Гидрогеологические методы мониторинга

Изучение подземных вод является составной частью геологических исследований при поисках, разведке и эксплуатации определенных типов месторождений полезных ископаемых, в том числе нефтяных и газовых. Также крайне необходимо для гидрогеологического обоснования различных видов строительства, прежде всего гидротехнического, промышленного, городского и др. Гидрогеологические исследования являются важнейшей задачей при решении вопросов охраны природы, собственно подземных вод как природного объекта, охраны ландшафтов, поверхностных вод и т.д.

Подземные воды во всех случаях без исключения представляют собой не просто совокупность молекул Н₂О, а сложные природные системы, содержащие в растворенном, коллоидном, свободном состоянии различные минеральные вещества, органические соединения и газы.

Цели

В случае, когда нарушение гидрогеологического режима может привести к большим экономическим потерям, после проведения изысканий выполняется мониторинг гидрогеологической обстановки на площадке строительства, а также после введения объекта в эксплуатацию.

Мониторинг подземных водных объектов – систематические наблюдения за состоянием и изменением режима и баланса подземных вод, их состава и качества.

Целью осуществления гидрогеологического мониторинга является выявление по изменению характеристик подземных вод признаков негативного характера взаимодействия объекта с геологической средой и выработка на основе анализа полученной информации рекомендаций для принятия решений по инженерной защите объекта на период строительства и эксплуатации.

Угрозы

При осуществлении мониторинга необходимо учитывать гидрологические условия площадки строительства и конструкцию фундаментов объекта. Одними из часто встречающихся негативных факторов взаимодействия фундамента с природной (геологической) средой являются:

• карстообразование в карбонатных породах (известняки) и обусловленное этим ухудшение несущей способности грунтового массива;
• коррозионная агрессивность подземных вод по отношению к свайным фундаментам;
• подтопление территории.

Карстообразование в карбонатных породах обусловлено их растворением свободной углекислотой и органическими кислотами (муравьиная и щавелевая).

Последствия карста - яма глубиной 30,5 м и диаметром 18,3м в жилом районе в Гватемале

Свободная углекислота СО₂ содержится в подземных водах и под воздействием различных факторов (повышение гидростатического давления и температуры) способна растворять карбонатные породы до полного насыщения раствора.

В природе муравьиная (СН₂О₂) и щавелевая (С₂Н₂О₄) кислоты вырабатываются живыми организмами, но могут встречаться также в пределах промышленных территорий как продукты разложения сложных органических соединений (формальдегидов и метанола), инфильтрируясь с атмосферными осадками в водоносные горизонты. При территориальной близости строительной площадки объекта, существует вероятность участия органических кислот в процессе растворения известняков с образованием карстовых полостей.

Исходя из вышеуказанного, признаками процесса карстообразования за счет выщелачивания карбонатов является увеличение концентрации свободной углекислоты в подземных водах, а также уменьшение значений водородного показателя pH, соответствующее превращению подземных вод из нейтральных (рН=7.0-6.0) в сильно кислые (рН=3.5 и менее). Повышение температуры подземных вод и гидростатического давления в водоносных горизонтах (подъем пьезометрического уровня) могут оцениваться как неблагоприятные факторы, повышающие скорость растворения карбонатных пород.

Свайные фундаменты зданий и сооружений состоят из забивных и буронабивных свай, взаимодействующих с геологической средой на разных отметках. Коррозионная агрессивность подземных вод может негативно влиять на свайные фундаменты, приводя к снижению их прочности и разрушению. Наиболее часто встречающийся вид коррозии подземных вод по отношению к бетонным конструкциям - растворение цементного камня в бетоне агрессивной углекислотой. При этом продукты реакции (труднорастворимые соли) вымываются из бетонных конструкций за счет движения подземных вод в пласте, что ведет к снижению их прочности. При углекислотной коррозии определяющим фактором является концентрация Н₂СО₃ в растворе, т.е. чем больше агрессивной Н₂СО₃, тем выше кислотные свойства раствора и скорость коррозии. Таким образом, признаком неблагоприятного взаимодействия свайного фундамента с подземными водами будет увеличение концентрации агрессивной углекислоты в воде.

При подтоплении территории происходит повышение уровня подземных вод и/или влажности грунтов, приводящее к нарушению хозяйственной деятельности и условий проживания, изменению физических и физико-химических свойств подземных вод и грунтов. Территория относится к зоне слабого подтопления при залегании первого от поверхности водоносного горизонта в пределах от 1,2 и до 5,0 м в зависимости от климатической зоны с процессами оглеения и/или засоления нижних горизонтов почвы в соответствии с СП 104.13330.2016 «Инженерная защита территории от затопления и подтопления».

Контролируемые параметры

Одна из основных задач гидрологического мониторинга параметров водоносных горизонтов сводится к сбору данных по следующим параметрам водоносных горизонтов:

• положения уровней подземных вод;
• химический состав подземных вод;
• температура подземных вод.

Осуществление мониторинга

Погружной датчик уровня грунтовых вод

В зависимости от принятой программы мониторинга определяются работы, выполняемые в периодическом (контроль кислотности, химстостава) и автоматическом (уровень грунтовых вод, температура) режимах. Определяется сеть контрольных скважин. Скважины оборудуются средствами автоматизации. Создается центр мониторинга. Таким образом, создается объективная динамическая картина гидрогеологической обстановке на площадке строительства. Далее, сравнивая объективные данные с выполненной ранее моделью, делаются выводы о работоспособности этой модели, о возможности прогнозирования экстремальных ситуаций и наличии или отсутствии факторов, непосредственно влияющих на гидрогеологическую картину и принятие мер к их устранению.

С методической точки зрения мониторинг гидрогеологических условий включает следующие действия:

• разработка программы мониторинга и программы производства работ;
• выполнение строительно-монтажных и пуско-наладочных работ средств автоматизации;
• режимные наблюдения за параметрами водоносных горизонтов (положение уровней, химический состав, температура) в границах взаимодействия объекта с геологической средой на период строительства и эксплуатации;
• анализ полученной информации;
• составление на основе анализа прогноза инвариантного развития взаимодействия объекта (подземная часть) с геологической средой;
• выработка рекомендаций для принятия решений по инженерной защите здания объекта от неблагоприятного воздействия геологической среды.

В процессе производства строительно-монтажных и пуско-наладочных работ на объекте выполняется следующий перечень мероприятий:

• бурение скважин с опусканием обсадных труб;
• промывка и очистка скважин;
• обустройство гидрогеологических скважин;
• монтаж оборудования (датчиков уровня грунтовых вод и т.п.);
• монтаж шкафа сбора и передачи данных (ШСПД);
• прокладка кабельных линий от датчиков до ШСПД;
• пуско-наладочные работы;
• передача данных от ШСПД в систему верхнего уровня, при необходимости.

Проект бурения скважины и установка обсадных труб, фильтров / Оформление оголовка

Оголовок скважины на участке строительства с установленным всепогодным шкафом гидрогеологического мониторинга температуры и уровня грунтовых вод с беспроводной передачей данных в режиме реального времени

ООО «Центр СМИС «БАЗИС» выполняет полный комплекс работ по гидрогеологическому мониторингу, включая создание автоматизированных систем гидрогеологического мониторинга с возможностью их подключения к системам мониторинга инженерных (несущих) конструкций (СМИК), системам мониторинга деформационного состояния (СМДС), системам мониторинга зданий и сооружений (СМЗиС) и структурированным системам мониторинга и управления инженерными системами зданий и сооружений (СМИС).

Получить бесплатную консультацию по гидрогеологическому мониторингу зданий и сооружений Вы можете по телефону: +7 (495) 975-75-89 или направив заявку по электронной почте: info@basis-smis.ru