Региональная оценка ресурсов подземный вод и их защищенности от загрязнения на Равнине Пинг-Тонг, Тайвань :



  • Название:
  • Региональная оценка ресурсов подземный вод и их защищенности от загрязнения на Равнине Пинг-Тонг, Тайвань
  • Кол-во страниц:
  • 112
  • ВУЗ:
  • МГИУ
  • Год защиты:
  • 2010
  • Краткое описание:
  • Введение_______________________ _______ ____ 1.

    Глава 1. Современные методы качественной оценки уязвимости подземных вод к загрязнению.

    1.1 Общие положения; основные понятия и определения оценки уязвимости подземных вод.________________________________________________________________5.

    1.2 Анализ методов оценки уязвимости подземных вод к загрязнению____________13.

    Глава 2. Природные условия Равнины Пинг-Тонг

    2.1 Физико-географические условия._______________________________________35.

    2.2 Основные водоносные горизонты.______________________________________42.

    Глава 3. Характеристики подземного стока и естественных ресурсов подземных

    3.1 Количественная оценка модулей и коэффициентов естественных ресурсов______46.

    3.2 Ориентировочная оценка водного баланса на территории Равнины Пинг-Тонг___58.

    Глава 4. Разработка комбинированной модели оценки уязвимости подземных вод и ее применения на территории Пинг-Тонг.

    4.1 Общее положение и специфика загрязнения нитратов_______________________74.

    4.2 Оценка уязвимости подземных вод по методу DRASTIC_____________________80

    4.3 Оценка времени проникновения ЗВ до уровня ГВ___________________________86

    4.4 Оценка уязвимости подземных вод по комбинированному методу____________101

    Заключение_________________________________________________________________.107

    Список использованной литературы_____________________________________________112
    Введение



    Введение

    Известно, что подземные воды играют большую роль в водообеспечении коммунального хозяйства. Чтобы с достаточной точностью оценить и определить перспективы использования подземных вод, необходимо проводить основательное гидрогеологическое исследование в интересующих нас районах. Это предполагает моделирование подземных потоков, питания и расходов в целом.

    На Тайване в настоящее время увеличивается потребность в изучении подземных вод, так как интенсивная их эксплуатация влияет на окружающую среду. Однако только в последнее время начались исследования по оценке подземных вод в региональном масштабе. В предполагаемой диссертации анализируется район «Равнина Пинг-Тонг», где недавно были проведены исследования для определения перспектив управления подземными водами. В этих исследованиях проводились расчеты питания подземных вод с использованием методов баланса почвенной влагоемкости и массо-равновесия хлорида, с учетом различных элементов уравнения водного баланса. Кроме того, учитываются фильтрации из искусственных водоемов.

    В данной диссертации проведен всесторонний анализ распространения подземных вод и стоков в районе исследуемой территории с помощью методов, разработанных в России. Эти методы делятся на четыре основные группы: гидродинамические, балансовые, гидрометрические, аналоговые. Причем каждый из них дополняет друг друга. Помимо этого, рассматривается уязвимость подземных вод к загрязнению в региональных масштабах. Таким образом, достигается практическое сравнение настоящих методов оценки с существующими. Важнейшие задачи, которые должны быть решены - это исследование интенсивности испарения и искусственного питания подземных вод от орошения.

    В результате исследования предполагается усовершенствование методики региональной оценки естественных ресурсов и защищенности подземных вод

    применительно к гидрогеологическим и геологическим условиям Равнины Пинг-Тонг, и выявление участков, перспективных для проведения поисково-разведочных работ.

    Цель и задачи работы. Целью данной работы является оценка защищенности грунтовых вод Равнины Пинг-Тонг от загрязнения.

    Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:

    1. Охарактеризовать природные условия формирования ресурсов подземных вод.

    2. Изучить природные факторы защищенности грунтовых вод Равнины Пинг-Тонг.

    3. Усовершенствовать методику оценки уязвимости подземных вод применительно к природным условиям Равнины Пинг-Тонг.

    4. Провести качественную и количественную оценку уязвимости подземных вод на Равнине Пинг-Тонг.

    5. Выделить районы, перспективные для использования подземных вод с точки зрения обеспеченности ресурсами и защищенности от загрязнения.

    Фактический материал и методика исследования.

    В основу данной работы положены результаты исследований совместного Тайваньско-российского проекта «Карты ресурсов подземных вод Тайваня». При выполнении работы использовались геологические и гидрогеологические данные, собранные Гидравлической Лабораторией Тайнана - Университет Ченг-гонг. Данные по геологическим разрезам получены по результатам проекта «Сеть мониторинга подземных вод». Основным объектом исследований были грунтовые воды водоносного горизонта Равнины Пинг-Тонг, сложенного песчаниками и гравием.

    В работе также использованы литературные данные.

    Методика обработки и интерпретации информации основана на анализе и использовании существующих методов оценки уязвимости подземных вод к загрязнению. Фактический материал обработан автором, в результате чего проведена оценка уязвимости подземных вод к загрязнению и построены карты защищенности подземных вод Равнины

    2

    Пинг-Тонг.

    Научная новизна работы.

    1. Проведена оценка уязвимости подземных вод к загрязнению различными методами; выполнены анализ достоинств и недостатков этих методов для региональных оценок.

    2. Предложен новый способ оценки влияния зоны аэрации, и ее учет при оценке уязвимости методом DRASTIC.

    3. Обоснован комбинированный подход к оценке уязвимости, основанный на семи факторах DRASTIC.

    4. Выявлены особенности природной защищенности подземных вод Равнины Пинг-Тонг в зависимости от характеристик природных условий.

    Практическая значимость работы.

    Результаты выполненных исследований могут быть использованы для:

    - рационального выбора безопасных мест для размещения водозаборных сооружений;

    - обоснования планов размещения и развития крупных промышленных проектов по захоронению опасных отходов;

    - обоснования базы данных для будущих исследований;

    - гидрогеологического обоснования различных водоохранных мероприятий.

    Защищаемые положения.

    1. Метод оценки уязвимости подземных вод к загрязнению, применительно к исследуемой территории.

    2. Выявление преимуществ и ограничений существующих методов региональной оценки защищенности подземных вод от загрязнения.

    3. Количественная оценка времени проникновения загрязняющих веществ в

    3

    подземные воды Равнины Пинг-Тонг

    4. Рекомендации по учету защищенности подземных вод от загрязнения при обосновании водозаборных мероприятий и оценке перспектив использования подземных вод Равнины Пинг-Тонг.

    Апробация работы

    Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах Института водных проблем РАН, на семинарах Гидравлической лаборатории Тайнана (на Тайване) и на следующих конференциях: Groundwater Vulnerability Assessment and Mapping (Ustron, Poland 2004), Экватек 2004 (Москва, 2004).

    По теме диссертации опубликованы 3 работы.

    Структура работы

    Диссертация содержит 118 страниц текста, состоит из введения, 4-х глав, заключения и выключает 14 таблиц, 37 рисунков и список литературы, состоящий из 103 наименований.

    Автор выражает глубокую благодарность своему научному руководителю доктору геол-минер. наук, профессору И.С. Зекцер и консультанту профессору М.С. Wu за большую повседневную помощь в работе. Считаю своим приятным долгом поблагодарить проф. Р.Г. Джамалова, проф. А.П. Белоусову, к.т.н. Л.П. Новоселову за оказанные консультации и помощь. Благодарю также весь коллектив Лаборатории региональных гидрогеологических проблем и Лаборатории гидрогеологических проблем охраны окружающей среды за консультации, чуткое и дружеское ко мне отношение.

    Особенно благодарю своих родителей за помощь и поддержку.

    Глава 1. Современные методы качественной оценки уязвимости подземных вод к загрязнению

    1.1 Общие положения; основные понятия и определения оценки уязвимости подземных вод

    Несмотря на то, что понятие «загрязнение» уже давно появилось в словарях, этот термин только в последнее время широко внедряется в нашем сознании. Развитие промышленности в 19-ом веке и экспоненциальный рост населения в 20-ом веке повлияли на процесс урбанизации. Это послужило началу проведения исследований по изучению источников загрязнения. Одним из носителей многих болезней является загрязненная вода. Еще в 1849 г. Джон Сноу, лондонский врач, написал статью, в которой утверждалось, что лондонская эпидемия холеры распространилась через подземные воды из единой коммунальной скважины. Итак, специалисты начали изучать проблему загрязнения воды. Это оказалось особенно важно после второй мировой войны, когда разработали бесчисленные новые химические растворы.

    В области гидрогеологии, в настоящий момент, источники загрязнения могут быть разделены на две группы: сосредоточенные и рассредоточенные источники загрязнения. Сосредоточенные источники загрязнения включают объекты типа заводов, участков вывоза отходов, мест свалки и других, которые имеют определенную границу. А рассредоточенные источники загрязнения включают речки, озера, каналы, орошение и т.д. Ясно, что из-за ограниченных границ и более сосредоточенных объемов загрязнителей, точечные источники загрязнения исторически получили большее внимание и финансирование. Для оценки уязвимости подземных вод к сосредоточенным источникам загрязнения существует много моделей, с помощью которых зоны захвата загрязнения могут быть определены, и время протекания загрязнителей через определенную зону может быть рассчитано с достаточной точностью. Поскольку рассредоточенные

    источники загрязнения охватывают большие площади, оценка их влияния на качество подземных вод представляет значительные трудности. Один из первых, кто нашел способ для оценки влияния рассредоточенного загрязнения на подземные воды, был французский гидрогеолог Ж. Марга в 60-х годах. Он сумел представить и сформулировать понятие уязвимости подземных вод к загрязнению.

    С течением времени это понятие изменилось и теперь больше всего используется определение, предложенное ученым Врба (Vrba, 1994). Уязвимость - естественное свойство системы подземных вод, которое зависит от чувствительности этой системы к техногенным и/или природным воздействиям. Это понятие основано на том, что геологические структуры часто имеют эффективное защитное покрытие, которое замедляет скорость протекания загрязнителей и разбавляет их концентрацию. Однако защита от загрязнителей часто отличается от участка к участку в зависимости от различных естественных условий, которые преобладают в регионе. Эти различия можно выявить при исследовании всех процессов, которые связаны с протеканием загрязнителей к грунтовой воде. Противоположный термин уязвимости - защищенность. Защищенность подземных вод означает свойство природной системы, позволяющее сохранить на прогнозируемый период состав и качество подземных вод соответствующими требованиями их практического использования.

    Есть в настоящее время два подхода к оценке уязвимости: оценка уязвимости подземных вод без учета характеристик и свойств конкретных загрязнителей и оценка уязвимости подземных вод к конкретному виду загрязнения с учетом природных свойств водовмещающих и перекрывающих пород и миграционных свойств загрязнителя (Зекцер, 2001).

    Оценка уязвимости с учетом характеристик и свойств конкретных загрязнителей требует существенного количества физических данных, получение которых обычно связано с большими финансовыми затратами. Создание карт уязвимости без учета

    6

    конкретных загрязнителей в региональном масштабе часто применяется на территории, где подземные воды подвержены химикалиям и пестицидам, используемым в промышленности сельского хозяйства.

    Существует еще третий подход, который учитывает искусственные воздействия на

    уязвимость подземных вод. Риск загрязнения подземных вод - вероятность того, что

    / конкретный искусственный объект вызывает негативные изменения в качестве подземных

    вод. В общих чертах, степень экологического риска может быть определена посредством

    следующего выражения: риск = уязвимость х вероятность экологических опасностей.

    Отношение поставленных целей и требуемых данных между этими подходами показано на рис 1.1. Чтобы проводить оценку риска, необходимо проводить оценку уязвимости подземных вод к конкретному виду загрязнения. Также оценка уязвимости подземных вод к конкретному виду загрязнения проводится с учетом природных факторов, влияющих на данный вид загрязнения. Другими словами, цели и количество данных, требуемые для оценки риска самые большие.

    1. Оценка ужзвимостя п.в. без учет» конкретных загрязнителей

    2. Оценка усзвтсостн п.в. х конкретному вждузагрязинтедя

    3. Рискэагр*

    Рис. 1.1 Взаимосвязь различных подходов оценки уязвимости подземных вод.

    Чтобы оценить уязвимость, важно идентифицировать и оценивать каждый из факторов, которые влияют на протекание загрязнителей к уровню подземных вод. Эти факторы могут изменяться в зависимости от естественных условий области исследования. Однако, есть несколько факторов (в первую очередь это зона аэрации (включая почву), и интенсивность питания) которые присутствуют всегда в различных методах оценки уязвимости. Первичные факторы (свойство и строение почвы и зоны аэрации, интенсивность питания, фильтрационные свойства водоносного горизонта) и вторичные (топография, климат, ландшафт) рассматриваются в концептуальной модели оценки уязвимости подземных вод.

    В последние годы особое внимание уделяется методам оценки уязвимости без учета конкретных загрязнителей. Далее рассматриваются различные подходы к оценке и картированию уязвимости подземных вод без учета характеристик и свойств конкретных загрязнителей и их классификация. По мнению Ж. Врба, можно выделить три основные группы методов оценки уязвимости подземных вод (рис 1.2):

    - методы геологической обстановки;

    - методы параметрических систем;

    - математические модели.

    1. методы анализа геологической обстановки (го)

    2. методы параметричесих систем

    2.1 матричные системы (мс)

    2.2 системы бального расчета (сбр)

    2.3 рейтиговые системы (рс)

    3. математические модели

    Рис 1.2. Классификация методов оценки уязвимости, по мнению Ж.Врба. (Vrba, 1994) Методы анализа геологической обстановки

    Эти методы основаны на классификации оцениваемой территории с помощью критериев природных условий, характерных для оценки уязвимости подземных вод (Рогачевская, 2001). Сначала, нужно определить гидрогеологические, гидрографические и морфологические условия, которые соответствуют каждому классу уязвимости. Тогда целый регион может быть проанализирован и разделен по установленным критериям (Албине и Марга 1970). Для построения конечной карты уязвимости используются методы совмещения нескольких карт разного содержания. Эти методы лучше всего использовать для больших территорий с различными гидрографическими и геоморфологическими особенностями. Тематические карты составляются от крупного до среднего масштаба.

    Методы параметрических систем

    Методы параметрических систем включают матричные системы (МС), рейтинговые системы (PC) и системы бального расчета (СБР). Методология для всех параметрических методов системы - аналогичная. Определение системы зависит от выбора тех параметров, которые использовались для оценки уязвимости подземных вод. Каждый параметр имеет определенный диапазон, разделенный на дискретные иерархические интервалы. Все интервалы имеют разные шкалы градаций, которые отражают относительную степень чувствительности системы подземных вод к загрязнению.

    Матричные системы (МС) - методы, основанные на ограниченном числе выбранных параметров. Расчет этих параметров зависит от стратегии исследования, используемого для изучения исследуемой территории. Так, например, эти методы исследования были использованы для оценки уязвимости подземных вод во фламандской

    9

    области Бельгии (Гооссенс и Ван Дэймм 1987), а также используется «Властью Воды Северна-Трента» в некоторых областях Центральной Англии (Картер и другие 1987).

    Особенность рейтинговых систем (PC) заключается в добавлении числовых оценок (баллов) для каждого класса уязвимости. Эти числовые оценки субъективны и дают только относительные характеристики уязвимости. Сумма баллов уязвимости, данных в каждом классе, определяет заключительный индекс уязвимости. Заключительный индекс уязвимости имеет определенный диапазон баллов, который представляет максимум и минимум уязвимости. Сумма баллов дает необходимую информацию для оценки любого пункта или области. Примеры - система GOD (Фостер 1987), Метод AVI (Ван Стемпвурт и другие 1993), и метод ISIS (Цивита и Де Режибус 1995).

    Системы балльного расчета (СБР) являются также системой параметров оценки. Дополнительно, используется «множитель», который должен отразить отношение между различными факторами, определяющими уязвимость подземных вод к загрязнению. «Множитель» - это вес каждого параметра, на который нужно умножить балл рангов уязвимости. Например, в методе DRASTIC используются семь факторов, которые имеют различную степень влияния на уязвимости подземных вод. Разность в степени влияния этих факторов на уязвимость подземных вод отражается в значении «множители» или веса каждого фактора. Чтобы получить окончательную оценку параметров для каждого интервала, баллы умножаются на вес и суммируются. Этот расчет обеспечивает относительный размер степени уязвимости одной области по сравнению с другими областями, и чем больше сумма баллов, тем больше уязвимость области. Одним из самых трудных аспектов этих методов остается установление различных классов уязвимости (высокий, умеренный, низкий и т.д.), на основании заключительного числового расчета. Примеры - DRASTIC метод, полученный американским Агентством по охране окружающей среды в 1985, метод SINTACS, метод EPIK, используемый в карстовой территории, развитой Doerfliger и Zwahlen.

    10

    Математические модели

    Эти методы основаны на простых или сложных математических уравнениях, в результате которых получается индекс уязвимости (7V). Например, в 1987 Marcolongo и Pretto предложили это выражение:

    которое дает нам оценку уязвимости как обратную пропорнальность времени протекания загрязнителей, где К= гидравлическая проводимость ненасыщенной зоны; SI-мощность ненасыщенной зоны; MS= актуальная почвенная влага; QI= скорость инфильтрации. Европейское Экономическое Сообщество (ЕЭС) использовало подобный метод для картирования уязвимости подземных вод в крупном масштабе во втором этапе программы исследования по ресурсам подземных вод стран ЕЭС. Другие методы, требующие большого количества данных, применяются для оценки и картирования уязвимости, но чем большее территория исследования, тем более неоправданно использование такого количества данных.

    Как показано ранее, качественная оценка уязвимости подземных вод часто проводится в относительном, а не в абсолютном виде. Во многих случаях карты уязвимости созданы для получения оценки риска загрязнения. Они могут быть использованы как важный инструмент в процессе решения экологических задач. Тем не менее, нужно отметить, что не все считают что карты уязвимости подземных вод, полученные с помощью качественных методов, достаточны для оценки риска загрязнения. Британская национальная «Речная Власть» признала, что полная оценка уязвимости водоносного слоя и риска загрязнения грунтовой воды может быть достигнута только путем локального исследования. Использование методов региональных исследований может уменьшить число областей, которые будут изучены подробно, в результате

    11

    идентификации самых уязвимых областей. Однако, оценка уязвимости - важное условие управления и проведения мероприятий для решения задач защиты грунтовой воды. Это требует совместных усилий научных и производственных специалистов, менеджеров природных ресурсов, технических и научных экспертов.

    12

    1.2 Анализ методов оценки уязвимости подземных вод к загрязнению

    В России применяется понятие «защищенность», которое является противоположным термином «уязвимость». В России В.М. Гольдберг - первый из ученых, который занимался этой проблемой. Проблемы защищенности также рассмотрены в работах российских специалистов А.В. Лехов, В.Г. Румынина, И.С. Пашковского, И.С. Зекцера, В.Г. Самойленко, В.А. Мироненко, А.П. Белоусовой, Е.Е. Штритер, А.И. Горшков, И.Л. Зелинского, С.А. Арипов, В.Л Ильин, К.И. Питьевой, Н.В. Газенко и Л.М. Фокина, Н.П Ахметьева., М.В Лола и многие другие. Большой вклад в изучении уязвимости подземных вод к загрязнению внесли работы Ж. Марга, А. Запорожец, Ж. Врба, Аллер и др.

    В.М. Гольдберга был один из первых российских ученых, который занимался проблемой защищенности подземных вод в региональном масштабе. В средине 80-х годов он разработал метод по оценке уязвимости, который входит в группу параметрических систем по классификации Ж. Врба. Этот метод основан на три факторов: мощность зоны аэрации, мощность слабопроницаемых отложений и их литологии. Каждый фактор имеет определенную градацию и соответствующий балл. Например, выделяются пять интервалов мощности зоны аэрации: 0 — 10, 10 — 20,20 — 30, 30 — 40 м, и свыше 40, и каждый интервал имеет свое определенное бальное значение. Бальное значение для фактора «мощность слабопроницаемых отложений» изменяется в зависимости от его состава. Для расчета защищенности подземных вод суммируются значения баллов для каждого фактора. В резльтате применения этого метода составили карты защищенности подземных вод для: СССР (1:2500000), Европейская часть СССР (1:150000), Центральные районы России (1:500000) и Московский регион (1:50000). Расчеты защищенности проводятся на основе таблицы 1.1.

    13

    Таблица 1.1.а. Мощность слабоводопроницаемого слоя в зоне аэрации и соответствующие им баллы в зависимости от его литологического строения

    м0 мощность слабоводопроницаемого слоя, в м Литология

    А б В

    Баллы

    мо20 12 18 21

    Таблица 1.1.6. Глубина залегания ГВ и соответствующий балл

    Н(м)
  • Список литературы:
  • *
  • Стоимость доставки:
  • 230.00 руб


ПОИСК ДИССЕРТАЦИИ, АВТОРЕФЕРАТА ИЛИ СТАТЬИ


Доставка любой диссертации из России и Украины