МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
Харківський національний автомобільно-дорожній університет
Дорожньо-будівельний факультет
Кафедра екології
КУРСОВА РОБОТА
Ландшафтна екологія
Виконав: студентДЕК- 31
Михайлик В.М.
Перевірила: асист. Коверсун С.О.
Харків – 2010
ЗМІСТ
ВСТУП
1.Прогноз впливу забруднених атмосферних опадів на склад грунтових вод
1.1 Умови впливу забруднених атмосферних опадів на склад ґрунтових вод
1.2Принципи розрахунку зміни складу ґрунтовихвод під впливом забруднюючих речовин у атмосферних опадах
1.2.1 Розрахунок зміни складу ґрунтовихвод під впливом забруднюючих речовин у атмосферних опадах
2.Оцінка ступеня захищеності грунтових вод від антропогенного забруднення
2.1 Кількісна оцінка захищеності ґрунтових вод
2.1.1 Розрахунок кількісної оцінки захищеності грунтових вод
2.2 Якісна оцінка захищеності ґрунтових вод
2.2.1 Розрахунок якісної оцінки захищеності ґрунтових вод
3.Забруднення підземних вод в результаті зміни ландшафтів
3.1 Регламентація місткості забруднюючих речовин у промислових накопичувачах
3.1.1 Розрахунокмісткості забруднюючих речовин у промислових накопичувачах
ВИСНОВКИ
РЕКОМЕНДАЦІЇ
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
ВСТУП
Ландшафтна екологія – наука про комплексні взаємовідносини в екосистемах з географічної та екологічної точки зору. Для позначення просторової взаємодії природних явищ в рамках визначеного етапу чи екосистеми був введений термін «ландшафтна екологія» у 1939 році німецьким географом К. Тролем. Основою науки є вчення про географічний ландшафт, головними розділами якого є систематика (класифікація) ландшафтних комплексів, морфологія ландшафту, його динаміка, картування (ландшафтна зйомка), геохімія та геофізика ландшафту тощо.
Об`єктом дослідження ландшафтній екології є локальні, регіональні, зональні і глобальні системи, їх структура, динаміка, сучасні зміни й прогнозування розвитку з використанням математичних моделей.
Предметом вивчення дисципліни є стан антропогенних та урбанізованих ландшафтів, їх відновлення за допомогою сучасних засобів, а також прогнозування можливості забруднення ґрунтових вод під впливом забруднюючих речовин, що знаходяться в антропогенне навантажених ландшафтах.
Суттєвою рисою ландшафтної екології є центрованість на проблему взаємодії людини з природними системами. Значна частина ландшафтних екологів взагалі вважають свою науку як основу регламентації раціональної з екологічного погляду поведінки людини в ландшафті. Центральні проблеми ландшафтної екології (стійкість геосистем, прогнозування, нормування антропогенних навантажень тощо) мають безпосередню прикладну спрямованість.
В даній курсовій роботі була розглянута оцінка ступеня захищеності атмосферних опадів та прогноз впливу забруднених атмосферних опадів на якість ґрунтових вод, забруднення підземних вод в результаті зміни ландшафтів.
1 ПРОГНОЗ ВПЛИВУ ЗАБРУДНЕНИХ ОПАДІВ НА ЯКІСТЬ ГРУНТОВИХ ВОД
1.1 Умови впливу забруднених атмосферних опадів на склад ґрунтових вод
Забруднення ґрунтових вод (ГВ) в умовах техногенного впливу на оточуюче природне середовище тісно пов’язане з забрудненням атмосфери, поверхневих вод та ґрунтів.
Наближена кількісна оцінка впливу на якість ГВ, забруднених атмосферними опадами, може бути виконана при таких припущеннях:
1.Забруднюючі речовини (ЗР) не взаємодіють з ґрунтами і не змінюються у процесі випадення та інфільтрації. Фактично, склад атмосферних опадів змінюється в межах атмосфери після проходження крізь рослини і ґрунти, але для наближеної оцінки і з урахуванням нейтральності ЗР типу хлоридів, нітратів, фенолів по відношенню до ґрунтів таке припущення можливе.
2. Випадання атмосферних опадів із ЗР відбувається в один або два періоди протягом року. Аналіз матеріалів по різним регіонам дозволяє стверджувати, що це не має істотного значення для накопичення ЗР в ГВ.
3. Вся кількість атмосферних опадів із ЗР, що випали, досягає дзеркала (рівня) ГВ. Це припущення практично прийняте для зон з надлишковим зволоженням і неглибоким заляганням ГВ.
Якщо привнесення тієї або іншої ЗР у ГВ обумовлене атмосферними опадами, що інфільтруються, то концентрація цієї ЗР буде коливатися до концентрації речовини в атмосферних опадах. Особливо швидко збільшується вміст у ГВ тих компонентів, які спершу в ГВ були відсутні. В зв’язку з цим під впливом атмосферного забруднення можуть накопичуватись у ґрунтових водах пестициди, хром, феноли, синтетичні поверхнево-активні речовини (СПАР) та інші, не властиві для них інгредієнти. Можливо, що з атмосферними опадами пов’язана поява у ГВ техногенних ЗР при відсутності явних джерел забруднення поверхні землі. Процес змінення якості ГВ може бути дуже тривалим (до 20 – 50 років і більше).
Враховуючи можливість забруднення атмосферних опадів на значній площі, обумовлене ними забруднення ГВ може носити регіональний характер (до граничне забруднення, або початковий ступінь над граничного забруднення), хоча інтенсивність змінення якості ГВ буде значно менше, ніж при наявності наземних техногенних джерел забруднення ГВ.
Проведення подібних досліджень доцільне на дослідно-виробничих полігонах, пристосованих до крупних промислових об’єктів, спільними зусиллями фахівців природоохоронних органів.
1.2 Принципи розрахунку змінення складу ґрунтових вод під впливом забруднюючих речовин у атмосферних опадах
При розрахунку вважається, що забруднені атмосферні опади випадають щороку після початку викиду ЗР у атмосферу: при цьому річна норма опадів і концентрація в них ЗР залишаються постійними. При розрахунку враховуються гідрогеологічні особливості горизонтів ГВ, в які інфільтруються забруднені атмосферні опади, а також швидкість руху ГВ в межах водонасиченних порід.
За умови, що забруднені атмосферні опади випадають один період часу на протязі року, відзначається така залежність [1]:
(1.1)
(1.2)
За умови, що забруднені атмосферні опади випадають два періоди часу протягом року, то після 1-го періоду випадення опадів у 1-му році залежність має той же вигляд, що і у формулі (1.1.):
(1.3)
Після другого періоду випадення забруднених опадів у першому році кількість ЗР у ГВ визначається за формулою:
(1.4)
Після першого періоду випадення забруднених опадів у другому році кількість ЗР у ГВ визначається за формулою:
(1.5)
Вміст ЗР у ГВ після другого періоду випадення опадів у другому році визначається за формулою (1.4), але замість значення підставляється значення . Аналогічно послідовно визначаються концентрації у наступні роки (і т.д. до вишукуваного року).
У вищенаведених формулах:
- концентрація ЗР у ГВ у перший рік після випадення забруднених атмосферних опадів (якщо опади випадають один період часу протягом року), мг/л;
- концентрація ЗР у ГВ у i
- рік випадення забруднених атмосферних опадів (якщо опади випадають один період часу протягом року) мг/л;
- концентрація ЗР у ГВ у попередній рік (i
-1), мг /л;
- концентрація ЗР в ГВ після 1-го періоду випадення забруднених опадів (якщо опади випадають два періоди часу протягом року),мг/л;
- концентрації ЗР в ГВ після 2-го періоду випадення забруднених опадів (якщо опади випадають два періоди часу протягом року), мг/л;
- концентрація ЗР в атмосферних (дощових) опадах, мг/л;
- концентрація ЗР в ґрунтових водах, мг/л;
n - пористість водоносних ґрунтів (порід), у частках одиниці;
V - швидкість фільтрації ГВ, м/добу;
L - довжина ділянки за напрямком природного руху ҐВ, в межах якого відбувається випадання забруднених атмосферних опадів, м;
m = r/M - відносна потужність шару атмосферних опадів, які інфільтруються до рівня ГВ;
r - шари атмосферних опадів, що просочилися до рівня ГВ(r=0,001hK), де h -річна норма атмосферних опадів у мм, а - коефіцієнт інфільтрації атмосферних опадів ( <1);
M – середня “товщина” горизонту ГВ, м;
'- відносна потужність шару забруднених атмосферних опадів, що просочилися, у перший період їх випадення;
- відносна потужність шару забруднених атмосферних опадів, що просочилися, у другий період їх випадення;
t
– період від кінця попереднього випадення опадів до початку наступного їх випадення ( опади з ЗР випадають один раз на рік), діб;
- час від кінця першого періоду випадення опадів в році до початку другого періоду випадення опадів цього ж року (опади випадають два періоди часу), діб;
- час від кінця другого періоду випадення опадів в році до початку першого періоду випадення опадів наступного року (опади випадають два періоди часу), діб.
1.2.1 Розрахунок зміни складу ґрунтових вод під впливом забруднюючих речовин у атмосферних опадах
Варіант 1
Забруднені атмосферні (дощові) опади випадають один період у рік. Вихідні дані для розрахунку такі: L=11000 м, V=0,02 м/добу, M=20 м, n=0,3, =0,8 мг/л, =0,4 мг/л, m=0,5; 0,05; 0,005, t=330 діб. Необхідно розрахувати концентрацію ЗР у ҐВ протягом семи років після випадення забруднених атмосферних опадів.
За формулою (1.1) визначається концентрація ЗР у ҐВ у перший рік після випадення опадів – :
С=(0,5*0,8+0,3*0,4)/(0,5+0,3)=0,65 мг/л;
С=(0,05*0,8+0,3*0,4)/(0,05+0,3)=0,457 мг/л;
С=(0,005*0,8+0,3*0,4)/(0,005+0,3)=0,407 мг/л.
Одержане значення С1
підставляємо до формули (1.2) замість Сі-1
і знаходимо концентрацію ЗР у другий рік після випадення забруднених опадів (С2
):
C={0,5*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,65+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,5+0,3)=0,744 мг/л;
С={0,05*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,457+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,05+0,3)=0,506 мг/л;
C={0,005*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,407+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,005+0,3)=0,413 мг/л.
C3
={0,5*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,744+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,5+0,3)=0,779 мг/л;
С3
={0,05*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,506+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,05+0,3)=0,548 мг/л;
C3
={0,005*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,413+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,005+0,3)=0,419 мг/л.
C4
={0,5*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,779+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,5+0,3)=0,792 мг/л;
С4
={0,05*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,548+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,05+0,3)=0,584 мг/л;
C4
={0,005*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,419+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,005+0,3)=0,425 мг/л.
C5
={0,5*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,792+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,5+0,3)=0,797 мг/л;
С5
={0,05*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,584+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,05+0,3)=0,615 мг/л;
C5
={0,005*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,425+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,005+0,3)=0,431 мг/л.
C6
={0,5*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,797+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,5+0,3)=0,799 мг/л;
С6
={0,05*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,615+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,05+0,3)=0,641 мг/л;
C6
={0,005*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,431+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,005+0,3)=0,437 мг/л.
C7
={0,5*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,799+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,5+0,3)=0,799 мг/л;
С7
={0,05*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,641+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,05+0,3)=0,663 мг/л;
C7
={0,005*0,8+(0,3-330*0,02/11000)*0,437+(330*0,02/11000)*0,4}/(0,005+0,3)=0,443 мг/л.
Результати розрахунків подані в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1 – Результати розрахунку зміни концентрації ЗР у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів
| № п.ч. | Концентрація | При m=0,5 | При m=0,05 | При m=0,005 | |||||
| Сі
у мг/л |
|||||||||
| 1 | С1
|
0,650 | 0,457 | 0,407 | |||||
| 2 | С2
|
0,744 | 0,506 | 0,413 | |||||
| 3 | С3
|
0,779 | 0,548 | 0,419 | |||||
| 4 | С4
|
0,792 | 0,584 | 0,425 | |||||
| 5 | С5
|
0,797 | 0,615 | 0,431 | |||||
| 6 | С6
|
0,799 | 0,641 | 0,437 | |||||
| 7 | С7
|
0,799 | 0,663 | 0,443 | |||||
Також отримані результати можна представити у вигляді діаграми (рисунок 1.1).
Рисунок 1.1 – Діаграма змінени концентрації ЗР у ГВ під впливом забруднених атмосферних опадів
Варіант 2
Забруднені атмосферні (дощові ) опади випадають два періоди на рік (початок першого періоду випадення опадів 1 квітня, їх тривалість 10 діб; початок другого періоду випадення опадів 1 жовтня, їх тривалість 20 діб). Вихідні дані для розрахунків такі: М=10 м, n=0,5, =0,8 мг/л, =0,2 мг/л, t’=175 доби, t’’
=164 діб, m’
=0,08, m’’
=0,11. Необхідно розрахувати концентрацію ЗР у ҐВ протягом семи років після випадання забруднених атмосферних опадів.
За формулою (1.3) визначаємо концентрацію ЗР у ҐВ у перший період часу після випадання опадів у першому році (С’
1
):
,
C1
’
=(0,08*0,8+0,2*0,5)/(0,08+0,5)=0,283 мг/л.
Після другого періоду випадання забруднених опадів у першому році кількість ЗР у ҐВ (С”
1
) визначається за формулою (1.4):
,
С”
1
=(0,11*0,8+(0,5-
175*0,02/11000)*0,283+(175*0,02/11000)*0,2)/(0,11+0,5)=0,376 мг/л.
Після першого періоду випадення забруднених опадів у другому році кількість ЗР у ҐВ (С2
’
) визначається за формулою (1.5):
,
C’
2
=(0,08*0,8+(0,5-164*0,02/11000)*0,376+(164*0,02/11000)*0,2)/(0,08+0,5)=0,434 мг/л.
С”
2
=(0,11*0,8+(0,5-
175*0,02/11000)*0,434+(175*0,02/11000)*0,2)/(0,11+0,5)=0,500 мг/л.
C’
3
=(0,08*0,8+(0,5-164*0,02/11000)*0,500+(164*0,02/11000)*0,2)/(0,08+0,5)=0,541 мг/л.
С”
3
=(0,11*0,8+(0,5-
175*0,02/11000)*0,541+(175*0,02/11000)*0,2)/(0,11+0,5)=0,588 мг/л.
C’
4
=(0,08*0,8+(0,5-164*0,02/11000)*0,588+(164*0,02/11000)*0,2)/(0,08+0,5)=0,617 мг/л.
С”
4
=(0,11*0,8+(0,5-
175*0,02/11000)*0,617+(175*0,02/11000)*0,2)/(0,11+0,5)=0,650 мг/л.
’
5
=(0,08*0,8+(0,5-164*0,02/11000)*0,650+(164*0,02/11000)*0,2)/(0,08+0,5)=0,670 мг/л.
С”
5
=(0,11*0,8+(0,5-
175*0,02/11000)*0,670+(175*0,02/11000)*0,2)/(0,11+0,5)=0,693 мг/л.
C’
6
=(0,08*0,8+(0,5-164*0,02/11000)*0,693+(164*0,02/11000)*0,2)/(0,08+0,5)=0,708 мг/л.
С”
6
=(0,11*0,8+(0,5-
175*0,02/11000)*0,708+(175*0,02/11000)*0,2)/(0,11+0,5)=0,724 мг/л.
C’
7
=(0,08*0,8+(0,5-164*0,02/11000)*0,724+(164*0,02/11000)*0,2)/(0,08+0,5)=0,734 мг/л.
С”
7
=(0,11*0,8+(0,5-
175*0,02/11000)*0,734+(175*0,02/11000)*0,2)/(0,11+0,5)=0,746 мг/л.
Результати розрахунків подані в таблиці 1.2.
Таблиця 1.2 – Результати розрахунку зміни концентрації ЗР у ҐВ під впливом забруднених атмосферних опадів
| № п.ч. | Концентрація | При m'=0,08 | При m"=0,11 |
| Сі
у мг/л |
|||
| 1 | С1
|
0,283 | 0,376 |
| 2 | С2
|
0,434 | 0,500 |
| 3 | С3
|
0,541 | 0,588 |
| 4 | С4
|
0,617 | 0,650 |
| 5 | С5
|
0,670 | 0,693 |
| 6 | С6
|
0,708 | 0,724 |
| 7 | С7
|
0,734 | 0,746 |
Рисунок 1.2 - Діаграма змінени концентрації ЗР у ГВ під впливом забруднених атмосферних опадів
Отримані данні можна представити у вигляді діаграми (рисунок 1.2).
Результати розрахунків, що подані у таблицях, дозволяють зробити деякі висновки щодо впливу забруднених опадів на якість ГВ. При значенні m=0,5 вже на сьомий рік після випадення забруднених опадів концентрація ЗР у ГВ і атмосферних опадах майже не змінилося, тобто ГВ перенасичені ЗР, що інфільтруються разом з атмосферними опадами за порівняно невеликий відрізок часу. Зі зменшенням частки забруднених атмосферних опадів, що інфільтруються (m=0,05), концентрація ЗР у ГВ через сім років досягне лише 0,663 мг/л, а при ще меншій частці забруднених атмосферних опадів, що інфільтруються (m=0,005), концентрація ЗР у ГВ через сім років досягне всього 0,443 мг/л.
Якщо принесення тієї або іншої ЗР у ГВ обумовлене атмосферними опадами, то концентрація цієї речовини у ГВ буде наближатися до концентрації в атмосферних опадах. Тому під впливом забруднених атмосферних опадів при їх постійному випаданні у ГВ накопичуються невластиві їм речовини (СПАР, отрутохімікати, феноли та інше).
2. ОЦІНКА СТУПЕНЯ ЗАХИЩЕНОСТІ ГРУНТОВИХ ВОД ВІД АНТРОПОГЕННОГО ЗАБРУДНЕННЯ
При різних видах антропогенної діяльності відбувається забруднення вод зони аерації (води родючого ґрунту й верховодка) та підгрунтових вод (ґрунтових вод – ГВ). У зв’язку з цим при проектуванні різних інженерних споруд виникає необхідність прогнозування їх можливого впливу на природний стан ГВ, що багато у чому визначається ступенем їх ізольованості від даної поверхні.
2.1 Кількісна оцінка захищеності ґрунтових вод
В основу кількісної оцінки захищеності ГВ від забруднення фільтратом покладене визначення часу(t), за який забруднена вода, що фільтрується з поверхні землі (днища полігону), досягає рівня ГВ. Наближена оцінка величини t може бути виконана за відомою формулою Цункера, яку у спрощеному вигляді для умов однорідного розрізу записують у такому вигляді:
t= (sH/Kф
) [m/H-ln (1+m/H)], (2.1)
де Н – висота стовпа забруднених (стічних) вод у межах полігону, м,
Кф
– коефіцієнт фільтрації порід зони аерації, м/добу;
m – потужність порід зони аерації,м;
S – нестача насичення порід зони аерації (s=n-nе
, де n – пористість, nе
– початкова вологість порід зони аерації; оскільки nе
звичайно не відома, то при розрахунку замість неї можна використати значення n,тобто формулу (2.1) можна записати у вигляді:
t= (nH/Kф
) [m/H-ln (l+m/H)].(2.2)
Розрахунки за формулами (2.1) та (2.2) показують, що час проникнення стоків до ґрунтових вод істотно залежить від значення Кф
, але в цілому цей час невеликий. Так, при Кф
більше 0,5 м/добу час руху стоків не перевищує декількох діб навіть при відносно великій потужності зони аерації (m>10 м); при Кф
менше 0,5 м/добу час фільтрації збільшується до декількох діб; при Кф
менше 0,01 м/добу і m більше 20 м – час фільтрації досягає перших сотень діб.
При двошаровій будові зони аерації з малопроникним верхнім шаром (водоупором) час фільтрації стоків (фільтрату) до рівня ГВ складається із часу руху у верхньому (t1
) та нижньому шарах (t2
). Час t1
визначається за формулами (2.1) та (2.2) підстановкою в них параметрів К1
, m1
для верхнього шару, а час t2
визначається за формулою (2.3):
t = n2
H/Kф2
[m2
/H – [1 – m1
/H (Kф2
/Kф1
– 1)] ln (1+m2
/H+m1
)], (2.3)
де n2
, m2
, K2
– відповідно пористість, потужність і коефіцієнт фільтрації нижнього, відносно добре проникного шару.
Аналіз показав, що при К1
/К2
менше за 0,1 часу стоків у двошаровому розрізі, в основному визначається часом руху через верхній, слабкопроникний шар. У випадку неоднорідності будови відкладень зони аерації можливий другий наближений підхід: приведення неоднорідного розрізу до однорідного з середнім коефіцієнтом фільтрації, запропонованим Бочетвером:
Кср
= m/(m1
/Kф1
+m2
/Kф2
+…+m1
/Kф2
), (2.4)
де m1,
m2
, …mi
– потужності окремих шарів, м;
Кф1
, Кф2
,..., Кфі
– коефіцієнти фільтрації цих же шарів, м/добу;
m – потужність зони аерації, м.
При фільтрації з поверхні землі стічних вод, що скидаються з постійною витратою Q у приймач площею F, можуть бути два випадки. Якщо q<Kф
, де Кф
– коефіцієнт фільтрації порід зони аерації у випадку однорідного розрізу, q = Q/F, то стічні води, які потрапляють на поверхню землі повністю підуть на інфільтрацію, не утворивши на поверхні стовпа води (Н=0). В такому випадку час досягнення стічними водами рівня ГВ може бути визначений за формулою:
t=, (2.5)
Якщо ж q>Kф
, то на поверхні землі утворюється стовп стічних вод, що змінюєтьс
t =, (2.6)
Якщо розріз неоднорідний і складається із декількох шарів з різними фільтраційними властивостями, то час фільтрації можна оцінити таким чином. Якщо Кф
кожного шару більший q, то неоднорідний розріз приводиться до однорідного за допомогою формули (2.4) й розрахунок величин t виконується за формулою (2.5) при підстановці в неї замість Кф
значення Кф(ср)
Так саме чинять, якщо Кф
кожного шару менший q, але тільки у цьому випадку величину t розраховують за формулою (2.6). Нарешті, якщо для одних шарів Кф
>q, але для інших Кф
<q, то величина t визначається для кожного шару: для шарів з Кф
>q за формулою (3.5), а для шарів з Кф
<q за формулою (2.6), але одержані значення підсумовуються.
Для розрахунку часу фільтрації за формулами (2.5), і (2.6) як розрахункове значення q приймається 0,03 м/добу. За даними скид стічних вод складає: на комунальні поля зрошення 10-30, на землеробські поля зрошення не більше 5-20 і на поля фільтрації 100-300 м3
/(га.доб.). У відповідності з цими даними, приймаючи Q=300 м3
/доб, F=1 га =10 000 м2
, маємо q=0,03 м/доб.
За часом досягнення рівня ГВ виділяються такі категорії захищеності ґрунтових вод:
І-t<10, ІІ-t=10-50; ІІІ-t=50-100; ІV-t=100-200; V-t=200-400 й VІ-t>400 діб. Чим вища категорія, тим краще природна захищеність ГВ від техногенного забруднення.
2.1.1 Розрахунок кількісної оцінки захищеності ҐВ
Варіант 1
Джерелом забруднення є накопичувач рідких відходів металургійного підприємства. Висота стовпа промислових стоків у накопичувачі (H) складає 1,8 м. Породи зони аерації мають наступні усереднені характеристики: потужність m=1 м, пористість n=15 %, Кф
=0,012 м/добу. Дати кількісну оцінку часу фільтрації з накопичувача рідких відходів металургійного підприємства.
Для кількісної оцінки часу фільтрації з накопичувача рідких відходів може бути використана формула (2.2):
t=(n·H/Kф
) [m/H-ln(1+m/H)
],
(0,15*1,8/0,012)[1/1,8-ln*(1+1/1,8)]=2,7 доби.
Таке значення t відповідає низькому рівню (І категорії) захищеності ҐВ, що дозволяє припускати високий негативний вплив СВ, накопичених в приймачі рідких відходів.
Варіант 2
Джерелом забруднення є накопичувач рідких відходів металургійного підприємства. СВ скидаються на поверхню землі та практично повністю витрачаються на інфільтрацію, не утворюючи стовпа рідини. Породи зони аерації мають наступні усереднені характеристики: потужність m=1 м, пористість n=15 %, Кф
=0,012 м/добу. Дати кількісну оцінку часу фільтрації накопичувача рідких відходів металургійного підприємства.
В цьому випадку розрахунок часу досягнення рівня ҐВ визначається формулою (2.5):
,
=0,0033 доби .
Таке значення t відповідає дуже низькому рівню (І категорії) захищеності ҐВ, що дозволяє припускати величезний негативний вплив СВ, накопичених в приймачі рідких відходів.
2.2 Якісна оцінка захищеності ґрунтових вод
Якісна оцінка природних ґрунтових вод дається за такими показниками.
1) глибина залягання ґрунтових або потужність зони аерації;
2) будова й літологічні особливості порід зони аерації;
3) потужності слабкопроникнених порід у розрізі зони аерації;
4) фільтраційні властивості порід зони аерації і перш за все слабопроникнених різностей.
Найменше захищеними є ґрунтові води в умовах , коли зона аерації представлена добре проникне ними відкладеннями і у їх розрізі відсутні слабкопроникнені літологічні різності. Збільшення глибини залягання ГВ хоча й покращує їх захищеність, але вплив цього фактору менше істотний, ніж наявність водоупорних порід у розрізі зони аерації.
Якісна оцінка природної захищеності ґрунтових вод може бути виконана на основі визначення категорій захищеності ґрунтових вод I,II,III,IV,V,VI у балах. Більш високим категоріям відповідає більша сума балів – сумарний показник захищеності ґрунтових вод.
Як вихідна оцінка для оцінки балів прийняте визначення за формулою (2.2) часу фільтрації її крізь зону аерації, складену з добре проникнених порід (Кф
=2 м/добу) потужністю 10 м. Час фільтрації t1
крізь зону аерації потужністю 20 м, яка складена такими породами, приблизно вдвоє більший (t2
=2t1
); крізь зону аерації потужністю 20 м утроє більший (t3
=3ti
) тощо.
Звичайно зона аерації (глибина залягання ГВ) коливається від 3 до 30 м, рідко перевищуючі 40 – 50 м. Тому виділяються 5 градацій глибин залягання: до 10, 10 – 20, 20-30, 30-40, більш 40 м. Першій градації з мінімальною (до 10 м) глибиною залягання рівня ґрунтових вод, час фільтрації для якої дорівнює t1
, відповідає 1 бал ; другий – 2 бали, третій – 3 бали , четвертій – 4 бали, п’ятій (більш ніж 40 м) – 5 балів (таблиця 2.1).
Таблиця 2.1 – Градації глибин залягання рівней ґрунтових вод та кількість балів, яка їм відповідає
| Номер градації | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Глибина ,м | <10 | 10-20 | 20-30 | 30-40 | >40 |
Потужність слабопроникнених порід зони аерації поділяється на 11 градацій (до 2, 2-4, 4-6 ... понад 20 м) а серед них за літологічними та фільтраційними особливостями виділяються 3 групи: а – супіски , легкі суглинки з Кф
= 0.1- 0.01 м/ добу; - важкі суглинки й глини з Кф
менш 0.001м/ добу; в – проміжна між а та с – суміш порід з значеннями Кф
=0.01-0.001 м/ добу (таблиця 2.2).
Таблиця 2.2 – Градації потужностей слабопроникних порід зони аерації та кількість балів,яка їм відповідає
| Номер градації | Потужність відкладень , м | Група відкладень | ||
| a | в | c | ||
| 1 | <2 | 1 | 1 | 2 |
| 2 | 2-4 | 2 | 3 | 4 |
| 3 | 4-6 | 3 | 4 | 6 |
| 4 | 6-8 | 4 | 6 | 8 |
| 5 | 8-10 | 5 | 7 | 10 |
| 6 | 10-12 | 6 | 9 | 12 |
| 7 | 12-14 | 7 | 10 | 14 |
| 8 | 14-16 | 8 | 12 | 16 |
| 9 | 16-18 | 9 | 13 | 18 |
| 10 | 18-20 | 10 | 15 | 20 |
| 11 | >20 | 12 | 18 | 25 |
Примітка: а – супіски, легкі суглинки, с – важкі суглинки, глини; в – суміш порід груп а та с.
Сума балів, що залежить градації глибин, залягання ґрунтових вод, потужності слабопроникнених порід та їх літології, визначають захищеностю ГВ, яку виражено показником захищеності (ПЗ). За значенням ПЗ виділяється 6 категорій захищеності ґрунтових вод (таблиця 2.3).
Таблиця 2.3 – Категорії захищеності ґрунтових вод ( за ПЗ )
| Категорії захищеності | I | II | III | IV | V | VI |
| Показник захищеності (за ПЗ) | <5 | 5-10 | 10-15 | 15-20 | 20-25 | >25 |
2.2.1 Розрахунок якісної оцінки захищеності ґрунтових вод
В межах ділянки зона аерації представлена піском мілкозернистим (середня потужність 7,5 м), супісками (середня потужність 12 м) та легкими суглинками (середня потужність 15 м), а водоносний горизонт (середньої потужності 16,5 м) складений середньозернистими пісками. Мінімальна глибина залягання ҐВ визначається для грудня-лютого (час випадення мінімальної кількості опадів) і складає у середньому 12,75 м.
Таблиця 2.3 – Вихідні дані для завдання
| № п.ч. | Літологічний склад зони аерації | Потужність, м | Коефіцієнт фільтрації, м/добу | Пористість, в частках од. | ||||
| 1 | Пісок мілкозернистий | 0-2 | 0,009 | 0,25 | ||||
| 2 | Супісок | 2-4 | 0,12 | 0,35 | ||||
| 3 | Суглинок легкий | 4-8 | 0,005 | 0,28 | ||||
| 4 | Пісок мілкозернистий | 8-12 | 1,11 | 0,40 | ||||
| 5 | Суглинок легкий | 12-14 | 0,006 | 0,25 | ||||
| 6 | Супісок | 14-16 | 0,20 | 0,40 | ||||
| 7 | Пісок середньозернистий | 16-17 | 2,5 | 0,47 | ||||
Згідно з таблицею 2.1 глибина залягання ҐВ відповідає другій градації (10-20 м), тобто відповідає 2 балам. За літологічними особливостями зони аерації (група а – таблиця 2.2) набирає ще 9 балів. Отже, сума складає 11 балів, що відповідає значенню ПЗ, відповідному III категорії. Така природна захищеність близька до помірної, вона дозволяє припускати можливість незначного техногенного впливу на ҐВ, що залягають в умовах досліджуваної ділянки.
3. ЗАБРУДНЕННЯ ПІДЗЕМНИХ ВОД В РЕЗУЛЬТАТІ ЗМІНИ ЛАНДШАФТІВ
1.Забруднення підземних вод в результаті антропогенної зміни ландшафтів. Накопичувачі рідких відходів.
2.Стадії забруднення підземних вод.
3.Потужність шарів водоносних обріїв – фактор, що регламентує місткість забруднюючих речовин у промислових накопичувачах відходів.
Серед техногенних джерел, що ведуть до зміни ландшафтів, особливу небезпеку представляють поверхневі наземні ємності, призначені для нагромадження і складування рідких і твердих відходів.
Пристосовані вони до природних і штучних поглиблень рельєфу й обваловані (обнесені) дамбами.
Приймачі відходів входять у систему промислової каналізації підприємств хімічної, металургійної, гірничодобувної, нафтохімічної, целюлозно-паперової, фармацевтичної й інших промислових галузей.
Як приймачі рідких відходів часто розглядаються поля фільтрації і поля зрошення стічними водами.
1. Ставки - накопичувачі, випарювачі, буферні ставки. Служать для скидання в них і нагромадження з наступним частковим скиданням у водотоки (накопичувачі).
Якщо зі ставка йде постійне скидання у ріку чи водойму транзитом, то ставок називають буферним.
Площі їх складають від n*
1 км2
до n*
10 км2
. Глибина може складати від 3 до 40 м. Термін заповнення – 15 – 20 років. На днищах – рідкі слабопроникні екрани.
2. “Білі моря” - для складування рідких і твердих відходів (пульпи) содових і содово-цементних заводів (на поверхні утвориться біла кірка від солей хлоридів з мінералізацією 150–200г/л). Пульпа накопичується близько 10-12 місяців, а скидання продовжується 1-2 місяця. Днище екранується глинистими породами товщиною до 40 див і обваловується. Розташовують на терасах (площа n*
104
км2
).
3. Хвостосховища. Можуть бути рівнинні, ярово – балкові. Тверда частина осідає, а прояснена рідка частина йде в оборотне водопостачання. При розтіканні пульпи утворяться хвости (осідання твердих часток: великі – середні – маленькі). Можуть займати кілька км2
.
Склад стічних вод може бути в залежності від виробництва (рудо-збагачуючі комбінати: НCl, H2
SO4
, цинковий і мідний купорос, феноли).
4. Шлаконагромадження (шлакосховища) – великі земляні спорудження, що займають значні площі, глибиною до 50 м і терміном експлуатації більш 25 років. Служить для прийняття твердих відходів металургійної промисловості – шламів, що подаються гідравлічним способом. Разом зі шламом подається багато стічних вод, що освітлюються, прохолоджують і перемішуються.
Шлам – суспензія дрібних (до 10 – 40 мм) часток у воді; порошки й осадки, що утворяться вчасно електролізу Cu, Zn і т.д.
5. Поля зрошення. Служать для очищення стічних вод фільтрацією й одночасно утилізацією шляхом зрошення і вирощування с/г культур. На комунальних полях зрошення – очищення, на землепашних – очищення значення не має, використовуються стічні води.
6. Поля фільтрації. Тільки на піщаних ґрунтах. Для очищення стічних вод навантаження складає 80 – 300 м3
на га в добу.
7. Полігони твердих побутових відходів. Утворюються фільтрати , що забруднюють підземні води.
8. Золовідвали (шламовідвали) – займають великі площі земляних ємностей, де складуються відходи від електростанцій; характерним елементом є Са. У великих кількостях у них : Si , Al2
O3
, Fe2
O3
.
Процеси забруднення підземних вод відбуваються в 3 стадії:
1. прохідна фільтрація зі сховища РВ (приймача відходів ). СВ інфільтруються крізь зону аерації, у результаті чого на поверхні ґрунтових вод починається процес утворення “ бугра” забруднених вод. Вільна фільтрація продовжується доти, поки потік зі сховища відходів не зімкнеться з обрієм підземних вод. Тривалість вільної фільтрації близько 1-2 років. Разом з ростом “бугра” забруднених вод відбувається їхнє розтікання по обрії ґрунтових вод;
2. змішування змінених із ґрунтовими;
3. рух забруднених вод і розподіл забруднюючих речовин по водоносному обрії. У цей час відбувається формування ділянки забруднення водоносного обрію.
Формування зони забруднення підземних вод – це складні гідродинамічні і фізико – хімічні процеси , що залежать від багатьох факторів.
3.1 Регламентація місткості забруднюючих речовин у промислових накопичувачах
Стічні води, що фільтруються з накопичувача, забруднюють у першу чергу, верхню частину водоносного обрію, потом забруднення поширюється в глибину. У малопотужних обріях забруднюється весь обрій, а в обріях значної потужності - верхня і середня частини. Тому приймається , що змішування стічних вод, що фільтруються з накопичувачів у підземні води, відбувається цілком при потужності шару менш 20 м; на 80 % при 20- 40 м; на 70 % при потужності шару більш 40 м.
Відстань у м (хо
), що проходять забруднені води протягом року (365 днів) униз по потоці підземних вод.
, (3.1)
де Кф
– коефіцієнт фільтрації ,м/добу;
і - гідравлічний ухил;
n- пористість ґрунтів.
Якщо відома відстань (L) від краю полігона до ріки, у яку розподіляються ґрунтові води, то можна визначити, через скількох років забруднення досягає ріки
(3.2)
Відстань розподілу забруднюючих речовин нагору по потоці приблизно можна прийняти рівним 100 м, а в бічні сторони 20-200 м , тобто границя розподілу забруднюючих речовин по потоці обмежується нагору за течією і з боків і не обмежується вниз по потоці ґрунтових вод.
Граничний зміст токсичних речовин у промислових рідких відходах у накопичувачі розраховується по формулі
, (3.3)
де Сr
– гранична місткість токсичні речовини в промислових рідких відходах у накопичувачі, мг/л;
Смах
– максимальна задана концентрація токсичної речовини в підземних водах під нагромаджувачем (10 ГДК ), мг/л;
Со
–кількість токсичної речовини в ґрунтових водах у природних умовах, мг/л;
m– потужність водоносного обрію, м;
Кm
- безрозмірний коефіцієнт, що відображає процес змішування стічних вод з підземними в залежності від потужності водоносного обрію;
L – довжина блоку накопичувача, м;
n– пористість водоносних порід;
W– річний обсяг стічних вод, що скидаються в нагромаджувач, м3
;
0,2W– річний обсяг стічних вод, що фільтрується з накопичувача, м3
.
Х0
= 365*і*Кф
,
де Кф
– коефіцієнт фільтрації водоносних порід, м/добу;
і– гідравлічний ухил.
Т = tе
+5 – розрахунковий час, по закінченні якого концентрація токсичної речовини в підземних водах не повинна перевищувати значення Сmax
tе
– час експлуатації накопичувача (15 – 20 рокiв).
5 – середня кількість років інфільтрації стічних вод після припинення чи експлуатації скидання в сховище рідких відходів.
Якщо =0, чи якщо зміст забруднюючої речовини в природних умовах дуже маленький, то формула (3.3) буде мати вид:
Для визначення абсолютно припустимої маси токсичної забруднюючої речовини в накопичувачі
, (3.4)
де G – маса токсичної речовини в накопичувачі, кг;
- граничний вміст токсичної речовини в промислових рідких відходах, мг/л;
W – річний обсяг стічних вод, що скидаються в накопичувач, м3
.
3.1.1 Розрахунок місткості забруднюючих речовин у промислових накопичувачах
Розрахувати Сr
та G токсичної речовини (Pb) у промислових рідких відходах у накопичувачі при наступних вихідних даних: ГДК (Pb) = 0,03 мг/дм3
(ГОСТ 2874-82); Сmax
=10·ГДК=0,3 мг/дм3
; L=550 м; W=5*105
м3
; te
=15 років; m=20 м; Кm
=1; n=0,1; КФ
=10 м/добу; і=0,001; С0
=0,001 мг/дм3
(мг/л).
Відстань, що проходять забруднені води протягом року (365 днів) вниз за потоком підземних вод визначається за формулою (3.1):
x0
=365·і·Кф
,
x0
=365*0,001*10=3,65 м/рік
Розрахунковий час, по закінченні якого концентрація токсичної речовини в підземних водах не повинна перевищувати значення Сmax
:
Т=tе
+5,
Т=15+5=20 років
Величина Сr
визначається за формулою (3.3):
,
{0,3(1*20*(550)2
0,1+0,2*5*105
)-1*20*550[3,65*0,001+
+(550*0,1-3,65)(0,3-0,001)}/(1-1/20)]}/0,2*5*105
=0,51мг/л.
,
0,51*5*105
/103
=255 кг
У цьому випадку гранична концентрація Pb, скинутого з рідкими відходами у накопичувач не повинна перевищувати 0,51 мг/дм; а маса токсичної ЗР в накопичувачі не повинна бути більше за 255 кг.
ВИСНОВКИ
В першому розділі курсової роботи ми оцінювали вплив забруднених опадів на якість ГВ. Результати розрахунків, дозволяють зробити деякі висновки щодо впливу забруднених опадів на якість ГВ. При значенні m=0,5 вже на сьомий рік після випадення забруднених опадів концентрація ЗР у ГВ і атмосферних опадах майже не змінилося, тобто ГВ перенасичені ЗР, що інфільтруються разом з атмосферними опадами за порівняно невеликий відрізок часу. Зі зменшенням частки забруднених атмосферних опадів, що інфільтруються (m=0,05), концентрація ЗР у ГВ через сім років досягне лише 0,663 мг/л, а при ще меншій частці забруднених атмосферних опадів, що інфільтруються (m=0,005), концентрація ЗР у ГВ через сім років досягне всього 0,443 мг/л.
В другому розділі курсової роботи булла визначена кількісна та якісна оцінка ступеня захищеності ГВ. Така природна захищеність близька до помірної, вона дозволяє припускати можливість незначного техногенного впливу на ҐВ, що залягають в умовах досліджуваної ділянки.
В третьому розділі курсової роботи ми розраховували граничний вміст токсичної речовини в промислових рідких відходах та масу токсичної речовини в промисловому накопичувачі. Отримані результати дають змогу зробити висновок, що гранична концентрація Pb, скинутого з рідкими відходами у накопичувач не повинна перевищувати 0,51 мг/дм; а маса токсичної ЗР в накопичувачі не повинна бути більше за 255 кг.
РЕКОМЕНДАЦІЇ
Відновлення порушених земель здійснюють в два етапи - гірничотехнічний і біологічний.
На етапі гірничотехнічної рекультивації здійснюється підготовка території для освоєння. При цьому планують відвали, укосам додають форми, що забезпечують їх використання, повернення пустої породи у відпрацьовані шахти.
На етапі біологічної рекультивації здійснюють заходи щодо відновлення родючості ґрунтів, шляхом посадки рослинності, нанесення шару родючого ґрунту, знятого раніше з площ відведених під забудову.
Протиерозійні гідротехнічні заходи, ті що задержують воду - це будівництво валів-канав, валів-терас, перепадів, загат, засипка ярів, регулювання русел рік; лісомеліоративні: залісення і залуження схилів.
ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ
1.Гольдберг В.М. Взаимосвязь загрязнения подземных вод природной среды - Л.: Гидрометеоиздат , 1987.-248 с.
2.Казенов С.М., Арбузов А.И., Ковалевский Ю.В. Воздействие объектов нефтепродуктообеспечения на геологическую среду.- Л.: Химия, 1987. – 120с.
3.Бетелев Н.П. Методы определения загрязнения грунтов углеводородами. – Обнинск, 1985. – 60с.
4.Журавлева М.Г. и др. Промышленные выбросы как источник загрязнения окружающей среды химическими элементами. - В кн.: Геохимия ландшафтов.- Ростов - на- Дону, 1982.-С.12-14.
5.Маханько Е.П. и др. Содержание тяжелых металлов растворимых осадками в формах в выпадениях зависимости от расстояния от источника загрязнения. – В кн.: Миграция загрязняющих веществ в почвах и сопредельных средах. – Обнинск, 1979. – С. 53-58.