Особенности охраны подземных вод в условиях развития многолетне-мерзлых пород

     Содержание

Глава I. Механизм загрязнения подземных вод

 в  условиях развития многолетне-мерзлых  пород ………………….………3

Глава II. Последствия разрушения многолетнемерзлых пород………...…7

Приложение………………………………………………………….………10

Список  используемой литературы………………………………..………11

Глава I

Механизм  загрязнения подземных  вод в условиях развития многолетне-мерзлых  пород

     Большая часть пресных подземных вод  в криолитозоне приурочена к таликам. Таликами или талыми зонами называются толщи талых горных пород, которые  развиты с поверхности земли или под водоемами и реками и которые непрерывно существуют более десятка лет. Если талики снизу подстилаются мерзлыми породами, то они называются надмерзлотными или несквозными, а если талики только обрамляются по бокам мерзлыми породами, как стенками, то они носят название сквозных. Талики также могут быть межмерзлотными и внутримерзлотными в виде линз «тоннелей», «трубы», ограниченными со всех сторон мерзлыми породами. Подземные воды криолитозоны по отношению к мерзлым породам (криогенным водоупорам) подразделяются на:

     1) надмерзлотные; 

     2) межмерзлотные;

     3) внутримерзлотные;

     4) подмерзлотные воды.

     Надмерзлотные подземные воды подразделяются на временные  воды деятельного слоя и постоянные воды несквозных таликов. Временные  воды существуют только летом, и глубина их зелегания не превышает кровли мерзлых пород. Воды имеют важное значение для процессов солифлюкции, образования курумов, оплывин, пучения пород.

     Постоянные  воды связаны с несквозными таликами над кровлей мерзлых пород  и они отвечают за образование гидролакколитов, бугров пучения, наледей.

     Межмерзлотные воды обычно располагаются между  двумя слоями мерзлых пород, например, между голоценовым верхним и  реликтовым, позднемиоценовым, нижним. Эти воды чаще всего динамически  неактивны.

     Внутримерзлотные  воды, о чем говорит их название существуют внутри толщи мерзлых  пород и находятся в замкнутых  объемах, будучи приуроченными к  таликам в карстующихся известняках.

     Подмерзлотные воды циркулируют вблизи подошвы  мерзлой толщи, обладают положительными температурами, иногда слабо или сильно минерализованы и могут быть напорными и ненапорными, а также контактирующими с мерзлой породой или неконтактирующими, т.е. отделенными слоем талых пород от мерзлых.

     Скорость  протекания процесса самоочищения почв и почвенных вод зависит от содержания кислорода (чем больше их показания, тем больше процесс самоочищения). Однако, как мы знаем, в многолетнемерзлых породах мощность зоны аэрации незначительная и присутствует постоянное сезонное промерзание.

     Защитным механизмом от проникновения ЗВ в подземную воду в подобных природных условиях являются мерзлые породы, которые являются водоупором. Однако интенсивная хозяйственная деятельность (бурение скважин, добыча полезных ископаемых, заводнение пластов нефти и др.) в большинстве случаев приводит к нарушению защитной функции криолитозоны. Отрицательные техногенные изменения проявляются через деформацию веками складывающегося водно-теплового равновесия. При этом интенсифицируются процессы наледеобразования, способствующих истощению запасов подземных вод, термокарста, солифлюкции, пучения грунтов, засоления почв и подземных вод.

     Поверхность и геологическая среда территории распространения многолетней мерзлоты примерно на порядок  более ранимы, нежели в средней полосе Европейской части Росси. Малая мощность зоны аэрации и систематическое сезонное промерзание – оттаивание деятельного слоя практически лишило верхнюю часть геологического разреза свойств оказывать очищающее воздействие на инфильтрующиеся стоки, как это имеет место вне области многолетней мерзлоты. Напротив, в силу этого, а также слабого дренажа здесь активно протекают процессы аккумуляции загрязнения. Начавшись однажды, они будут активно продолжаться в виде цепной реакции очень долгое время. При наличии таликов загрязнения легко проникают глубоко в недра Земли.

     Деформация  температурного равновесия в системе «подземная вод – мерзлая вода» иногда вызывает нарушение подземного потока, вселдствии чего исчезают родники и вода в колодцах, используемых для хозяйственно –питьевого водоснабжения.

     Например, для бесперебойной подачи воды к  потребителю производят прогревание  водозаборных скважин паром, горячей водой или греющим кабелем. Оттаявшие вокруг ствола скважины горные породы становятся водопроницаемыми и через них начинается инфильтрация грязных вод  с поверхности и из деятельного слоя в подмерзлотный водоносный горизонт. Избежать этого можно, если правильно выбрать интенсивность откачки, диаметр скважины, с уменьшением которого будет уменьшаться теплоотдача и возрастает скорость движения воды. Так же прокладывание труб водоканала в горизонте мерзлых пород приводит к постоянному прогреванию грунтов

     Разведка  и добыча нефти на Крайнем Севере сопровождается нарушением теплофизического равновесия в условиях многолетней мерзлоты и проявлением эрозионных процессов на поверхности земли. Наиболее значительные техногенные изменения отмечаются на участках распространения сильнольдистых многомерзлых пород и залежей подземных льдов.

     Первое  связано с движением транспорта и строительством нефте-, газопроводов, второе – с бурением и эксплуатацией месторождений. Влияние техногенных факторов на почвенно-растительный покров в криолитозоне проявляется как непосредственно при механическом нарушении, так и косвенно – через глубину и интенсивность протаивания почвы.

     Строительство скважин в районах многолетней  мерзлоты приводит к развитию термокарста  и просадкам, что вызывает разрушение природных ландшафтов. Известны случаи аварий из-за протаивания мерзлых  пород в прискважинной зоне под  действием тепла в процессе бурения. В результате разрушения многолетнемерзлых пород может начаться интенсивное фонтанирование нефти и газа через устье или по заколонному пространству. Возможно также образование приустьевых кратеров, размеры которых в поперечнике достигают.

     В связи с крайне неблагоприятными условиями питания и восполнения  запасов подземных вод при  водоотборе в криолитозонеЮ эффективной мерой борьбы с истощением служит искусственное восполнение запасов в летний период.

     На  водозаборах создаются пояса  санитарной охраны. Поскольку качество надмерзлотных вод в значительной степени определяется санитарным состоянием территории, последнему уделяется черезвычайно большое внимание.

     Особо важное значение должно предаваться  осуществлению тех мер, которые  направлены на исключение техногенной  деформации мерзлоты как одного из гарантов охраны подземных вод.

      Глава II

     Последствия разрушения многолетнемерзлых пород.

     Наледеобразования – процесс образования наледей в результате многократного излияния подземных, речных, озерных и морских вод и послойного их замерзания. Наледь развивается в естественных условиях и под влиянием деятельности человека. Основные факторы, способствующие процессу наледеобразования:

     а) мерзлотно-климатические — резкая континентальность климата с  его суровыми малоснежными зимами и  большой мощностью сезонномерзлого слоя;

     б) гидрогеологические — высокая обводненность  структур, близкое залегание подземных вод, многочисленные очаги их разгрузки.

     Особенно  благоприятны для образования наледей области с проявлением активной новейшей разломной тектоники, где идет интенсивный водообмен между поверхностными и подземными водами, обильны источники трещинно-жильных, карстовых и др. вод. Кроме того, важное условие широкого развития процессов Наледей — наличие значительных площадей обломочных рыхлых отложений, служащих коллекторами грунтовых вод и обусловливающих существование таликов. Присутствие многолетнемерзлых пород— хотя и не обязательное условие для наледеобразования, но оказывающее сильное влияние на него, локализуя потоки подземных вод в таликах, что приводит к образованию сосредоточенных очагов разгрузки. Поэтому многочисленные гигантские наледи приурочены к районам развития мощных многолетнемерзлых пород с таликами.

     Бугры пучения (приложение 1), однолетние или многолетние бугры, возникающие при промерзании сильно увлажненных дисперсных горных пород. Часто в вершинной части разбиты радиальными морозобойными трещинами. Бугры пучения однолетние (сезонные) являются генетической разновидностью гидролакколитов, возникающих на месте выхода подземного источника в результате гидродинамического напора грунтовых вод под слоем сезонного промерзания. В головках наледей часто возникают ледяные бугры в результате вспучивания наледного льда. Формирование сопровождается растрескиванием льда и излиянием воды. Б. п. имеют округлую, овальную, иногда вытянутую и несимметричную форму. Высота от 1–2 до 5–7 м, диаметр в основании до десятков метров. Могут содержать линзу льда. Сезонные бугры пользуются широким развитием на площадях очаговой, островной и прерывистой криолитозоны. Многолетние бугры пучения представляют разновидность крупных бугров, нередко до 40–70 м высотой и до 200 м в диаметре основания. Ядро их состоит либо из сплошной линзы льда, либо из переслоенного льдом мерзлого грунта большой мощности (до 23 м). Различаются 2 генетических типа: заболоченные, возникающий на месте выхода подземных вод, и якут. (булгуннях), образующийся на дне озерной впадины. Бугры пучения многолетние возникают при промерзании достаточно мощных (более 5–10 м) переувлажненных тонкодисперсных грунтов марей, солифлюкционных шлейфов, а также в котловинах со спущенными или заполненными торфом озерами и в замкнутых понижениях в области многолетнемерзлых пород. Образуются преимущественно в тех местах, где имеются выходы подмерзлотных вод и на основе подозерных таликов обсыхающих озер. Считается, что рост бугров пучения происходит постепенно, путем локального накопления и последовательного намерзания льда снизу. Начало роста ледяных лакколитов приурочено к зоне контакта пойменных илов, супесей, суглинков или песков с подстилающими гравелисто-галечными отложениями, из которых поступает вода, а также в результате миграции влаги к фронту промерзания и гидростатического напора подземных вод промерзающих подозерных таликов. Когда ледяные ядра начинают вытаивать, бугры пучения похожи на миниатюрные вулканы, иногда с небольшими «кратерными озерами» в привершинной части.

     Термокарст (греч. therme — тепло) — типичное и широкораспространенное явление в зоне многолетнемерзлых почвогрунтов, связанное с вытаиванием подземного льда. Протаивание возникает при потеплении климата, при раннем осеннем наносе снежных сугробов, при сильных летних дождях, при вырубках леса или снятии почвенно-растительного покрова в тундре, при инженерных сооружениях и другом. 
Уменьшение объема при переходе льда в воду влечет просадки грунта, образование озер (вся зона тундролесий покрыта озерами от 10 до 60% площади). Развитие термокарста (приложение 2) — один из наглядных показателей динамичности рельефообразования в многолетнемерзлых почвогрунтах. Термокарст отрицательно сказывается на строительстве, но полезен для сельского хозяйства, так как на осушенных озерах остаются плодородные почвы и развивается питательный травяной покров (аласы).

Приложение 1

Приложение 2

Список  использованной литературы

1. Переладова Л.В. Гидроэкология подземных вод. Тюмень: ТюмГУ, 2008
2. http://oilneft.ru/?p=151
3. http://www.ecosystema.ru/07referats/slovgeo/845.htm
4. http://old.zabkrai.ru/index.php?remote_url=/encycl/concepts/MY_id=7435