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

площади. Для этого бывает необходима некоторая выборка до 10 ча­ стных значений.

При определении количества наблюдательных скважин необхо­ димо также исходить из степени хаотической неоднородности, по­ скольку последняя определяет степень рассеяния значений пьезо­ проводности при временном прослеживании и рассеяние точек на площадных графиках. Исходя из анализа, изложенного в главе 10, рекомендуется принимать количество наблюдательных скважин для однородных водоносных пластов, равное двум-трем, для неоднород­ ных пластов — трем-четырем, для весьма неоднородных — четыремдесяти. Критерием степени неоднородности служит коэффициент вариации, определяемый по данным одиночного опробования.

К сложным случаям относятся те, при которых имеет место со­ четание нескольких факторов аномальности.

Таким образом, количество наблюдательных скважин должно определяться в зависимости от установленной или предполагаемой сложности условий разведуемого участка.

Количество наблюдательных скважин зависит также от назна­ чения опытного куста. Если результаты кустового опыта исполь­ зуются для прогнозного расчета гидродинамическим методом, наблюдательных скважин должно быть больше, для подсчета гидра­ влическим методом — меньше. Максимальным должно быть количе­ ство наблюдательных скважин в кустах, предназначенных для из­ учения условий участка будущего водозабора, и меньшим в опытных кустах, предназначенных для иных целей, например, для изучения граничных условий. Имеет значение также и стадия исследования: при производстве опытных работ на детальной стадии назначается максимальное для данных условий количество наблюдательных скважин по сравнению со стадией предварительной разведки. Воз ­ можны и такие случаи, когда по результатам кустового опыта на стадии предварительной разведки увеличивается число наблюда­ тельных скважин, и опыт повторяется.

Количество наблюдательных скважин зависит от глубины зале­ гания водоносного горизонта. При больших глубинах (150—300 м) оно не должно превышать минимально необходимого количества для данных условий, в то время как при малых глубинах допустимо количество больше минимально необходимого. Однако минимальное число наблюдательных скважин при больших глубинах может привести к тому, что при отрицательном исходе интерпретации не­ оправданные затраты на бурение и проведение опыта в целом могут оказаться больше затрат на бурение одной-двух дополнительных наблюдательных скважин.

Количество наблюдательных скважин определяется с учетом использования ранее пробуренных скважин иного назначения. Этим количество наблюдательныхскважин может быть как угодно уве­ личено по сравнению с необходимым их числом для данных условий. Целесообразно использовать все соответствующим образом оборудо­ ванные скважины, попадающие в пределы фиксируемой части

депрессионной воронки. В некоторых условиях, особенно при большой глубине залегания горизонта, продолжительность возмущения мо­ жет быть увеличена на столько, сколько требуется для получения фиксируемого понижения и в более удаленных разведочных сква­ жинах.

Для определения количества наблюдательных скважин полезно изучить существующую практику опытных работ. Для этого был проведен анализ выборки из 49 опытных кустов с количеством на­ блюдательных скважин от 2 до 20. Опыты производились в широком диапазоне условий по сложности интерпретации. Кустовые опыты производились для водоснабжения и изучения обводненности место­ рождений твердых полезных ископаемых. Работы выполняли тер­ риториальные и специализированные организации Министерства геологии СССР и некоторые другие организации. Анализ практи­ куемого количества наблюдательных скважин производился сле­ дующим образом. Выполнена повторная интерпретация результатов кустовых опытов. При известном исходе интерпретации анализиро­ вали зависимость необходимого количества наблюдательных сква­ жин от указанных факторов, после чего выполнен статистический ана­ лиз выборки. В пяти случаях из 49 исход интерпретации оказался отрицательным, в остальных — положительным. Положительным исходом считается тот, при котором определены искомые основные параметры водоносного горизонта и расхождения при контроле по способам обработки не превышают 30% . Последующий анализ по­

опытного куста, а в интервале глубин 5—200 м не зависит и от глу­ бины залегания водоносного горизонта. Отмечается стремление к увеличению общего количества наблюдательных скважин за счет разведочных, используемых в качестве наблюдательных. Суще­ ственно то обстоятельство, что количество наблюдательных скважин и их размещение, как правило, не увязывается с длительностью и степенью возмущения, а следовательно, и с размерами депресси­ онной воронки, так что часть из них оказывается бесполезной. Таким образом, назначение количества наблюдательных скважин в опыт­ ных кустах оказывается произвольным.

Обратимся к статистическому анализу. На рис. 78, б показаны гистограммы и вероятностные графики распределения числа наблю­ дательных скважин. Опытное распределение в интервале 2—20 не противоречит логнормальному закону. Среднегеометрическое равно шести, с поправкой за ограниченность выборки — семи. При положительном исходе интерпретации такое количество наблюда­ тельных скважин можно считать достаточным. Заметим, что из пяти случаев с отрицательным исходом два связаны с малым числом на­ блюдательных скважин (по две скважины), остальные не связаны с количеством наблюдательных скважин. Анализ каждого опытного участка в отдельности показывает, что практикуемое количество скважин больше 10 не является необходимым, но во многих случаях

ЮО t,cymm

f нравдано, так как для наблюдений использовались разведочные скважины.

Количество возмущающих скважин определяется необходимой степенью возмущения — от одной до четырех скважин.

Р а з м е щ е н и е в о з м у щ а ю щ и х и н а б л ю д а т е л ь ­

ны х с к в а ж и н

Вразмещении скважин опытного куста как для определения параметров, так и для изучения граничных условий следует при­

держиваться традиционной лучевой системы. Количество лучей и выбор их направления зависит от сложности условий опробуемого участка, назначения опытного куста, количества наблюдательных скважин, схемы проектируемого водозабора.

В зависимости от этого могут быть однодвух- и трехлучевые опытные кусты. Двухлучевые кусты следует задавать при опробо­ вании анизотропных водоносных горизонтов с направлением лучей по предполагаемым осям анизотропии. Двух лучевыми должны быть кусты при опробовании ограниченных пластов с целью определения параметров, особенно тогда, когда применение рекомендованных площадных ограничений затруднительно. При этом направление лучей определяется заинтересованностью в информации о границах. Если такая информация необходима или желательна, один луч ориентируется параллельно, второй перпендикулярно к границе

лом количестве наблюдательных скважин задается один луч. Коли­ чество и ориентировка лучей должны быть увязаны с расчетной схе­ мой водозабора.

Возмущающие скважины должны быть расположены в вершине одного или нескольких лучей. Наблюдательные скважины следует располагать так, чтобы они находились в зоне квазистационарного режима и чтобы при заданной степени и длительности возмущения разность понижений в соседних и понижение в наиболее удаленных наблюдательных скважинах существенно превышали бы точность за­ меров уровня подземных вод. Кроме того, при размещении наблю­ дательных скважин для определения основных гидрогеологических параметров необходимо стремиться к тому, чтобы влияние присква­ жинных и граничных помех было минимальным. Поскольку зави­ симость понижения от расстояния является логарифмической, то расстояния наблюдательных скважин от возмущающих должно обе­ спечивать равенство расстояний между ними в логарифмическом масштабе; результатом этого будет равномерное положение точек на графике площадного прослеживания. Перечисленные требования могут быть соблюдены, если размещать наблюдательные скважины по правилу геометрической прогрессии. Тогда расстояние от возму­ щающей до соответствующей наблюдательной скважины (гп), неза-

висимо от количества лучей и их ориентировки, можно определить по следующей полуэмпирической формуле:

Рассмотрим более подробно величины, входящие в формулу (12.1). Существенное значение для размещения желаемого числа скважин имеет расстояние до ближней наблюдательной скважины. В прак­ тике разведочных работ возмущающие скважины, как правило, не­

0,7 т, при которой влияние несовершенства при степени ее —

^0,2 (где I — длина фильтра) не превышает 10%.

разместить в фиксируемой части депрессионной воронки от трех до шести наблюдательных скважин при заданных условиях — мощность безнапорного горизонта не превышает 90 м, а мощность напорного 200 м. При опробовании водоносных горизонтов большей мощности или, если уменьшение числа наблюдательных скважин при мощно­ стях, близких к указанным предельным, нежелательно, можно при­ нимать г І s£ т. Но в этих случаях, если на графиках площадного прослеживания отмечается отклонение первой точки выше осредняющей прямой, необходимо вводить поправку к расстоянию. Для

в опытном кусте производится так, что скважины с нечетными номе­ рами располагаются в одном, а с четными — в другом луче. Если имеется необходимость в большем количестве лучей, то в третьем

Исходя из заданных условий, расстояния до наиболее удаленных наблюдательных скважин рекомендуется ограничивать 150 м в без­ напорных и 1500 м — в напорных водоносных горизонтах.

В случаях раздельного опробования отдельных слоев слоистых толщ при вероятном перетоке из контактирующих слоев (например, слоистые толщи с невыдержанными разделяющими слоями или без разделяющих слоев) при размещении наблюдательных скважин можно ориентировочно руководствоваться требованиями, относя­ щимися к безнапорным пластам. Более строгие рекомендации в этих условиях затруднительны, поскольку они определялись бы величи­ ной неизвестного параметра перетока.

При суммарном опробовании слоистых толщ требования к раз­ мещению наблюдательных скважин будут зависеть от качества верхнего слоя. При водоупорном верхнем слое и положении пьезо­ метрического уровня выше его подошвы на величину, большую или равную опытному понижению, следует руководствоваться реко­ мендациями для напорного пласта. При отсутствии верхнего водоупора и мощности верхнего проницаемого слоя, большей или равной опытному понижению, размещать наблюдательные скважины можно,

и поверхностных вод наблюдательные скважины следует распола­ гать по двум лучам — параллельному реке и перпендикулярному, направленному от возмущающей скважины к реке. В параллельном луче должно быть оборудовано минимум две-три наблюдательные скважины (в зависимости от степени однородности пласта). Данные

чтобы расстояние от дальней наблюдательной скважины до централь­ ной не' превышало расстояния от скважины до реки.

Наблюдательные скважины, расположенные на луче, перпен­ дикулярном реке, используются для качественной оценки степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод и для определения по­ казателя гидравлического сопротивления A L . Одна из наблюда­ тельных скважин этого луча должна быть обязательно пробурена

доносного горизонта. Для оконтуривания воронки депрессии в сто­ рону коренного берега желательно пробурить также наблюдатель­ ную скважину на расстоянии, равном расстоянию между центральной скважиной и урезом реки. На узких реках целесообразно за­ кладывать наблюдательную скважину также на другом берегу реки. Кроме наблюдательных скважин опытного куста при изучении условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод следует обо­ рудовать наблюдательную скважину, находящуюся в аналогичных геоморфологических условиях, но вне влияния опытной откачки. Данные изменения уровня по этой скважине должны использоваться для корректировки понижений уровней, замеренных при откачках, как это было показано в главе 11.

При двухслойном строении речной долины наблюдательные сква­ жины должны оборудоваться как на опробуемый горизонт, так и на горизонт, через который происходит фильтрация поверхностных вод, причем одна из наблюдательных скважин на верхний горизонт должна быть расположена непосредственно у центральної! сква­ жины. В опытных кустах, которые сооружаются для изучения усло­ вий взаимодействия водоносных горизонтов (двухслойные и много­ слойные толщи), наблюдательные скважины следует закладывать как на опробуемый водоносный горизонт, так и на горизонты, из которых может происходить перетекание. Скважины, оборудованные на опробуемый горизонт, используются для определения основных гидрогеологических параметров и коэффициента перетекания, а на смежные горизонты — для качественного решения вопроса о нали­ чии и интенсивности перетока и выбора расчетной схемы для опре­ деления параметров и последующей оценки запасов.

Количество наблюдательных скважин на смежный горизонт и их расстояния от центральной определяются так же, как и при от­ качках, проводимых для расчета параметров. Дальнюю наблюда­ тельную скважину при этом желательно располагать на расстоянии,

определяемом из соотношения ^ 0,3—0,4, так как в этом случае с достаточной для практики точностью можно использовать логариф­

зонты следует закладывать рядом с наблюдательными скважинами на опробуемый горизонт, однако их количество по сравнению с опро­ буемым горизонтом может быть сокращено. Обязательно одну из наблюдательных скважин, оборудованных на горизонт, из которого может происходить перетекание, располагать рядом с центральной скважиной.

Возмущающих скважин при опробовании водоносных пластов с высокой водопроводимостью может быть несколько. Основное требование к размещению возмущающих скважин заключается

в том, чтобы получать ощутимые понижения во всех наблюдательных скважинах опытного куста от работы каждой возмущающей сква­ жины. Кроме того, должно соблюдаться условие квазистационар­

скважины должны быть сравнительно близкими. Для соблюдения этих условий необходимо стремиться к максимально возможной компакт­ ности в расположении возмущающих скважин. Разработка рекомен­ даций в отношении расположения возмущающих скважин заклю­ чается в получении такого расстояния между ними, которым с до­ статочной для практики точностью можно было бы пренебрегать,

в расположении возмущающих скважин можно принимать расстоя­ ния до наблюдательных скважин от одной из них. Определим вначале такое отношение расстояния от первой наблюдательной до дальней возмущающей скважины (гд ) к расстоянию от первой же наблюдатель­ ной до ближней возмущающей скважины (г6 ), при котором ошибка этого условного обобщения возмущающих скважин не превышала бы некоторой заданной величины. Очевидно, если это условие будет справедливо по отношению к ближней наблюдательной скважине, оно тем более будет справедливо и по отношению к остальным.

Для получения такого критерия зададимся следующим отноше­ нием понижений в первой наблюдательной скважине от работы двух возмущающих скважин, расположенных с нею на одном луче, при ус ловии равенства их дебитов и достижения квазистационарности от работы дальней возмущающей скважины; полагая, что такое допу­ щение существенно не скажется на величине определяемых расчет­ ных параметров:

~Sc~= , 2,25ai = ° > 8 5 -

Выразим далее продолжительность откачки величиной, кратной контрольному времени от работы дальней возмущающей скважины:

t= п • tR

п— коэффициент пропорциональности.

Подставляя - последнее выражение в предыдущее и решая его отно­ сительно получим:

lg 1*. = 0,0883 lg п + 0,0665.

Как видно, интересующее нас отношение зависит от продолжи­

'"б

=0,85^ реально только по истечении некоторого времени от

начала откачки, в частности, при п ^ > 2 . В связи с переменностью искомого отношения в течение откачки принимаем минимальную

=0,5г4 .

Эти рекомендации справедливы и для количества возмущающих скважин больше двух, а также для возмущающих скважин с нерав­ ными дебетами. В последнем случае ближней к первой наблюдатель­ ной должна быть возмущающая скважина с меньшим дебитом.

Результаты численного анализа показали, что при рекоменду­ емых отношениях погрешности определения коэффициента водопро­ водимости с использованием первой наблюдательной скважины прак­ тически отсутствуют при временном прослеживании и не превышают 15% при определении по формуле Дюпюи по двум наблюдательным скважинам. Погрешность определения коэффициента пьезопровод­ ности не превышает 30%.

Приведенные критерии справедливы, когда откачки проводятся для определения основных гидрогеологических параметров. Ими же можно пользоваться и при оценке условий взаимодействия водонос­ ных горизонтов в слоистых толщах.

При откачках, проводимых для оценки степени взаимосвязи подземных и поверхностных вод и определения величины AL в водо­

вия, в ряде случаев целесообразно провести групповую опытную от­ качку из нескольких скважин, расположенных на линии проекти­ руемого ряда. В этом случае опытные скважины представляют собой как бы элемент будущего водозаборного ряда. Результаты такой от­ качки могут служить основой для применения гидравлического ме­ тода оценки эксплуатационных запасов подземных вод.