Влияние техногенного подтопления на изменение гидрохимического состава грунтовых вод

ВЕДЕНИЕ.
Техногенное подтопление представляет собой серьезную проблему, которая стала актуальной в различных регионах мира. Это процесс, при котором человеческая деятельность приводит к подъему уровня грунтовых вод, что может негативно сказываться на окружающей среде и жизни людей.
Техногенное подтопление относится к процессу, при котором подземные воды поднимаются на поверхность или близко к ней из-за человеческой деятельности. Это может происходить в результате строительства подземных сооружений, разработки рудных месторождений, добычи нефти и газа, а также в результате проникновения воды из искусственных водоемов и каналов. Влияние техногенного подтопления на изменение гидрохимического состава грунтовых вод может быть весьма негативным. Подтопление может привести к смешиванию грунтовых вод, что может привести к изменению их химического состава. Вода, поднятая на поверхность из более глубоких горизонтов, может содержать повышенные концентрации солей, тяжелых металлов и других загрязнений. Это может плохо сказаться на качестве воды, используемой для питья, сельского хозяйства и промышленности. Кроме того, повышение уровня грунтовых вод может привести к изменению гидрологического режима водных объектов целых регионов. Это может привести к затоплению сельских и городских территорий, а также к изменению экосистем и биоразнообразия. Для уменьшения негативных последствий техногенного подтопления необходимы меры по контролю и регулированию уровня грунтовых вод, а также меры по очистке загрязненных водных ресурсов. Это может включать строительство дренажных систем, насосных станций, фильтрационных сооружений и других инженерных сооружений. Также важно осуществлять мониторинг качества грунтовых вод и проводить регулярные исследования влияния техногенного подтопления на окружающую среду.
Техногенное подтопление является одной из серьезнейших проблем современности. В данной курсовой работе будет рассмотрено теоретическое научное представление об этом явлении, а также его влияние на изменение гидрохимического состава грунтовых вод Ростовской области.

Глава 1: Техногенное подтопление.
1.1 Определение и причины техногенного подтопления.
Техногенное подтопление — это процесс затопления территорий в результате человеческой деятельности или техногенных катастроф. Это может происходить из-за аварий на гидротехнических сооружениях, прорывов дамб, неблагоприятных климатических изменений вследствие антропогенного воздействия, например, из-за повышения уровня подземных вод или из-за неправильного строительства. Техногенное подтопление часто приводит к серьезным последствиям для окружающей среды, жизни людей и населенных пунктов, а также к разрушениям инфраструктуры и экономическим потерям.
Техногенное подтопление и изменение гидрохимического состава грунтовых вод могут быть вызваны несколькими причинами и происходить по разным механизмам. Вот некоторые из них:
1. Искусственное изменение рельефа и гидрологического режима: строительство дамб, каналов, водохранилищ и других гидротехнических сооружений может привести к изменению направления и объема водотоков, что в свою очередь может вызвать подтопление и изменение гидрохимического состава грунтовых вод.
2. Выбросы и сбросы промышленных и коммунальных стоков: попадание загрязненных стоков в грунтовые воды может привести к изменению их химического состава. Например, выбросы промышленных отходов могут содержать тяжелые металлы, нефтепродукты и другие вредные вещества, которые могут загрязнить грунтовые воды и снизить их качество.
3. Нарушение системы водоотведения и дренажных систем: неправильное проектирование, строительство и эксплуатация систем водоотведения и дренажных систем могут привести к их засорению, забиванию или переполнению, что может вызвать подтопление и изменение гидрохимического состава грунтовых вод.
4. Неконтролируемое использование химических удобрений и пестицидов в сельском хозяйстве: применение химических удобрений и пестицидов может привести к загрязнению грунтовых вод веществами, которые содержатся в этих средствах. Это может привести к изменению их химического состава и качества.

1.2 Методы измерения и мониторинга уровня грунтовых вод.
Для предотвращения техногенного подтопления необходима систематическая работа по обслуживанию и модернизации инженерных сооружений, а также разработка мер по снижению рисков и управлению последствиями подобных катастроф.
Кроме того, для уменьшения риска техногенного подтопления необходимо также проводить мониторинг состояния гидротехнических сооружений, осуществлять контроль за уровнем подземных вод и осуществлять систематическую оценку потенциальной угрозы населенным пунктам и объектам инфраструктуры. Важно также разработать стратегии адаптации к изменяющимся климатическим условиям, учитывая потенциальные риски техногенного подтопления в будущем.
Борьба с техногенным подтоплением требует комплексного подхода, совмещающего усилия государственных органов, научных учреждений, бизнес-структур и общественности. Необходимо разработать эффективные планы чрезвычайных ситуаций, обучать население действиям в случае чрезвычайных происшествий и обеспечить оперативное реагирование на угрозу техногенного подтопления.
В целом, предупреждение и управление техногенным подтоплением - важные аспекты безопасности и устойчивого развития общества, требующие постоянного внимания и усилий со стороны всех заинтересованных сторон.
Важно заметить, что изменение климата и увеличение человеческой деятельности влияют на уровень риска возникновения подобных катастроф. Недостаточное внимание к экологическим проблемам, неудовлетворительное обслуживание инфраструктуры и недостаточное финансирование предупредительных мер - все это увеличивает уязвимость территорий к техногенному подтоплению.
Для минимизации этих рисков необходимо развивать экологическое сознание, внедрять инновационные технологии для управления водными ресурсами, проводить комплексные инженерные и строительные работы с учетом возможных климатических изменений. Ключевым аспектом является также участие общественности в процессе принятия решений и поддержке мер по предотвращению и уменьшению последствий техногенного подтопления.
Методы исследования движения грунтовых вод (на практике):
- гидродинамический метод, решение при этом находится или путем использования особенностей функции Жуковского и комплексного потенциала для группы задач, или путем отыскания коэффициентов бесконечного ряда, составленного по возрастающим степеням времени;
- гидравлические методы, основанные на применении и преобразованиях уравнения Буссинеска: при,


(1)


где  – свободная порозность, доли единицы (%); h – напор, м; t – время, сут;
k – коэффициент фильтрации, м/сут;
x, y, z – координаты, м;
w0 – интенсивность подпитывания (или испарения) грунтовых вод с поверхности земли [17], кг/(м 2 ∙сут);
p – давление, Па (кг/м2 );
 – плотность, кг/м3 ;
g – ускорение свободного падения, м/с2 .
Преобразование 1. С учетом того, что протяженность водоносного горизонта в пространстве значительно превышает его мощность, изменением напора по вертикали можно пренебречь, т. е. h / y  0. Тогда поток рассматривается как плоский в плане, разрезе и радиально (рисунок 1) и уравнение (1) принимает вид:

(2)
Приняв, что мощность грунтовых вод значительно превышает колебания их уровня, формулу (2) записывают в следующем виде:

(3)

где Тср – средняя мощность потока грунтовых вод, м.
а – плоский в плане; б – плоский в разрезе; в – плоскорадиальный
Рисунок 1 – Виды фильтрационных потоков.
Произведение в правой части выражения (2) представляет собой изменение расхода по длине потока, т. е.:

(4)

где Q – расход грунтовых вод, м3 /с.
Произведение в правой части выражения (3) также представляет изменение расхода, но через изменение уклона потока I.
Преобразование 2. Линеаризация нелинейного дифференциального уравнения (2) линейной зависимостью (3). С этой целью Н. Н. Веригин [18, 19] в уравнение (2) ввел новую переменную 2 u  0,5h , в результате чего зависимость (2) приобрела следующий вид:

(5)

где a – величина изменения среднего напора в течение суток, м/сут 0,5;
u – переменная величина, м2; hcp – осредненное значение напора, м;
b – приведенная интенсивность питания или испарения с поверхности грунтовых вод, м 2 /сут.
Дальнейшие преобразования были выполнены Ю. Д. Соколовым, В. С. Лукьяновым и другими авторами с целью отыскания упрощенного решения зависимостей (2) и (3):