Дренаж участка с высоким уровнем грунтовых вод своими руками видео: Дренаж участка с высоким уровнем грунтовых вод: как сделать самостоятельно

Дренаж участка с высоким уровнем грунтовых вод своими руками

Содержание ✓

• ✓ ПОВЕРХНОСТНЫЙ ДРЕНАЖ
• ✓ ТЕРРАСА
• ✓ ГЛУБОКИЙ ДРЕНАЖ
• ✓ ПРОСТОЙ ДРЕНАЖ УЧАСТКА ВОКРУГ ДОМА СВОИМИ РУКАМИ – ВИДЕО

ДЛЯ ЗЕМЕЛЬНОГО УЧАСТКА КРАЙНЕ ВАЖЕН ВОДНЫЙ РЕЖИМ:

КАКОЙ ОБЪЁМ ВОДЫ ПОПАДАЕТ НА ЕДИНИЦУ ПЛОЩАДИ, СКОЛЬКО ЕЁ ЗАДЕРЖИВАЕТСЯ В ПАХОТНОМ СЛОЕ, КАК ДОЛГО ПОЧВА СОХРАНЯЕТ ВЛАЖНОСТЬ. СПЕЦИАЛИСТ В ОБЛАСТИ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ РАССКАЗЫВАЕТ О ДРЕНИРОВАНИИ УЧАСТКОВ.

Удаление избытка воды из почвы называют дренированием. При этом оговаривается, до какой глубины необходимо провести это мероприятие. Понятно, что глубины дренирования участка для плодового сада и строения на капитальном фундаменте разные. Но принцип расчёта и обустройства дренажных систем сходен.

По глубине обустройства дренажные системы можно разделить на поверхностные и глубокие (рис. 1).

ПОВЕРХНОСТНЫЙ ДРЕНАЖ

Обустройство поверхностных дренажных систем на тяжёлых грунтах обязательно в наших климатических условиях. Почему обязательно?

Садоводческие товарищества или отдельно стоящие коттеджные посёлки обычно состоят из набора небольших участков разных собственников. Но для природы это значения не имеет – талая вода везде будет стекать по мёрзлой земле по уклону. Это значит, что плодородный слой почвы будет постепенно сноситься в нижнюю точку склона. В нижней трети общей площади земля будет закисать, а верхняя треть – чрезмерно сохнуть. Мокрый грунт может не выдержать давления сооружений и сдвинуться. Ну и, конечно, во влажных условиях развивается патогенная микрофлора.

Обустройство простейших дренажных каналов, в которые будет собираться паводковая вода, позволяет избежать многих проблем. И здесь не нужно специальных проектов – всё решается на местности в рабочем порядке.

Участок окапывают по периметру. Траншею делают как минимум на ширину лопаты и на глубину штыка. Заглубляться больше 50 см не имеет смыс ла. Стенки траншей скашивают, чтобы подмытая земля не осыпалась. Со временем они порастут травой, которая закрепит грунт. Уклон траншей ведут в сторону основного (собирающего) канала, глубина и ширина которого должна быть больше, чем у траншей.

Раз в несколько лет дренажные траншеи надо поправлять: вынимать осыпавшуюся землю, растительный мусор, подравнивать стенки.

В канал собирается вода с нескольких участков и отводится по уклону рельефа за пределы коллективного хозяйства (рис. 2).

Подобная система поверхностного дренажа наименее затратна. При больших капитальных вложениях траншеи выкладывают дорожным геотекстилем плотностью 150-200 г/м² и засыпают крупным щебнем. Известняковый щебень для грунтовых работ не применяют, так как он быстро раскисает и защелачивает окружающую почву, но крупный доломитовый щебень зарекомендовал себя как недорогой и стойкий материал (рис. 3,4).

ИМЕЮЩИЕСЯ В ПРОДАЖЕ ДРЕНАЖНЫЕ ТРУБЫ В УСЛОВИЯХ ПОВЕРХНОСТНОГО ДРЕНАЖА НЕ СПРАВЛЯЮТСЯ С БОЛЬШИМ ОБЪЁМОМ ТАЛЫХ ВОД, ЗАПОЛНЯЮТСЯ, И ВОДА ТЕЧЁТ ПО ПОВЕРХНОСТИ.

Вопрос дренирования самой площади участка приходится решать индивидуально. Хорошо, если весь участок ровный с небольшим уклоном. Но часто встречаются неровности грунта. К тому же вынутая при строительстве фундаментов земля создаёт дополнительные проблемы.

В таких условиях приходится танцевать от печки, то есть от дома: на каком уровне он построен, какова высота цоколя, есть ли отмостка, направлен ли к дому основной уклон рельефа.

Читайте также:  Пластовый дренаж своими руками – зачем нужен, чертежи и схемы

При этом приусадебный участок приходится разбивать на зоны, проводить террасирование, обустраивать обратные уклоны и глиняные замки. Всё потому, что весной вода потечёт по мёрзлой земле и никакой дренаж, кроме поверхностного, с этим потоком не справится.

ТЕРРАСА

Террасируют обычно склоны. Причём уклон грунта на самой террасе сохраняют. Получается, что большую площадь склона (то есть большого водосбора) делят на несколько частей и вода отводится с каждой террасы отдельно. В результате плодородный грунт не смывается, а сам склон крепится за счёт подпорных стенок.

В случае террас наибольший эффект поверхностного дренажа достигается при обустройстве обратных склонов -когда уклон каждой нижней террасы формируют в сторону основания подпорной стенки верхней террасы. Здесь воду собирают в траншеи или лотки и отводят. При возведении террас с обратным уклоном возводят высокие подпорные стенки, из-за чего террасы выглядят живописно даже при относительно низких начальных уклонах.

Для растений обилие талой воды не всегда хорошо: при длительном паводке и замокании плохо себя чувствуют яблони, вымокают черешня и крупноплодная вишня, некоторые сорта сливы. Садовая земляника тоже не переносит застоя воды. Страдают розарии и многолетние цветники.

Приходится констатировать, что строительство зданий и обустройство приусадебных участков часто проходит либо без плана, либо по генплану, не рассчитанному на ведение аграрной деятельности. Поэтому территории под сад и огород выделяют по остаточному принципу и зачастую там, где растения испытывают дефицит солнца и тепла, поскольку самые освещённые после строительства дома участки отводят под зону отдыха, беседку, газон, барбекю.

Если садово-огородная зона занижена и нет возможности досыпать грунт, то приходится сооружать высокие грядки. Под плодовые деревья рекомендуют насыпать холмы, но на практике это и сделать трудно, так как рыхлая земля расползается под напором талых вод и деревья в ней не держатся, и смотрится неэстетично. Я практикую в таких условиях создание насыпей высотой до 0,5 м, укреплённых подпорными стенками, – здесь и землю можно уплотнить, и дренаж обеспечить, и плодовые деревья на полукарликовых подвоях великолепно себя чувствуют.

ГЛУБОКИЙ ДРЕНАЖ

Систему дренажа глубокого заложения сооружают целенаправленно для определённого участка – например, если нужно отвести воду от фундамента дома такого-то размера и с такой-то глубины.

Сначала надо отделить грунт вокруг фундамента от наружного грунта, разрушить водоносный пласт в конкретном месте. Для этого копают траншею. Потенциально она будет заполняться грунтовыми водами, поэтому слишком близко к фундаменту делать её не следует. Обычно за расстояние от фундамента до траншей берут удвоенную глубину залегания фундамента. Например, фундамент имеет глубину 1,20 м, а песчаная подушка под ним – 0,5 м. Следовательно, дренажную траншею копают на расстоянии примерно 3,5 м от фундамента.

Так как грунтовая вода не должна проникать в песчаную подушку, траншеи копают на такую глубину, чтобы линия, соединяющая нижнюю точку траншеи и нижнюю точку песчаной подушки, отходила на 30-45° от горизонта. То есть в нашем примере горизонтальные каналы дренажа должны находиться на глубине 4-5 м. На глубину менее 3 м дренаж закладывать нецелесообразно.

Если из дренажной системы не отводить воду, то она быстро заполнится и перестанет функционировать. Поэтому обеспечивают естественный отток с обустройством глубоких дренажных колодцев либо систему колодцев небольшого диаметра для откачивания воды насосом.

После укладки дренажных труб и возведения колодцев-каналов траншеи засыпают песком. Сверху целесообразно уложить слой тяжёлого суглинка для создания замка и уже на него – плодородный слой почвы для газона. Понятно, что никаких других растений, кроме травянистых, в проекцию дренажной системы высаживать нельзя. В местах, где её пересекают дорожки или площадки на бетонном основании, следует уложить легко демонтируемые плиты: через определённое время дренажная система потребует чистки и вскрытия.

Как показывает практика, системы дренажа глубокого заложения более успешно работают вкупе с системами поверхностного дренажа.

Следует сказать ещё об одном способе удаления избытка воды, не связанном непосредственно с дренированием, – это высаживание растений-насосов. Например, зелёная изгородь из туи западной сорта ‘Брабант’ или ‘Смарагд’ позволит осушить участок земли на ширину, примерно равную высоте этих хвойных деревьев. Хорошо всасывают воду ивовые, а также лох и облепиха.

Договорившись с соседями, участок которых ниже по уровню, можно устроить дренаж сразу двух территорий.

Читайте также:  Что делать если участок затопляет после дождя и таяния снега? Дренаж и растения

ПРОСТОЙ ДРЕНАЖ УЧАСТКА ВОКРУГ ДОМА СВОИМИ РУКАМИ – ВИДЕО

Простой дренаж участка вокруг дома

Watch this video on YouTube

© Автор: С. Батов, кандидат с/х наук, замечательный специалист, автор множества статей Фото: Ю.Смирнов, В. Тихомиров, В.Давыдов

ЗАКАЖИТЕ КАЧЕСТВЕННЫЕ И ДЕШЕВЫЕ СЕМЕНА И ДРУГИЕ ТОВАРЫ ДЛЯ ДОМА И ДАЧИ. ЦЕНЫ КОПЕЕЧНЫЕ. ПРОВЕРЕНО! ПРОСТО ПОСМОТРИТЕ САМИ И УДИВИТЕСЬ.ЕСТЬ ОТЗЫВЫ. ПЕРЕЙТИ>>>

Подпишитесь на обновления в наших группах и поделитесь.

Будем друзьями!

Дренаж участка

Содержание

• Что дает дренаж, и чем угрожает его отсутствие
• Как делать дренаж на участке
  • Подготовительные мероприятия
• Обустройство дренажной системы участка на местности
  • Подземный дренаж участка
  • Устройство поверхностного дренажа
  • Особенности обустройства дренажа на участке
• Заключение

На этапе строительства загородного дома или частного домовладения проблему обеспечения полноценного дренажа участка откладывают на потом, чаще всего надеясь на летнее солнце, траву и высушивающее действие ветра. Возможно, это самый простой метод, но не самый безопасный и эффективный, особенно, если в структуре почвы на приусадебном участке преобладает глина или суглинок. Таяние снега или малейший дождик способны превратить участок без дренажа в сплошную непроходимую грязь или, того хуже, — грязное болото.

Что дает дренаж, и чем угрожает его отсутствие

Причин устроить дренаж участка своими руками на глинистых почвах достаточно:

• Во-первых, регулярное замокание способствует перерождению почвы в солончаки или резкому уменьшению плодородности грядок и даже гибели отдельных видов кустарников или деревьев;
• Во-вторых, устройство эффективного дренажа на участке удалит избыток влаги и снизит риск подтопления фундамента дачи или садового домика, особенно это важно для участков с высоким уровнем грунтовых вод;
• В третьих, состояние дорожек и площадки из тротуарной плитки, асфальтового покрытия вокруг дома в значительной степени зависят от УГВ. В этом случае устройство дренажа на участке позволяет сохранить уложенное покрытие в неизменном виде в течение десятка лет.

Важно! Чтобы сделать на территории участка с высоким уровнем грунтовой воды полноценный дренаж по всем правилам и канонам СНиП, не требуется особой квалификации, необходимо соблюдать рекомендации по обустройству водоотводящих путей и правильно выбрать места для размещения элементов системы дренажа.

Эффективность дренажа и осушения грунта во многом зависит от качества материалов, используемых для обустройства водоотведения, правильности выбора и установки на участке основных сборников воды, направления укладки труб и выведения собранной воды.

Как делать дренаж на участке

Даже самый сложный дренаж своего участка вполне реально сделать собственными силами. Основной проблемой в обустройстве дренажа является выполнение большого объема земляных работ для отвода грунтовой воды с глубины до 1 м.

Дренаж участка «по науке» обеспечивается с помощью двух независимых систем – для сбора поверхностной или дождевой воды и отбора излишка грунтовой воды. Первая система позволяет эффективно избавиться от излишка влаги на грунте, тем самым снижает нагрузку на грунтовый дренаж. Вовремя не отведенная дождевая вода способна скапливаться в соответствии с рельефом местности в самых неожиданных местах на вашем дачном участке, тем самым снижая эффективность подземного водоотведения.

Подготовительные мероприятия

Для обустройства дренажной системы выполним привязку системы дренажа участка на местности:

1. На начальном этапе определяем места скопления дождевой и талой воды на открытом грунте, в этих точках, находящихся ниже основного уровня поверхности участка, необходимо выбрать подходящие места для установки точек сбора воды и определить направление отведения влаги;
2. На достаточно больших открытых пространствах необходимо разметить направления и площади для линейного способа сбора воды в желоба. Наиболее эффективен поверхностный линейный дренаж на участках с твердым покрытием из плитки или бетона при условии правильного выбора направления водоотвода;
3. Участки грунта, отсыпанные песком, щебнем, или на которых присутствуют грядки, кустарники, трава или деревья, потребуют использования подземного дренажа. Поверхностный способ отвода воды в таких условиях менее эффективен. Размечаем направления укладки подземных труб дренажа.

После практического осмотра местности составляем план на бумаге и приступаем к рытью канав и траншей под будущие коммуникации дренажа.

Обустройство дренажной системы участка на местности

Для обустройства подземного и наземного дренажа используются свои трубы и водоводы. В отдельных случаях подземные и наземные коммуникации могут соединяться в ревизионном коллекторе, откуда собранная вода будет направляться в накопитель или в траншейный или трубный вывод за пределы участка.

Подземный дренаж участка

На первом этапе необходимо выкопать траншеи под подземные трубы дренажа в наиболее сложных для обслуживания местах. Особое внимание необходимо обратить на периметр участка. Если территория граничит с участком с более высоким рельефом, первую траншею под дренаж необходимо вырыть по периметру в этом месте. Из-за разницы уровней большая часть грунтовой воды придет именно с этой местности.

Аналогичным способом копаем траншеи от мест с более высоким рельефом непосредственно на участке. Если трубы подземного дренажа пересекаются, их можно соединять между собой с помощью муфт и тройников. При этом обязательно отводящая труба от места соединения нескольких дренажных водоводов должна быть большего диаметра, иметь уклон и направление к месту расположения ревизионного коллектора.

Глубина укладки дренажных труб зависит от уровня промерзания грунта. Чаще всего под дренаж выполняют траншею до метра глубиной. На дно траншеи отсыпается щебень фракции 20-30 см с небольшим количеством песка. Если для дренажа используются стандартные полихлорвиниловые трубы с тонкими перфорированными стенками, количество песка под укладку можно увеличить.

Уложенную песчано-щебеночную смесь тщательно выравнивают и покрывают геотекстилем. Размер геоткани должен быть таковым, чтобы боковые края полотна полностью перекрывали ширину траншеи. В некоторых случаях, чтобы снизить нагрузку на тонкие пластиковые стенки, после укладки геотекстиля выполняют формовку «постели» под будущую трубу. Эту операцию можно провести с помощью короткого бревна, укладываемого на полотнище, после чего уложенное бревно притрамбовывают тяжелой трамбовкой. Таким образом, на подушке образуется полукруглая канава, в которую и укладывается дренажная труба. После укладки полотнище геоткани заворачивается на трубу, траншея засыпается слоем щебня 15-20 см и заполняется грунтом.

Обязательным условием является соблюдение уклона труб, обеспечивающего сток накопившейся воды в направлении сборного или ревизионного колодца.

Устройство поверхностного дренажа

В отличие от предыдущего варианта, при обустройстве поверхностного дренажа необходимо учитывать рельеф участка, расположение дорожек, твердого покрытия, так как основная часть системы будет находиться на поверхности. Такая специфика продиктована основным назначением водосбора – собрать максимальное количество воды во время таяния снега или дождя.

Водоприемные желоба поверхностного дренажа в первую очередь устанавливают вдоль дорожек из тротуарной плитки и асфальтового покрытия. Чтобы избежать травм, желоб закрывается решеткой или специальной защитой с прорезями. От желоба собранная вода направляется по трубам, уложенным в грунт на глубину 15-20 см. Канавы после укладки водоводов обычно закрывают слоем дерна.

В отдельных случаях водоприемники могут отсыпаться слоем крупного щебня, зачастую это делается для защиты системы дренажа от повреждения.

Как и в случае подземного дренажа, чаще всего для отвода воды используют полиэтиленовые трубы. В отличие от них, такие коммуникации не имеют отверстий или перфораций на стенах, они не предназначены для пропускания воды через стенки. Лучше всего для этих целей подходят обычные водопроводные трубы, диаметром 2,5-3 дюйма.

Особенности обустройства дренажа на участке

Обе системы дренажа проектируются и укладываются таким образом, чтобы избежать поворотов на угол более 20^о. Любые перенаправления потока необходимо выполнять с помощью промежуточных колодцев. Подобные устройства позволяют повернуть поток воды на любой угол, соединить несколько магистралей на дачном участке в одну и, самое главное, выполнять периодическую ревизию работы водоотводов системы дренажа.

Ревизионные колодцы выполняются на глубину не менее 1 метра и имеют диаметр до 40 см. Чтобы внутрь колодца не попадали посторонние предметы, домашние животные, не травмировались люди, конструкцию закрывают наружной крышкой, окрашенной в яркий цвет. В некоторых случаях крышку накрывают пленкой и засыпают слоем грунта. При этом обязательно устанавливается маркер в виде пластикового или металлического колышка с табличкой.

Всю собранную воду направляют в сборную емкость, находящуюся в самой низкой точке участка. В сборном колодце дно может иметь отверстия для слива воды в почву. Обычно это возможно, если дно емкости соприкасается со слоем песка, или есть возможность отводить воду с поверхности участка с помощью канавы ниже по рельефу местности. При плотной застройке участка зачастую воду отводят из накопительной емкости с помощью дополнительной трубы в общую ливневую или канализационную систему поселка.

В отдельных случаях мощная подземная дренажная система способна понизить уровень грунтовых вод настолько, что в колодце с уровнем воды менее метра может вообще исчезнуть вода. Чаще всего это происходит в том случае, когда наполнение ствола колодца происходит за счет приповерхностных грунтовых вод, тогда как по науке вода должна отбираться с горизонта не менее 2,5-3 метра.

Заключение

Собранную грунтовую воду зачастую используют для полива растений на дачном участке и хозяйственных нужд. В этом случае для сбора грунтовых вод используют отдельную емкость, такая вода ничем не хуже воды из колодца, но для питья и бытовых нужд использовать ее не рекомендуется.

• Чистка дымохода своими руками
• Домашняя мини сауна в квартире своими руками
• Как высушить подвал и погреб от сырости
• Как вывести плесень в квартире

Что такое затопление подземными водами? — Создание лучшего места

https://environmentagency.blog.gov.uk/2019/12/23/what-is-groundwater-flooding/

Автор: Агентство по охране окружающей среды, Опубликовано: 23 декабря 2019 — Категории: Потоп

Кэрол Холт, менеджер по наводнениям в Агентстве по охране окружающей среды

До сих пор этой осенью на большей части страны было исключительно дождливо, было побито много рекордов и широко распространены наводнения.

Но задумывались ли вы когда-нибудь о различных типах затопления? Большинство людей, вероятно, ассоциируют наводнение со сценами выхода рек из берегов или драматическими волнами и брызгами от прибрежных наводнений. Вы наверняка сталкивались с затоплением поверхностными водами, проще говоря, когда дождь из-за сильного дождя переполняет стоки, что часто приводит к разрушению дорог. Но есть четвертый и менее известный тип затопления, называемый затоплением грунтовыми водами.

Наводнение из-за подземных вод может произойти, когда уровень воды в горных породах или почве под землей, известный как уровень грунтовых вод, повышается. Когда уровень грунтовых вод поднимается и достигает уровня земли, вода начинает просачиваться на поверхность, и может произойти наводнение. Это означает, что вода может подниматься вверх через полы или подземные помещения, такие как подвалы или подвалы. Вода не всегда появляется там, где вы ожидаете ее увидеть, например, на дне долины. Она также может появляться на склонах холмов.

Затопление подземными водами происходит гораздо медленнее, чем затопление рек – обычно это происходит через несколько дней, недель или даже месяцев после сильных или продолжительных дождей. И это может длиться недели или даже месяцы.

Затопление из-за подземных вод наиболее распространено в районах, где подстилающая порода состоит из мела, но это также может произойти в местах с песком и гравием, например, в речных долинах. Некоторые части страны более подвержены затоплению грунтовыми водами, чем другие, например, Дорсет.

Мы снижаем риск наводнений разными способами, включая создание защитных сооружений от наводнений, работу с нашими партнерами над повышением устойчивости к наводнениям и поддержание рек в порядке. Но одна из многих проблем, связанных с затоплением грунтовыми водами, заключается в том, что многие традиционные методы защиты от наводнений могут оказаться неэффективными против затопления грунтовыми водами. Это связано с тем, что вода может просачиваться через пол в течение длительного времени.

Самый эффективный способ не допустить проникновения грунтовых вод в вашу собственность — использовать дренажную или насосную систему для отвода воды от вашего дома или предприятия. Для получения дополнительной информации посетите наш веб-сайт: https://www.gov.uk/government/publications/flooding-from-groundwater

Местные органы власти несут ответственность за управление рисками затопления из-за грунтовых вод. Тем не менее, Агентство по охране окружающей среды имеет стратегический обзор всех источников затопления, а в некоторых районах, которые исторически сталкивались с затоплением подземными водами, Агентство по охране окружающей среды предоставляет услуги оповещения или предупреждения о подземных водах.

Для получения дополнительной информации о том, как оставаться в безопасности во время наводнения, посетите: https://www.gov.uk/check-flood-risk

Построить модель подземных вод

В 2015 году Агентство по охране окружающей среды проводило раскопки шахты «Золотой король», исторической шахты, где находились токсичные отходы, чтобы начать длительный процесс очистки кислотных отходов, скопившихся в исторической шахте.

Гидролог Карлетта Чиф вмешалась, настояв на более тщательном анализе воды и отложений, чтобы убедиться, что вода в конечном итоге будет безопасной для сотен способов, которыми ее используют представители народа навахо, ее собственной коренной общины.

Посмотрите это видео, чтобы узнать о разливе на шахте «Золотой король» и усилиях одного ученого понять и смягчить его воздействие на регион.

Почему такие события, как утечка на руднике «Золотой король», влияют на столь многих людей и так по-разному? Как вода перемещается над и под землей, и как мы можем использовать эту информацию, чтобы предсказать, на кого повлияет загрязнение поверхностных и подземных вод? Чтобы выяснить это, вы создадите модель общего природного подземного источника воды — общего водоносного горизонта — и поэкспериментируете с перемещением смоделированных загрязняющих веществ через водоносный горизонт, проведя собственное тестирование воды.

Педагоги, не бойтесь: у нас есть инструкции по моделированию подземных вод своими руками, которые, приложив немного усилий и заплатив 60 долларов за детали, сделают 10 рабочих моделей подземных вод (для групп из трех учащихся), которые вы сможете использовать год за годом!

Учащиеся будут:

• Моделирование того, как на общий водоносный горизонт влияют осадки и кислые шахтные стоки
• Участники будут контролировать кислотность воды с течением времени, чтобы убедиться, что их моделируемое водоснабжение соответствует Национальным нормативам вторичной питьевой воды (NSDWR) с pH 6,5–8,5 9.0052
• Участники будут использовать свои данные для составления карты движения загрязняющих шлейфов с течением времени
• Расширение: создайте и протестируйте решение для исправления

Знакомство с подземными водами

После сильного дождя вы, скорее всего, увидите стоячую воду и несколько луж, которые собираются на поверхности земли. Вы даже можете увидеть, как вода стекает по дорогам и тротуарам в ливневые стоки. Но чего вы, вероятно, не видите, так это невероятного количества воды, которая впитывается прямо в землю.

В большинстве мест, не покрытых камнем или асфальтом, между кусками камня и частицами глины и почвы есть промежутки, по которым вода может двигаться после дождя. Благодаря всем этим небольшим пространствам земля может поглощать много воды. Под землей, по которой мы ходим, иногда на много миль ниже поверхности, может собираться большое количество воды в виде грунтовых вод. Колодцы, родники и насосы позволяют нам извлекать подземные воды для многих целей, включая питье и домашнее хозяйство, сельское хозяйство и производство.

Подземные воды не всегда остаются на одном месте, они могут рассеиваться, дрейфовать и перетекать с места на место под землей. Точно так же, когда загрязнение проливается на землю или просачивается из общего источника загрязнения (называемого точечным источником) в озера, ручьи, загрязненные грунтовые воды могут перемещать загрязнение с места на место.

Чтобы понять, как вода и водные загрязнения перемещаются по грунтовым водам, полезно освоить небольшой словарный запас:

Водоносный горизонт

Подземное тело из проницаемых горных пород или отложений, насыщенное грунтовыми водами, которые могут быть подняты на поверхность колодцем или родником. Вода может перемещаться с места на место в пределах водоносного горизонта. Водоносные горизонты могут быть очень большими, простираться на многие-многие мили и обеспечивать питьевой водой и водой для орошения несколько штатов.

Подзарядка

Когда идет дождь и вода проникает в почву, воду можно добавить обратно в водоносный горизонт. Это называется перезарядка. В местах, где вода периодически пересыхает и где водоносные горизонты истощаются в результате деятельности человека, пополнение запасов может иметь важное значение для обеспечения наличия воды для орошения и питья.

Пористость

Процент открытого пространства (порового пространства) в образце породы или отложений. Отложения, такие как песок, ил и глина, обычно очень пористые и могут хранить большое количество грунтовых вод в порах. Многие магматические и метаморфические породы имеют очень низкую пористость, если они не трещиноватые.

Проницаемость

Скорость, с которой вода может течь через пористые породы или отложения. Проницаемые породы и отложения позволяют колодезным насосам откачивать гораздо большие объемы воды в час, чем менее проницаемые породы или отложения, и быстрее пополняются за счет дождя.

Шлейф загрязнения

Водоем загрязненных грунтовых вод. Шлейф загрязнения может течь и распространяться в пределах водоносного горизонта, воздействуя со временем на различные области.

Ответьте на каждый из следующих вопросов, комментируя и добавляя диаграммы в свои ответы. Распечатайте эту версию рабочего листа, которая включает диаграммы, которые помогут вам (версия docx).

1. Почему загрязнение водоносного горизонта потенциально более серьезно (подвергает риску больше людей), чем загрязнение небольшого поверхностного пруда?
2. Как, по вашему мнению, пористость влияет на количество поверхностных вод, которые будут поглощаться и накапливаться в виде грунтовых вод после ливня? Почему?
3. Как событие перезарядки, такое как серия ливней, повлияет на направление, в котором может двигаться разлив загрязнения на поверхности, если почва обладает высокой проницаемостью? Что делать, если почва имеет низкую водопроницаемость?
4. Если на одной стороне водоносного горизонта есть шлейф загрязнения, а кто-то качает воду с противоположной стороны водоносного горизонта, как вы думаете, шлейф загрязнения будет двигаться к насосу, от него или останется на том же месте? Почему?
5. Объясните, как пористость почвы может повлиять на ее проницаемость. Если это поможет, вы можете аннотировать диаграмму ниже как часть вашего объяснения.

Подземные воды и угольные шахты: дренаж кислотных шахт

Когда подземные воды и воздух вступают в контакт с серо- и железосодержащими породами (например, пиритом), обычно встречающимися при добыче угля, может произойти химическая реакция, в результате которой в воде образуются растворенные в воде серная кислота и железо. Благодаря этому процессу старые участки добычи могут стать резервуарами высококислотных, богатых железом грунтовых вод, которые могут медленно просачиваться из шахты (или, в случае шахты «Золотой король», высвобождаться и быстро вымываться) и загрязнять близлежащие водоносные горизонты, озера, и потоки. Это загрязнение, называемое дренаж кислотных шахт , может окрашивать озера и ручьи в желтый или оранжевый цвет, как это произошло во время разлива на руднике Голд-Кинг, описанного Карлеттой Шеф в видеоролике Science Friday выше.

Хотя кислотность воды сама по себе опасна для растений и диких животных, она представляет особую опасность для человека из-за своей способности растворять тяжелые металлы. Когда загрязненные кислые шахтные стоки вступают в контакт с горными породами и минералами, естественным образом содержащими тяжелые металлы, такие как свинец, медь, мышьяк и ртуть, эти металлы растворяются и попадают в воду, что приводит к высокотоксичному загрязнению, которое может загрязнить питьевую воду и нанести вред растения и живая природа.

• Демонстрация растворимости металлов в кислоте

  Хотите лично убедиться, как кислотность влияет на растворимость металлов? Начните с поиска двух очень грязных или тусклых монет, двух стеклянных банок и небольшого количества уксуса и соли.

• Шаг 1

  Поместите каждую из двух грязных монет в стеклянную банку. Покройте каждый пенни дюймом воды.

• Шаг 2

  Добавьте столовую ложку белого уксуса и щепотку соли в одну из банок, чтобы сделать воду кислой. Покрутите две банки в течение пары минут.

• Шаг 3

  Какой пенни выглядит более блестящим после вращения? Пятно на монете — это окись меди, по сути, медная ржавчина. Как и большинство природных соединений металлов, оксид меди лучше растворяется в кислой воде, чем в воде с нейтральным pH, поэтому пятно на монете в банке с уксусом растворилось, и монета стала более блестящей.

• Сделать вывод

  Представьте, что металлы растворяются с такой скоростью, но по всему ландшафту, когда кислая вода вступила в контакт с милями подземных и поверхностных пород, содержащих свинец, мышьяк, ртуть, железо и медь. Когда кислотные шахтные стоки загрязняют водоносный горизонт, металлы растворяются в грунтовых водах и могут сделать воду опасной для питья.

  Фото: Разлив реки Анимас, 2015 г. (Wikimedia Commons)

Построить модель подземных вод

Хорошая система подземных вод должна выполнять несколько задач: она должна объединять пористые отложения (песок), пополняться водой сверху (для моделирования осадков) и включать одну или несколько скважин и/или насосов (для имитации извлечения человеком воды из водоносные горизонты). Вы можете приобрести комплекты моделей грунтовых вод у различных онлайн-провайдеров (200–900 долларов США за модель), однако собрать свои собственные, используя пластиковую коробку для обуви и насосы для приправы/шампуня, достаточно просто и значительно дешевле (70 долларов за набор из 10 штук, рассчитанный на 30 учащихся). ). Эти модели работают год за годом, поэтому они стоят того, чтобы вложить время в самостоятельную сборку.

Загрузите приведенные ниже руководства, разработанные и усовершенствованные опытным преподавателем наук о Земле из Калифорнии Райаном Холлистером:

• Материалы и инструменты для вашей модели грунтовых вод
• Пошаговое руководство по созданию модели грунтовых вод
• Рецепт имитации дренажа кислотных шахт

Каждая готовая модель подземных вод должна работать и функционировать следующим образом:

Моделирование модели подземных вод: общий водоносный горизонт

В этом упражнении по моделированию участники испытают динамику использования общей системы водоносных горизонтов. Поскольку это задание моделирует общую систему водоносных горизонтов, учащиеся будут работать в группах по три человека, каждая из которых «живет» на смоделированном участке земли со своим собственным «колодцем» (насосом). Учащиеся будут откачивать воду из своих колодцев, чтобы смоделировать потребности водопользователей в водозаборе в данном месяце.

• Разделите учащихся на группы по три «владельца колодца» и дайте каждой группе установку модели подземных вод и три стакана емкостью не менее 100 мл.
• Заполните каждую модель грунтовых вод водой, пока уровень воды не будет на 1–2 см выше поверхности песка.
• Распределите учеников каждой группы на один из трех участков земли (у каждого ученика должен быть свой насос).
• Приготовьте рецепт имитации кислого дренажа шахты для каждой группы учащихся, используя этот рецепт имитации кислотного дренажа шахты.
• Пусть каждая группа загрузит копию электронной таблицы данных мониторинга скважины, чтобы отслеживать данные о перекачке и загрязнении на протяжении всего моделирования. Примечание. В виртуальной электронной таблице предварительно заполнены расчеты ячеек для учета изменчивости количества осадков и получения итоговых значений количества осадков и откачки воды после каждого смоделированного месяца.
• Обеспечьте каждую группу датчиком pH ИЛИ набором из 30 (3 x 10) индикаторных полосок pH для проверки pH каждой лунки в течение 10 циклов имитации откачки.
• Предоставьте копии Инструкций по моделированию подземных вод, которые можно распечатать, чтобы учащиеся проходили каждый «месяц» моделирования, как описано ниже.

В этом моделировании каждый месяц использования представлен 60 секундами активного сцеживания. Для поддержания качества жизни каждый владелец скважины должен откачивать от 90 до 100 мл воды из каждой скважины за 60 секунд в месяц. По окончании месяца откачка воды не допускается до тех пор, пока в следующем месяце не выпадут дожди.

1. Всем владельцам скважин: В начале таймера (60 секунд) начните качать равномерно (не фанатично!) Остановитесь, как только ваши 60 секунд истекут.
2. Измерьте и запишите объем закачанной подземной воды в «Месяц 1» столбца «ML Pumped» в электронной таблице данных мониторинга скважины.
3. Используйте рН-бумагу или рН-зонд для проверки рН воды в каждой скважине и запишите данные в «Месяц 1» таблицы данных «рН». Это будет ваш базовый уровень pH для системы.
4. Слейте перекачиваемую воду в раковину после регистрации pH.

Вы заметите, что когда вы добавляете объемы насосов в электронную таблицу данных мониторинга скважины, она автоматически рассчитывает « Количество поверхностных вод для пополнения », которое будет внесено в водоносный горизонт системы в следующем месяце. Пополнение водоносных горизонтов происходит, когда вода с поверхности земли проникает в поровые пространства почвы, отложений или горных пород. Поскольку месячное количество осадков в моделируемом регионе сильно варьируется, количество пополнения, рассчитываемое каждый месяц, будет отражать эту изменчивость. Количество поверхностных вод для пополнения также будет отражать объемы перекачки за предыдущий месяц, чтобы учесть изменчивость эффективности откачки каждого насоса и владельца скважины.

Владельцы скважин № 2 и № 3 :

1. Используйте водопроводную воду для заполнения градуированных цилиндров рассчитанным количеством воды, необходимым для подпитки таблица.
2. Медленно вылейте воду, чтобы «пролить дождь» на участок земли каждого колодца. Вода должна стекать через отверстия в крышке коробки.

Владелец скважины №1

1. О нет! Кислотные шахтные стоки загрязнили землю, и поверхностные воды просачиваются и пополняют водоносный горизонт под скважиной №1. Используя имитатор кислотного шахтного дренажа (лимонную кислоту), измерьте и заполните градуированный цилиндр рассчитанным количеством воды, необходимой для подпитки земли скважины № 1, указанной в вашей электронной таблице, стараясь не перекрестно загрязнить
.
2. Медленно вылейте кислую шахтную дренажную воду, чтобы «вызвать дождь» над участком земли.

Все владельцы скважин :
Сделайте прогнозы о том, как кислые шахтные дренажи повлияют на общую систему водоносных горизонтов. Обязательно ответьте на следующие вопросы в своем прогнозе, сославшись на данные симуляции, видео, вашего исследования и приведенные ниже доказательства в поддержку вашего утверждения.

• Какое влияние может оказать дренаж кислых шахт на систему водоносных горизонтов и владельцев каждой из трех скважин в течение четырех месяцев?
• Какие участки земли пострадают больше всего?
• Как вы думаете, как изменятся эффекты дренажа кислотной шахты в течение четырех циклов откачки и перезарядки?

Некоторые данные, которые следует учитывать при обоснованных прогнозах :

• В соответствии с Национальными правилами вторичной питьевой воды (NSDWR) pH безопасной питьевой воды составляет 6,5–8,5.
• Многие растения не могут выжить в слишком кислых почвах.
• Песок представляет собой очень пористый и проницаемый осадок.

1. Сообществам и фермам, использующим колодцы №1, №2 и №3, требуется 90–100 мл безопасной воды каждый месяц (60 секунд), чтобы поддерживать свой образ жизни. Запустите таймер и качайте воду в течение 60 секунд.
2. Запишите количество воды, откачанной из каждой скважины за 2-й месяц, в таблицу данных.
3. Измерьте и запишите уровень pH перекачиваемой воды за месяц 2 в таблицу данных.
4. Слейте перекачиваемую воду в раковину после регистрации pH.

Источник кислых шахтных стоков ликвидирован, поэтому вода для подпитки больше не кислая!

1. Используйте водопроводную воду для заполнения градуированных цилиндров рассчитанным количеством поверхностной воды для пополнения водоносного горизонта.
2. Медленно полейте водой назначенные участки земли. Подождите 45 секунд.
3. Запустите таймер на 60 секунд, чтобы начать следующий «месяц» и откачайте воду из колодцев №1, №2 и №3.
4. Запишите количество воды, откачанной из каждой скважины, в соответствующую строку месяца таблицы данных.
5. Измерьте и запишите уровень pH перекачиваемой воды в соответствующую строку месяца таблицы данных.
6. Слейте перекачиваемую воду в раковину после регистрации pH.
7. Повторяйте шаги 1–6, пока не завершите 10 месяцев симуляции циклов подпитки-накачки.

Анализ данных

Создайте линейный график, отображающий уровни pH во всех трех лунках с течением времени.

Для построения графика:

1. Поместите «pH» на вертикальной оси, диапазон значений от 2 до 9.
2. «Месяцы» должны быть отложены по горизонтальной оси в диапазоне от 0 до 10
3. Используйте разные цвета для обозначения каждой лунки и укажите ключ (пример: лунка 1 = красная, лунка 2 = синяя, лунка 3 = зеленая).

Выводы моделирования:

1. Какие тенденции или закономерности вы заметили в данных pH и полученном графике?
2. Как изменялась со временем кислотность в каждой скважине?
3. Почему со временем менялась кислотность колодезной воды?
4. Как пористость и проницаемость отложений могут влиять на наблюдаемые закономерности?
5. Какие вопросы у вас возникли в результате просмотра данных и графика?

Визуализация шлейфа сквозь время

При наличии достаточного количества точек данных шлейф загрязненных грунтовых вод можно отслеживать с течением времени, чтобы определить размер региона, на который он влияет, и предсказать направления, в которых он может течь в будущем. В этом моделировании есть только три точки данных для каждого месяца, поэтому подробная карта шлейфа и его движения невозможна. Однако мы можем визуализировать, как кислотность в системе водоносного горизонта с тремя насосами меняется с течением времени.

Посмотрите рабочий лист «Визуализация данных о шлейфе загрязнения». Небольшие диаграммы представляют общую модель водоносного горизонта с высоты птичьего полета.

1. Для каждого месяца напишите мелким шрифтом соответствующий уровень pH в каждой лунке. (Скважины на схеме обозначены кружками.)
2. Используя цветовую шкалу, соответствующую используемому вами pH, нарисуйте небольшой образец цвета, представляющий pH, поверх чисел, которые вы написали на предыдущем шаге.
3. Окончательная визуализация данных должна представлять собой сплошной градиент цветов, меняющийся в зависимости от наблюдаемого pH в колодезной воде. Чтобы заполнить пустые области между образцами цветов, вам нужно будет сделать предположения о рН воды между лунками, которые вы не измеряли напрямую. Для этой модели можно предположить, что расстояние посередине между лунками будет средним значением рН в двух лунках. Например, если скважина №1 имеет рН 4,8, а скважина №2 имеет рН 6,8, будем считать, что рН воды между скважинами будет изменяться через равные промежутки времени от 4,8 (темно-оранжевый) до 5,0 (желтый). ) до 6,0 (светло-зеленый) до 6,8 (темно-зеленый, очень похожий на 7,0). Можно предположить, что точка «на полпути» между pH 4,8 и pH 6,8 представляет собой среднее значение скважины № 1 и скважины № 2, которое будет равно 5,8.
   (4,8+6,8)/2 = 5,8.
4. Используйте визуализации, чтобы ответить на вопросы рабочего листа визуализации данных о шлейфе загрязнения.

Заключительные вопросы

В этой симуляции кислый дренаж рудника происходил из давно заброшенной шахты, которая находилась в аварийном состоянии более 100 лет, что является довольно типичным сценарием событий загрязнения кислыми шахтами.

1. Кто пострадал от AMD в вашей модели системы водоносного горизонта? Как ваша симуляция соотносится с реальными эффектами, описанными в истории? Приведите конкретные данные из ваших исследований в поддержку вашего аргумента.
2. По мнению вашей группы, кто должен нести ответственность за обеспечение того, чтобы подземные воды в водоносном горизонте были пригодны для потребления человеком? Обязательно подкрепите свое утверждение аргументированным объяснением.
3. Вместе со своей группой перечислите и опишите не менее двух идей, которые можно использовать для устранения заражения в реальной жизни. То есть, что можно сделать для очистки кислых шахтных стоков или защиты водоносного горизонта, чтобы откачиваемые подземные воды были безопасны для потребления человеком? Рассмотрите возможность поиска примеров успешного восстановления кислотных шахт.
4. Необязательно: запланируйте моделирование восстановления для модели, используя рекомендации из № 3, а затем реализуйте свой план восстановления с помощью модели грунтовых вод.

Научные стандарты следующего поколения

HS-ESS2-2. Проанализируйте геолого-геофизические данные, чтобы заявить, что одно изменение на поверхности Земли может вызвать обратную связь, вызывающую изменения в других системах Земли.

HS-ESS3-4. Оценить или доработать технологическое решение, снижающее воздействие деятельности человека на природные системы.

Кредиты:

Модель подземных вод, имитация и материалы для учащихся Райана Холлистера
Ресурс и демонстрационная копейка написаны Ариэлем Зихом
Производство: Ксочитл Гарсия, Ариэль Зих
Редактирование и редактирование: Ариэль Зич, Брайан Соаш, Райан Холлистер

Набор инструментов для преподавателя

Инструкции для учащихся по моделированию подземных вод

Инструкции для учащихся по моделированию подземных вод

Модель подземных вод_ Материалы и оборудование

Модель подземных вод_ Материалы и оборудование

Словарь грунтовых вод Рабочий лист

Словарь грунтовых вод Рабочий лист

Рецепт имитации кислотной шахты

Рецепт имитации кислотной шахты

Стол для визуализации шлейфа

Таблица визуализации шлейфа. docx

Инструкции по построению модели общего водоносного горизонта с тремя насосами

Инструкции по построению модели общего водоносного горизонта с тремя насосами

Электронная таблица данных мониторинга скважин

Познакомьтесь с писателями

Об Ариэле Зихе

@arieloquent

Ариэль Зих является директором аудитории Science Friday. Она бывший учитель и ученый, которая проводит свободное время за приготовлением еды, наблюдением за членистоногими и отдыхом на природе.

О Райане Холлистере

@phaneritic

Райан Дж. Холлистер — ветеран геолого-геофизических исследований и преподаватель экологических наук в средней школе Терлок в Терлоке, Калифорния. Благодаря фирменному сочетанию энтузиазма и опыта, он воспитывает в своих учениках признательность за физические процессы, которые сформировали регион, который они называют домом: Великая центральная долина Калифорнии.