Балансовая структура ( источники формирования ) эз подземных вод

Это - один из важнейших смысловых вопросов при оценке ЭЗ; необходимость его изучения специально оговаривается в нормативно-методических документах.

Основные теоретические представления  ДО ЭКСПЛУАТАЦИИ: среднегодовой баланс водоносного горизонта (с осредненными сезонными колебаниями и потому - с некоторым постоянным объемом воды в пласте): объем притока за счет всех видов питания равен объему оттока за счет всех видов разгрузки

ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ: водоотбор - новая расходная статья баланса (искусственная разгрузка). Поэтому после включения водозабора начинает формироваться (в полном соответствии с законами систем материального мира) новое равновесное балансовое состояние, т.е. происходят количественные изменения естественных балансовых процессов, стремящиеся компенсировать возникший за счет водоотбора дисбаланс. В совокупности эти изменения таковы:

- всегда уменьшается объем воды в пласте на величину , так как обязательно (по законам гидрогеодинамики) должна образоваться депрессионная воронка; - может увеличиться суммарный расход питания до величины ; - может уменьшиться суммарный расход разгрузки до величины .

БАЛАНСОВОЕ УРАВНЕНИЕ

Qэ	=	V/tэ	+	Qp	+	Qп

+

ЕСТЕСТВЕННЫЕ ЗАПАСЫ - количество воды в пласте (в принципе масса, но для пресных вод можно пользоваться объемом). Независимо от движения! Величина ЕЗ зависит от размеров водовмещающей толщи (площадь оцениваемой области, мощность пласта) и ее емкостных параметров (водоотдача). В зависимости от природы водоотдачи различают емкостные и упругие естественные запасы. Размерность объема (L³), но в уравнении баланса представляем их расходом, "размазывая" объем запасов на время водоотбора.

ЕСТЕСТВЕННЫЕ РЕСУРСЫ (термин и смысл должны быть известны из многих предшествующих учебных курсов) - суммарная величина питания водоносного горизонта в естественных условиях (следовательно, и величина естественной разгрузки). Обратить внимание: в уравнение баланса водоотбора входит не общая величина естественных ресурсов, формирующаяся в пределах некоей водосборной площади, а только изменение расхода разгрузки, т.е. та часть общей величины естественных ресурсов, которая "схвачена" водозабором за счет депрессии напоров в областях разгрузки естественного потока (замена естественной разгрузки на искусственную, техногенную).

ПРИВЛЕКАЕМЫЕ РЕСУРСЫ - специфическая балансовая категория, возникающая только при работе водозабора. Это - суммарный расход дополнительного питания эксплуатируемого горизонта (дополнительного к чему? к естественной интенсивности питания). Две возможности возникновения ПР – перетекание из рек и перетекание из смежного горизонта

Искусственное восполнение Вынужденная мера, если эксплуатационный водоотбор не обеспечивается естественными источниками формирования ЭЗ, т.е. в процессе эксплуатации происходит перепонижение уровней в водозаборных скважинах

Искусственно подаваемое в водоносный горизонт количество воды может входить в балансовую структуру ЭЗ как искусственные запасы или как искусственные ресурсы

Создание искусственных запасов (применяется также термин "магазинирование") производится один или несколько раз в году путем единовременного затопления больших площадей вблизи водозаборного сооружения

- искусственные запасы: - искусственные ресурсы

Важнейшее положение:  СТРУКТУРА БАЛАНСА ВОДООТБОРА СПОСОБНА К СУЩЕСТВЕННОМУ ПРЕОБРАЗОВАНИЮ ВО ВРЕМЕНИ

Зависит от:

• - реальных гидрогеологических условий (характер залегания горизонта, его взаимодействие с другими ВГ и с поверхностными водами) – т.е. ТИП МПВ (потом)

• - от расположения водозабора относительно природных и искусственных (техногенных) гидродинамических границ

• - от длительности эксплуатации

• - от производительности водозабора

• - от сезона года

В этой связи вспомним о гидрогеологической/гидродинамической рациональности водозабора. Выходит, что существуют такие места, где водозабор располагать выгоднее, чем где-то рядом: лучше параметры, легче проявляется благоприятное балансовое действие граничных условий. Такие участки прежде всего можно рассматривать как "МЕСТОРОЖДЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД".

количественная оценка запасов

= Несколько разных методов: выбор того или иного зависит от :

1. степени сложности гидрогеологических условий МПВ;

2. от стадии разведки;

3. могут сочетаться.

= Важно, что сама методика поисково-разведочных зависит от того, какой метод будет использоваться для подсчета ЭЗ, т.к. каждый требует каких-то специфических параметров. Поэтому уже на оценочной стадии надо решить этот вопрос.

= Принципиально три метода (подхода к постановке работ!): БАЛАНСОВЫЙ ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ.

= Балансовый метод

• Может применяться как самостоятельный (единственный), но только для предварительных расчетов - обычно на стадии Оценки МПВ и как дополнительный (обязательный) при окончательных расчетах.

• Почему? Не рассматривается способ водоотбора, т.е. подразумевается некая очень условная схема водозабора

• Раздельно оцениваются все компоненты общего балансового уравнения – в первую очередь, естественные запасы и естественные ресурсы; в отдельных случаях возможна и приблизительная оценка ПР

Естественные Запасы: ; емкостные (б\н ВГ) водоотдача 10^-2-10^-1; упругие (напВГ) 10^-5-10^-4 . Основной параметр – водоотдача.

Естественные Ресурсы: по сути это суммарное питание ВГ за счёт всех механизмов (естественных и техногенных – поэтому лучше говорить СЛОЖИВШИЕСЯ ресурсы.

Важно: ЕР существуют ВНЕ эксплуатации

ЕР оцениваются:

= по величине площадного питания _.;

- W может быть инфильтрационное: его определяют с помощью лизиметров, режимных наблюдений или аналитическими расчётами по параметрам влагопереноса в зоне аэрации

- Или перетекание из смежных горизонтов – для его оценки выделяются площади, где напоры в смежных горизонтах выше, чем в основном; аналитически рассчитывается средняя скорость перетекания ….

= по величине латерального расхода потока в основном горизонте ;

= по величине разгрузки по разным формам разгрузки (измерение суммарного родникового стока, оценка речного стока в меженные периоды, расчеты испарения, перетекания в смежные горизонты) .

• Гидродинамический. Расчет самого водозаборного сооружения и сопутствующие расчеты выполняются с использованием гидродинамической теории притока к скважинам

= Абсолютно необходимой основой получения решения является составление Фильтрационной Схемы месторождения – это основная забота гидрогеолога; именно для ее составления (детального и адекватного!) и предпринимаются все разведочные работы и опробования.

Содержание ФС известно!

= обоснование режима потока во времени при работе водозабора

= пространственная структура потока

= пространственное распределение необходимых гидродинамических. параметров

= граничные условия (внешние и внутренние)

= наконец, характеристики водозахватных устройств (диаметр фильтров, их длина, положение в разрезе – совершенные, несовершенные)

• В простых случаях строения ФС расчёт водозабора может быть выполнен в аналитическом виде, по формулам.

Примитивный пример: если по данным разведки доказано, что гидрогеологические условия МПВ могут быть схематизированы в виде неограниченного в плане, изолированного в разрезе и однородного по параметрам пласта, то для начала можно рассчитать максимально возможный дебит одиночной водозаборной скважины – используя фундаментальное описание Тейса и логарифмическую аппроксимацию Джейкоба:

Дальше судим: сколько нужно скважин для покрытия заявленной потребности? Если больше одной, то как их расположить (учитывая их гидродинамическое взаимодействие, вопросы землеотвода, размеры зоны санитарной охраны…)

= В более сложных случаях строения ФС МПВ для получения решения используют математическое моделирование (численное решение систем дифференциальных уравнений фильтрации).

• В случае сложного строения МПВ – гидравлический метод (или Опытно-Эксплуатационное Опробование) – к примеру, сложная хаотическая неоднородность фильтрационных свойств (карст?), трудноизучаемые или малопонятные ГУ...

• нереально разведать адекватную ФС (дорого, долго и нет методик!)

• тогда уже на стадии разведки применяют т.н. ОЭО – дебит как можно больше (но почти всегда заметно меньше нужного Q_э ) + продолжительность несколько месяцев (до года)

• обычно несколько (не менее 3-х) ступеней с разными дебитами до стационарного режима

• индикаторная кривая SQ

• Дальше прогноз на значение Q_э →

• Все!? Однако часто индикаторные кривые нелинейные!

Если ОЭО окончено при нестационаре и можно предполагать дальнейшее развитие деперессии, то экстраполяция по времени