Теоретические основы мониторинга подземных вод

Под термином мониторинг подразумевается система постоянных наблюдений, оценки, прогноза и управления геологической средой или какой-либо ее частью, проводимая по заранее намеченной программе в целях обеспечения оптимальных экологических условий для человека в пределах рассматриваемой природно-технической системы.

В зависимости от разных признаков выделяются два основных вида мониторинга геологической среды: комплексный и частный мониторинг. Задачей первого является контроль всех элементов геологической среды, в рамках второго проводятся наблюдения лишь за отдельными элементами геологической среды при реализации концепций контролируемого загрязнения подземных вод и реабилитации загрязненных ЭГГС.

При организации мониторинга после создания системы сбора и обработки информации встает задача прогнозирования возможных изменений ситуации и принятия управляющих решений.

 

В общем случае, следует отметить, что система мониторинга мало чем отличается от систем автоматического управления техническим объектом

Пожалуй, одним существенным различием может считаться то, что в системах автоматического управления используется сам объект, на который от регулятора поступает управляющий сигнал, а в системах мониторинга - математическая (или иная) модель этого объекта, на которой имитируется изменение ситуации в зависимости от характера и активности воздействия на объект. Только после оценки возможных вариантов развития объекта на модели при различных вариантах и выбора наиболее рационального, принимается к реализации управленческое решение.

Основу системы сбора информации в ходе мониторинга составляют наблюдательные сети. Насколько полна и достоверна информация, настолько, в конечном счете, будет точен и эффективен прогноз. По этой причине к наблюдательным сетям должны предъявляться довольно жесткие требования. В частности, методика изучения режима и качества подземных вод должны исходить из типа и интенсивности техногенной нагрузки на систему при обязательном согласовании с требованиями ведения Государственного водного кадастра по подземным водам, а также увязаны с общегосударственной службой наблюдений и контроля за уровнем загрязнения объектов внешней среды.

В мониторинге геологической среды используют четыре основные группы наблюдений: инвентаризационные, ретроспективные, режимные и методические.

Инвентаризационные наблюдения проводятся редко, через длительный срок, для того, чтобы оценить либо начальное состояние геологической среды, либо многолетние ее изменения. Эти наблюдения носят характер инвентаризации на определенный период и проводятся с периодичностью один - два раза в год. В состав инвентаризационных наблюдений включаются наиболее консервативные элементы геологической среды, для которых заведомо можно предположить низкую скорость изменения условий. Такие наблюдения организуются на территориях, где техногенные воздействия отсутствуют или проявляются незначительно. В этом случае инвентаризационные наблюдения дают возможность установить так называемые "фоновые" значения показателей геологической среды, не подверженной техногенному воздействию. Дополнительно в эту сеть включаются так называемые контрольные сети скважин. Основное их назначение - контроль устойчивых техногенных воздействий на геологическую среду. Контрольные скважины располагаются в зонах устойчивого суммарного воздействия.

Ретроспективные наблюдения направлены на выявление тенденций развития геологической среды или ее компонентов. Ретроспективные наблюдения составляют основу для решения прогнозных задач в системе мониторинга. Они проводятся по особой программе, составленной с учетом установленных для данного компонента геологической среды тенденций развития. По периодичности наблюдения могут быть различны в зависимости от интенсивности изменения изучаемых показателей.

Режимные стационарные наблюдения исследуют динамику процессов на наблюдательных точках в целях выявления их закономерностей. Они отражают определенные временные (ежегодные, сезонные, ежемесячные) колебания параметров наблюдаемых систем.

Эти наблюдения составляют определенный, самостоятельный вид гидрогеологических работ, который входит как часть наблюдений в систему мониторинга.

Методические наблюдения направлены на совершенствование методов мониторинга, уточнения параметров гидролитосферы и ЭГГС, или обоснование новых, более совершенных методов мониторинга. С помощью этих методов устанавливаются наиболее оптимальные сроки контроля наблюдаемых параметров и их периодичность.

Основой гидрогеологического мониторинга служит режимная сеть наблюдательных скважин, которая, с учетом перечисленных выше требований, должна включать следующие их типы:

1. Опорные (государственные) сети, которые в свою очередь подразделяется на инвентаризационные и контрольные. Такое разделение опорной сети связано, в основном, с необходимостью определения источников финансирования этих работ и содержания скважин. В состав инвентаризационной сети входит система створов наблюдательных скважин, закладываемых по наиболее представительным направлениям. Такие створы имеют своей целью получение режимной информации в целом по обширным территориям, ограниченным геологическими структурами первого порядка, и изучения общей фоновой динамики изменения параметров геологической среды.

Частота измерений по инвентаризационной сети составляет один-два раза в год с условием получения максимальной полноты информации об объекте.

Контрольная сеть имеет своей целью сгущение государственной, и должна характеризовать ситуацию в целом по региону. Такая сеть закладывается внутри инвентаризационной, и создает дополнительные створы, обеспечивая более детальное изучение динамики изменения основных изучаемых параметров подведомственной территории в зонах с устойчивой тенденцией изменения геологической среды.

Контрольные сети занимают промежуточное положение между инвентаризационной и ретроспективной. Информация, полученная в результате наблюдений по этим скважинам, используется для государственного мониторинга, и в то же время как дополнение к ретроспективным. По этой причине и частота и информативность наблюдений занимает как бы промежуточное положение.

2. Ретроспективные наблюдения должны охарактеризовать активность воздействия различных техногенных факторов на состояние геологической среды. По этой причине ретроспективные сети должны создаваться в зоне активного влияния на геологическую среду отдельных природно-технических систем (водозаборы, каналы, горнодобывающие предприятия) и финансируются организациями, на балансе которых находятся эти сооружения. Периодичность наблюдения по ретроспективным сетям должна осуществляться ежемесячно, но не реже одного раза в квартал.

3. Режимные стационарные и методические наблюдения относятся к специальным наблюдениям и проводятся силами специализированных организаций. Основная их цель - уточнение расчетных параметров, совершенствование методов и методик проведения гидрогеологических исследований, в том числе и мониторинга. Расположение точек контроля, состав и периодичность наблюдений в каждом конкретном случае обосновываются специализированными организациями в соответствии с исследовательскими программами или действующими нормативами.

 

8.2. Рекомендации по оптимизации мониторинга с учетом факторов формирования экологического потенциала ЭГГС

 

1) Инвентаризационная сеть должна включать скважины, расположенные по периферии бассейна в верхней и нижней части потока. Такое расположение позволит контролировать фоновое состояние ЭГГС и ее воздействие на расположенные ниже по потоку подземные воды других систем.Конструктивные особенности скважины должны позволять производить поинтервальное опробование всех горизонтов, а также наиболее проницаемые интервалы внутри них, по которым может проявляться продольная гидродисперсия. В этих целях можно рекомендовать сооружение мостиковых скважин, позволяющих проводить поинтервальное опробование при помощи пакера.

В состав наблюдений входит замер уровня с периодичностью 2 раза в год и отбор проб на полный (по всем потенциальным загрязняющим ХВ) химический анализ ежегодно.

Контрольная сеть включает скважины, размещенные по территории ЭГГС, с таким расчетом, чтобы охватить область влияния наиболее опасных источников техногенного воздействия. Она представляет систему скважин, расположенных по лучам, проходящим через гидродинамические ловушки. Место скважин в луче определяется положением зон с критической и напряженной экологической ситуацией.

Скважины этой сети оборудуются на рабочие горизонты одним стволом, имеют ярусную конструкцию, позволяющую производить поинтервальное опробование.

Гидродинамическое опробование рекомендуется проводить ежеквартально, гидрогеохимическое - два раза в год на сокращенный анализ, в состав которого входят ВХВ, обладающие высокой миграционной способностью (нитраты, хлориды, СПАВ, ОВ по ХПК, пестициды).

Воздействие от каждого конкретного техногенного источника определяется по специальной ведомственной сети, которая создается организациями - природопользователями и обслуживается в соответствии со специальными программами, и по методикам, согласованным со специализированными организациями. Такие сети реализуются в более крупных масштабах и при их организации рекомендуется учитывать все факторы, определяющие экологический потенциал ЭЭГС, приведенные в таблице 2.1.

Основные рекомендации при организации специализированных режимных наблюдений могут быть сведены к следующему:

1. Скважины систем мониторинга следует располагать в зонах I и II категорий опасности, где наиболее вероятна аккумуляция ВХВ и локализация ореолов загрязнения.

2. На участках развития неоднородной слоистой толщи основой гидрогеохимических наблюдений может служить лишь поинтервальное опробование при помощи «кустов» из скважин, оборудованных на каждый интервал, или хотя бы на самые проницаемые водоносные прослои; «кусты» могут быть заменены одним стволом, но перфорированным в разных интервалах и приспособленным для применения специального оборудования для поинтервального опробования (пакеров). На тех участках, где залегает единая проницаемая толща, скважины оборудуются одним интервалом.

3. После уточнения списка ВХВ пробы подземных вод необходимо анализировать на весь их комплекс, уделив особое внимание содержанию токсичных соединений. При выполнении анализов следует использовать методику, позволяющую определять миграционные формы ВХВ с учетом процессов комплексообразования.

4. При отборе проб на химический анализ не рекомендуется использовать эрлифтные установки на сжатом воздухе, так как в этом случае состав воды в стволе скважин существенно изменяется, и достоверное определение миграционных форм ХВ не представляется возможным. Предпочтительнее использовать баллоны со сжатым азотом или другие альтернативные методы опробования.

5. В целях прогноза процессов массопереноса целесообразно запроектировать специальные опытно-миграционные работы по определению миграционных параметров.

6. Особое внимание при разработке методов реабилитации загрязненных грунтовых вод следует уделить микробиологическим процессам, учитывая, что сложившаяся ситуация в этой ЭГГС обусловлена коммунально-бытовым загрязнением.