книги из ГПНТБ / Боревский Б.В. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек

снижения уровня была равномерной и составляла 2,7 см/сутки. Поэтому поправка на величину понижения была введена прямым расчетом (AS = 2,7 t, где t — текущее время замера от начала от­ качки). За период откачки (9 суток) естественное снижение уровня составило 24 см или 30% от общей величины понижения в данной скважине.

График изменения уровня во времени, построенный с учетом

Р и с . 75. График изменения уровня по скв . 152184 при опытной откачке из скв . 152612 под влиянием естественного спада уровня (по данным А. Ф . Потемкиной, 1970 г., долина р. Оки)

1 — замеренный уровень; 2 — исправленный уровень

На длительных откачках или изменении направленности сниже­ ния уровня при их окончании интерполяция или графическая экст­ раполяция естественных графиков затруднительна. Поэтому в ряде случаев может быть использована аналитическая экстраполяция темпа изменения уровня.

На участках, сложенных карстующимися породами, в периоды практического отсутствия питания закономерность снижения уровня может быть описана уравнением Майе — Буссинеска [79]:

быть определен коэффициент истощения а по данным о положении уровня на два момента времени. Затем может быть дан прогноз на естественный спад уровня в период откачки и определена приведен­ ная величина понижения.

Такой прием был использован при обработке данных опытно-экс­

Однако введение поправок к понижению, рассчитанных по формуле (11.5), показало, что режим был близок к стабильному. Величина поправок по разным наблюдательным скважинам колебалась от 9

ВП О В Е Р Х Н О С Т Н Ы Х ВОДОТОКАХ И В О Д О Е М А Х

в скважинах, расположенных на прибрежных участках. Эти колеба­ ния могут носить направленный характер при спаде уровня в реках и озерах в меженные периоды или ритмический в результате прили­ вов и отливов, либо периодических дождей. При этом такие колеба­ ния часто соизмеримы с величинами понижений или даже значи­ тельно превышают их.

Характер изменения уровня в водоносном горизонте под влия­ нием подъема уровня в реках и озерах (водохранилищах) достаточно хорошо изучен и широко освещен в гидрогеологической литературе, посвященной вопросам подпора подземных вод. В . М. Шестаков предложил аналитические зависимости для определения изменения уровня в скважинах при различных законах изменения уровня в реке [136].

Однако в процессе обработки результатов опытных работ учет изменения уровней в опытных и наблюдательных скважинах под влиянием колебаний уровня в поверхностных водоемах и водотоках обычно не производится. При этом результаты опытных работ могут быть в значительной мере искажены или не поддаваться однозначной интерпретации.

Примером может служить график изменения уровня в наблюда­

без измерения уровня в реке, к концу откачки уровни в наблюда­

была повторена с одновременным измерением уровня в реке. На гра­ фике (см. рис. 76) четко видна синхронность колебаний уровня

в период откачки и восстановления в реке и скважинах. В данном случае обработка материалов откачки без учета изменения уровня в реке невозможна.

I понижение

Скв. 49

4

6

Hem'f, 75

г

4

Р и с . 76. Графики колебаний уровней в наблюдательных скважинах при опытной откачке из куста 55 под влиянием изменения уровня в реке (по данным Л . П. Шараевского, 1970 г., долина р. Днестр)

приливов и отливов.

Для учета изменения уровней в скважинах под влиянием колеба­ ний уровня в поверхностных водоемах и водотоках необходимо вводить поправки в результаты опытных работ. Для получения ве­ личины поправки в реке, озере или море близ опытной скважины

устанавливается водомерный пост. По каждой скважине опытного куста строится график зависимости величины естественных колеба­ ний уровня в них Ah от величины колебания уровня на водомерном посту АН. В зависимости от расстояния скважины от уреза воды и характера изменения уровня поверхностных вод такой график бу­ дет иметь прямолинейную или криволинейную форму.

Для получения графика необходимо провести до или после от­ качки соответствующий цикл измерения уровней в скважинах и на водомерном посту. Длительность этого цикла будет определяться теми же условиями, что и при учете колебаний уровня под влия­ нием изменения интенсивности питания водоносного горизонта ат­ мосферными осадками.

В процессе откачки проводят систематические измерения уровня на водомерном посту, поэтому в любой момент времени можно опре­ делить поправку к величине понижения уровня, сняв ее непосред­ ственно с графика. Введение поправки и определение интервала за­ паздывания производится так же, как и в предыдущем случае.

Введение необходимых поправок (особенно в случае направлен­

1. Естественные колебания уровней подземных вод часто суще­ ственно отражаются на результатах опытных работ, особенно при небольших величинах понижения уровня воды и медленном темпе его изменения, что приводит к ошибкам при определении гидро­ геологических параметров и анализе характера режима движения подземных вод при откачке.

2.Учет этих колебаний можно произвести путем введения соот­ ветствующих поправок к величине понижения уровня воды в сква­ жине. Принцип определения этих поправок может быть аналогичен во всех рассмотренных случаях и основан на построении корреля­ тивных связей.

3.Обработке материалов откачки в таких случаях должно предшествовать вычисление величины приведенного понижения и построение графиков с учетом полученных поправок.

Так как опытные откачки являются основным видом гидрогеоло­ гических исследований, проводимых при решении самых разнообраз­

При этом методика откачек совершенствовалась в связи с развитием методов оценки эксплуатационных запасов и определения основных гидрогеологических параметров.

Впервые наиболее последовательно соображения о постановке

.опытных работ высказал Г. Тим, который предложил определять коэффициенты фильтрации водоносных горизонтов при помощи кустовых откачек с несколькими наблюдательными скважинами [181]. В СССР вопросами методики опытных откачек одним из пер­ вых занимался Н. К. Игнатович [58]. В своей работе наряду с ме­ тодами расчета коэффициентов фильтрации, основанными на теории установившегося движения, он изложил целый ряд рекомендаций по методике постановки и проведения откачек (по выбору и разбивке опытного участка, количеству наблюдательных скважин, системе их расположения и расстояниям от центральной до наблюдательной скважин, количеству понижений уровня и т. д.). Эти рекомендации для своего времени имели большое значение, отвечали достигнутому уровню развития динамики подземных вод и впоследствии были использованы во многих методических пособиях и руководствах.

Ранее, когда расчеты велись по теории установившегося движе­ ния, одним из основных положений методики опытных работ явля­ лось достижение стационарного режима фильтрации. Однако, как видно из анализа режима подземных вод при опытных откачках, во многих случаях достижение стабильного режима при откачках невозможно. На нереальность требования проведения опытных откачек при стабильном режиме одним из первых указал Н. К. Гиринский [36]. Он отмечал, что стационарный режим является лишь частным случаем более общего неустановившегося режима движения

подземных вод. Н. К. Гиринский предложил увязывать такие основ­ ные положения методики откачек, как время, понижение и расстоя­ ние до наблюдательных скважин, с примерными величинами фильт­ рационных и емкостных параметров. Тем не менее требование дости­ жения стационарного режима фильтрации еще долго господство­ вало в гидрогеологической литературе и даже в самое последнее время был опубликован ряд работ [67, 68, 112], в которых за крите­ рий при выборе продолжительности опытных откачек принимается время стабилизации уровня при постоянном дебите.

С. А. Коль рекомендовал при размещении наблюдательных скважин пользоваться правилом геометрической прогрессии с тем, чтобы полу­ чать равномерное расположение точек на графиках зависимости понижения от логарифма расстояния, используемого для опреде­ ления параметров. Е . Е . Керкис рекомендовал руководствоваться при размещении наблюдательных скважин необходимостью обеспе­ чения некоторого минимального понижения, превышающего точность замеров уровня. Некоторые предложения указанных авторов, на­ пример относительно ориентировки лучей опытных кустов, длитель­ ности возмущения и т . д . , — у с т а р е л и . Однако многие полезные рекомендации, к сожалению, не получили должного распространения в современной разведочной практике или были забыты.

В 1960 г. была опубликована сводная работа И. А. Скабаллановича «Методика опытных откачек». В ней также были даны рекомен­ дации по выбору продолжительности опытных работ, количества и системы расположения наблюдательных скважин и другие вопросы методики откачек. Основное внимание в этой работе было уделено вопросам определения коэффициента фильтрации, а методика опыт­ ных откачек, проводимых с иным целевым назначением, практически не рассматривалась. Основой для выбора методики опытных отка­ чек, как и в других ранее опубликованных работах, являлась тео­ рия установившейся фильтрации.

В конце пятидесятых -— начале шестидесятых годов в практикегидрогеологических расчетов начали широко использоваться методы, основанные на теории неустановившегося движения подземных вод, что вызвало существенные изменения в методике обработки данных опытных работ. Рекомендации для постановки опытов с учетом со­ временных достижений в этой области содержатся в работах Ф. М. Бо - чевера, В . М. Шестакова, Л. С. Язвина [10, 19, 30, 132]. В частно­ сти, Л . С. Язвиным для условий неограниченного равномерно про­ ницаемого водоносного горизонта высказаны соображения по схеме опытного куста, характеру, степени и длительности возмущения в зависимости от необходимости достижения квазистационарного режима фильтрации в заданной области.

Из более поздних публикаций, в которых рассматривались во­ просы методики опытных откачек, следует отметить работы Б . Г. Самсонова [106, 108], Б . В . Боревского [13, 15] и коллектива авторов.

под редакцией В . М. Шестакова и Д. И. Башкатова [118]. Эти ра­ боты посвящены в основном методике обработки опытно-фильтра­

с учетом основных закономерностей режима подземных вод при откачках. Так, в работе Б . Г. Самсонова рассмотрены вопросы расположения наблюдательных скважин, продолжительности опыт­ ных работ, интенсивности возмущения и т. д. в зависимости от усло­ вий интерпретации данных опытных работ. Б . В. Боревским даны соответствующие рекомендации для водоносных горизонтов, при­ уроченных к трещиноватым породам, а в работе [15] — рекоменда­ ции по расположению наблюдательных скважин в слоистых толщах и в условиях взаимосвязи поверхностных и подземных вод и неко­ торые другие.

Методика опытных работ в общем случае определяется тремя основными факторами: 1) назначением опытных работ; 2) стадией гидрогеологических исследований; 3) гидрогеологическими усло­ виями разведуемого месторождения подземных вод. Методика опыт­ ных работ включает в себя следующие основные вопросы.

1 . Выбор вида откачки (пробная, опытная, одиночная, кустовая или групповая, опытно-экСплуатационная).

2. Выбор местоположения и схемы опытного куста — количества наблюдательных скважин, системы их расположения, расстояний между наблюдательными и центральной скважинами и т. д.

3. Характер и степень возмущения (постоянство дебита или понижения уровня, величина дебита центральной скважины).

нием откачки и стадией поисково-разведочных работ, а также гид­ рогеологическими условиями разведуемого месторождения подзем­ ных вод.

Пробные откачки проводятся на всех стадиях гидрогеологиче­ ских исследований. На стадии поисков их основной целью является получение сравнительной характеристики фильтрационных свойств пласта на отдельных участках распространения водоносного гори­ зонта и качества подземных вод, а также для определения свобод­ ной или пьезометрической поверхности подземных вод. На стадиях предварительной и детальной разведки пробные откачки проводятся из всех разведочных и разведочно-эксплуатационных скважин для предварительного определения возможной производительности сква­ жины.

Одиночные опытные откачки проводятся только на стадии де­ тальной разведки из разведочных и разведочно-эксплуатационных скважин, когда необходимо определить зависимость между дебитом скважины и понижением уровня в ней. Такие откачки следует прово­ дить главным образом при применении гидравлического метода оценки эксплуатационных запасов, если имеющееся в распоряжении гидрогеологов-разведчиков насосное оборудование не может обес­ печить получение проектного дебита.

Опытные кустовые откачки проводятся на стадиях предвари­ тельной и детальной разведок, главным образом для определения расчетных гидрогеологических параметров и оценки граничных усло­ вий. В тех случаях, когда при откачке из одной скважины не удается добиться достаточно надежных для последующей интерпретации понижений уровня (в связи с высокой водопроводимостью водоносных горизонтов), проводится групповая откачка.

Опытно-эксплуатационная откачка из одной или нескольких скважин проводится только на стадии детальной разведки в слож­ ных гидрогеологических условиях для определения опытным путем возможной производительности водозабора или установления зако­ номерности изменения уровней при эксплуатации.

Выбор местоположения и схемы опытного куста

Местоположение опытного куста

Опытные кусты целесообразно располагать на участках проекти­ руемых водозаборов так, чтобы получить по возможности полную характеристику в первую очередь площади будущего водозабора и ближайших к ней участков водоносного горизонта. В тех случаях, когда кустовые откачки проводятся для изучения граничных усло­ вий водоносных горизонтов, местоположение куста определяется назначением откачки. Например, для изучения условий на границах

скважины располагать вблизи изучаемой границы, а наблюдатель­ ные скважины — по обе стороны от нее. При выборе местоположения опытного куста следует учитывать, что наилучшие результаты при определении параметров дают откачки, в процессе проведения которых на опытные закономерности понижений уровня не накла­ дывается влияние границ. Поэтому по возможности нужно стре­ миться так выбирать точки для заложения опытных и наблюдатель­ ных скважин, чтобы было исключено влияние границ. Однако эта рекомендация не должна приводить к удалению опытного куста от участка проектируемого водозабора. Если по тем или иным сообра­ жениям водозабор проектируется закладывать вблизи границ пласта, на этом же участке целесообразно провести и опытную откачку несмотря на трудности в интерпретации ее результатов при опреде­ лении основных гидрогеологических параметров. Последние следует

определять по зависимостям, учитывающим влияние границ (см. главы 8, 9).

В тех случаях когда по условиям заложения проектируемого водозабора можно избежать влияния границ, при размещении воз­ мущающих и наблюдательных скважин опытного куста следует пользоваться площадными критериями, обоснованными в главе 4. Влияние границы, независимо от ее природы, можно считать пре­

границы известна детально, допустимо большее удаление наблюда­

блюдательные скважины для определения параметров способом площадного прослеживания. Для контроля необходимо иметь в опыт­ ном кусте две-три наблюдательные скважины, удаленные от возму­ щающих на расстояние г =5 0,3/, по которым возможно определение параметров временным прослеживанием. При соблюдении критерия по дальней скважине это требование соблюдается автоматически.

В соответствии с приведенными критериями положение наблюда­ тельных и возмущающих скважин требует взаимной увязки. Это достигается выбором местоположения возмущающей скважины от­ носительно разведанных границ водоносного горизонта.

Опытные кустовые откачки, как уже говорилось, проводятся в основном на участке проектируемого водозабора и характеризуют сравнительно небольшую площадь. Доказательство возможности экстраполяции полученных величин на область проектной депрес-

Местоположение скважин для опытно-эксплуатационной откачки во всех случаях следует приурочивать к участку будущего водоза­ бора.

Схема опытного куста

Составление схемы опытного куста заключается в обосновании количества возмущающих и наблюдательных скважин и их взаимного расположения в плане и в разрезе опробуемого водоносного гори­ зонта. Под примерной схемой опытного куета, используемого для определения параметров, понимается такое количество скважин и такое их взаимное расположение, которые при степени возмуще­ ния, обеспечивающей понижение SQ — 3—4 м в возмущающих сква­ жинах, и длительности возмущения 5—10 суток обеспечивали бы представительный охват созданной воронки депрессии так, чтобы разность понижения в соседних и понижение в наиболее удаленных наблюдательных скважинах значительно превышали бы точность замеров уровня подземных вод (составляя не менее 20—30 см). Необходимо, чтобы такая схема куста позволяла применить способы