Техногенные нарушения подземных вод

К сожалению, хозяйственная деятельность человека приводит к загрязнению поверхностных и подземных вод. Выделяют различные загрязнения подземных вод. Тепловое, когда рост температуры воды обуславливает увеличение скорости химических реакций. Это вызывает усиление коррозии бетона и стали. Основным источником теплового загрязнения являются тепловые и атомные электростанции, сбрасывающие оборотную воду. В городах источником теплового загрязнения являются прорывы канализации.

Бактериальное загрязнение опасно в связи с желудочно-кишечными и инфекционными заболеваниями. Бактериальному загрязнению подвергаются грунтовые воды, в области питания которых (на водоразделах) находятся навозохранилища или септики. Также их могут загрязнять прорывы канализации. Опасность бактериального загрязнения обостряется во время весенних половодий, когда переполняются емкости со сточными водами.

Загрязнения тяжёлыми металлами (ртуть, мышьяк, кадмий, таллий, свинец, цинк, железо, марганец, молибден, серебро, стронций и др.) могут обусловить паталогические заболевания. Такое загрязнение отмечено в промышленных зонах и вблизи активных автомагистралей.

Радиоактивное загрязнение связано с поступлением в подземные воды естественных радиоактивных элементов (U, Th, Rа, Rn) и искусственных радионуклидов (радиоактивные изотопы Sr, Сs, J, Pu, Np, Н и др.). Такое загрязнение возможно при нештатной эксплуатации урановых рудников и хвостохранилищ урановых горно-обогатительных комбинатов, а также при авариях на АЭС и полигонов хранения и захоронения радиоактивных отходов.

В связи с техногенным загрязнением необходимо следить за чистотой в областях питания грунтовых и артезианских вод и охранять водозаборы. Если это водоносный горизонт с пористыми осадочными породами, то вода может при фильтрации в большой мере очиститься, но если это трещинные воды, вода очищается гораздо в меньшей мере.

Ещё одна опасность – подтопление подвалов за счёт нарушения уровня грунтовых вод. Они поднимаются по ряду причин:

а) перекрытия, уплотнения, или асфальтирования природных почв и прекращения естественного дренажа;

б) чрезвычайно большого полива газонов и незапланированных канализационных прорывов;

в) меньшего испарения, т.к. открытые грунты закрываются асфальтом и бетоном; вода под землёй конденсируется из-за отсутствия возможности испарения.

Существует система наблюдений в гидрорежимных скважинах. По ним следят, как колеблются уровни артезианских и грунтовых вод, как изменяется их состав. Это называется гидрогеологическим мониторингом.

Основы инженерной геологии

Типы грунтов

В инженерной геологии решается широкий круг геологических задач, связанных с оценкой природных условий строительства дорог, зданий и сооружений, производства горных работ /Бондарик, Ярг, 2007/.

В инженерной геологии анализируются приповерхностные образования - грунты (почвы-грунты) и подстилающие их горные породы. Для них определяют физико-механические (прочностные) свойства: плотность, влажность, пористость, фильтрационные свойства, модуль Юнга, коэффициент Пуассона, модуль сдвига, пластичность, морозостойкость, набухаемость, сжимаемость и др. Эти данные лежат в основе проектирования строительства дорог, зданий и сооружений. Инженерно-геологические изыскания проводятся в комплексе с гидрогеологическими и гидрологическими исследованиями. Они проводятся для оценки динамики и агрессивности подземных вод к строительным материалам; вероятности негативных процессов (оползни, карст, суффозия и др.) в связи с климатическими явлениями.

Наиболее распространена общая инженерно-геологическая классификация грунтов, согласно которой они разделены по прочности связей между их минеральными частицами на два класса - породы с жесткими связями и без таковых (таб. 6.1.1.). Показателями для инженерно-геологической оценки пород с жесткими кристаллическими связями являются механическая прочность, крепость и стойкость, а для пород без жестких связей - степень их сжимаемости, консистенция, фильтрационные свойства и сопротивление сдвигу. Внутри каждого класса выделены группы по генетическому признаку, подгруппы - по петрографическому признаку, далее типы, подтипы, виды и разновидности по инженерно-геологическим показателям. Грунты, сложенные породами первого класса менее распространены по сравнению с грунтами, представленными породами второго класса.

Таблица 6.1.1

Два класса пород, слагающих грунты

В класс пород с жесткими связями входят твердые и прочные породы. В строительной практике их принято называть скальными и полускальными породами. Под действием внешних нагрузок от инженерных сооружений они ведут себя как твердые, упругие, практически несжимаемые тела. Нарушенные между минеральными частицами жесткие связи не восстанавливаются. Не подверженные выветриванию скальные и полускальные породы способны выдерживать нагрузки от любых инженерных сооружений. При изучении пород с жесткими связями важно оценить степень, в которой они подвергались выветриванию, трещиноватость, морозоустойчивость и фильтрационные свойства, что в значительной мере определяет их инженерно-строительные свойства и надежность как грунтов. Класс пород с жесткими связями включает три группы: магматические, метаморфические и осадочные сцементированные породы.

Класс пород без жестких связей объединяет мягкие, пластичные и связанные породы и сыпучие породы с полным отсутствием связей минеральных частиц. Для пород этого класса характерна большая изменчивость свойств в зависимости от их состава, влажности, плотности и нарушения естественного сложения. К ним относятся группы:

· осадочные несцементированные породы (глинистые, песчаные и крупнообломочные отложения);

· почвы (тундровые, болотистые, подзолистые, черноземные и др.);

· искусственные грунты (культурные слои; насыпные, наносные и искусственно измененные грунты).

Породы этого класса представляют собой трехфазную систему, включающую вещества в твердой фазе (минеральные частицы, зерна пород, органические вещества), жидкой (поровые растворы и гравитационные подземные воды) и газообразной, от соотношения которых могут зависеть инженерно-геологические свойства пород. Например, глинистые и пылеватые породы в сухом состоянии представляют собой твердые тела, обладающие довольно большой механической прочностью. Однако, при значительном увлажнении их механическая прочность резко снижается, они становятся мягкими, пластичными, а при очень большом увлажнении могут переходить в текучее состояние (неньютоновские жидкости). Инженерно-геологические свойства несцементированных песчаных, гравийных и галечниковых пород во многом определяются размерами, составом и соотношениями обломочного материала и заполнителя и плотностью естественного сложения.

Помимо общей инженерно-геологической классификации горных пород широко применяют различные специальные, отраслевые и региональные классификации (по гранулометрическому составу, плотности, пластичности, водопроницаемости, степени сжимаемости, коэффициенту крепости М.М.Протодьяконова, фильтрационным свойствам и пр.).