Оценка воздействия техногенных объектов на подземный сток и на поверхностные водотоки

Содержание

Обозначения и сокращения

Введение

Исходные данные

. Гидрогеологический разрез

.1 Описание гидрогеологического разреза

.2 Условные обозначения, используемые на разрезе

.3 Гидродинамическая схема напорных вод

.4 Определение расхода потока для напорных вод

.5 Гидродинамическая схема грунтовых вод

.6 Определение расхода потока для безнапорных вод

. Гидрохимический состав подземных вод

.1 Методика расчета и анализа

.2 Данные для расчета и анализа гидрохимического состава подземных вод

.3 Гидрохимический анализ подземных вод

.4 Оценка пригодности воды для питья

. Оценка агрессивности подземных вод

.1 Методика оценки агрессивности подземных вод

.2 Расчет и оценка агрессивности подземных вод

. Расчет ионного стока (для сетки тока)

4.1 Расчёт ионного стока (для сетки тока) безнапорных вод

.2 Расчёт ионного стока (для сетки тока) напорных вод

5. Расчет токсичности потока и токсичной массы (для сетки тока)

5.1 Расчет токсичности потока и токсичной массы (для сетки тока) для напорных вод

5.2 Расчет токсичности потока и токсичной массы (для сетки тока) для безнапорных вод

Заключение

Список используемых источников

Обозначения и сокращения

Рис. - рисунок

J - гидравлический уклон

h - глубина залегания грунтовых вод

Q IV - четвертичный возраст

k - коэффициент фильтрации для крупнозернистых песков

m - мощность водонасыщенной части

В - ширина потока- длина, которую прошел поток от одной пьезоизогипсы к другой

Н - гидростатические напоры на расстоянии L

V - скорости фильтрации

q - расхода единичного потока

Э - химический эквивалент иона

кг - килограмм

г - грамм

дм - дециметр

ПДК - предельно допустимая концентрация

рН - водородный показатель

Ис - ионный стокбезнап.вод - расход потока безнапорных воднап.вод - расход потока напорных вод

М - минерализация воды

Сi - концентрация вещества

Jтп - токсичность потока

Jтм - токсичность массы

Введение

грунтовый подземный вода техногенный

Целью данной курсовой работы является оценка воздействия техногенного объекта на подземный сток и на поверхностные водотоки, так же возможность строительства других техногенных объектов вблизи накопителя. Техногенный объект - накопитель сточных вод, который представляет опасность загрязнения поверхностных и подземных вод.

Для оценки этого воздействия, прежде всего, необходимо установить наличие связей между подземным стоком и поверхностными водотоками путем построения гидрогеологического разреза. На основе гидрогеологического разреза мы сможем построить гидродинамические схемы напорных и грунтовых вод и по полученным данным произвести анализ гидрохимического состава подземных вод. Это позволит нам установить пригодность воды для питья и хозяйственных нужд.

После анализа подземных и поверхностных вод Мы должны принять решение о возможности постройки техногенных объектов и их возможного влияния на окружающую среду.

Исходные данные

Таблица 1 - Данные для построения гидродинамической схемы напорных вод

Таблица 2 - Данные для построения гидродинамической схемы безнапорных вод

Таблица 3 - Данные для построения гидрогеологического разреза по линии скважин 8-14

1. Гидрогеологический разрез

.1 Описание гидрогеологического разреза

Разрез построен в масштабе: вертикальный 1:200, горизонтальный 1:10000. Разрез построен на основании данных скважин № 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14.

По представленным данным на разрезе можно видеть долину реки. Левый берег это терраса сложенная суглинками и мелкозернистым песком, где залегают грунтовые воды. Правый берег - пойменная часть, сложенная суглинками. Между суглинками и глинами присутствуют водонасыщенные крупнозернистые пески. Русло реки врезается в нижлежащие крупнозернистые пески. Так же у русла реки присутствуют аллювиальные отложения разнозернистых песков с галькой.

На разрезе скважины 8, 9, 10 вскрывают грунтовые воды в мелкозернистых песках четвертичного периода, которые на абсолютной отметке 80м между скважинами 10 и 11 разгружаются в виде родника, по кровле подстилающих их водонепроницаемых суглинков. Питание грунтовых вод обусловлено атмосферными осадками и фильтрацией сточных вод из накопителя. Между скважинами 8, 9 и 10 на поверхности расположен технический объект, представляющий собой накопитель сточных вод. Из данных по скважине №9 можно увидеть, что под накопителем сточных вод образуется водораздел. Это говорит о фильтрации сточных вод из накопителя и далее в грунтовые воды. Предположим, что вместе с поверхностным стоком воды из накопителя сточных вод попадают в аллювиальные отложения русла реки. Данное предположение позволяет считать, что река принимает загрязнения, которое несет поверхностный сток от накопителя. Необходимо произвести гидрохимический анализ и оценить степень загрязнение реки.

Нижний водоносный горизонт напорных вод залегает между водонепроницаемыми суглинками и глинами в крупнозернистых песках четвертичного периода. Область питания находится за пределами разреза слева, так как гидравлический уклон имеет положительную величину.

Гидравлический уклон между 8 и 13 скважинами равен:

J = (86,2-64)/1490= 0,015

Глубина залегания грунтовых вод в точке А: безнапорный горизонт h = 5 м. В точке В: безнапорный горизонт h = 3 м.

Русло реки вскрывает всю мощность водоносного горизонта, поэтому мы можем наблюдать взаимосвязь водонапорного горизонта и вод реки в виде повышения уровня реки. Поверхностный сток от грунтовых вод также попадает в аллювиальные отложения русловой части реки.

Напорные воды правого берега имеют напор выше чем уровень воды в русле реки, поэтому можно говорить о дальнейшем повышение напора справа. Таким образом происходит разгрузка напорных вод в реку как правого так и левого берега. Этим можно объяснить такой высокий уровень воды в реке.

Так присутствует разгрузка грунтовых вод в виде родника на высоте 80м, мы можем предположить что геологоразведочные работы проводились в период летнего минимума.

Два техногенных объекта предполагаемых к постройке будут играть важную роль влияния на окружающую среду исходя от их технического назначения.

Если предполагаемые объекты А и В будут являться так же накопителями сточных вод, то нагрузка на окружающую среду возрастёт, увеличится техногенный сток в реку. Не следует строить новые потенциально опасные техногенные объекты, которые могут повлиять на воду реки рыбохозяйственного назначения.

Строительство промышленного объекта так же нецелесообразно, так как система водозабора из реки не уместна, а объёмы грунтовых вод (расчёты приведены далее) не смогут обеспечить технологический процесс.

Наименьшая нагрузка возможна, если предполагаемые объекты А и В будут носить жилищный характер. Но возникает аналогичный вопрос с водообеспечением и непригодностью вод для питья. Так же состоит опасность дальнейшего развития инфраструктуры вблизи селительных сооружений, что повлечёт к повышению антропогенной нагрузки на окружающую среду, ухудшению качества воды и здоровья людей.

1.2    Условные обозначения, используемые на разрезе

1.3 Гидродинамическая схема напорных вод

Напорные воды приурочены к водоносному пласту, залегающему между двумя регионально выдержанными водоупорными слоями, обладающими избыточным над кровлей пласта напором, и практически не имеют непосредственной связи с наземной гидросферой и атмосферой.

В области напора уровень напорных вод всегда располагается выше кровли водоносного горизонта. Расстояние по вертикали от кровли водоносного горизонта до этого уровня и называется напором. Если на разрезе соединить линией отметки уровней воды в областях питания и разгрузки, то эта линия примерно покажет, до какой высоты поднимется напорная вода при вскрытии ее колодцами или буровыми скважинами. Уровень напорных всегда выражается в абсолютных отметках, а величина напора - в метрах. Пьезометрическая поверхность напорного водоносного горизонта изображается обычно на специальных картах пьезоизогипс (рис.2) . Пьезоизогипсы - линии, соединяющие точки с одинаковыми абсолютными отметками пьезометрического уровня.

В таблице 1 отражены результаты замеров глубины залегания статического (пьезометрического) уровня от устья в каждой скважине и абсолютная отметка устья. На основе этих данных определяем абсолютную отметку напорных вод. Далее приступаем к построению карты пьезоизогипс. Построение начинаем от любого треугольника, опирающиеся на любые три скважины.

Точки с одинаковыми отметками находятся на сторонах треугольника методом интерполяции между отметками в соседних скважинах. Далее производим построение в рядом расположенных треугольниках, постепенно закрывая всю площадь. Точки с одинаковыми отметками соединяем плавными линиями - пьезоизогипсами. Затем выбираем ленту тока для определения расхода потока по Дарси.

На данной схеме пьезоизогипс мы видим, что поток, смешиваясь с загрязненными из накопителя сточных вод грунтовыми водами в аллювиальных отложениях, попадает в реку.

.4 Определение расхода потока для напорных вод

Рассчитываем расход для ленты тока, обозначенной на карте пьезоизогипс по зависимости параметров:

Qi =k*F*I

где k = 7-55 м/сут -коэффициент фильтрации для крупнозернистых песков;

В1 = 25 м, В2 = 15 м, B3=28 м, B4=25 м - ширина потока;=70м L2 =80м, L3=100 м, L4=100 м - длина, которую прошел поток от одной пьезоизогипсы к другой;

Находим расход потока для напорных вод, учитывая масштаб карты 1:10000, так же учтём что коэффициент фильтрации различается более чем на 10 значений и следовательно мы не можем взять усреднённое значение, поэтому мы рассмотрим k1=7 м/сут, k2=31 м/сут, k3=55 м/сут:

k1=7 м/сут:

Q1=7*25*1/70 = 2,50 м3/сут

Q2=7*15*1/80=1,30м3/сут

Q3=7*28*1/100=1,96 м3/сут

Q4=7*25*1/100=1,75 м3/сут

Q1.1=2,50+1,30+1,96+1,75=7,51 м3/сут

k2=31 м/сут:

Q1=31*25*1/70=11,10 м3/сут

Q2=31*15*1/80= 5,80 м3/сут

Q3=31*28*1/100=8,68 м3/сут

Q4=31*25*1/100=7,75 м3/сут

Q2.1=11,1+5,80+8,68+7,75=33,33 м3/сут

k3=55 м/сут

Q1=55*25*1/70=19,64 м3/сут

Q2=55*15*1/80=10,30 м3/сут

Q3=55*28*1/100=15,40 м3/сут

Q4=55*25*1/100=13,75 м3/сут

Q3.1=19,64+10,30+15,40+13,75=59,09 м3/сут

.5 Гидродинамическая схема грунтовых вод

Грунтовые воды, приуроченные к первому от поверхности земли регионально выдержанному водоносному пласту, залегающие на первом от поверхности водоупоре. Имеют свободную пьезометрическую поверхность, на которой давление равно атмосферному, и характеризуются активной связью с наземной гидросферой и атмосферой.

Под водоупором понимаются слабо водопроницаемые слои горных пород. Чаще всего это горизонты глин. Площадь распространения грунтовых вод называется грунтовым бассейном. Сверху грунтовые воды ограничены естественно сформировавшейся свободной поверхностью и не имеют напора. Свободная поверхность - зеркало грунтовых вод. В разрезе положение верхней границы водоносного горизонта характеризуется линией, которая называется уровнем грунтовых вод. Глубина залегания зеркала зависит от местных метеорологических и геологических условий и изменяется от 0 до 50 м и более. В том случае, когда зеркало грунтовых вод совпадает с дневной поверхностью, наблюдается заболачивание местности. По берегам рек, в пониженных участках местности зачастую наблюдаются источники - ключи, родники. Это явление связано чаще всего с выходом грунтовых вод на поверхность.

Грунтовые воды находятся в постоянном движении. Они перемещаются путём фильтрации через породы от участков с повышенными отметками зеркала грунтовых вод к пониженным участкам, образуя потоки. Потоки могут быть прямолинейными, криволинейными, плоскими, радиально сходящимися и радиально расходящимися.

Гидрогеологическую обстановку того или иного участка принято изображать с помощью гидрогеологических карт, в частности карт гидроизогипс.

Карты гидроизогипс отражают рельеф зеркала грунтовых вод с помощью гидроизогипс, то есть линий равных отметок. Эти линии аналогичны горизонталям рельефа местности. Карты гидроизогипс строятся по данным замеров глубины залегания зеркала грунтовых вод в скважинах (шурфах).

На данном участке (рис.3) пробурено 9 скважин и 4 шурфа. В таблице 2 отражены результаты замеров глубины залегания статического уровня от устья в каждой скважине и абсолютная отметка устья. На основе этих данных определяем абсолютную отметку зеркала грунтовых вод. Далее приступаем к построению карты гидроизогипс. Построение начинаем от любого треугольника, опирающиеся на любые три скважины или шурфы.

Точки с одинаковыми отметками находятся на сторонах треугольника методом интерполяции между отметками зеркала в соседних скважинах. Далее производим построение в рядом расположенных треугольниках, постепенно закрывая всю площадь. Точки с одинаковыми отметками соединяем плавными линиями -гидроизогипсами. Затем выбираем ленту тока для определения расхода потока по Дарси и оцениваем токсичность с помощью анализа гидрохимического состава подземных вод.

На данной схеме гидроизогипс мы видим, что потоки направлены к реке, накопитель формирует водораздел, поэтому фильтрующиеся стоки попадают в водоносный горизонт, а следовательно и в реку.

С помощью карты гидроизогипс решается ряд важных гидрогеологических задач: установление направления потока грунтовых вод, определение величины гидравлического градиента (J), скорости фильтрации (V), расхода единичного потока (q), глубины залегания горизонта грунтовых вод. Карта гидроизогипс необходима для заключения об инженерно-геологических условиях строительства различных видов сооружений (гидротехнических, промышленных, гражданских, дорожных и т.д).

.6 Определение расхода потока для безнапорных вод

Рассчитываем расход для ленты тока, обозначенной на карте гидроизогипс:

Qi =k*F*I

где k = 0,7-7 м/сут для мелкозернистых песков; kср=3,85 м/сут

В1 = 12 м, B2 = 26 м, B3 = 12 м - ширина потока;= 64 м, L2 = 60 м, L3 = 50 м - длина, которую прошел поток от одной гидроизогипсы к другой;

Находим расход, учитывая масштаб карты 1:10000:

Q1 = 3,85*12*1/64 = 0,90 м3/сут.

Q2 = 3,85*26*1/60 = 1,70 м3/сут.

Q3 = 3,85*12*1/50 = 0,95 м3/сут.

Тогда можно будет узнать полный сток в реку грунтовых вод по указанному участку карты:

Q =Qi = Q1+ Q2+Q3 = 0,90 + 1,70 +0,95 = 3,55 м3/сут.

2. Гидрохимический состав подземных вод

Формирование химического состава подземных вод в естественных природных условиях определяется общими геолого-тектоническими, природными ландшафтно-климатическими и литолого-фациальными условиями. Зона активного водообмена, где подземные воды находятся под непосредственным воздействием природных факторов, в условиях интенсивной циркуляции и дренажа. Основные факторы, определяющие химический состав и минерализацию подземных вод - климат, почвенно-растительный покров и литологический состав водовмещающих пород.

Однако в условиях растущей техногенной нагрузки на окружающую среду и подземные воды подвергаются загрязнению. Техногенные компоненты обнаруживаются уже не только в верхних, слабо защищенных, водоносных горизонтах, но и в глубоких артезианских резервуарах.

Под антропогенным загрязнением подземных вод понимают ухудшение качества воды (химических, физических, биологических свойств). Антропогенное влияние на подземные воды стало особенно ощутимым в текущем столетии в связи с развитием и интенсификацией промышленности и сельского хозяйства, ростом крупных городов и расширением урбанизированных территорий. Оно проявляется в истощении запасов подземных вод и ухудшении их качества. При этом в подземных водах может увеличиться содержание компонентов, характерных для природных подземных вод (хлориды, сульфаты, железо и др.), но могут также появиться компоненты и соединения, связанные исключительно с деятельностью человека - поверхностно-активные вещества, ядохимикаты, синтетическая органика и др.

Понятие "загрязнение" относится, прежде всего, к подземным водам питьевого назначения. Качество воды питьевого назначения должно удовлетворять гигиеническим нормам, предусматривающим безопасность воды в эпидемическом отношении, безвредность химического состава и благоприятные органолептические свойства.

Химическое загрязнение подземных вод связано с поступлением промышленных сточных вод, утечками технологических жидкостей, растворением атмосферными осадками сырья, твердых отходов и продуктов промышленности, загрязнением атмосферного воздуха, неправильным использованием сельскохозяйственных удобрений и ядохимикатов.

Загрязнение подземных вод не является локальным процессом, оно тесно связано с загрязнением окружающей природной среды в целом. Содержащиеся в подземных водах зоны активного водообмена загрязнения в конечном итоге попадают в реки и озера (области разгрузки).

.1 Методика расчета и анализа

Анализ химического состава подземных вод открывает пути для изучения генезиса, пригодности для различных потребителей, определения уровня их агрессивности для бетонных и металлических конструкций. Результаты химических анализов воды могут быть выражены в весовой, эквивалентной и процент-эквивалентной формах.

Весовая форма - представление ионно-солевого состава воды в миллиграммах (граммах) в 1 дм3 или 1 кг воды.

В зарубежной литературе результаты анализа могут быть приведены в частях на миллион, что соответствует концентрации мг/дм3.

Эквивалентная форма записи состава вод позволяет определить соотношение между ионами с точки зрения их способности участвовать в химических реакциях, оценить качество анализа, установить генезис вод.

В расчетах используется форма записи:

[ мг-экв/дм3] = [(мг/дм3)/Э] = [(мг/дм3)*(1/Э)] = [(мг/дм3)*К],

где Э - химический эквивалент иона;

К = 1/Э - переводный коэффициент.

При выражении содержания какого-либо иона в эквивалентной форме перед символом иона ставится знак r, например rСа2+, rНСОз- и т. д. На основе эквивалентной формы выражения состава можно определить погрешность анализа воды. Эта оценка основана на принципе электронейтральности раствора: сумма концентраций катионов (мг-экв/дм3) равна сумме концентраций анионов.

Анализ воды считается удовлетворительным, если погрешность определения менее 5%.

Процент-эквивалентная форма показывает относительную долю участия того или иного иона в формировании ионно-солевого состава воды.

Для вычисления процентного содержания анионов (катионов) их сумму принимают за сто процентов и рассчитывают процент содержания каждого аниона (катиона) по отношению к их сумме. Процент-эквивалентная форма позволяет устанавливать черты сходства вод, различающихся по минерализации (таблица 4).

Таблица 4 - Химические эквиваленты и переводные коэффициенты наиболее распространенных ионов природных вод

Минерализация воды (МH20) - это сумма минеральных веществ в граммах или миллиграммах, содержащихся в 1 дм3 воды. Для определения МН20 суммируют содержание всех ионов, определенных химическим анализом и выраженных в весовой форме.

Жесткость воды определяется содержанием в ней солей Сa2+ и Мg2+. Различают: общую, карбонатную, временную (устранимую), некарбонатную, неустранимую (постоянную) жесткость.

Общая жесткость Ж0 определяется как сумма мг-экв ионов Са2+ и Mg2+ в 1 дм3 воды и слагается из карбонатной Жк и некарбонатной Жнк жесткости:

Ж0 = Жк + Жнк ; Ж0 = Са+2 + Mg2+

.2 Данные для расчета и анализа гидрохимического состава подземных вод

В таблицах 5, 6 и 7 приведены все необходимые данные для расчета и анализа гидрохимического состава подземных вод.

Таблица 5 - Результаты химического анализа природных вод, мг/дм3, макрокомпоненты

Таблица 6 - Результаты химического анализа природных вод, мг/дм3, микрокомпоненты

Таблица 7 - Результаты химического анализа природных вод, другие показатели

.3 Гидрохимический анализ природных вод

Результаты гидрохимического анализа приведены в таблице 8.

Таблица 8 - Пересчет гидрохимических анализов воды из весовой в эквивалентную и процент-эквивалентную форму и оценка пригодности воды для питьевых и рыбохозяйственных нужд

Сумма мг-эквивалентов катионов составила 9,321 мг-экв/дм3, а мг-эквивалентов анионов - 9,632 мг-экв/дм3.

Вычисляем погрешность анализа по формуле:

Е = (∑rk -∑ra)/( ∑rk +∑ra) = (9,321-9,632)/( 9,321+9,632) = ±0,016 = ±1,6%

Анализ воды считается удовлетворительным, так как погрешность составляет не более 5%.

Минерализация воды составляет МH20= 175,67+520 = 695,67 мг/дм3.

Карбонатная жесткость воды Жк = rСа+2 = 4,28 мг-экв/дм3

Не карбонатная жесткость воды Жнк = r Mg2+ = 3,03 мг-экв/дм3

Общая жесткость воды Ж0 = Жк + Жнк = rСа+2 + rMg2+ = 4,28+3,03 =7,31 мг-экв/дм3

Анализ воды показал, что она считается жесткой, т.к. результат превышает 6 мг-экв/дм3.

.4 Оценка пригодности воды для питья

Результаты пригодности воды для питьевых и рыбохозяйственных нужд приведены в таблице 8.

Сравнивая результаты гидрохимического анализа природной воды со значениями ПДК, видно, что пробы воды не пригодны для питьевых нужд, так как не соответствуют по показателям свинца ( достигают, но не превышают ПДК для питьевых нужд), фтора (достигают значения, но не превышают ПДК для питьевых нужд), ртути превышают ПДК в 3 раза и не пригодны для рыбохозяйственных целей, так как показатели анионов F-, тяжелых металлов - марганца, свинца, цинка, меди превышают значения ПДК: показатель показатель F- - в 10 раз, показатель Pb2+ - в 5 раз, показатель Mn2+ - в 3 раз, показатель Zn2+ - в 200 раз, показатель Cu2+ - в 84,7 раз, показатель Hg - в 300 раз. Так же другие тяжёлые металлы такие как Mg2+, As3+вовсе не превышающие ПДК могут накапливаться в донных отложениях реки.

Таким образом, делаем вывод, что происходит фторирование и загрязнение природной воды тяжелыми металлами из накопителя.

3. Оценка агрессивности подземных вод

.1 Методика оценки агрессивности подземных вод

Агрессивность воды связана с присутствием в ней ионов водорода, свободного диоксида углерода, сульфатов и магния. Агрессивные свойства воды проявляются по отношению к бетону и металлам.

Агрессивность воды по отношению к бетону выражается в разрушительном воздействии подземных вод определенного состава на бетонные сооружения. Оценка качества воды по отношению к бетону производится по нормам и техническим условиям Н 114-54 «Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды». Эти нормы учитывают воздействие на бетон следующих видов агрессивности: выщелачивающую, углекислую, общекислотную, сульфатную и магнезиальную.

Выщелачивающая агрессивность связана с выщелачиванием карбонатов, главным образом кальция.

Если вода, контактирующая с бетоном, содержит низкие концентрации Са2+, а также НС03- и СО32-, то карбонат кальция бетона переходит в раствор. В зависимости от типа цемента в составе бетона вода считается агрессивной при карбонатной жесткости, меньшей 0,54-2,14 мг-экв/дм3.

Углекислая агрессивность обусловлена высокими концентрациями растворенной в воде углекислоты СО2.

Эта агрессивность проявляется как в отношении металла (коррозия), так и бетона. Разрушение бетона, как и при выщелачивающей агрессивности, сводится к растворению карбоната кальция. Воды, обладающие карбонатной жесткостью менее 1,4 мг-экв/дм3, следует считать агрессивными, независимо от всех других показателей.

Общекислотная агрессивность воды связана с повышенной концентрацией иона водорода (пониженная величина рН).

При этом бетон разрушается из-за растворения в кислой среде защитной карбонатной корки. Вода считается агрессивной для всех типов цементов: при рН < 7, если карбонатная жесткость меньше 8,6 мг-экв/дм3; при рН < 6,7, если карбонатная жесткость больше 8,6 мг-экв/дм3 (в пластах высокой проводимости). Для слабопроницаемых пластов вода считается агрессивной при рН < 5.

Сульфатная агрессивность обусловлена присутствием в воде иона SO42-.

По сульфатной агрессии для обычных цементов воду относят к слабоагрессивной при содержании иона SO42- от 250 до 800 мг/дм3 и к агрессивной при содержании более 800 мг/дм3. В породах высокой проводимости для бетона на портландцементе вода считается агрессивной при следующих попарных содержаниях ионов (в мг/дм3):

Таблица 10 - Сульфатная агрессивность

В породах слабой водопроводимости вода считается агрессивной при содержании иона SO42> 1000 мг/дм3, а для бетонов на пуццолановом, шлаковом и песчано-пуццолановом портландцементе - при содержании иона SO42- > 4000 мг/дм3 независимо от содержания С1-.

5 Магнезиальная агрессивность вызывает разрушение и вспучивание бетонных конструкций под воздействием Mg2+.

Для портландцемента, находящегося в сильно проницаемых породах, вода считается агрессивной при содержании иона Mg2+ > 5000 мг/дм3, для других видов цемента - при содержании ионов Mg2+ и SO42-, превышающем следующие попарные соединения ионов (в мг/дм3):

Таблица 11 - Магнезиальная агрессивность

Агрессивность воды по отношению к металлу связана с корродирующей способностью вод. Агрессивными по отношению к металлу являются воды: углекислые; сероводородные кислые; обогащенные кислородом. Корродирующая способность воды может быть определена при помощи коэффициента коррозии:

для вод с кислой реакцией

Кк = rH+ + rAl3+ + rFe2+ + rMg2+ - rCO32- - rHC03- ;

для щелочных вод

Кк = rMg2+ - гНС03- .

По величине коэффициента коррозии различают следующие группы вод (содержание Са2+ в мг/дм3):

коррозирующие, Кк > 0;

полукоррозирующие, Кк < 0, но Кк + 0,05 Са2+ > 0;

некоррозирующие, Кк + 0,05 Са2+ < 0.

3.2 Расчет и оценка агрессивности подземных вод

Оценка качества воды по отношению к бетону производится по нормам и техническим условиям Н 114-54 «Бетон гидротехнический. Признаки и нормы агрессивности воды-среды».

Выщелачивающая агрессивность

r Са+2 = 4,28 мг-экв/дм3

r HC03- = 6,000 мг-экв/дм3

Вода является агрессивной по отношению к бетону, при карбонатной жесткости меньше 0,54-2,14 мг-экв/ дм3, следовательно, вода неагрессивная;

Углекислая агрессивность

Данная вода имеет карбонатную жесткость более 1,4 мг-экв/дм3 , значит в ней нет признаков агрессивности в отношение Me(коррозия) и бетона

Общекислотная агрессивность

Показатели исследуемой воды:

= 7,1

r Са+2 = 4,28 мг-экв/дм3

r HC03- = 6,000 мг-экв/дм3

Вывод: вода не агрессивная для всех видов цементов.

Сульфатная агрессивность

-= 73 мг/ дм3

вода является неагрессивной, так как содержание иона SO42- меньше 250 мг/ дм3.

Магнезиальная агрессивность

+= 37 мг/ дм3

вода является неагрессивной, т.к. содержание ионов Mg2+ меньше 5000 мг/ дм3.

Корродирующая способность воды:

Для щелочных вод

r Mg2+ = 3,03 мг-экв/ дм3

r HC03- = 6,00 мг-экв/ дм3

Коэффициент коррозии:

Кк = r Mg2+ - r HC03- = 3,03 - 6,00 = - 2,97

Кк + 0,05 Са2+ = -2,97+0,05*90 = 1,53

Так как Кк + 0,05 Са2+ > 0, следовательно, исследуемая вода относится к полукоррозирующей группе вод.

Исследование пробы по формуле Курлова

Исходя из полученных данных, можно сделать вывод, что данная вода пресная, сульфатная, магниево - кальциевая, слабокислая. Температура равна 10oC, вода холодная.

4. Расчет ионного стока (для сетки тока)

.1 Расчёт ионного стока (для сетки тока) безнапорных вод

Ионный сток для безнапорных вод рассчитывается по формуле

Ис = Сi*Qбезнап.вод,

где = 3,55

Таблица 12 - Расчет ионного стока (для сетки тока)

4.2 Расчёт ионного стока (для сетки тока) напорных вод

Ионный сток для безнапорных вод рассчитывается по формуле

Ис = Сi*Qнап.вод,

где Qнап.вод = 59.09

Таблица 12 - Расчет ионного стока (для сетки тока)

Общий ионный сток равен:

Ис =∑Ис(безнап.вод) + ∑Ис(нап.вод)

Ис = 10,35413 + 0,62725 = 10,982 т/год

5. Расчет токсичности потока и токсичной массы (для сетки тока)

.1 Расчет токсичности потока и токсичной массы (для сетки тока) для напорных вод

Токсичность потока определяется по формуле:

.

Токсичность массы определяется по формуле:

Jтм = Jтп*Сi*V = Ci*Jтп*Q;

Таблица 13 - Расчет токсичности потока и токсичной массы

Показатель            ПДК для питьевых нужд, (мг/дм3)              ПДК для рыбохозяйственных целей, (мг/дм3)        Результаты химического анализа природной воды, (мг/дм3)    

(мг/дм3*сут)

для

безнапорных

Jтм = 60319,38 (мг/дм3*сут) =60,32 (г/дм3*сут)

5.2 Расчет токсичности потока и токсичной массы (для сетки тока) для безнапорных вод

Токсичность потока определяется по формуле:

Токсичность массы определяется по формуле:

Jтм = Jтп*Сi*V = Ci*Jтп*Q;

Таблица 13 - Расчет токсичности потока и токсичной массы

Показатель            ПДК для питьевых нужд, (мг/дм3)              ПДК для рыбохозяйственных целей, (мг/дм3)        Результаты химического анализа природной воды, (мг/дм3)    

(мг/дм3*сут)

для

безнапорных

тм = 3623,85 (мг/дм3*сут) =3,62 (г/дм3*сут)

Заключение

В ходе работы были построены гидродинамические схемы напорных и безнапорных вод, разрез по скважинам 8 - 14, проведен анализ гидрохимического стока подземных вод.

Глубина залегания грунтовых вод в точке А: безнапорный горизонт h = 5 м; в точке В: безнапорный горизонт h = 3 м.

Расход потока безнапорных вод Qi = 3,55 м3/сут, расход потока напорных вод Qi = 59,09 м3/сут.

Результаты анализа природной воды были переведены из весовой в эквивалентную и процент-эквивалентную форму.

Погрешность анализа составляет не более 5 %, Е = ± 2,05 %.

4 Сумма минеральных веществ воды составляет 695,67 мг/дм3. Жесткость воды определяется содержанием солей Са 2+ и Mg2+ равна 7,31 мг-экв/дм3.

5 Анализ воды показал, что она считается жесткой.

Оценка качества воды по отношению к бетонным и металлическим конструкциям показала, что:

1)   Вода не агрессивная в отношении бетона;

2)      Вода не агрессивная для всех видов цементов;

3)   Сульфатная и магнезиальная агрессивности отсутствуют.

4)      Исследуемая вода относится к полукоррозирующей группе вод.

Исследование пробы по формуле Курлова показало, что данная вода пресная, сульфатная, магниево-кальциевая, слабокислая и холодная.

Токсичная масса для безнапорного потока равна = 3,62 г/дм3*сут, а для напорного потока  = 60,32 г/дм3*сут. Сумма ионного стока равна  = 10,98 т/год.

Пробы воды превышают ПДК по показателям анионов F-, и по показателям тяжелых металлов, поэтому вода не пригодна для питьевых нужд и для рыбохозяйственных целей.

Происходит фторирование и загрязнение природной воды тяжелыми металлами (Fe, Pb, Zn, Hg, Cu).

Анализ полученных данных показал, что накопитель сточных вод влияет на гидрохимический состав подземных вод, тем самым негативно воздействуя на реку.

Необходимо изолировать накопитель, построив противофильтрационные экраны с использованием полимер-минеральной вязкоупругой смеси, тем самым предотвратить негативное влияние на качество воды. Тампонажные смеси и пасты широко используются в практике геологоразведочного и нефтяного бурения. Изготавливаются на основе нетвердеющих глинистых материалов, твердеющих вяжущих веществ и водорастворимых полимеров.

Так же необходимо предусмотреть необходимые меры безопасности при строительстве техногенных объектов А и В. Строительство и эксплуатация их может усугубить ситуацию загрязнения окружающей среды и нанести существенный вред реке рыбохозяйственного назначения.

Загрязнение пресных подземных вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения, не только сказывается на здоровье людей и состоянии окружающей среды, но и приводит к необходимости колоссальных затрат на очистку воды, ремонт и реконструкцию очистных сооружений, дополнительных затрат на здравоохранение. Это происходит на фоне недостаточной изученности и состояния загрязнения, и влияния многих вредных компонентов на здоровье людей и животных, и неразвитости методов исследований многих новых видов загрязнения.

Список используемых источников

      Бродская Н.А., Воробьев О.Г., Маковский А.Н. и др., под. Ред. Воробьева О.Г. и Николайкина Н.И.,Экология. Сборник задач, упражнений и примеров, учеб. Пособие для вузов,- 2-е изд., перераб и доп. - М.: Дрофа, 2006. - 508с.

2       Михайлов Л.Е., Бродская Н.А., Гидрогеология, учебник - Спб, изд. РГГМУ, 2003.- 410 с.

3       Общие понятия о гидрогеологии [Электрон. ресурс]. - 2013. - URL: <http://otherreferats.allbest.ru/geology/00106890_0.html> (дата обращения 24.04.13).

         Епифанцев О.Г., Шипилова А.М. Построение карты гидроизогипс. Анализ гидрогеологических условий района: Практикум [Электрон. ресурс]. - 2005. - URL: <http://window.edu.ru/resource/117/71117>.

         ГОСТ Р 54316-2011 Воды минеральные природные питьевые. Общие технические условия.

         СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества.