Лабораторна робота 3 Визначення можливості водовідбору із водозабору та розрахунок зони санітарної охорони

Мета роботи. Освоїти головні методи опрацювання результатів польових і лабораторних гідрогеологічних досліджень для визначення можливості водовідбору із водозабору та розрахунку зони санітарної охорони.

Тема лекційного курсу. Гідрогеологічні дослідження при пошуках, розвідці і експлуатації родовищ підземних вод для водопостачання. Гідрогеологічні дослідження в зв'язку з оцінкою й прогнозом якості підземних вод. Вивчення і прогноз режиму підземних вод.

Література. 4, 7, 8, 9, 10.

Теоретичний матеріал.

3.1 Гідрогеологічні дослідження при пошуках, розвідці і експлуатації родовищ підземних вод для водопостачання. Підземні води використовуються з метою господарсько-питного та виробничого водопостачання, зрошення та обводнення, енергетичних цілей та теплофікації, лікувальних цілей, у якості столових мінеральних вод та як сировина для вилучення цінних компонентів.

Підземні води мають деякі переваги перед поверхневими: майже всюди розповсюджені, мають велику стабільність режиму та високу якість, менше забруднюються радіоактивними, хімічними та бактеріальними речовинами.

Підземні води розглядаються як складова і важлива частина загальних водних ресурсів, як елемент природного середовища та найважливіша корисна копалина, пошук, розвідка та використання якого регламентуються відповідними положеннями.

Вибір джерела водопостачання та проект будівництва водозабору обґрунтовується результатами спеціальних гідрогеологічних та інших видів досліджень, які на підземні води проводяться спеціалізованими гідрогеологічними організаціями. Об’єм та характер таких досліджень визначається складністю природних умов, розміром та характером водоспоживання, стадією проектування та ступенем вивченості гідрогеологічних умов.

Спеціалізовані гідрогеологічні роботи масштабу 1:50000 (1:25000) проводяться на площах з особливо складними гідрогеологічними та еколого-гідрогеологічними умовами з метою спеціалізованого гідрогеологічного картування відповідного масштабу або вирішення спеціальних гідрогеологічних питань.

Пошукові роботи на підземні води проводяться з метою виявлення потенційних родовищ заявлених видів підземних вод, виділення водоносних горизонтів (комплексів) з визначенням площ їх поширення та ділянок надр, перспективних для проведення подальших пошуково-оцінювальних та розвідувальних робіт з підрахунком попередньо розвіданих експлуатаційних запасів підземних вод категорії С₂ та оцінкою прогнозних ресурсів.

Пошуково-оцінювальні роботи проводяться на виявлених потенційних родовищах підземних вод і перспективних ділянках надр з метою відбракування ділянок, не придатних для промислового освоєння, та геолого-економічної оцінки перспективних родовищ підземних вод, підрахунку експлуатаційних запасів за категоріями С₁ та С₂ і підготовки цих родовищ до проведення розвідувальних робіт.

Розвідка проводиться тільки на тих родовищах (ділянках) підземних вод, які отримали позитивну геолого-економічну оцінку за даними попередніх робіт геологорозвідувального процесу й визнані першочерговими для промислового освоєння.

Метою розвідувальних робіт є підготовка родовищ (ділянок) підземних вод до промислового освоєння та визначення вихідних даних для опрацювання проектів будівництва об'єктів з видобутку та використання підземних вод, що створюються або реконструюються на базі розвіданих запасів підземних вод, включаючи оцінку можливого впливу водозабірних споруд на екологічний стан довкілля.

Експлуатаційні запаси підземних вод – це підрахована за даними геологічного вивчення водних об’єктів кількість підземних вод, яка може бути видобута з надр раціональними за техніко-економічними показниками водозаборами в заданому режимі видобутку за умови відповідності якісних характеристик підземних вод вимогам їх цільового використання та допустимого рівня впливу на довкілля протягом розрахункового терміну водокористування.

Джерела формування експлуатаційних запасів та прогнозних ресурсів підземних вод поділяються за умовами формування на три групи:

- природні;

- штучні;

- ті, що залучаються, (додаткові).

Природні запаси (ресурси) підземних вод утворюються за рахунок природних чинників – інфільтрація атмосферних опадів, віджимання сингенетичних вод, фільтрації води поверхневих водостоків та водойм, конденсації вологи в зоні аерації з повітря.

Штучні запаси (ресурси) підземних вод утворюються в результаті цілеспрямованих заходів із штучного живлення підземних вод на водозаборах, яке отримало назву штучного поповнення запасів(ресурсів) підземних вод.

Живлення підземних вод за рахунок втрат води при проведенні водогосподарських заходів розглядаються у даній роботі як складові природного живлення.

Запаси (ресурси) підземних вод, що залучаються, (додаткові) утворюються за рахунок тих джерел живлення, які виникають у процесі експлуатації водозабірних споруд і які до початку експлуатаційного водовідбору у водоносну систему, що досліджується, не поступали. За походженням запаси (ресурси) підземних вод, що залучаються, (додаткові) поділяються на:

- залучені за рахунок транзитного поверхневого стоку, за винятком тієї його частини, яка йшла на живлення підземних вод у природних умовах;

- залучені за рахунок підсилення природного живлення в результаті зменшення обсягів випаровування на ділянка неглибокого залягання рівня підземних вод при його зниженні під впливом експлуатаційного водовідбору;

- залучені за рахунок підсилення і виникнення припливу із суміжних водоносних горизонтів;

- повернені води, які повторно приймають участь у живленні підземних вод після їх відбору водозаборами підземних вод і використання за призначенням.

Природні та штучні запаси (ресурси) підземних вод поділяються на ємнісні та динамічні:

Динамічні запаси (ресурси) – це сумарне живлення підземних вод під впливом комплексу природних та штучних (антропогенних) факторів (інфільтрація атмосферних опадів, фільтрація з річок, каналів, водойм, надходження води із суміжних водоносних горизонтів, живлення підземних вод на зрошувальних масивах, втрати з водогонів та ін.).

Ємнісні запаси (ресурси) характеризують обсяги підземних вод, які можуть бути вилучені із пласта при його осушенні або зниженні напору. Ємнісні запаси підземних вод, які можна отримати за рахунок осушення обводнених порід, називаються гравітаційними запасами (ресурсами), а ємнісні запаси (ресурси), які можна отримати при зниженні напору за рахунок пружних властивостей породи і води, називаються пружними запасами (ресурсами).

Забезпеченість експлуатаційних запасів підземних вод – це доведена за допомогою розрахунків кількість підземних вод, яка формується в межах впливу водозабору підземних вод, що оцінюється, за рахунок динамічних та ємнісних ресурсів (запасів), у тому числі штучного походження, і яка може забезпечити відбір експлуатаційних запасів (ресурсів) підземних вод на протязі розрахункового терміну експлуатації водозабору. Під час підрахунку експлуатаційних запасів підземних вод, що забезпечуються поверхневими водами або джерельним стоком, слід застосовувати диференційовану імовірність перевищення середньорічних, середньомісячних або середньодобових витрат води поверхневих водотоків, джерел у залежності від категорії системи водопостачання щодо надійності подачі води відповідно до СНіН 2.04.02-84: I – категорія - 95%, II – категорія - 90%, III – категорія - 85%. При застосуванні при підрахунку експлуатаційних запасів конкретного об’єкту гідродинамічного методу оцінки експлуатаційних запасів (ресурсів) забезпеченість експлуатаційних запасів враховується автоматично.

Геолого-економічна оцінка родовищ питних і технічних підземних вод. Розподіл експлуатаційних запасів і ресурсів за ступенем їх техніко-економічного вивчення

Геолого-економічна оцінка родовищ (ділянок) питних і техніч­них підземних вод протягом їх геологічного вивчення проводиться пе­ріодично в міру зростання детальності визначення їх промислового значення і обгрунтованості доцільності продовження геологорозвіду­вальних робіт. Матеріали геолого-економічних оцінок використову­ються для прийняття рішень щодо інвестування подальших геолого­розвідувальних робіт або проектування будівництва водозабірних споруд.

Упродовж геологорозвідувальних робіт, які проводяться з ме­тою підготовки запасів питних і технічних вод для промислового ос­воєння, виділяються три рівні геолого-економічної оцінки:

- початкова геолого-економічна оцінка (ГЕО-3) проводиться з метою обґрунтування вибору джерела питного або технічного водопостачан­ня на основі техніко-економічного порівняння варіантів використання поверхневих і підземних вод (якщо це необхідно), вибору ділянок і цільових водоносних горизонтів, перспективних для розташування во­дозаборів та визначення доцільності інвестування пошуково-розвіду­вальних робіт на них. ГЕО-3 здійснюється на основі кількісної оцінки прогнозних ресурсів та попередньо розвіданих запасів і надається у формі техніко-економічних міркувань (ТЕМ) про можливе їх промис­лове значення. Оцінка можливості промислового освоєння родовищ питних і підземних вод, виявлення яких передбачається, обґрунтовується укрупненими техніко-економічними розрахунками на основі доведе­ної аналогії з родовищами, що експлуатуються, та технічного завдан­ня замовника геологорозвідувальних робіт;

- попередня геолого-економічна оцінка (ГЕО-2) проводиться для об­ґрунтування доцільності промислового освоєння родовища (ділянки) підземних питних і технічних вод та інвестування геологорозвідуваль­них робіт з його розвідки і підготовки до експлуатації. ГЕО-2 здійснюєть­ся на основі попередньо розвіданих і розвіданих запасів підземних вод на рівні техніко-економічних розрахунків раціональної схеми водозаб­ірної споруди та можливих варіантів і способів її експлуатації і оформ­люється як техніко-екоиомічна доповідь (ТЕД) про доцільність по­дальшої розвідки. Оцінка ефективності розробки родовища визначається рентабельністю використання підземних вод за призначенням. Техні-ко-економічні показники визначаються розрахунками або приймаються за аналогією;

- детальна геолого-економічна оцінка (ГЕО-1) проводиться для визначення рівня економічної ефективності діяльності підприємства, що ство­рюється або реконструюється для експлуатації родовища підземних вод і доцільності інвестування робіт з його проектування, будівництва або реконструкції. ГЕО-1 здійснюється на основі розвіданих і попе­редньо розвіданих запасів підземних вод і включає гехніко-економічне обґрунтування (ТЕО) раціональної схеми водозабірної споруди та доцільності розробки родовища підземних вод. Оцінка ефективності розробки родовища визначається рентабельністю використання підзем­них вод за призначенням. Детальність техніко-економічних розрахунків і надійність фінансових показників ГЕО-1 повинні забезпечувати прий­няття інвестиційного рішення без додаткових досліджень.

За ступенем техніко-економічного вивчення запаси та ресурси питних і технічних підземних вод поділяються на 3 групи в залежності від рівня геолого-економічної оцінки запасів родовища і ступеня гео­логічного вивчення.

Група за ступенем техніко-економічного вивчення запасів та ресурсів питних і технічних підземних вод	Ступінь геолого-економічної оцінки	Ступінь геологічного вивчення
1 група	ГЕО - 1	розвідані
2 група	ГЕО - 2	розвідані попередньо розвідані
3 група	ГЕО - 3	попередньо розвідані прогнозні ресурси

До першої групи належать розвідані запаси, на базі яких проведена детальна геолого-економічна оцінка (ГЕО-1) ефективності їх промис­лового освоєння. Матеріали ГЕО-1, що позитивно оцінені Державною комісією України по запасах корисних копалин (ДКЗ України), є для інвестора основним документом, що обґрунтовує економічну доцільність фінансування проектування та будівництва водозаборів.

До другої групи належать попередньо розвідані і розвідані запаси, на основі яких виконана попередня геолого-економічна оцінка (ГЕО-2) їх промислового значення. Матеріали ГЕО-2 у вигляді ТЕД, апробо­вані ДКЗ або замовником (інвестором робіт), є обґрунтуванням для фінансування подальшого вивчення і використання цих запасів.

До третьої групи належать попередньо розвідані запаси або прогнозні ресурси, на базі яких проведена початкова геолого-економічна оцінка (ГЕО-3) можливого промислового значення перспективної ділянки надр. Матеріали ГЕО-3 у вигляді ТЕМ обґрунтовують доцільність інвесту­вання подальших геологорозвідувальних робіт.

Розподіл експлуатаційних запасів за промисловим значенням

За промисловим значенням експлуатаційні запаси питних і техніч­них підземних вод поділяються на такі групи: балансові, умовно ба­лансові та позабалансові і з невизначеним промисловим значенням.

Балансові - запаси, які на момент оцінки згідно з техніко-економічними розрахунками можна економічно ефективно видобути і ви­користати при сучасній техніці і технології видобування та водопідготовки, що забезпечують дотримання вимог раціонального, комплекс­ ного їх використання і охорони навколишнього природного середо­вища.

Умовами для зарахування запасів і ресурсів до балансових є визна­чена потреба в джерелах водопостачання, підтвердження можливості використання питних вод за цільовим призначенням органами дер­жавної санітарно-епідеміологічної служби.

Умовно балансові - запаси, ефективність видобутку і викорис­тання яких на момент оцінки не може бути однозначно визначена, а також запаси, що відповідають вимогам до балансових запасів, але з різних причин не можуть бути використані на момент оцінки.

Позабалансові - запаси, видобуток і використання яких на мо­мент оцінки є економічно не доцільними, але в майбутньому вони можуть стати об'єктом промислового значення.

Позабалансові запаси підраховуються, якщо доведені можливість їх залучення до експлуатації в майбутньому та збереження кількості і якості.

Ресурси й запаси підземних вод, для яких виконана тільки по­чаткова геолого-економічна оцінка з використанням припущених да­них, належать до таких, промислове значення яких не визначено.

Розподіл експлуатаційних запасів і прогнозних ресурсів за ступенем геологічного вивчення

За ступенем геологічного вивчення експлуатаційні запаси питних і технічних підземних вод поділяються на дві групи: розвідані і попередньо розвідані.

Розвідані експлуатаційні запаси - це запаси питних і технічних підземних вод, кількість, якість, геологічні, гідрогеологічні, водогос­подарські, гірничо-геологічні, еколого-геологічні та інші умови фор­мування яких вивчені на рівні, достатньому для опрацювання проектів будівництва водозабірних споруд.

Основні параметри підрахунку розвіданих експлуатаційних запасів визначаються за даними безпосередніх досліджень і вимірювань водоносної системи в межах родовища і на площі його впливу за щільною системою дослідних і спостережних водопунктів, у поєднані з обмеже­ною екстраполяцією, обґрунтованою даними геологічних, гідрогеолог­ічних, геофізичних, геохімічних та інших досліджень.

Розвідані експлуатаційні запаси є основою для проектування водо­забірних споруд і видобутку питних і технічних підземних вод.

Розвідані експлуатаційні запаси питних і технічних підземних вод поділяються на категорії А і В за детальністю геологорозвідувальних робіт і достовірністю.

Запаси категорії А повинні задовольняти такі вимоги:

- потужність, будова й умови залягання водоносних горизонтів, положення рівнів підземних вод, літологічний склад і характер зміни фільтраційних властивостей водовмісних порід по площі і в розрізі, умови живлення і характер взаємозв'язку водоносних горизонтів, що оцінюються, з іншими горизонтами та поверхневими водами вивчені із детальністю, достатньою для достовірної кількісної оцінки джерел формування експлуатаційних запасів підземних вод і обгрунтування граничних умов, що приймаються під час підрахунку запасів;

- розрахункові гідрогеологічні параметри визначені за даними досві­ду експлуатації підземних вод на родовищі, що оцінюється, або за да­ними дослідних відкачок (випусків); здійснена оцінка змінності цих параметрів по площі і в розрізі в межах зони впливу водозабору підзем­них вод;

- якість підземних вод вивчена за всіма показниками відповідно до вимог цільового їх використання; доведено, що впродовж розрахунко­вого терміну водоспоживання якість води буде постійною або зміню­ватись у допустимих межах;

- оцінено вплив відбору підземних вод на існуючі водогосподарські об'єкти й навколишнє природне середовище на рівні, що дає змогу проектувати і здійснювати необхідні природоохоронні заходи;

- умови експлуатації підземних вод вивчені на рівні, що забезпечує отримання вихідних даних, потрібних для складання проекту розроб­ки родовища;

Запаси категорії В повинні задовольняти такі вимоги:

- потужність, будова й умови залягання водоносних горизонтів, по­ложення рівнів підземних вод, літологічний склад і характер зміни фільтраційних властивостей водовмісних порід по площі і перетину, умови живлення і характер взаємозв'язку водоносних горизонтів, що оцінюються, з іншими горизонтами і поверхневими водами вивчені з детальністю, що дає змогу здійснити загальну кількісну оцінку джерел формування експлуатаційних запасів підземних вод, а також установи­ти характер граничних умов, що приймаються під час підрахунку запасів;

- розрахункові гідрогеологічні параметри визначені за даними досві­ду експлуатації підземних вод або за даними дослідних відкачок (ви­пусків); установлені основні закономірності зміни цих параметрів по площі і в розрізі;

- якість підземних вод вивчена за всіма показниками відповідно до вимог їх цільового використання; доведено, що впродовж розрахунко­вого терміну водоспоживання якість води буде постійною або зміню­ватись у допустимих межах;

- розглянуто можливий вплив розробки родовища на існуючі водо­господарські об'єкти і навколишнє природне середовище з детальні­стю, що дає змогу проектувати і здійснювати необхідні природоохо­ронні заходи;

- умови експлуатації підземних вод вивчені на рівні, який забезпечує опрацювання технологічної схеми розробки родовища.

Попередньо розвідані експлуатаційні запаси - це запаси питних і технічних підземних вод, кількість, якість, геологічні, гідрогеологічні, водогосподарські, гірничо-геологічні, еколого-геологічні умови фор­мування яких вивчені на рівні, достатньому для визначення промисло­вого значення родовища.

Основні параметри підрахунку попередньо розвіданих експлуатацій­них запасів оцінюються переважно на основі екстраполяції даних без­посередніх досліджень і вимірів водоносної системи, виконаних у ме­жах родовища і на площі його впливу за рідкою нерівномірною систе­мою водопунктів. Екстраполяція обґрунтовується даними геологічно­го, гідрогеологічного, геофізичного, гідрохімічного та іншого вивчен­ня надр, а також аналогією з розвіданими запасами (родовищами).

Попередньо розвідані експлуатаційні запаси є основою для обгрун­тування подальшої розвідки або дослідно-промислової розробки родо­вища підземних вод.

Попередньо розвідані експлуатаційні запаси питних і технічних підземних вод поділяються на категорії С, іС₂ за детальністю геолого­розвідувальних робіт і достовірністю.

Запаси категорії С₁ повинні задовольняти такі вимоги:

- потужність, будова й умови залягання водоносних горизонтів, по­ложення рівнів підземних вод, літологічний склад і фільтраційні влас­тивості водовмісних порід по площі і перетину з'ясовані на рівні, що дає змогу приблизно визначити граничні умови, які приймаються під час підрахунку запасів; джерела формування експлуатаційних запасів підземних вод визначені також приблизно або оцінені за аналогією з родовищами, що розробляються або розвідані;

- розрахункові гідрогеологічні параметри визначені за даними дослідних і пробних відкачок (випусків), приблизно з'ясовані основні зако­номірності змін цих параметрів по площі і перетину;

- якість підземних вод вивчена на рівні, що дає змогу обґрунтувати можливість їх цільового використання і зробити обґрунтовані припу­щення щодо їх кондиційності впродовж розрахункового терміну;

- умови експлуатації підземних вод вивчені на рівні, що дає змогу попередньо охарактеризувати основні особливості розроблення родо­вища, його вплив на навколишнє природне середовище для визначен­ня принципових напрямів природоохоронних заходів.

Запаси категорії С₂ повинні задовольняти такі вимоги:

- геологічна будова та гідрогеологічні умови родовища підземних вод установлені в загальних рисах за даними поодиноких розвідувальних виробок або за аналогією з більш вивченими ділянками цього чи іншо­го подібного родовища;

- якість підземних вод вивчена за поодинокими пробами і задоволь­няє вимоги їх цільового використання;

- рівень оцінки гідрогеологічних умов формування запасів дає змогу робити висновки щодо доцільності подальшого детальнішого їх вив­чення.

Прогнозні ресурси (категорія Р) віддзеркалюють можливість відкриття нових родовищ підземних вод, очікувана наявність та про­дуктивність яких ґрунтується на загальних гідрогеологічних уявлен­нях, теоретичних передумовах і на результатах проведення в артезіанському басейні, гідрогеологічному масиві, області або районі геоло­гічного і гідрогеологічного картування, гідрогеологічних, воднобалансових, геофізичних і гідрохімічних досліджень.

Прогнозні ресурси є основою для проведення пошуково-розвіду­вальних робіт з метою виявлення нових родовищ підземних вод. Вони враховуються для складання схем комплексного використання і охо­рони вод.

Експлуатаційні запаси підземних вод – це кількість підземних вод, яка може бути отримана раціональними в техніко-економічному відношенні водозабірними спорудами при заданому режимі експлуатації і при якості води, що задовольняє вимогам на протязі всього розрахункового терміну водоспоживання.

Оцінка експлуатаційних запасів підземних вод полягає в отриманні доказів можливості експлуатації підземних вод за заданого дебіту водозабору продовж певного терміну його роботи або необмежено тривалий час. Ця задача в кінцевому підсумку зводиться до прогнозування знижень динамічних рівнів води в свердловинах водозабору.

Експлуатаційні запаси підземних вод оцінюють гідродинамічними, гідравлічними і балансовими методами. Оцінка запасів гідродинамічними мето­дами полягає в розрахунках за відповідними формулами, виведеними з основних рівнянь математичної фізики і теоретичної гідродинаміки. Вихідні диференціальні рівняння і формули, отримані з них, є досить строгими з фізичного і математичного поглядів. Оцінка експлуатаційних запасів підземних вод гідродинамічними методами зводиться до розрахунку знижень рівнів води в свердловинах водозабору за заданого дебіту свердловин.

Експлуатаційні запаси можна розраховувати на практично необмежений час використання або на певний термін амортизації водозабору. В першому випадку розрахунки виконують за формулами усталеного або стаціонарного, у другому – неусталеного руху підземних вод. Під час усталеного, або стаціонарного, руху підземних вод параметри фільтраційного потоку (потужність, швидкість, гідродинамічний напір тощо) сталі в часі, хоч у різних перетинах потоку можуть від­різнятися між собою. Насправді ці параметри, зазвичай, змінюються в часі, і рух підземних вод здебільшого неусталений. Причини неусталених фільтраційних процесів такі: а) нерівномірна інфільтрація атмосферних опадів; б) коливання рівня води з поверхне­вих водойм, гідравлічно пов’язаних з ґрунтовими водами; в) господарська діяльність людини, пов’язана з будівництвом гідротехнічних споруд, зрошенням, осушенням тощо. Проте в багатьох випадках зміни рівня підземних вод настільки малі, що ними можна знехтувати в ході гідрогеологічних розрахунків і порівняно легко розв’язати фільтраційні задачі за формулами сталого руху.

Усі більші (або менші) великі| водозабори| складаються з декількох| свердловин|щілин|, що працюють в умовах взаємного впливу. Тому оцінку експлуатаційних| запасів проводять|виробляє| з урахуванням|з врахуванням| взаємодії| свердловин|щілин|. Розрахунок свердловин, що взаємодіють, |щілин| грунтується| на методі накладення течій (суперпозиції). Суть|сутність| цього| методу стосовно такого завдання|задачі| полягає| в тому, що від|із| напорів|напорів| з природною п’єзометричною поверхнею| підземних| вод віднімають зниження, зумовлені від­качуванням зі свердловин, що й визначає напори в умовах експлуатації.

Відповідно до теорії Форхгеймера зниження рівня води в свердловині S складається зі знижень S₀ під час роботи її як одиничної (тобто без взаємодії) і суми знижень (Σ_ΔS), що зумовлені роботою інших свердловин водозабору, які впливають на цю свердловину.

S = S₀ + (_ΔS₁ + _ΔS₁ + … + _ΔS_n).

Зниження, спричинені відкачуванням з інших свердловин, інакше називають зрізами рівня. Справді, сума цих знижень ніби зрізає природний статичний рівень у свердловині, яка перебуває в зоні впливу відкачування з інших свердловин. Тому зниження рівня в свердловині, що працює в умовах взаємодії S, повинне бити більшим, ніж в окремій свердловині (S₀) на суму зрізів (Σ_ΔS).

Формування депресійної лійки підземних| вод, отже,| і методи| розрахунку знижень рівнів води в свердловинах| залежать від граничних| умов водоносного пласта.

У плані зазвичай|звично| виділяють необмежені об­ласті| фільтрації, коли, кажучи формальною математичною мовою|язиком|, одна або всі границі|кордони| видалені|віддалені| в нескінченність, і напівобмежені.

Необмежений водоносний горизонт.

Розрахунок зниження рівня підземних вод одиничного водозабору (в свердловині) в необмеженому водоносному горизонті виконують за формулою

S = ln .

Допустиме зниження рівня підземних вод визначають за формулою

Sд = H + 0,5m,

де S – розрахункове зниження рівня підземних вод в свердловині, м; Sд – допустиме зниження рівня підземних вод, м; H – напір водоносного горизонту, м; Q – водовідбір зі свердловини або дебіт свердловини (дебіт свердловини – кількість води, яку видобувають зі свердловини помпою певної потужності за одиницю часу (у розрахунках одиниця часу – доба), м³/добу; m – потужність водоносного горизонту, м; km – водопровідність водовмісних порід, м²/добу; a – п’єзопровідність (рівнепровідність) водоносного горизонту, м²/добу; t – термін експлуатації водозабору, діб; r_o – радіус свердловини, по якій ведуть розрахунок, м.

Для виконання розрахунків за цими формулами необхідно визначити водопровідність. За даними відкачувань з центральних свердловин можна визначити тільки коефіцієнт водопровідності (фільтрації) водоносного горизонту. Визначення коефіцієнта водопровідності за даними одиничних відкачувань дає змогу отримати тільки орієнтовне значення параметра, який розраховують.

Розрахунки водопровідності найдоцільніше виконувати за формулою

km=Aq,

де q – питомий дебіт свердловини (кількість води, яку видобувають зі свердловини за одиницю часу в разі зниження рівня підземних вод на 1 м), л/с; km – коефіцієнт водопровідності для напірного водоносного горизонту, м²/добу; A – числовий коефіцієнт, 100 - 150 [2].

Водопровідність у разі усталеного режиму фільтрації для безнапірного водоносного горизонту доцільно розраховувати за формулою

,

де q – питомий дебіт свердловини (кількість води, яку видобувають зі свердловини за одиницю часу в разі зниження рівня підземних вод на 1 м), л/с; kH – коефіцієнт водопровідності для безнапірного водоносного горизонту, м²/добу; S₀ – зниження рівня, м (якщо зниження рівня підземних вод у разі відкачування дорівнює менше 1,0 м, то в розрахунках приймають за 1,0, уважають, що відкачування проведена некоректно); H₀ – потужність безнапірного водоносного горизонту, м; A – числовий коефіцієнт, 80 - 100.

На практиці, величину A для напірних водоносних горизонтів приймають такою, що дорівнює 130, а для безнапірних – 100, якщо питомий дебіт q вимірюють у літрах за секунду, а коефіцієнт водопровідності (km, kH) – у метрах квадратних за добу.

Приклад: km = Aq = 130*2,0 л/с = 260 м²/добу.

Приклад: м²/добу.

Значення коефіцієнтів п’єзопровідності, які характерні для водоносних горизонтів, використовуваних у водопостачанні, знаходяться в межах 10⁵ - 10⁷ м²/добу, а коефіцієнтів рівнепровідності – 10³ - 10⁴ м²/добу, які визначають за результатами кущового дослідного відкачування. Якщо відкачувань нема, то значення коефіцієнтів п’єзопровідності приймають 10⁵ м²/добу, а коефіцієнтів рівнепровідності – 10⁴ м²/добу.

Термін експлуатації водозабору може бути практично необмеженим або обмеженим на певний термін амортизації водозабору. В першому випадку розрахунки виконують за формулами усталеного або стаціонарного руху підземних вод і цей термін експлуатації дорівнює 25 років або 10 000 діб (водозабірна свердловина працює в безперервному режимі), у другому – неусталеного руху підземних вод (свердловина працює в переривчастому режимі – декілька годин, однак менше доби).

Приклад:

Глибина до статичного рівня становить біля 2,0 м. Допустиме зниження рівня підземних вод при потужності водоносного горизонту 40 м, відсутності напору складає:

Sд = H + 0,5m = 0,0 + 0,5 * 40,0 = 20,0 (м).

Враховуючи, що потужність водопідйомного пристрою 2 м³/год ( 48 м³/добу), час роботи насоса для відбору 5 м³ складе 2,5 години. До наступного відбору (через добу) рівень води відновиться. Пониження рівня підземних вод при заданому водовідборі складатиме:

S = ln = ln = 15,7 м.

Таким чином, при експлуатації свердловини з дебітом 48,0 м³/добу на протязі 2,5 годин на добу зниження рівнів підземних вод в свердловині складе 15,7 м при допустимому – 20,0 м, що свідчить про забезпеченість водовідбору.

Якщо свердловина буде працювати у безперервному режимі, то пониження рівня підземних вод при заданому водовідборі складатиме:

S = ln = ln = 30,4 м.

Таким чином, при експлуатації свердловини з дебітом 48,0 м³/добу на протязі 24 годин на добу (цілодобово) зниження рівнів підземних вод в свердловині складе 30,4 м при допустимому – 20,0 м, що свідчить про не забезпеченість водовідбору. Тобто безперервна робота свердловини з дебітом 48,0 м³/добу спричинить виснаження водоносного горизонту і при несприятливих гідрогеологічних умовах свердловина може вийте з ладу.

Розрахунок зниження рівня напірних підземних вод групового водозабору в необмеженому водоносному горизонті виконають за формулою

S= [Q_сумlnR_п - (Q₁lnr₀ +Q₂lnr_1-2 +Q₃lnr_1-3 +…+Q_nlnr_1-n)].

Допустиме зниження рівня підземних вод обчислюють за формулою

S_д = H + 0,5m,

де S_д – допустиме зниження рівня підземних вод, м; H – напір водоносного горизонту, м; S - розрахункове зниження рівня підземних вод у свердловині 1, яке складається зі зниження під час роботи її як одиничної, і суми зрізів, що викликані експлуатацією свердловин 2, 3, …, n, м; m_сер – середня потужність водоносного горизонту, м; km_сер – середня по ділянці водозабору водопровідність водовмісних порід, м²/добу; Q_сум – сумарний водовідбір водозабору, м³/добу; R_п - приведений радіус впливу водозабору, який вираховується за формулою: Rn=1,5 , де a – п’єзопровідність водоносного горизонту, 10⁵ м²/добу, а t – амортизаційний термін експлуатації водозабору, 10⁴ діб; Rn=1,5 =1,5 =47433м; r₀ – радіус свердловини 1, м; r_1-2, r_1-3, …, r_1-n – відстань від свердловини 1 до свердловин 2, 3, …, n, м; Q₁, Q₂, Q₃, …, Q_n – водовідбір зі свердловин водозабору, відповідно, 1, 2, 3, …; n, м³/добу.

Зниження рівня безнапірних підземних вод групового водозабору в необмеженому водоносному горизонті розраховують за формулою

.

Допустиме зниження рівня підземних вод визначають за формулою

S_д = 0,7m,

де S_д – допустиме зниження рівня підземних вод, м; S – розрахункове зниження рівня підземних вод у свердловині 1, яке складається зі зниження під час роботи її як одиничної, і суми зрізів, що викликані експлуатацією свердловин 2, 3, …, n, м; H_сер – середня потужність безнапірного водоносного горизонту, м; k_сер – середній по ділянці водозабору коефіцієнт фільтрації водовмісних порід, м/добу; Q_сум – сумарний водовідбір водозабору, м³/добу; R_п - приведений радіус впливу водозабору, який обчислюють за формулою Rп = 1,5 , де a – п’єзопровідність водоносного горизонту, 10⁴ м²/добу, а t – амортизаційний термін експлуатації водозабору, 10⁴ діб; Rп=1,5 =1,5 =15 000 м; r₀ – радіус свердловини 1, м; r_1-2, r_1-3, …, r_1-n – відстань від свердловини 1 до свердловин 2, 3, …, n, м; Q₁, Q₂, Q₃, …, Q_n – водовідбір зі свердловин водозабору, відповідно, 1, 2, 3, …, n, м³/добу.

Напівобмежений водоносний горизонт.

Якщо ділянка водозабору розташована поблизу однієї з меж|кордонів| водоносного горизонту|, а решта меж|кордонів| розташовані| на відстанях, що перевищують| вплив відкачування|вікачування|, то горизонт можна розглядати|розглядувати| як напівобмежений. Доки|доки| депресія не поширилася|поширювалася| до меж| горизонту, формування лійки відбувається|походить| як у необмеженому горизонті|.

У математичній фізиці граничні умови підрозділяються на граничні умови першого – четвертого роду.

Граничні умови першого роду. На границях задано значення напору H. Такі умови характерні для:

• річок|рік|, водоймищ та інших меж|кордонів| забезпеченого живлення|харчування| (границя |кордон|забезпеченого| живлення|харчування|, коли витрати водозабору, розташованого|схильного| в долині річки| дуже малі порівняно з витратами річки|ріки|);

• природних| контурів стоку, приурочених до нижнього водотриву во­доносного| горизонту;

• гірничих| виробок, відмітка виходу води в яких також визначена |відміткою нижнього водотриву;

• свердловин|щілин|, що працюють із|із| заданим на них напором|напором| (самовиливних, поглинальних|).

Окремим випадком границь|кордонів| першого роду є|з'являються| границі|кордони| зі сталим|із| на­пором|, тобто Н = const|.

Граничні умови другого роду. На границях задано значення витрат Q. Такі умови характерні|вдача| для:

• закритих| меж |кордо(коли водоносний горизонт обмежений водотривкими породами);

• меж|кордонів| вільного інфільтраційного живлення|харчування|;

• свердловин|щілин|, що працюють із|із| заданими витратами.

Окремим випадком границь|кордонів| другого роду є|з'являються| границі|кордони| зі сталими |із|витратами, тобто Q = const|.

Граничні умови третього роду. На границях задана прямо пропорційна залежність між витратами і напором. Умови третього роду найбільше характерні для контактів водоносного горизонту з відносним водотривом, через який відбувається перетікання з одного водоносного горизонту до іншого або перетікання води з відкритого водоймища, коли роль відносного водотриву відіграє тонкий шар (потужністю m_п) мулистих відкладів з коефіцієнтом фільтрації k_п. Швидкість перетікання дорівнює, за умовою нерозривності, нормальній компоненті швидкості фільтрації у водоносному пласті на межі з відносним водотривом. Зазначимо, що межу водоймища тут не вважають за контур забезпеченого живлення.

Граничні умови четвертого роду. Границі є контактом водоносних порід з різними фільтраційними властивостями (межа поділу).

Умови на межах водоносних горизонтів у розрізі зображені на рисунку.

Рис. Умови на межах водоносних горизонтів у розрізі:

г – границя; граничні умови: а – першого роду; б – другого роду

(Q = const 0); в – другого роду (Q = 0); г, д – третього роду;

е – четвертого роду

Розрахунок зниження рівня напірних підземних вод групового водозабору в напівбмеженому водоносному горизонті з межею зі сталим напором (граничні умови першого роду) виконають за формулою

Допустиме зниження рівня підземних вод обчислюють за формулою

S_д = Н+0,7 m,

де S_д – допустиме зниження рівня підземних вод у свердловині, м; H – напір водоносного горизонту, м; S_n – розрахункове зниження рівня підземних вод у свердловині 1 (S₁), 2 (S₂), 3 (S₃), …, n (S_n), м; km_сер – середня водопровідність водоносного горизонту, м²/добу; m – потужність водоносного горизонту, м; Q₁, Q₂, Q₃, …, Q_n – водовідбір із кожної свердловини, м³/добу; l – відстань свердловини 1 до річки, м; r₀ – радіус свердловини 1, м; r_1-2, r_1-3, …, r_1-n – відстань від свердловини (1), за якою розраховують зниження, до свердловин (2, 3, …, n), що на неї впливають, м; p_1-2, p_1-3, …, p_1-n – відстань від свердловини 1 до дзеркально відображених свердловин (2¹, 3¹, …, n¹), м.

Приклад схеми методу дзеркального відображення показаний на рисунку.

Рис. Приклад схеми методу “дзеркального відображення”

Зниження рівня безнапірних підземних вод групового водозабору в напівобмеженому водоносному горизонті з межею зі сталим напором (граничні умови першого роду) розраховують за формулою

Допустиме зниження рівня підземних вод виконується за формулою

S_д = Н+0,7 m,

де S_д – допустиме зниження рівня підземних вод у свердловині, м; S_n – розрахункове зниження рівня підземних вод у свердловині 1 (S₁), 2 (S₂), 3 (S₃), …, n (S_n), м; k_сер – середнє значення коефіцієнту фільтрації водовмісних порід, м/добу; H_сер – середня потужність безнапірного водоносного горизонту, м; Q₁, Q₂, Q₃, …, Q_n – водовідбір із кожної свердловини, м³/добу; l – відстань свердловини 1 до річки, м; r₀ – радіус свердловини 1, м; r_1-2, r_1-3, …, r_1-n – відстань від свердловини (1), за якою розраховують зниження, до свердловин (2, 3, …, n), що на неї впливають, м; p_1-2, p_1-3, …, p_1-n – відстань від свердловини 1 до дзеркально відображених свердловин (2¹, 3¹, …, n¹), м.

Розрахунки зниження рівня напірних і безнапірних підземних вод групового водозабору в напівбмеженому водоносному горизонті для граничних умов другого – четвертого роду детально охарактеризовано в літератури [1, 2]. Однак на практиці найбільше поширені граничні умови першого роду.

Вплив будь-якого відкачування через певний проміжок часу поширюється до меж водоносного горизонту (урізу водоймища, сусідніх водонепроникних порід тощо). Однак на практиці в разі розташування водозабору на значній відстані від меж їхнім впливом нехтують. Відстань, за межами якої впливу відкачування практично нема, приймають за радіус впливу відкачування.

Для добре вивчених районів рекомендують радіус впливу визначати за дослідними даними. Для мало вивчених районів радіус впливу орієнтовно можна обчислювати за відповідними формулами або приймати за таблицею приблизних значень.

Є багато формул для визначення радіуса впливу: Шульце, Вебера, Фосса - Манчині, Альтовського, Кисельова, Дюпюї та ін. На практиці частіше застосовують формули:

- Зіхардта (для напірних вод) – ;

- Кусакіна (для безнапірних вод) – ,

де R – радіус впливу відкачування, м; H – потужність безнапірного водоносного горизонту, м; k – коефіцієнт фільтрації водоносного горизонту, м/добу; S – зниження рівня підземних вод у разі відкачування, м.

Гідравлічні методи

При визначенні експлуатаційних запасів гідравлічні методи застосовуються для встановлення залежності зниження в свердловині від її дебіту і розрахунку взаємодії свердловин.

Визначення експлуатаційного зниження в свердловині здійснюється за формулою:

де Q_e – експлуатаційний дебіт свердловини,

S – зниження рівня підземних вод в свердловині при дослідній відкачці,

Q – дебіт свердловини під час дослідної відкачки.

Для побудови кривої дебіту в умовах напірних вод Дюпюї була запропонована формула:

S=aQ+bQ²,

де a і b – емпіричні параметри, що визначаються при дослідних відкачках.

де S₁ і S₂ – зниження рівня підземних вод в свердловині при дебітах Q₁ і Q₂ під час дослідної відкачки.

Розділивши попереднє рівняння на дебіт Q отримаємо простий метод побудови кривої дебіту:

За даними відкачки вираховується відношення S/Q, тобто величина, яка є зворотня питомому дебіту. Потім будується графік: по осі ординат відкладається значення S/Q, а по осі абсцис – значення Q. Через отримані точки проводиться пряма. Для визначення пониження при проектному дебіті достатньо продовжити пряму до точки, що відповідає цьому, знайти значення S_е/Q_е по шкалі ординат, а потім вирахувати S_e (рис. 5.3).

Рис. Графік за даними відкачок, що виконані при двох дебітах:

Q – дебіт свердловини під час дослідної відкачки;

S/Q – величина, яка є зворотня питомому дебіту свердловини.

Для безнапірних вод зниження рівня підземних вод при певному експлуатаційному дебіті можна визначити за формулою:

Сумісне використання гідравлічних і гідродинамічних методів

Розрахунок пониження рівня підземних вод для одиночної свердловини (S_o) на кінець періоду її експлуатації здійснюється за формулою:

де - пониження рівня підземних вод в свердловині, яке визначене по кривій дебіту для заданого експлуатаційного дебіту Q_e,

Z₁ – зниження рівня підземних вод в свердловині на момент часу t₁ від початку дослідної відкачки;

Z₂ - зниження рівня підземних вод в свердловині на момент часу t₂ в кінці дослідної відкачки;

Z_e - зниження рівня підземних вод в свердловині, яке б мало місце в свердловині на кінець періоду експлуатації t_e, якщо б вона відбувалась з тим же дебітом Q_дос.. що і при дослідній відкачці.

Розрахунок зрізки (пониження) рівня підземних вод ( ) для свердловини, яка викликана відкачками в іншій свердловині на кінець періоду її експлуатації здійснюється за формулою:

де - зрізка, яка спостерігається при дослідній відкачці через час t₁ від її початку;

- зрізка, яка спостерігається при дослідній відкачці через час t₂ від її початку (кінець дослідної відкачки).

Оцінка експлуатаційних запасів за аналогією. Необхідно підкреслити, що порівняння за аналогією допустимо в тих випадках, якщо ділянки, що порівнюються, однотипні за граничними умовами (тип контурів пласта, умови живлення та ін.), тобто якісно подібні, а розходження між ділянками тільки кількісні (коефіцієнти фільтрації, потужність водоносного горизонту, напори, відстань до річки та ін.).

При умові приблизно рівних площах і кількості свердловин ділянок, що порівнюються, пониження рівнів підземних вод в свердловинах приблизно можуть бути розраховані за формулами:

для напірних вод

для безнапірних вод

Індексом 1 позначені параметри, що відносяться до ділянки, яка служить аналогом, а індексом || - параметри ділянки, для якої дається оцінка експлуатаційних запасів. Ці формули відповідають умовам сталого руху.

Балансові методи

При розрахунках балансовими методами приймається, що експлуатаційні запаси є забезпечені при виконанні наступного рівенства:

де Q_е – експлуатаційні запаси;

Q_пр. – природні ресурси підземних вод;

V_пр. – природні запаси підземних вод;

a – доля використання природних запасів;

t – час, на який розраховуються експлуатаційні запаси.

Коефіцієнт використання природних запасів приймається в межах 0,3-0,5

Оцінка природних запасів підземних вод

Природні запаси підземних вод – об’єм гравітаційної води, що знаходиться в порах і тріщинах водовмісних порід.

Природні запаси підземних вод розраховуються за формулами:

V_пр. = μ*V_о або

Q_вікові = F*M*μ,

де V_о – об’єм водоносного пласта;

μ – водовіддача;

F – площа поширення водоносного пласта;

M – потужність водоносного пласта.

Існуючі методи визначення водовіддачі гірських порід розподіляються на: а)лабораторні; б) що основані на спостереженнях за режимом ґрунтових вод; в) що основані на дослідних відкачках.

Лабораторні методи застосовуються для визначення водовіддачі пісків.

За результатами спостережень за режимом ґрунтових вод водовіддача може бути визначена для періоду (звичайно зимового), коли живлення ґрунтових вод практично припиняється і відбувається спрацювання їх природних запасів, за формулою:

,

де Q_e – середні витрати підземного потоку в зоні розвантаження за час t;

- об’єм пласта, який осушений за час t.

Величина визначається за даними про пониження дзеркала ґрунтових вод за результатами спостережень за режимом ґрунтових вод. Площа, в межах якої визначається величина обмежується вододілами А₁ А₂ ґрунтових вод (рис. 17.4).

Рис. 4.4 – Схема оцінки природних запасів підземних вод:

А₁ і А₂ – вододіли ґрунтових вод.

У тих випадках, коли водотривке ложе підземного потоку залягає вище рівня річок і потік розвантажується джерелами, що виходять на схилах, витрати Q_e можуть бути встановлені безпосередньо замірами джерел. Якщо підземний потік виходить в річку, то про цю величину можна судити по збільшенню витрат річки на ділянці вклинювання підземного потоку. Для цього вище і нижче ділянки річки, до якої направлений підземний стік, обладнуються гідрометричні створи, на котрих ведуться систематичні спостереження за витратами річки. Різниця втрат річки на цих створах, яка усереднена за час t, відображує величину Q_e. Надійні результати можна отримати в тих випадках, коли приріст витрат річки сумірний з її витратами.|

Природні динамічні запаси, тобто кількість напірної води, що протікає в одиницю часу через поперечний перетин потоку, визначаються за формулою:

Q_дин. = k*F*J, де

k – коефіцієнт фільтрації водоносного горизонту, м/добу;

F– площа поширення водоносного пласта м²;

J – середній напірний градієнт (ухил) потоку між розрахунковими перетинами.

Ця формула може бути застосована для умов однорідного пласта.

Оцінка природних ресурсів підземних вод

Природні ресурси підземних вод – це кількість підземних вод, яка поступає у водоносний горизонт в природних умовах шляхом інфільтрації атмосферних опадів, фільтрації з річок, перетікання з вище- і нижчезалягаючих водоносних горизонтів, притоку з суміжних територій.

Природні ресурси можна оцінити по живленню водоносного горизонту інфільтрацією атмосферних опадів і поглинанню води із річок, або по витратах потоку підземних вод. Останній має безсумнівно перевагу над попереднім.

Витрати природного потоку, які заміряні в зоні розвантаження підземних вод, характеризує природні ресурси водоносного горизонту в цілому. Відношення цих витрат (в л/с) до площі поширення водоносного горизонту (в км²) називається модулем підземного стоку.

Визначення витрат потоку за даними про коефіцієнт фільтрації водоносного горизонту.

Витрати підземного потоку виражається формулою:

де k₁ і k₂ – середні коефіцієнти фільтрації пласта в двох поперечних перетинах потоку, що розташовані перпендикулярно напрямку руху вод, тобто по лініях рівних напорів (гідроізогіпсах або гідроізоп’єзах);

w₁ і w₂ – площі цих перетинів;

J – середній напірний градієнт (ухил) потоку між розрахунковими перетинами.

де - різниця напорів підземних вод в розрахункових перетинах;

l – відстань між цими перетинами.

Якщо пласт однорідний і потужність його змінюється в незначних межах, то витрати підземного потоку здійснюються за формулою:

де k - коефіцієнт фільтрації пласта;

- середня потужність потоку;

B – ширина фронту потоку;

J – середній напірний градієнт (ухил) потоку.

Визначення витрат потоку за даними швидкості його руху.

Швидкість руху води в порах визначається шляхом вводу індикатору в свердловину.

Витрати потоку визначаються за формулою:

де Р_о – активна пористість (або коефіцієнт тріщинуватості породи);

w – площа поперечного перетину потоку;

u – середня швидкість руху води в порах або тріщинах породи.

Визначення природних ресурсів підземних вод шляхом вимірювання витрат його потоку в зоні дренування.

В тих випадках, коли в річкових долинах водотривке ложе потоку підземних вод розташоване вище горизонту річки або цей потік розвантажується джерелами на контакті із слабо проникними породами (наприклад в нижній частині конуса виносу), витрати потоку можна визначити безпосередніми вимірюваннями дебітів джерел. Спостереження за режимом джерел слід здійснювати на протязі не менше року.

У тих випадках, коли водоносний горизонт розвантажується безпосередньо в річку, для визначення природних ресурсів підземних вод можна застосувати гідрологічні методи, котрі мають дві модифікації:

а) розрахунок по різниці витрат річки, що дренують водоносний горизонт, які заміряні на двох гідрометричних створах;

б) розрахунок за методом розчленування гідрографу річки.

Визначення витрат підземного потоку за результатами спостережень за витратами річки на двох гідрометричних створах основане на тому, що в періоди відсутності поверхневого стоку (наприклад, зимою) прирощування витрат на ділянці, яка обмежена гідрометричними створами, дорівнює величині підземного живлення річок, тобто витратам підземного потоку.

Вказаний метод особливо може застосовуватись в карстових районах, де стік невеликих річок і потічків формується переважно за рахунок вклинювання підземного потоку.

Визначення природних ресурсів підземних вод за величиною живлення горизонту атмосферними опадами.

Якщо водоносний горизонт отримує живлення інфільтрацією атмосферних опадів, то його природні ресурси визначаються за формулою:

де W – інфільтрація атмосферних опадів на одиницю площі дзеркала водоносного горизонту за одиницю часу;

F – площа області живлення водоносного горизонту, яка визначається по гідрогеологічній карті.

Безпосередньо визначення величини W здійснюється в лізіметрах. Однак, поширити лізіметричні спостереження на всю площу живлення можна тільки умовно (різні мікрорельєф, рослинність, ґрунтовий покрив, глибина залягання ґрунтових вод).

Іншим методом визначення величини інфільтрації (W) є розрахунки величини інфільтрації за формулами встановленого і невстановленого руху ґрунтових вод, які запропоновані Каменським.

Якщо відомі рівні води в трьох свердловинах, що розташовані за напрямком потоку ґрунтових вод (мал.), то в умовах встановленого руху

де k – коефіцієнт фільтрації пласта;

h₁. h₂, h₃ – рівні води в трьох свердловинах (№№ 1, 2, 3), що розташовані за напрямком потоку ґрунтових вод;

x – відстань між першою і другою свердловинами;

L - відстань між першою і третьою свердловинами.

Якщо свердловини розташовані на рівних відстанях, тобто x=L/2, тоді

Перепишемо це рівняння у вигляді:

для однорідного пласта.

Ліва частина рівняння виражає кількість води, що поступає в одиницю часу шляхом інфільтрації на поверхню ґрунтових вод в межах ділянки довжиною x. Права частина рівняння представляє собою різницю витрат підземних вод, що протікають до балансової ділянки і витікають від неї.

Для неоднорідного пласта рівняння має вигляд:

,

де і - коефіцієнти фільтрації пласта, відповідно, на ділянці між свердловинами №№ 1 і 2 і №№ 2 і 3.

Застосовувати вказані формули для встановленого руху підземних вод для розрахунків їх живлення атмосферними опадами рекомендувати не можна. Тому необхідно застосовувати формули для невстановленого руху підземних вод.

Величина W визначається за формулою:

- зміна рівня, що відбувається за відрізок часу ;

- відстань між перетинами 1-2 і 2-3;

μ – водовіддача;

k – коефіцієнт фільтрації пласта;

h₁. h₂, h₃ – рівні води в трьох свердловинах (№№ 1, 2, 3), що розташовані за напрямком потоку ґрунтових вод.

При різних коефіцієнтах фільтрації на ділянках 1-2 (k=k_I) і 2-3 (k=k_II) величина W визначається за формулою:

Вираз в дужках представляє собою різницю витрат підземної води, що відтікає від балансової ділянки і притікає до неї.

Підвищення рівня грунтових вод відбувається переважно після сніготанення і може розглядатися як міра величини живлення. До цього висновку можна прийти, якщо в попередній формулі, у відповідності з виказаними розміркуваннями, рахувати другий член рівняння рівним нулю. В цьому випадку

де - підвищення рівня ґрунтових вод, що відбувається після сніготанення за відрізок часу .

Розрахунок інфільтрації за попередньою формулою дає дещо зменшене значення величини W, так як не враховує пониження рівня грунтових вод, що пов’язано з відтоком води у напрямку до природних дрен. Величину відтоку можна приблизно врахувати, якщо вважати його таким же, як і в попередній зимній період. При цій умові розрахунок інфільтрації слід здійснювати за формулою:

де - величина, на яку рівень ґрунтових вод знизився за час за рахунок відтоку по водоносному пласту.

Величина може бути визначена за графіком режиму ґрунтових вод.

Якщо режим грунтових вод характеризується не тільки весняним підйомом, але і підвищенням, що пов’язане з інфільтрацією дощових опадів, то для кожного періоду підйому рівня грунтових вод повинні бути здійснені аналогічні розрахунки, а потім величини ( ) сумуються. Середньорічна величина інфільтрації може бути визначена за формулою:

м/добу.

Товщина шару води, що просочилася у водоносний горизонт на протязі року (y), становить:

мм.

В останніх двох формулах і відображені в метрах.

В деяких випадках (наприклад, для співставлення підземного і поверхневого стоку) доцільно відображувати величину живлення підземних вод модулем підземного стоку:

M_п=0,0317y,

де M_п – модуль підземного стоку з 1 км² в л/с.