
· сведения по расположению конкурентных вариантов размещения объекта (или расположения выбранной площадки);
· объемы изъятия природных ресурсов (водных, лесных, минеральных), площади изъятия земель (во временное и постоянное пользование), плодородных почв и др.;
· сведения о существующих и проектируемых источниках и показателях воздействий (расположение источников, состав и содержание загрязняющих веществ, интенсивность и частота выбросов и т.п.);
· важнейшие технические решения и параметры проектируемых технологических процессов (вид и количество используемого сырья и топлива, высота дымовых труб,
· объемы оборотного водоснабжения, сточных вод, газоаэрозольных выбросов, систем очистки и др.);
· данные о видах, количестве, токсичности, системе сбора, складирования и утилизации отходов;
· сведения о возможных аварийных ситуациях и их типах, возможных зонах и объектах воздействия, планируемые мероприятия по предупреждению аварий и ликвидации их последствий.
Программа инженерно-экологических изысканий
Программа составляется по техническому заданию заказчика в соответствии с действующими нормативами и содержит:
В зависимости от особенностей региона детальность проработки разделов программы может меняться. Так, например, при авариях и стихийных бедствиях с тяжелыми последствиями для природных, антропогенных объектов и населения экологические изыскания и исследования проводятся по специальным программам МЧС (Министерства по чрезвычайным ситуациям и др.).
Инженерно-экологические изыскания — самостоятельный вид изысканий для «оценки экологической обстановки на застраиваемых или застроенных территориях с целью ликвидации негативных экологических последствий хозяйственной или иной деятельности и оздоровления сложившейся ситуации». В постпроектный период при необходимости они могут быть продолжены для организации экологического мониторинга за динамикой экологической ситуации, состоянием природно-технических систем, эффективностью спроектированных защитных и охранных мер. Специфика программы инженерно-экологических изысканий в том, что в их состав включаются почвенные, геоботанические, ландшафтные, биологические, экологические, гидробиологические, санитарно-эпидемиологические, эколого-социальные исследования, которые раньше не выполнялись при инженерных изысканиях.
Состав инженерно-экологических изысканий
В изыскания входят:
Инженерно-экологические изыскания для строительства должны проводиться в три этапа:
· подготовительный — сбор и анализ фондовых и опубликованных материалов и предполевое дешифрирование;
· полевые исследования — маршрутные наблюдения, полевое дешифрирование, проходка горных выработок, опробование, радиометрические, газо-геохимические и другие натурные исследования;
· камеральная обработка материалов — проведение химико-аналитических и других лабораторных исследований, анализ полученных данных, разработка прогнозов и рекомендаций, составление технического отчета.
Технический отчет по результатам инженерно-экологических изысканий
Отчет содержит следующие разделы и сведения:
Введение — обоснование выполненных инженерных изысканий, их задачи, краткие данные о проектируемом объекте с указанием технологических особенностей производства, виды и объемы выполненных изыскательских работ и исследований, сроки проведения и методы исследований, состав исполнителей и др.
Изученность экологических условий — наличие материалов специально уполномоченных государственных органов в области охраны окружающей среды и территориальных подразделений. Наблюдения Росгидромета, Санэпиднадзора, осуществляющих экологические исследования и мониторинг окружающей природной среды. Материалы инженерно-экологических изысканий прошлых лет, данные по объектам-аналогам, функционирующим в сходных ландшафтно-климатических и геолого-структурных условиях.
Краткая характеристика природных и техногенных условий —климатические и ландшафтные условия, включая региональные особенности местности (урочища, фации, их распространение); освоенность (нарушенность) местности, заболачивание, опустынивание, эрозия; особо охраняемые территории (статус, ценность, назначение, расположение), а также геоморфологические, гидрологические, геологические, гидрогеологические и инженерно-геологические условия.
Почвенно-растительные условия — данные о типах и подтипах почв, их площадном распространении, физико-химических свойствах; преобладающих типах зональной растительности, основных растительных сообществах, агроценозах, редких, эндемичных, реликтовых видах растений, основных растительных сообществах, их состоянии и системе охраны.
Животный мир — данные о видовом составе, обилии видов, распределении по местообитаниям, путях миграции, тенденциям изменения численности, особо охраняемым, особо ценным и особо уязвимым видам и системе их охраны.
Хозяйственное использование территории — структура земельного фонда, традиционное природопользование, инфраструктура, виды мелиорации, данные о производственной сфере, основных источниках загрязнения.
Социальная сфера — численность, занятость и уровень жизни населения, демографическая ситуация, медико-биологические условия и заболеваемость.
Объекты историко-культурного наследия — их состояние, перспективы сохранения и реставрации.
Приложения к техническому отчету по инженерно-экологическим изысканиям в зависимости от решаемых задач должны содержать каталоги и описания горных выработок, пройденных для решения экологических задач, таблицы результатов исследования загрязненности компонентов природной среды (почв, грунтов, поверхностных и подземных вод); статистические данные медико-биологических и санитарно-эпидемиологических исследований и другой фактический материал.
Картографическая часть технического отчета в зависимости от решаемых задач должна содержать:
· карту современного экологического состояния;
· карту прогнозируемого экологического состояния;
· карту экологического районирования;
· геоэкологические карты и схемы зоны воздействия объекта и прилегающей территории с учетом возможных путей миграции, аккумуляции и выноса загрязняющих веществ;
· карты фактического материала;
· ландшафтные, почвенно-растительные, лесо- и землеустроительные и другие вспомогательные картографические материалы.
Экологические (или ландшафтно-экологические) карты (схемы)
современного и прогнозируемого состояния изучаемой территории должны, как правило, составляться в масштабах:
· при инженерных изысканиях для обоснований инвестиций в строительство и другой предпроектной документации масштабы карт следует принимать в зависимости от величины предполагаемой зоны воздействия от 1: 50 000 до 1: 10 000;
На карте (схеме) современного экологического состояния следует отображать:
На карте (схеме) прогнозируемого экологического состояния в зависимости от видов и характера воздействий и особенностей природных условий следует отображать:
· ожидаемые изменения в ландшафтной структуре территории, изменение морфоструктуры ландшафтов (деградация почв, трансформация растительных сообществ, сокращение лесных площадей и т.п.);
· ожидаемые изменения отдельных компонентов окружающей природной среды (подъем уровня грунтовых вод, развитие заболачивания, подтопления, засоления, дефляции и других опасных процессов, деградация мерзлоты);
· динамику предполагаемого распространения различных типов и видов загрязнений;
· ожидаемые изменения общих оценок территории по степени экологического благополучия природной среды.
Экологические карты (схемы) должны сопровождаться развернутыми легендами (экспликациями), необходимыми разрезами и другими дополнениями. Допускается составление единой карты (инженерно-экологической) современного экологического состояния территории с элементами прогноза, а также вынос части информации на вспомогательные карты (схемы).
Исходным материалом для составления экологических карт (схем) должны служить карты — ландшафтная, геологическая, почвенная, растительности, животного мира, а также инженерно-геологическая, геоморфологическая, гидрогеологическая, защищенности грунтовых вод, коэффициентов концентрации химических веществ в изолиниях, прогнозные карты концентрации загрязняющих веществ в ландшафтах и т.п.
При отсутствии или недостатке необходимой исходной информации в заключении технического отчета должны быть сформулированы предложения по проведению дополнительных исследований, в том числе стационарных наблюдений, и представлены схемы размещения существующей и проектируемой наблюдательной сети, обоснована сеть экологического мониторинга.
Регламентирующие документы и информационная основа инженерно-экологических изысканий. Инженерно-экологические изыскания должны обеспечивать выполнение требований СНиПа 11-02-96. Инженерные изыскания. Общие положения. Свод правил (СП 11-102-97) является первым нормативным документом, регламентирующим инженерно-экологические изыскания с формулированием основных правил и процедур их проведения, ориентированных на комплексную оценку воздействия хозяйственных объектов на окружающую среду и условия проживания населения, а также воздействие среды на объект.
Информационное обеспечение инженерно-экологических изысканийзависит от экологической изученности региона. Материалы о природных условиях представляются архивами и фондами государственных органов по охране окружающей среды, центрами по гидрометеорологии и мониторингу Росгидромета, центрами санитарно-эпидемиологического надзора Минздрава, фондами изыскательских и проектно-изыскательских организаций Госстроя РФ, территориальными фондами МПР, а также научно-исследовательскими и учебными организациями, выполняющими тематические ландшафтные, почвенные, геоботанические, медико-биологические исследования и т.д.
Инженерно-экологические изыскания (продолжение)
Инженерно-экологические исследования для проектов градостроительства имеют свою специфику, которая состоит в том, что в первую очередь оценивается качество городской среды и различные виды воздействия на нее с точки зрения жизнедеятельности населения. Экогеохимические исследования городской среды или территории под застройку ставят своей целью выявление ареалов загрязнения, анализ миграционных особенностей загрязнителей, оценку природных потенциалов загрязнения, чтобы определить возможность использования территорий под градостроительство.
При маршрутном геоэкологическом обследовании застроенных территорий рекомендуют: обход города (совместно со специалистами природоохранных служб) и составление схемы расположения предприятий, уточнение местоположения свалок, полигонов твердых бытовых отходов (ТБО), шлако- и хвостохранилищ, отстойников, нефтехранилищ и других источников антропогенного воздействия. Проводят опрос местных жителей об использовании территории в последние 40-50 лет для фиксирования участков размещения ныне ликвидированных промышленных предприятий, утечек из коммуникаций, прорывов свалок и коллекторов сточных вод, аварийных выбросов, захоронения радиоактивных отходов. Выявленные сведения наносят на карты. Собирают фактический материал визуальных признаков загрязнения (пятен мазута, химикатов, нефтепродуктов, мест хранения удобрений, несанкционированных свалок пищевых и бытовых отходов, источников резкого химического запаха, метанопроявления, источников шума, вибрации и других физических воздействий). Цель маршрутных экологических наблюдений — получение количественных и качественных показателей и характеристик состояния всех компонентов и элементов ландшафтов, а также ландшафта в целом (ландшафтно-экологические исследования).
Геоэкологическое опробование атмосферы, почв, грунтов, поверхностных и подземных вод на селитебных территориях и в зонах влияния хозяйственных объектов осуществляют методами экологического тестирования и химических анализов. Показатели качества окружающей среды контролируются согласно действующим нормативам для промышленного и гражданского строительства. Для выявления ареалов загрязнений проводят гидрохимическое опробование снежного покрова. Снег оценивается как депонирующая среда загрязнений, прежде всего атмосферных. В ареалах загрязнения определяются их источники, спектр загрязнителей, пути миграции, потоки рассеяния и аккумуляция веществ.
Вторая депонирующая среда городских загрязнений — это почвы и грунты, чаще всегоурбаноземы. Химическое загрязнение почв и грунтов оценивается по суммарному показателю загрязнения (Z ), который характеризует санитарно-гигиеническое состояние среды.
Суммарный показатель химического загрязнения (Z), разработанный ИМГРЭ, представляет собой сумму коэффициентов концентрации отдельных химических элементов различных классов опасности и вычисляется по формуле:
где п — число определяемых компонентов, Кс — коэффициент концентрации i-го загрязняющего компонента, равный кратности превышения содержания данного компонента над фоновым значением. Экологическое состояние почв селитебных территорий также оценивается генотоксичностью: ростом числа мутаций по сравнению с контрольным (число раз) и показателями биологического загрязнения, а также числом патогенных микроорганизмов, коли-титром, наименьшей массой почвы в г, в которой содержится 1 кишечная палочка, и содержанием яиц гельминтов. Экологическое состояние почв селитебных территорий считается удовлетворительным при значениях суммарного показателя химического загрязнения (Z) — не более 16; при числе патогенных микроорганизмов в 1 г почвы — менее 104; значениях коли-титра — более 1,0. Если яйца гельминтов в 1 кг почвы отсутствуют, то генотоксичность почвы достигает значения 2.
При загрязнении почвы одним компонентом неорганической природы определяется класс опасности элемента, его ПДК и Кс — по одному из четырех критериев эколого-токсикологического состояния (К1, К2 , К3 ,К4). При превышении максимально допустимых значений принимается решение о необходимости санации и рекультивации почв с учетом факторов риска (табл. 1, 2, 3).
