Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Поиски и разведка подземных вод и мероприятия по их охране от загрязнения и истощения. Учебное пособие
.pdf
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
В. А. Бешенцев, Т. В. Семенова, Р. Н. Абдрашитова
ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
И МЕРОПРИЯТИЯ ПО ИХ ОХРАНЕ
ОТ ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ИСТОЩЕНИЯ
Учебное пособие
Тюмень
ТИУ
2023
УДК 556.38(075.8):550.81(075.8)
ББК 26.35я73
Б 57
Рецензенты:
доктор технических наук, доцент,
профессор кафедры «Техногенная безопасность» С. В. Воробьева;
кандидат геолого-минералогических наук Ю. В. Васильев
Бешенцев, В. А.
Б 57
Поиски и р
по их охране от загрязнения и истощения: учебное пособие /
В. А. Бешенцев, Т. В. Семенова, Р. Н. Абдрашитова. – Тюмень: ТИУ,
2023. – 137 с. – Текст: непосредственный.
ISBN 978-5-9961-3036-8
В учебном пособии рассмотрены гидрогеологические основы
поисков и разведки подземных вод, охраны их от загрязнения и истощения, включающие в себя следующие вопросы: типизация месторождений пресных подземных вод, стадии поисков месторождений
пресных подземных вод, методы гидрогеологических исследований,
оценка эксплуатационных запасов, оценка эксплуатационных
запасов питьевых и технических подземных вод по участкам недр
эксплуатируемым одиночными водозаборами, охрана подземных вод
от загрязнения и истощения.
Рекомендуется для студентов высших учебных заведений,
обучающихся по специальности 130101.65 «Прикладная геология»,
специализация «Поиск и разведка подземных вод и инженерногеологические изыскания», аспирантов.
азведка подземных вод и мероприятия
ISBN 978-5-9961-3036-8
УДК 56.38(075.8):550.81(075.8)
ББК 26.35я73
© Федеральное государственное
бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
«Тюменский индустриальный
университет», 2023
СОДЕРЖАНИЕ
Введение .......................................................................................................5
1. ЧАСТЬ 1. ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД............................7
1.1. История развития гидрогеологических исследований при поисках
и разведке подземных вод в России..................................................................7
1.2. Гидрогеологические основы поисков и разведки подземных вод...........9
1.3. Классификация основных типов месторождений подземных вод........12
1.3.1. Типизация месторождений подземных вод............................................12
1.3.2. Краткая характеристика основных типов месторождений подземных
вод................................................................................................................14
1.4. Поиски и разведка месторождений подземных вод..............................24
1.4.1. Общие принципы поисково-разведочных работ..................................24
1.4.2. Методика разведки месторождений подземных вод..........................25
1.4.3. Рекомендации по содержанию этапов и стадий геологоразведочных
работ....................................................................................................................26
1.5. Методы гидрогеологических исследований.............................................44
1.5.1. Гидрогеологическая съемка и геофизические методы.....................44
1.5.2. Буровые работы.......................................................................................48
1.5.3. Опытно-фильтрационные работы..........................................................62
1.5.4. Геолого-техническая документация скважин.......................................65
1.6. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод.................................66
1.6.1. Классификация запасов и прогнозных ресурсов..............................67
1.6.2. Методы оценки эксплуатационных запасов......................................75
1.7. Оценка эксплуатационных запасов питьевых и технических подземных
вод по участкам недр, эксплуатируемым одиночными водозаборами.......78
1.7.1. Основные понятия и общие положения...........................................78
1.7.2. Оценка обеспеченности эксплуатационных запасов подземных вод
их прогнозными ресурсами..............................................................................87
1.7.3. Расчет одиночных водозаборов и их взаимодействия с другими
водозаборами...........................................................................................88
1.8. Требования к качеству подземных вод......................................................91
2. ЧАСТЬ 2. МЕРОПРИЯТИЯ ПО ОХРАНЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОТ
ЗАГРЯЗНЕНИЯ И ИСТОЩЕНИЯ................................................................97
2.1. Основные положения..................................................................................97
2.2. Загрязнение подземных вод и окружающей среды ...............................98
2.2.1. Техногенные факторы..............................................................................98
2.2.2. Природные факторы................................................................................99
2.2.3. Локальное загрязнение............................................................................99
2.2.4. Региональное загрязнение....................................................................100
2.2.5. Вещества, загрязняющие подземные воды.........................................100
2.2.6. Виды и источники загрязнения подземных вод...................................100
3
2.2.7. Оценка масштабов загрязнения подземных вод..............................105
2.3. Гидрогеологические исследования в связи с охраной подземных вод от
загрязнения....................................................................................................107
2.3.1. Задачи гидрогеологических исследований и виды работ....................107
2.3.2. Выявление и изучение очагов загрязнения подземных вод..............110
2.3.3. Микробиологическая индикация загрязнения подземных вод...........110
2.3.4. Защищенность подземных вод..........................................................111
2.3.5. Размещение гидрохимической сети для наблюдений за загрязнением
подземных вод.................................................................................................112
2.3.6. Конструкция гидрогеологических скважин в связи с исследованиями
для охраны подземных вод от загрязнения...................................................114
2.4. Гидрогеологическое обоснование охраны подземных вод от загряз-
нения..............................................................................................................................116
2.4.1. Понятие по охране подземных вод. Основные виды водоохранных
мероприятий..................................................................................................... 116
2.4.2. Зоны санитарной охраны водозаборного сооружения...........................117
2.4.3. Размещение промышленных и сельскохозяйственных объектов в связи
с охраной подземных вод.............................................................................119
2.4.4. Защита методом спаренных откачек...................................................119
2.4.5. Ликвидация области загрязнения откачкой вод....................................120
2.4.6. Локализация области загрязнения путем создания гидравлической
завесы.....................................................................................................120
2.4.7. Изоляция области загрязнения непроницаемыми подземными сте-
нами............................................................................................................121
2.4.8. Подземное захоронение сточных вод..............................................121
2.5. Истощение подземных вод...................................................................124
2.6. Методы гидрогеохимического изучения подземных вод...............125
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................................................................134
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................................................135
4
Введение
Объектом исследований дисциплины «Поиски и разведка подземных
вод» являются подземные воды, рассматриваемые как полезное ископаемое.
Первый учебник по данной дисциплине был составлен и опубликован
крупнейшим советским гидрогеологом Г.Н. Каменским в 1947 году.
В 40-60 годы прошлого века содержание этого курса трактовалось
весьма широко, охватывая методику практически всех видов прикладных
гидрогеологических работ. Он включал в себя не только изыскание
источников водоснабжения, но и исследования в области гидротехнического
строительства, рудной и мелиоративной гидрогеологии, нефтедобычи
и др. Поэтому в большинстве ВУЗов для подобного курса чаще всего
использовались названия «Специальная гидрогеология» или «Методика
гидрогеологических исследований». Причем последнее наименование
успешно сохраняется до настоящего времени.
В 2006 и 2015 годы были изданы учебные пособия по предмету «Поиски
и разведка подземных вод» в Тюменском государственном нефтегазовом
университете. Авторы первого учебного пособия являются Т.В. Семенова
и И.Н. Безуглая-Анненкова [4]. В данном учебном пособии рассмотрены вопросы бурения и испытания гидрогеологических скважин, оценка
эксплуатационных запасов подземных вод и эколого-гидрогеологические
исследования на месторождениях подземных вод. Второе учебное пособие
было разработано Бешенцевым В.А., Семеновой Т.В [5 ]. В нем были дополнительно отражены вопросы классификации и характеристики различных
типов этих месторождений. Кроме этого, представлено новое направление
под названием «Оценка эксплуатационных запасов питьевых и технических
подземных вод по участкам недр, эксплуатируемым одиночными
водозаборами» [5], которое соответствовало новым методическим указаниям
по гидрогеологическим исследованиям и оценке запасов подземных вод [8].
В условиях современного интенсивного техногенного воздействия
на подземные воды, как источник питьевого, лечебного, промышленного
и других видов водоснабжения, играют все возрастающую роль в жизни
современного общества. Важнейшей народнохозяйственной задачей
в настоящее время становится охрана их от загрязнения и истощения.
Особое значение приобретают вопросы изучения качества подземных вод
при поисково-разведочных работах и прогноз изменения качества их при
эксплуатации. В связи с этим в новом учебном пособии отражены вопросы
охраны подземных вод от загрязнения и истощения [12].
Основная цель учебного пособия – углубление знаний, полученных
студентами в лекционных курсах, и приобретение навыков самостоятельного
решения теоретических задач по проектированию гидрогеологических
скважин и оценки эксплуатационных запасов подземных вод, расчетов
5
зон санитарной охраны и выработке различных рекомендаций по охране
природных вод от загрязнения и истощения.
Данный курс является основой для написания курсовой работы
и большинства дипломных проектов. Основы изучения о месторождениях
подземных вод используются при изучении курса «Региональная
гидрогеология».
Задачи дисциплины:
1. Освоение основ учения о месторождениях подземных вод.
2.Систематическое изучение методов оценки эксплуатационных запа-
сов подземных вод.
3. Освоение методов оценки качества и санитарного состояния под-
земных вод, а также их охраны от истощения и загрязнения.
4. Обучение приемам оптимального проектирования поисково-разве-
дочных работ при изысканиях на воду.
Результаты изучения курса должны служить основой для решения задач
водоснабжения (хозяйственно-питьевого и технического), водоснабжения
минеральными лечебными водами курортов и объектов народного хозяйства.
Изучение предмета «Поиски и разведка подземных вод», включающего
вопросы охраны подземных вод от загрязнения и истощения, требует от
студентов – гидрогеологов хороших знаний основ общей гидрогеологии,
а также предварительного знакомства с основами геологии и гидрохимии
и экологической гидрогеологии, рассматриваемыми в других курсах.
Настоящее учебное пособие состоит из двух частей. Первая часть –
Поиски и разведка подземных вод. Вторя часть – Мероприятия по охране
подземных вод от загрязнения и истощения.
6
ЧАСТЬ 1. ПОИСКИ И РАЗВЕДКА ПОДЗЕМНЫХ ВОД
1.1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ
ИССЛЕДОВАНИЙ ПРИ ПОИСКАХ И РАЗВЕДКЕ ПОДЗЕМНЫХ
ВОД В РОССИИ
Работы по использованию пресных подземных вод для целей
водоснабжения городов и отдельных населенных пунктов проводились
в России еще в XV веке. К этому времени относятся первые попытки
использовать подземную воду, выходящую на поверхность в виде родников,
т.е. естественную разгрузку подземных вод.
При использовании данных видов родников в 1492 году в Москве был
построен первый водопровод для организации водоснабжения Кремлевских
дворцов. В 1631-1633 гг. был устроен первый каптаж поверхностных
вод в долине р. Москвы и создан первый в России напорный водовод из
свинцовых труб.
В конце XVII века и в первой половине XVIII века возникла
необходимость использовать подземные воды для водоснабжения городов
и отдельных предприятий. Впервые в России начаты работы по бурению
гидрогеологических разведочных и эксплуатационных скважин с целью
применения подземных вод для децентрализованного водоснабжения
отдельных объектов. Появились первые теоретические разработки в области
гидродинамики, авторами которых были И. Бернулли и Л. Эйлер.
В конце XVIII в. и в XIX в. начата организация по всей стране поиско-
во-разведочных работ с целью водоснабжения городов, фабрик, заводов и т.д.
Большое значение для научного обоснования поисков и разведки пресных
подземных вод имели гидрогеологические исследования регионального
характера, выполненные под руководством С.Н. Никитина (по Московскому
артезианскому бассейну), Г.Д. Романовского (по району Крыма), Н.А.
Соколова (по артезианским бассейнам южной России), А.А. Иностранцева
(по Северо-Западному артезианскому бассейну).
Большое значение для развития работ в области поисков и разведки
подземных вод имела деятельность Геологического Комитета,
организованного в 1882 г. при Горном департаменте Министерства государственных имуществ. В начале XX в. в высших учебных заведениях России
началось чтение лекций по гидрогеологии и по разведке пресных подземных
вод. Начата подготовка кадров в области проведения гидрогеологических
исследований.
Принципиально новый этап в развитии гидрогеологических
работ по разведке пресных подземных вод начался после Октябрьской
социалистической революции, когда все геологические работы в нашей стране
стали проводиться планомерно в соответствии с требованиями развития
7
народного хозяйства. Значительным событием в развитии отечественной
гидрогеологии явился Всесоюзный гидрогеологический съезд (1931 г.).
В этот период проводились крупные поисково-разведочные гидрогеологические работы с целью изыскания источников водоснабжения
в таких крупных промышленных районах, как Донбасс, Урал, Сибирь,
Средняя Азия.
В период Великой Отечественной войны работы по поискам и разведке
пресных подземных вод продолжались в двух направлениях – для нужд
фронта и для обеспечения потребностей народного хозяйства.
В послевоенное время выделяется несколько очень важных этапов
в развитии поисково-разведочных работ в нашей стране. Первым из них стал
выход из печати монографий Г.Н. Каменского «Поиски и разведка подземных
вод» (1947 г.) и «Основы динамики подземных вод» (1943 г.). Введено научное понятие эксплуатационные запасы подземных вод их классификация
по степени изученности и разведанности. Начаты работы по оценке запасов
подземных вод и их утверждение в Государственной комиссии по запасам
полезных ископаемых при Совете Министров СССР (ГКЗ СССР).
В период с 1951 по 1963 гг. были разработаны новые научно-методические
руководства по проведению поисков, разведки и оценки эксплуатационных
запасов подземных вод применительно к новым требованиям инструкции
ГКЗ СССР. На этом этапе были разработаны принципиально новые методы
оценки эксплуатационных запасов подземных вод, базирующиеся на теории
упругого режима и неустановившейся фильтрации (Ф.М. Бочевер, Н.Н. Веригин, В.М. Шестаков и др.).
К современному этапу развития поисково-разведочных гидрогеоло-
гических работ относится начало проведения исследований по искусственному
восполнению эксплуатационных запасов подземных вод, по защите подземных
вод от загрязнения и истощения, по составлению прогнозов изменения их
качества, а также по охране окружающей среды.
Примеры использования подземных вод в народном хозяйстве.
Подземные воды играют существенную роль в развитии различных отраслей
народного хозяйства нашей страны, причем роль подземных вод в общем балансе
хозяйственно питьевого водопотребления увеличивается с каждым годом.
В зависимости от нужд народного хозяйства подземные воды используются:
для водоснабжения, орошения земель, для лечебных целей (минеральные
воды), как сырье для извлечения ценных компонентов (промышленные воды)
и для теплофикации (теплоэнергетические воды). Особенно велико значение
пресных подземных вод как источника питьевого водоснабжения.
В Российской Федерации в шестидесятые-семидесятые годы прошлого
века, были разведаны более 3-х тысяч месторождений и отдельных участков
подземных вод, эксплуатационные запасы, которых используются в настоящее
время не более чем на 30%.
8
Выполненная в 90-х годах прошлого века оценка обеспеченности
населения ресурсами питьевых вод, показала, что Россия обладает
огромными прогнозными ресурсами, превышают потребности в питьевой
воде в десятки раз.
Однако, в связи с неравномерностью распространения ресурсов
и эксплуатационных запасов подземных вод, практическим отсутствием
на ряде территорий подземных вод пригодных для хозяйственнопитьевого водоснабжения, недостаточной защищенностью подземных
вод от загрязнения, отсутствием для ряда городов и населенных пунктов
разведанных запасов и других факторов, поисково-разведочные работы
являются актуальными и в наше время.
В качества примера только по Тюменской области разведано и оценено
145 месторождений питьевых подземных вод, причем суммарные запасы
всех этих месторождений превышают общую потребность в воде. Однако,
несмотря на это, многие населенные пункты и объекты не обеспечены
подземными источниками водоснабжения и, по-прежнему продолжают
использоваться некондиционные поверхностные воды, специальная очистка
которых требует значительных средств.
Контрольные вопросы:
1. Каковы основные задачи при изучении данного предмета.
2. Основные этапы развития этого предмета.
3. Примеры использования подземных вод в народном хозяйстве.
1.2. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОИСКОВ И РАЗВЕДКИ
МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
Гидрогеологические основы поисков и разведки пресных подземных
вод следует рассматривать как научную базу разведочной гидрогеологии.
Она представляет собой совокупность ряда научных и методических
положений, основными из которых являются [10]:
а) учение о месторождении пресных подземных вод:
б) классификация типов месторождений пресных к различным
гидрогеологическим условиям страны.
в) закономерности распространения на территории Российской
Федерации типов месторождений пресных подземных вод. Эти положения
предопределяют общее направление и методику проведения поисковоразведочных гидрогеологических работ для целей крупного водоснабжения.
Подземные воды как один из видов природных ресурсов и элементов
природной среды, используемых в народном хозяйстве, характеризуются
двойственной природой. С одной стороны, это подвижное полезное
9
ископаемое, находящееся в земных недрах и извлекаемое из них, с другой –
часть общих водных ресурсов суши.
Как полезное ископаемое, подземные воды являются непосредственной частью земных недр, а их запасы определяются геологогидрогеологическими условиями изучаемого объекта. Как часть общих
водных ресурсов суши они находится в тесной связи между собой,
с поверхностными водами и атмосферой. Подземные воды, пригодные
для практического использования в народном хозяйстве, как и все другие
полезные ископаемые, формируют месторождения подземных вод.
Под месторождением подземных вод (МПВ) следует понимать
пространственно ограниченную часть водоносной системы, в пределах
которой под влиянием естественных или искусственных факторов
создаются благоприятные по сравнению с окружающими площадям геологоэкономические условия для отбора подземных вод в количестве, достаточном
для их целевого использования в народном хозяйстве [8].
Часть площади, месторождения подземных вод на которой, производится
их извлечение из недр водозаборным сооружением, принято называть
водозаборным участком. На крупных месторождениях могут выделяться
несколько участков, которые могут быть однотипными, или различаться
между собой по геолого-гидрогеологическим условиям освоения.
В соответствии с предложенным определением понятия МПВ их
контуры (границы) следует принимать:
1) с учетом естественных геолого-гидрогеологических факторов, определяющих условия формирования эксплуатационных запасов собственно в пределах месторождения: а) по границам продуктивных горизонтов,
имеющих ограниченное по площади распространение; б) по границам развития
повышенной водопроводимости в пределах водоносных горизонтов, имеющих
широкое площадное распространение; в) по границам развития некондиционных
вод в случаях, когда при полном освоении месторождения за расчетный срок
некондиционные воды с этого контура подтянутся к водозаборным сооружениям
и качество воды в смеси перестанет соответствовать требованиям;
2) с учетом технико-экономических и социально-экономических факторов, определяющих возможность освоения месторождений,
при равноценных геолого-гидрогеологических условиях на большой
площади: а) по границам зон санитарной охраны (для питьевых вод
10), определяющих полное или частичное выведение земель из народнохозяйственного оборота; б) по границам участков, где возможны и целесообразны размещение водозаборных сооружений и организация зон
санитарной охраны (последняя только для питьевых вод) с учетом природных
условий и возможностей народнохозяйственного освоения территории.
Для формирования месторождений необходим комплекс благоприятных
естественных геолого-гидрогеологических и физико-географических фак-
10
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]