Ландшафтна екологія (стр. 3 из 5)
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 = n2H/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 змінюється у часі Н=f(t), і час фільтрації до рівня ГВ може бути визначений за формулою:
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):
(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.