Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Ивашкевич Г.В.

реферат — Связь подземных и поверхностных вод

Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Ивашкевич Г.В.

МИНОБРНАУКИ РОССИИФГБОУ ВПО «Вологодский государственный технический университет»(ВоГТУ)Кафедра социально-гуманитарных и естественных дисциплин   Контрольная работа по теме:«Связь поверхностных и подземных вод»Дисциплина: Механика грунтов   Выполнил:Студент Гусева Е. И.Группа ЗСВ-32 Специальность: 270112Проверил:           г. Череповец2013 г. 

1.Подземные воды……………………………………………………………………………….3

2.Поверхностные воды…………………………………………………………………………..4
3.Взаимосвязь поверхностных и подземных вод………………………………………………54.Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод……………………..65.Истощение подземных и поверхностных вод………………………………………………..7

6.Список используемой литературы…………………………………………………………..10

                            Подземные водыПодземные воды не требуют обесцвечивания и осветления, характеризуются постоянством температуры, санитарной надежностью, небольшим содержанием органических веществ и значительным количеством минеральных солей.Между глубиной залегания подземных вод и степенью из минерализации наблюдается прямая зависимость. В случае гидравлической связи подземных вод с поверхностными подземные могут отличаться повышенной окисляемостью.

Химический состав подземных вод отличается разнообразием. Определяется он в основном условиями, при которых они сформировались, которые, в свою очередь, зависят от взаимодействия с атмосферой и земной поверхностью.

Развитию растительности и жизнедеятельности водных организмов в подземных водах препятствуют слабое протекание биологических процессов, отсутствие света и свободного растворенного кислорода.

Но при этом создаются благоприятные условия развития анаэробных процессов.

Подземные воды зачастую характеризуются значительной жесткостью, повышенным содержанием железа, марганца, фтора, растворенных газов (H2S, CO2).Подземные воды бывают напорными и безнапорными. Безнапорные воды имеют свободную поверхность, называемую зеркалом подземных вод.. В случае, если полностью насыщенные водоносные пласты перекрыты водонепроницаемыми грунтами и имеют пьезометрический напор, то они называются напорными. Давление, создаваемое напорными водами, больше атмосферного, в связи с этим если подземные воды имеют выход на поверхность то образуются родники. Залегание подземных вод может быть в виде грунтового потока с непрерывным движением воды, имеющего уклон в направлении движения, или в виде грунтового бассейна с неподвижной водой и горизонтальной свободной поверхностью.Подземные воды имеют статический и динамический уровень. Статический уровень – уровень воды в колодце при отсутствии водоотбора. В случае отбора воды из колодца происходит падение уровня. Этот уровень называется динамическим. Понижение динамического уровня происходит пропорционально количеству откачиваемой воды. Количество воды, которое может быть откачано при понижении динамического уровня на 1 м, называется удельным дебитом. Уровень воды и пьезометрические линии, установившиеся вокруг колодцев при откачке воды, образуют кривые дисперсии.  Поверхностные водыРеки, водохранилища, озера и моря используются в качестве поверхностных источников. Для рек характерны сезонные колебания расхода и качества воды. Характер питания рек определяет состав примесей речных вод. Различают поверхностное и подземное питание. Дожди, снег, ледники и т.п обеспечивают подземное питание, грунтовые воды – подземное.Характерная особенность качества речной воды – относительно большая мутность, высокое содержание органических веществ и бактерий, зачастую значительная цветность. Обычно речная вода обладает относительно малым солесодержанием и, в частности, небольшой жесткостью.Наблюдается определенная закономерность: воды рек Севера характеризуются малой и средней мутностью, высокой цветностью и малым солесодержанием, а реки Юга –высокой мутностью и минерализацией, низкой цветностью.Под влиянием процессов оксидации восстановления, седиментации диспергированных и коллоидных примесей и солей; ионообмена между водой и донными отложениями; обогащения вод микроэлементами вследствие биохимических процессов; смешения вод различного питания состав вод постоянно изменяется. В поверхностных водотоках наблюдается самоочищение воды за счет физических, химических и биологических процессов, чему способствует аэрация, перемешивание, декантация взвесей, разбавление загрязнений в большой массе воды. Под действием простейших водных организмов, микробов – антагонистов, бактериофагов и антибиотиков биологическго происхождения, под влиянием биохимических и оксидационных процессов погибают патогенные бактерии и вирусы. При этом самоочищение воды не обеспечивает, как правило, ее необходимого качества для производственных и хозяйственно — бытовых целей. В связи с этим поверхностная вода практически всегда нуждается в кондиционировании ее свойств с их доведением до требований потребителей.Одним из основных факторов хозяйственной деятельности человека, влияющих на состояние источников воды как в качественном, так и в количественном отношении является смыв с сельскохозяйственных угодий химических удобрений и сброс в водоемы недостаточно очищенных сточных вод и вод тепловых и атомных электростанций. Как следствие, развиваются макрофиты и планктон, вызывающие зарастание водоемов, повышение цветности воды, возникновение привкусов и запахов, что ухудшает состояние источников воды.Воды водохранилищ и озер отличаются относительно малым содержанием взвешенных веществ, значительной цветностью, большой окисляемостью, наличием планктона в летнее время. Озерная вода имеет весьма различную степень минерализации.Морская вода содержит большое количество минеральных солей, обладает относитльно невысокой жесткостью. Ее применяют в производственном водоснабжении для охлаждения, а при отсутствии пресных вод – и для целей хозяйственно-питьевого водоснабжения после опреснения.  Взаимосвязь поверхностных и подземных водПодземные воды тесно связаны с атмосферой и поверхностными водными источниками, а потому являются одним из важных элементов в общем водном балансе отдельных районов, областей и всей страны в целом.Взаимосвязь поверхностных и подземных вод – процесс водообмена между поверхностью суши и водовмещающими породами в естественных и нарушенных условиях. Направление и интенсивность процесса являются основными характеристиками этого звена в общем круговороте воды. Взаимосвязь поверхностных и подземных вод и интенсивность этого процесса зависят от большого числа природных и антропогенных факторов. Основными из них являются фильтрационные сопротивления поверхностных водотоков, степень вскрытия руслом водоносного пласта, фильтрационные свойства и строение водовмещающих пород, градиенты давления, определяющие движение водных потоков в пористой среде, сработка напорных водоносных горизонтов и др. Крупный подземный водоотбор ведет к перераспределению давления в эксплуатируемых водоносных горизонтах, что способно кардинальным образом изменить схему водообмена между поверхностными и подземными водами в условиях хорошей гидравлической связи между ними. Может происходить инверсия градиентов давления, в результате которой восходящие потоки сменяются нисходящими, и поверхностные воды с урбанизированных территорий начинают проникать в напорные водоносные горизонты, которые в ненарушенных условиях находились в режиме разгрузки подземного стока. На урбанизированных территориях в результате интенсивного подземного водоотбора понижение давления в водоносных горизонтах (образование депрессионных воронок) часто приобретает региональный характер, в результате чего значительно расширяется зона активного водообмена между поверхностными и подземными водами. Таким образом на территориях с интенсивной водохозяйственной деятельностью, как правило, взаимосвязь поверхносных и подземных вод возрастает по мере сработки напорных водоносных горизонтов. Наиболее отрицательные последствия нарушения естественного режима подземного стока вызывает миграция ингредиентов загрязнения с поверхностными водами, поступающими в водоносные комплексы.   

Основные источники загрязнения поверхностных и подземных вод

Проблема загрязнения подземных и поверхностных вод приобретает актуальный характер почти во всех индустриально развитых странах.Наибольший вред водоемам и водотокам причиняет выпуск в них неочищенных сточных вод — промышленных, коммунально-бытовых, коллекторно-дренажных и др.

Промышленные сточные воды загрязняют экосистемы самыми разнообразными компонентами в зависимости от специфики отраслей промышленности.

Следует заметить, что в настоящее время объем сброса промышленных сточных вод во многие водные экосистемы не только не уменьшается, но и продолжает расти.

Коммунально-бытовые сточные воды в больших количествах поступают из жилых и общественных зданий, прачечных, столовых, больниц и т.д. В сточных водах этого типа преобладают различные органические вещества, а также микроорганизмы, что может вызвать бактериальное загрязнение.

Такие опасные загрязняющие вещества, как пестициды, аммонийный и нитратный азот, фосфор, калий и др., смываются с сельскохозяйственных территорий, включая площади, занимаемые животноводческими комплексами. По большей части они попадают в водоемы и в водотоки без какой-либо очистки, а поэтому имеют высокую концентрацию органического вещества, биогенных элементов и других загрязнителей.
Значительную опасность представляют газодымовые соединения (аэрозоли, пыль и т.д.), оседающие из атмосферы на поверхность водосборных бассейнов и непосредственно на водные поверхности. Огромны масштабы нефтяного загрязнения природных вод. Миллионы тонн нефти ежегодно загрязняют морские и пресноводные экосистемы при авариях нефтеналивных судов, на нефтепромыслах в прибрежных зонах, при сбросе с судов балластных вод.
Кроме поверхностных вод постоянно загрязняются и подземные воды, в первую очередь в районах крупных промышленных центров. Источники загрязнения подземных вод весьма разнообразны. Загрязняющие вещества могут проникать к подземным водам различными путями: при просачивании промышленных и хозяйственно-бытовых стоков из хранилищ, прудов-накопителей, отстойником и др., по затрубному пространству неисправных скважин, через поглощающие скважины, карстовые воронки.К естественным источникам загрязнения относят сильно минерализованные (соленые и рассолы) подземные воды или морские воды, которые могут внедряться в пресные незагрязненные воды при эксплуатации водозаборных сооружений и откачке воды из скважин.Важно подчеркнуть, что загрязнения подземных вод не ограничиваются площадью промпредприятий, хранилищ отходов и т.д., а распространяются вниз по течению потока на расстояния до 20-30 км и более от источника загрязнения. Это создает реальную угрозу для питьевого водоснабжения в этих районах.

Следует также иметь в виду, что загрязнение подземных вод негативно сказывается и на экологическом состоянии поверхностных вод, атмосферы, почв, других компонентов природной среды. Например, загрязняющие вещества, находящиеся в подземных водах, могут выноситься фильтрационным потоком в поверхностные водоемы и загрязнять их.

  Истощение подземных и поверхностных вод

Истощение вод следует понимать как недопустимое сокращение их запасов в пределах определенной территории (для подземных вод) или уменьшение минимально допустимого стока (для поверхностных вод). И то и другое приводит к неблагоприятным экологическим последствиям, нарушает сложившиеся экологические связи в системе человек — биосфера.

Практически во всех крупных промышленных городах мира, в том числе в Москве, Санкт-Петербурге, Киеве, Харькове, Донецке и других городах, где подземные воды длительное время эксплуатировались мощными водозаборами, возникли значительные депрессионные воронки (понижения) с радиусами до 20 км и более. Так, например, усиление водоотбора подземных вод в Москве привело к формированию огромной районной депрессии с глубиной до 70-80 м, а в отдельных районах города до 110 м и более. Все это, в конечном счете, приводит к значительному истощению подземных вод.
Интенсивная эксплуатация подземных вод в районах водозаборов и мощный водоотлив из шахт, карьеров приводит к изменению взаимосвязи поверхностных и подземных вод, к значительному ущербу речному стоку, к прекращению деятельности тысячи родников, многих десятков ручьев и небольших рек. Кроме того, в связи со значительным снижением уровней подземных вод наблюдаются и другие негативные изменения экологической обстановки: осушаются заболоченные территории с большим видовым разнообразием растительности, иссушаются леса, гибнет влаголюбивая растительность — гигрофиты.
Искусственное понижение уровня подземных вод, вызванное интенсивной откачкой, отразилось и на экологическом состоянии прилегающих к водозабору участках долины рек. Этот же антропогенный фактор может приводить к ускорению времени смены сукцессионного ряда, а также к выпадению отдельных его стадий.
Длительная интенсификация водозаборов в определенных геолого-гидрогеологических условиях может вызвать медленное оседание и деформации земной поверхности. Последнее негативно сказывается на состоянии экосистем, особенно прибрежных районов, где затапливаются пониженные участки, и нарушается нормальное функционирование естественных сообществ организмов и всей среды обитания человека.Ко всему вышесказанному происходит истощение подземных вод. Истощению подземных вод способствует также длительный неконтролируемый самоизлив артезианских вод из скважин.

Истощение поверхностных вод проявляется в прогрессирующем снижении их минимально допустимого стока.

Связано это не только с неблагоприятными климатическими и гидрологическими условиями, но и с активизацией хозяйственной деятельности человека, которая приводит ко все более возрастающему загрязнению вод, снижению способности водоемов к самоочищению, истощению запасов подземных вод, а следовательно, к снижению родникового стока, подпитывающего водотоки и водоемы.

Не будем забывать об одной из главной экологической проблеме — восстановление водности и чистоты малых рек (длиной не более 100 км), наиболее уязвимого звена в речных экосистемах. Именно они оказались наиболее восприимчивыми к антропогенному воздействию. Непродуманное хозяйственное использование водных ресурсов и прилегающих земельных угодий вызвало их истощение (а нередко и исчезновение), обмеление и загрязнение.К другим весьма значительным видам воздействия человека на гидросферу следует отнести: создание крупных водохранилищ, коренным образом преобразующих природную среду на прилегающих территориях, и изъятие на хозяйственные цели большого количества воды из впадающих в водоемы рек, что приводит к сокращению и усыханию многих внутренних водоемов (Аральское море, Мертвое море и др.).Создание крупных водохранилищ, особенно равнинного типа, для аккумуляции и регулирования поверхностного стока приводит к разнонаправленн и т.д……………..

Источник: https://www.webkursovik.ru/kartgotrab.asp?id=-156342

1 ББК 26.22 © КамчатГТУ, 2003 © Ивашкевич Г.В., 2003 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД 1. Цель работы: Произвести расчленение гидрографа

Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Ивашкевич Г.В.

Книги по всем темам Камчатский государственный технический университет Кафедра экологии и природопользования Дисциплина «Гидрология и регулирование стока» ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности 320600 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» Петропавловск-Камчатский 2003 УДК 556 ББК 26.22 И24 Ивашкевич Г.В.

И24 Взаимосвязь поверхностных и подземных вод. Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности 320600 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов». – Петропавловск-Камчатский:

КамчатГТУ, 2003. – 8 с.

Методические указания к лабораторной работе «Взаимосвязь поверхностных и подземных вод» предназначены для студентов специальности 320600 «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» и составлены в соответствии с рабочей программой дисциплины «Гидрология и регулирование стока».

Обсуждены на заседании кафедры ЭиП 10 июня 2002 г., протокол № 28.

УДК 556 ББК 26.22 © КамчатГТУ, 2003 © Ивашкевич Г.В., 2003 2 ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД 1. Цель работы: Произвести расчленение гидрографа общего стока (вариант индивидуальный) р. Авача — г. Елизово по видам питания методом Б.И.Куделина.

2. Дано:

— гидрограф стока воды за 1946 г. (рис. 1).

3. Задание:

— Рассмотреть общие положения метода.

— Выделить грунтовый сток в период половодья.

— Определить объем стока за год.

— Вычислить характеристики стока:

а) поверхностного б) грунтового.

4. Теоретические пояснения: Расчленение гидрографа общего стока заключается в графическом выделении на гидрографе объемов воды, сформированных различными источниками питания (дождевое, снеговое, подземное, ледниковое).

При оценке естественных ресурсов или подземного питания применение метода генетического расчленения гидрографа теоретически обосновано тем, что в среднем многолетняя величина питания подземных вод эквивалентна подземному стоку зоны интенсивного водообмена.

Наиболее подробно, на первом этапе, вопрос был разработан Б. И. Куделиным.

Подземное питание рек осуществляется за счет стока в реки грунтовых и артезианских вод. Динамика подземного стока из отдельных водоносных горизонтов зависит от степени гидравлической связи этих горизонтов с рекой, схема которых представлена на рис. 1.

а. Водоносные горизонты, не имеющие гидравлической связи с рекой. Режим стока из этих горизонтов близок к режиму поверхностного стока с некоторым смещением фаз хода уровня вправо (запаздывание) по оси времени.

б. Водоносные горизонты, гидравлически связанные с ре Рис. 1. Гидрограф р. Авача — г. Елизово за 1946 г.

1 — подземный сток, 2 — поверхностный сток.

кой: Режим стока из этих горизонтов имеет противоположную направленность фаз по сравнению с поверхностными водами.

Максимуму поверхностного стока соответствует минимум подземного стока.

в. Водоносные горизонты, имеющие периодическую гидравлическую связь с рекой. Режим стока из этих горизонтов имеет смешанный характер.

При восходящей стадии весеннего половодья в прибрежной зоне образуются обратные гидравлические уклоны грунтового потока и происходит инфильтрация речных вод в берега.

При спаде половодья зеркало грунтового потока приобретает наклон к реке и начинается обратный сток в реку профильтровавшейся в берега речной воды. Б.И.Куделин условно называет «береговым регулированием поверхностного стока» явление инфильтрации речных вод в берега в восходящей стадии половодья и возврат их в реку на спаде половодья.

В последнее время развивается вопрос о составлении русловых водных балансов, в которых производится учет воды, участвующей в береговом регулировании.

Общая продолжительность берегового регулирования поверхностного стока соответствует времени Т, равному приблизительно общему периоду весеннего половодья.

Гидрологическое значение берегового регулирования состоит в том, что поверхностный сток, сформировавшийся за счет снеговых вод и атмосферных осадков, поступивший склоновым стоком до створа реки, благодаря взаимодействию с берегами и грунтовыми водами прибрежной зоны вре менно теряется для поверхностного стока, превращаясь в грунтовые воды. Эти воды сохраняются в берегах в период восходящей стадии половодья (вследствие подпора от высоких вод в реке) и после пика половодья возвращаются в реку и увеличивают сток реки на спаде половодья (положительный подземный сток).

Таким образом, в процессе берегового регулирования происходит лишь перераспределение поверхностного стока внутри весеннего половодья.

Подземное питание рек за счет основных запасов подземных вод водосбора в период высоких уровней резко сокращается, а для случая полной гидравлической связи грунтовых вод с рекой подземное питание в период половодья можно принять равным нулю. При этом следует учитывать размер водосбора и закономерности развития подземного стока.

При смешанном питании необходимо учитывать сток из источников и родников, расположенных выше высоких уровней в реке.

2. Выделение грунтового стока на гидрографе р. Авача — г.

Елизово связано со следующим порядком вычислений:

а. Начало весеннего половодья во всем бассейне отмечается одновременно 23 марта, поэтому и прекращение стока грунтовых вод в реку из водоносных горизонтов, гидравлически связанных с рекой, наступает одновременно. На рис. 1.9 это отмечено линией АВ, соответствующей 23 марта.

Подземное питание (вследствие подпора) прекратилось с 23 марта, но грунтовые воды, поступившие в русло в верховьях до 23 марта, стекают вниз по реке вместе с паводочной волной.

Скорость добегания рассчитана по датам наступления пика половодья в верхнем створе — Заимке fi = 5/IV, и в замыкающем створе — Елизове f2 = 11/IV. Расстояние между указанными створами Z = 274 км. Скорость добегания вычисляем по формуле Z Vдоб = = 46 км/сут f2 — fб. В замыкающем створе у г.

Елизово до окончания половодья 8 мая (точка D на гидрографе) происходит береговое регулирование поверхностного стока и грунтовое питание отсутствует; отметим это вертикальной линией DE.

В верховьях бассейна половодье окончилось 13 апреля и с этого момента в речную сеть стали поступать воды за счет основных запасов грунтовых вод в бассейне из водоносных горизон тов, гидравлически связанных с рекой. Эти воды достигнут расчетного створа согласно предыдущего через 8 суток от даты окончания половодья в верховьях, т. е. 21 апреля. Эту дату на гидрографе отметим точкой F.

С 21 апреля с каждым днем в замыкающем створе расход грунтовых вод будет увеличиваться вследствие поступления грунтовых вод с менее удаленных частей бассейна. Нарастание расхода грунтовых вод будет происходить по прямой FD.

8 мая закончится береговое регулирование поверхностного стока по всему бассейну, и к этому времени заканчивается сток талых снеговых вод и река полностью переходит на грунтовое питание. Как видно из гидрографа, паводки в 1946 г.

отсутствовали и вся остальная часть гидрографа относится к подземному стоку.

3. После произведенных расчетов на гидрографе, представляющем общий годовой сток (см. рис. 1), выделяются следующие площади:

KASDFK — площадь поверхностного снегового стока, A'AKK' (I) и FDD'F'F (II) — площади грунтового стока (заштрихованные).

По гидрографу можно определить следующие объемы стока за год: объем годового стока W м3, объем поверхностного снегового стока Wn м3, объем грунтового стока Wrp м3.

Указанные объемы можно вычислить по гидрографу двумя приемами:

1) последовательным планиметрированием площадей: всего гидрографа, поверхностного снегового и грунтового стока;

2) вычислить объем годового стока аналитически, спланиметрировать площадь поверхностного снегового стока и объем грунтового стока получить вычитанием.

5. Применяемые материалы, приборы и оборудование:

ежедневные расходы воды для построения гидрографа (вариант индивидуальный), миллиметровая бумага для построения гидрографа, набор фломастеров, калькулятор.

6. Выполнение работы.

При расчленении гидрографа стока и выделении подземной составляющей следует иметь в виду, что подземное питание рек осуществляется за счет стока в реки грунтовых и артезианских вод. Динамика подземного стока из отдельных водоносных горизонтов зависит от степени гидравлической связи этих горизонтов с рекой.

а. Водоносные горизонты, не имеющие гидравлической связи с рекой. Режим стока из этих горизонтов близок к режиму поверхностного стока с некоторым смещением фаз хода уровня вправо (запаздывание) по оси времени.

б. Водоносные горизонты, гидравлически связанные с рекой:

Режим стока из этих горизонтов имеет противоположную направленность фаз по сравнению с поверхностными водами.

Максимуму поверхностного стока соответствует минимум подземного стока.

в. Водоносные горизонты, имеющие периодическую гидравлическую связь с рекой. Режим стока из этих горизонтов имеет смешанный характер.

Таким образом, подземное питание рек за счет основных запасов подземных вод водосбора в период высоких уровней резко сокращается, а для случая полной гидравлической связи грунтовых вод с рекой подземное питание в период половодья можно принять равным нулю. При этом следует учитывать размер водосбора и закономерности развития подземного стока.

При смешанном питании необходимо учитывать сток из источников и родников, расположенных выше высоких уровней в реке.

После произведенных расчетов на гидрографе, представляющем общий годовой сток (см. рис. 1), выделяются следующие площади:

— площадь поверхностного снегового стока, — площади грунтового стока (заштрихованные).

7. отчета.

В состав отчета входит расчлененный по источникам питания гидрограф, вычисленные и записанные на этом же формате характеристики стока отдельно грунтового и отдельно поверхностного.

8. Вопросы для самоконтроля.

8.1. В чем заключается сущность расчленения гидрографа 8.2. Охарактеризуйте принципиальные подходы к выделению поверхностного питания.

8.3. Охарактеризуйте принципиальные подходы к выделению подземного питания.

8.4. Как определяются объемы поверхностного и грунтового питания.

9. Литература.

9.1. Богословский Б.Б. Общая гидрология.-Л.: Гидрометеоиздат, 9.2. Давыдов Л.К., А.А. Дмитриева, Н.Г. Конкина.- Общая гидрология-Л.: Гидрометеоиздат, 1973.

Ивашкевич Геннадий Васильевич ВЗАИМОСВЯЗЬ ПОВЕРХНОСТНЫХ И ПОДЗЕМНЫХ ВОД Методические указания к лабораторной работе для студентов специальности «Комплексное использование и охрана водных ресурсов» В авторской редакции Компьютерный набор, верстка Ивашкевич Г.В.

Источник: http://knigi.dissers.ru/books/1/10403-1.php

Biz-books
Добавить комментарий