На примере практического исследования рассмотрим возможности забивных пьезометров Solinst 615 для изучения взаимодействия поверхностных и подземных вод в пределах гипорейной зоны.
Многоуровневый забивной пьезометр Solinst 615
Задача исследования
Сброс очищенных сточных вод в водотоки может сопровождаться поступлением различных загрязняющих веществ, в том числе фармацевтических соединений и PFAS. Для оценки путей и особенностей их миграции необходимо изучать процессы, происходящие в гипорейной зоне — области под руслом и в прилегающих к нему отложениях, где взаимодействуют поверхностные и подземные воды.
В рамках исследования необходимо было определить изменение по глубине гидравлических градиентов и концентраций загрязняющих веществ в русловых отложениях.
Получение таких данных традиционными методами имеет ряд ограничений. Установка группы отдельных пьезометров требует значительной площади, увеличивает вероятность повреждения оборудования при изменении гидрологических условий и может создавать погрешности при сопоставлении результатов, полученных в разных точках. Кроме того, такая схема не всегда позволяет детально оценить вертикальное движение воды.
Поэтому требовалось решение, которое можно установить непосредственно в русловых отложениях и использовать для измерений и отбора проб на нескольких глубинных уровнях.
Решение
В исследовании применялись многоуровневые забивные пьезометры Solinst 615.
Конструкция системы предусматривает установку до 6 измерительных портов на одной стальной трубе диаметром 1,9 см. Порты располагаются на заданных глубинах и соединяются с отдельными трубками, выведенными на поверхность для измерения уровня воды и отбора проб.
Для условий конкретного участка были подготовлены системы с 2 и 4 измерительными портами. В качестве линий для отбора проб использовались трубки из полиэтилена высокой плотности (HDPE), совместимые с PFAS и органическими загрязняющими веществами.
Установка многоуровневого забивного пьезометра Solinst 615
Перед монтажом выполнялось предварительное изучение русловых отложений с помощью стандартного забивного пьезометра Solinst. Изменение сопротивления при погружении оборудования позволило определить особенности литологического строения и выбрать глубины размещения измерительных портов.
Системы собирались непосредственно на месте проведения работ, начиная с нижней части конструкции. После сборки пьезометры устанавливались в русловые отложения с помощью ручного скользящего молота массой 7 кг.
Для защиты внутренних трубок во время установки использовалась забивная головка Solinst с обходным каналом. Дополнительное применение временной обсадной трубы позволило уменьшить вероятность засорения портов глинистыми и илистыми частицами.
Организация мониторинга
На исследуемых участках многоуровневые пьезометры дополнялись другими точками наблюдений за уровнем воды и гидравлическими условиями.
Измерения проводились на нескольких глубинных интервалах в пределах одного вертикального профиля. Благодаря этому стало возможным сравнение гидравлических напоров на разных глубинах относительно общей точки отсчёта и более детальная оценка направления вертикального движения воды.
Для определения уровня воды применялся уровнемер Solinst 102.
Отбор проб осуществлялся через отдельные линии каждого измерительного порта с использованием перистальтического насоса. Это позволило проследить распределение загрязняющих веществ по глубине и оценить степень их проникновения в русловые отложения.
Схема размещения забивного оборудования на участке
Результаты
В течение двухлетнего периода наблюдений многоуровневые системы сохраняли работоспособность при резких колебаниях уровня воды, воздействии течения, плавающего мусора и образовании льда.
Результаты измерений показали, что вертикальные гидравлические градиенты могут существенно отличаться по величине и направлению на разных глубинных интервалах.
Использование нескольких измерительных портов в рамках одного вертикального профиля позволило выявить особенности фильтрационных процессов, которые при традиционной схеме с отдельными пьезометрами могли остаться незамеченными. В частности, такой подход мог приводить к занижению величины восходящего гидравлического градиента в 2–3 раза и не позволять выявлять локальные зоны с нисходящим направлением фильтрации.
Многоуровневая система также позволила оценить распространение фармацевтических соединений и PFAS в толще русловых отложений.
На одном из исследуемых участков выраженный восходящий поток подземных вод ограничивал проникновение загрязняющих веществ в нижележащие слои.
На другом участке восходящий гидравлический градиент был значительно менее выраженным. При повышении уровня воды направление фильтрации могло меняться, создавая условия для проникновения фармацевтических соединений и PFAS, включая PFOA и PFOS, в поровую воду русловых отложений на глубину более 1 м.
Рассмотренный пример демонстрирует возможности забивных пьезометров Solinst 615 для изучения гидравлических условий и распределения загрязняющих веществ по глубине.
Размещение нескольких измерительных портов в одной системе позволяет:
· проводить измерения уровня воды и гидравлического напора на различных глубинах;
· оценивать изменение величины и направления вертикальных гидравлических градиентов;
· отбирать пробы воды с отдельных глубинных интервалов;
· исследовать вертикальную миграцию загрязняющих веществ;
· получать детальную информацию о взаимодействии поверхностных и подземных вод.
Забивные пьезометры Solinst 615 могут использоваться при исследовании гипорейной зоны, мониторинге неглубоко залегающих водоносных горизонтов и изучении процессов миграции загрязняющих веществ.
