Способ гидравлической изоляции грунтовых вод в зоне могильника загрязнителей

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ СПОСОБ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ ИЗОЛЯЦИИ ГРУНТОВЫХ ВОД В ЗОНЕ МОГИЛЬНИКА ЗАГРЯЗНИТЕЛЕЙ(71) Заявитель Рогунович Василий Петрович(72) Автор Рогунович Василий Петрович(73) Патентообладатель Рогунович Василий Петрович(57) 1. Способ гидравлической изоляции грунтовых вод в зоне могильника загрязнителей,при котором бурят с поверхности земли вокруг зоны могильника загрязнителей наклонные скважины ниже днища могильника загрязнителей до их взаимного пересечения, отличающийся тем, что вокруг зоны могильника загрязнителей образуют шахтные колодцы и/или ловчий канал, из нижних частей которых бурят скважины, соединяющие шахтные колодцы и/или ловчий канал ниже днища могильника загрязнителей, образуя вокруг зоны могильника загрязнителей систему гидравлически сообщающихся сосудов, устанавливая в них уровень грунтовых вод практически одинаковым, исключая появление горизонтальных градиентов давления, и поддерживают уровень грунтовых вод в зоне могильника загрязнителей не выше их уровня вне зоны могильника загрязнителей. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что поддерживают уровень грунтовых вод в зоне могильника загрязнителей не выше их уровня вне зоны могильника загрязнителей путем отвода выпавших осадков с поверхности зоны могильника загрязнителей. 3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что поддерживают уровень испарения с единицы поверхности зоны могильника загрязнителей выше, чем с единицы поверхности вне зоны могильника загрязнителей, например, с помощью растительного покрова, имеющего более высокий коэффициент испарения и/или меньше альбедо, чем поверхность вне зоны могильника загрязнителей. 4. Способ по любому из пп. 1-3, отличающийся тем, что площадь м могильника загрязнителей меньше площади З зоны могильника загрязнителей, из которой отводят выпавшие осадки. 11137 1 2008.10.30 Изобретение относится к гидротехнике и может быть использовано для защиты грунтовых вод от выноса в них загрязнителей из мест их захоронения, в том числе из могильников пестицидов. Известен способ изготовления комплекса сооружений, создаваемых в несколько очередей строительства в области грунтовых вод горного массива под захоронением отходов 1, включающий проходку под хранилищем сервисного штрека для отвода воды, щелевых пространств и формирование гидроизолирующих слоев из уплотненного материала,при этом сервисный штрек сооружают в первую очередь. Недостаток способа - сложность выполнения, большие материальные, трудовые и финансовые затраты. Согласно известному способу защиты заглубленных в водонасыщенных грунтах сооружений от грунтовых вод 2, образуют под подошвой сооружения изолированное от окружающего водонасыщенного грунта пространство, заполняют его дренирующим материалом и отжимают воду из него путем нагнетания в дренирующий материал сжатого воздуха, такое же пространство образуют вокруг боковой поверхности сооружения, нагнетание в дренирующий материал сжатого воздуха осуществляют путем подачи последнего в верхнюю часть купала, размещенного вокруг сооружения. Способ сложен в выполнении и требует сложного оборудования для поддержания давления воздуха. По известному способу осушения грунта дренированием 3 образуют шахтные колодцы, бурят из нижних частей последних пар встречные горизонтальные скважины,перепускают грунтовые воды между парами скважин и отводят их, производят расположение их концевых участков на разных уровнях и оборудование последних водоприемниками, во время отвода вод осуществляют вакуумирование каждой нижерасположенной встречной скважины. Способ не позволяет защитить грунтовые воды от выноса в них загрязнителей, расположенных в осушаемом грунте во время дождей. Наиболее близок к заявляемому техническому решению известный способ охраны грунтовых вод от загрязнения отходами шламохранилищ 4, включающий бурение с поверхности скважин, нагнетание в скважины тампонажного раствора, создание противофильтрационного экрана, скважины бурят вокруг шламохранилища наклонными ниже его днища до их взаимного пересечения, обсаживают скважины трубами с односторонней перфорацией, а нагнетание тампонажного раствора при создании противофильтрационного экрана производят через перфорацию в направлении шламохранилища. Недостатками этого способа являются сложность осуществления и высокая стоимость при низкой надежности гидравлической изоляции источника загрязнения, обусловленная тем, что практически при создании противофильтрационного экрана этим способом трудно перекрыть равномерно все пути фильтрации вод из защищаемой зоны и в нее. Задача предлагаемого технического решения - упростить выполнение работ, снизить стоимость и повысить надежность гидравлической изоляции могильника загрязнителей от грунтовых вод. Решение задачи позволяет уменьшить загрязнение грунтовых вод при снижении затрат на защиту грунтовых вод от такого загрязнения. Задача решается следующим образом. Бурят вокруг могильника загрязнителей наклонные скважины ниже его днища до их взаимного пересечения, создают вокруг зоны расположения могильника загрязнителей систему гидравлически сообщающихся сосудов 5, в которых отметки уровня грунтовых вод практически равны во всех сосудах системы,включая шахтные колодцы и/или ловчие каналы 6, чем исключают появление горизонтальных градиентов давления и поддерживают равное гидростатическое давление во всех точках каждой горизонтали на вертикалях в грунтовых водах зоны расположения могильника загрязнителей, и исключают движение грунтовых вод в ней. Частично отводят воду,2 11137 1 2008.10.30 выпавшие осадки, с поверхности зоны расположения могильника, поддерживают уровень грунтовых вод в зоне расположения могильника не выше их уровня вне зоны и величину испарения с единицы поверхности зоны расположения могильника не ниже чем с единицы поверхности, окружающей зону, чем исключают отток грунтовых вод из зоны расположения могильника. Систему гидравлически сообщающихся сосудов образуют гидравлически соединенными друг с другом шахтными колодцами и/или ловчим каналом, соединенными ниже дна могильника загрязнителей скважинами и/или дренами. Отвод воды, выпавших осадков, с поверхности зоны и поддержание величины испарения соответственно можно осуществлять дренажной системой, расположенной над могильником, и растительным покровом и/или альбедо поверхности зоны, причем мот,где м - площадь могильника, от - площадь зоны могильника, из которой отводятся осадки. Признаки, касающиеся создания вокруг зоны расположения могильника загрязнителей системы гидравлически сообщающихся сосудов, являются необходимыми для решения поставленной задачи, так как создают условия для ее решения, а именно поддержания уровня грунтовых вод равными во всех сосудах системы. Исключение появления горизонтальных градиентов давления и поддержание равным гидростатического давления на вертикалях грунтовых вод зоны расположения могильников позволяет исключить движение грунтовых вод в этой зоне, а следовательно, гидравлический перенос загрязнителей, что обеспечивает снижение стоимости работ по сравнению с прототипом за счет их упрощения и исключения необходимости нагнетания тампонажного раствора в скважины. Предлагаемый отвод воды, выпавших осадков, и поддержание величины испарения позволяют исключить отток грунтовод из зоны расположения могильника, а следовательно, повысить надежность гидравлической изоляции могильника при изменении уровня грунтовых вод во времени из-за выпадения осадков и испарения. Признак, относящийся к выполнению системы гидравлических сосудов, дополнительно дает возможность упростить выполнение работ и снизить их стоимость. Дополнительные признаки, касающиеся отвода воды, выпавших осадков, с поверхности зоны и поддержания величины испарения, а также неравенство мот дают возможность существенно повысить надежность гидравлической изоляции могильника загрязнителей от грунтовых вод. Таким образом, в совокупности названные признаки обеспечивают решение поставленной задачи, которая позволяет уменьшить загрязнение грунтовых вод загрязнителями,в частности пестицидами, при снижении затрат на такую защиту. На фиг. 1 приведена схема в поперечном разрезе, а на фиг. 2 - в плане работы способа. Систему 1 гидравлически сообщающихся сосудов размещают вокруг зоны 2 расположения могильника 3 загрязнителей, например пестицидов. Грунтовые воды, имевшие уровни 4, при отсутствии системы 1, поступают в шахтные колодцы 5 (фиг. 1) и дрены 6 и 7, гидравлически соединенные друг с другом. В системе 1 гидравлически сообщающихся сосудов, благодаря резкому снижению потерь напора на перемещения воды в ней по сравнению с ее фильтрацией в грунтах, устанавливают практически одинаковый уровень воды в колодцах 5 и гидростатическое давление в дренах 6 и 7, обеспечивающее равное гидростатическое давление во всех точках каждой горизонтали на вертикалях в грунтовых водах зоны 2, чем исключают движение грунтовых вод в зоне 2 как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. В результате в зоне 2 устанавливают уровень 8 грунтовых вод практически одинаковым. Осадки, выпавшие над могильником 3 в зоне 2, перехватывают дренажной системой 9 и отводят из зоны 2 по водоводам 10. На единицу площади поверхности 11 зоны 2поддерживают уровень испарения воды, превышающий аналогичный уровень с поверхности, расположенной вокруг зоны 2, например, посредством созда 3 11137 1 2008.10.30 ния на поверхности 11 растительного покрова, испаряющего воду более интенсивно, чем растительность, покрывающая поверхности вокруг зоны 2, и/или изменения альбедо поверхности 11. Кривые депрессии 12 определяют расстояния между колодцами 5 и дренами 6 и 7 системы 1 или ловчим каналом 13 и дренами 6, приведенными на фиг. 2, на которой показана схема работы способа в плане с ловчим каналом 13 (вместо колодцев 5), расположенным вокруг зоны 2 и перехватывающим грунтовые воды, нижние части канала 13,расположенные по разным сторонам зоны 2, ниже могильника 3 гидравлически соединяют дренами 6. Сборные дрены 14 дренажной системы 9 подсоединяют к водоводам 10. Система 1 может содержать по части периметра зоны 2 ловчий канал 13, а на другой его части - шахтные колодцы 5 (на фиг. не показано). На фиг. 2 стрелкой показано направление движения грунтовых вод в естественных условиях перед сооружением могильника 3. Способ осуществляют следующим образом. Бурят вокруг могильника 3 загрязнителей наклонные скважины ниже его днища до их взаимного пересечения или образуют шахтные колодцы 5 и/или ловчий канал 13. Вокруг зоны 2 бурят из нижних частей последних скважины 6 и 7, соединяющие шахтные колодцы 5 и/или ловчий канал 13 7 ниже днища могильника 3 загрязнителей, образуют систему гидравлически сообщающихся сосудов 5, в которых отметка уровня грунтовых вод практически равна во всех сосудах, образуют вокруг могильника зону 2 перехвата грунтовых вод, практическое отсутствие градиентов давления в грунтовых водах и их движение в зоне 2 при стационарном движении грунтовых вод, обтекающих зону 2. При неустановившемся движении грунтовых вод 5, обтекающих зону 2, вызванном выпадением осадков и/или испарением воды с поверхности 11, исключают отток грунтовых вод из зоны 2 посредством отвода части осадков, выпавших на ее поверхность 11,дренажной системой 9 7 перехвата поверхностных вод, из зоны 2, причем при соблюдении неравенства мот обеспечивают учет возможного влияния нарушения природной влагоемкости грунтов в зоне 2 при создании могильника 3. Поддержание величины испарения 8 с единицы поверхности 11 не ниже чем единицы поверхности, окружающей зоны, исключает отток грунтовых вод из зоны 2. При этом в системе 1 происходит движение воды при ламинарном режиме, потери напора по длине дрены описываются формулой 5 32,(1)2 где- потеря напора по длине,- кинематическая вязкость,- ускорение свободного падения,- внутренний диаметр дрены,- средняя скорость воды в дрене,- длина дрены. Основной зависимостью, описывающей фильтрацию воды, в рассмотренном случае является формула Дарси 5 фо ,(2) где ф - средняя скорость фильтрации, К - коэффициент фильтрации, о - уклон. Режим движения определяется числом Рейнольдса Критическое число Рейнольдса еД 2320 - 2000. При кр для дрены, имеющей 0,1 м, из зависимости (3) находим при температуре воды, равной 21 С 4 0,1 м Для дрены длиной 20 м потери напора по длине при скорости, равной кр, согласно формуле (1) равны 32106 м 2 / с 0,02 м / с 20 м 1,310 4 м или 0,13 мм. 9,81 м / с 20,1 м 2 Уклон в этом случае составит 1,3104 м 6,510 6 . 20 м Коэффициент фильтрации, например, мелкозернистого песка равен 110-4-1103 см/с. Тогда при о 6,510-6 и к 110-3 см/с по формуле (2) получим ф 110-5 м/с 6,510-66,510-11 м/с. Расход воды по рассматриваемой дрене при кр составляет 2 3,140,12 м 20,02 м / с 1,57 104 м 3 / с .кр. 4 4 Чтобы расход фильтрации был равен расходупо дрене, необходима площадь фильтрации 1,57 10 4 м 3 / с Отсюда следует, что при определенной густоте дрен 6 и 7 системы 1 по периметру зоны 2 можно практически исключить фильтрацию воды через зону 2, а следовательно,и вынос загрязнителей из могильника 3. Состав системы 1 и расположение дрен 7 и 6, колодцев 5 и/или ловчего канала 13 определяют в каждом конкретном случае в зависимости от степени гарантированного перехвата фильтрационного потока вокруг зоны 2 и с учетом необходимых затрат на создание системы 1 и ее эксплуатацию. Способ целесообразно прежде всего использовать для защиты грунтовых вод от загрязнения пестицидами из существующих их захоронений, а также из захоронений других экологически опасных загрязнителей в зоне 2 грунтовых вод. Источники информации 1. А.с. СССР 2031199. Способ изготовления комплекса сооружений, создаваемый в несколько очередей строительства в области грунтовых вод горного массива под захоронением отходов // БИ 8. - 1995. 2. А.с. СССР 1067153. Способ защиты заглубленных в водонасыщенный грунт сооружений от грунтовых вод // БИ 2. - 1984. 3. А.с. СССР 1715985. Способ осушения грунта дренированием // БИ 8. - 1992. 4. А.с. СССР 1565968. Способ охраны грунтовых вод от загрязнения отходами шламохранилища // БИ 19. - 1990 (прототип). 5. Большаков В.А., Константинов Ю.М., Попов В.Н., Нетюхайло А.П. и др. Справочник по гидравлике. - Киев Виша школа, 1984. - 313 с. 6. Михайлов Г.И. Нагорно-ловчий канал (ловчий) // Мелиорация Энциклопедический справочник / Под общ. ред. А.И. Мурашко. - Минск Изд. БСЭ, 1984. - С. 293. 7. Эггельсманн. Руководство по дренажу / Пер. с нем. В.Н. Горанского. - М. Колос,1978. - 255 с. 8. Таблица 15. Альбедо некоторых почв и сельскохозяйственных культур // Агроклиматический справочник / Под ред Н.А. Малишевский. - Мн. Урожай, 1970. - С. 45. 5 Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6