Антонов В.В. Поиски и разведка подземных вод Уч пос 2006

ных вод над кровлей горизонта. Если это условие не выполняется, то расчетное понижение принимается равным относительному напору подземных вод над кровлей водоносного горизонта.

Определение площади балансового района не встречает значительных затруднений, особенно когда балансовый район полностью находится в пределах области распространения основного горизонта. Если граница балансового района совпадает с границей распространения водоносного горизонта или является границей подземного водораздела, для определения ее положения могут быть использованы приемы геометризации, разработанные для оценки запасов твердых полезных ископаемых.

Простейшим методом оценки естественных ресурсов является расчет подземного потока с использованием карты гидроили пьезоизогипс. При стационарном естественном потоке расчет ведется по лентам тока, по которым подземный поток попадает в пределы балансового района. В пределах каждой ленты тока расход потока

где K и m – коэффициент фильтрации и мощность потока соответственно; A и B – ширина и длина рассматриваемой ленты тока; H – перепад напоров.

Суммарный расход подземных вод, поступающих в пределы

n

балансового района, Q Qлi , где n – число расчетных лент тока.

i 1

Если предположить, что после введения в действие проектируемого водозабора, величина естественного потока не изменится, то суммарный расход этого потока будет характеризовать ресурсы рассматриваемого балансового района.

Для оценки естественного расхода подземного потока, а следовательно и ресурсов подземных вод, помимо описанного выше метода, могут быть использованы приемы, основанные на измерении действительной скорости движения подземных вод (с помощью специальных трассеров).

41

Естественные ресурсы подземных вод могут быть также оценены по питанию водоносного горизонта атмосферными осадками. В этом случае ресурсы подземных вод приравниваются к количеству атмосферных осадков, инфильтрующихся в водоносный горизонт за единицу времени, т.е. Qe = FW, где W – расчетный коэффициент инфильтрации.

С физической точки зрения коэффициент инфильтрации представляет собой объем подземных вод, поступающих на единицу площади водоносного горизонта в единицу времени. Определяют коэффициент инфильтрации специальными опытными работами, например опытными лизиметрическими стационарными наблюдениями.

Заметим, что величина W может существенно изменяться как в пространстве, так и во времени. Поэтому для выбора коэффициента инфильтрации часто используют его осредненные значения, которые для крупных регионов могут быть получены по результатам изучения общего баланса подземных и поверхностных вод.

Естественные ресурсы подземных вод могут быть рассчитаны по количеству подземных вод, поступающих в поверхностные водотоки (реки) в результате дренирования ими водоносных горизонтов, при этом естественные ресурсы оцениваются как доля подземного стока (подземногопитания) в общем объемевод, протекающих в реках.

Величину подземного питания реки, характеризующего естественные ресурсы подземных вод водосборного бассейна реки, находят по гидрографу реки, расчленяя его на поверхностный и подземный стоки. В настоящее время для расчленения гидрографов рек используют комплексный гидролого-гидрогеологический метод Б.И.Куделина , который предложил различать четыре схемы питания подземными водами и соответственно четыре основные схемы расчленения и гидрографов рек.

Для повышения надежности оценки ресурсов подземных вод обычно используют средние за много лет величины подземного стока. Для получения гарантированных значений ресурсов подземных вод используют величины подземного стока определенной обеспеченности (70, 95 % и т.д.).

Куделин Б.И. Принципы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод / Московский горный ин-т. М., 1960.

42

Отметим, что оценка подземного питания путем расчленения гидрографов дает относительно хорошие результаты только для малых и средних рек. Для крупных рек метод расчленения гидрографа, как правило, не применим, поскольку водосборная площадь этих рек имеет очень сложное геологическое строение, и характер питания подземными водами неможет быть отражен какой-либоодной схемой.

Естественные ресурсы подземных вод можно оценить также по поглощению поверхностного стока. Подобная оценка возможна, когда поверхностные воды питают подземные водоносные горизонты в условиях тесной гидравлической связи. При этом поверхностный сток, идущий на пополнение подземных вод, может рассматриваться как суммарные естественные ресурсы подземных вод. Количественно поглощение поверхностного стока определяется при сопоставлении поверхностного стока в двух соседних створах.

4.ПРОГНОЗ ИЗМЕНЕНИЯ КАЧЕСТВА

ИСАНИТАРНОГО СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

При оценке эксплуатационных запасов подземных вод должно быть показано, что качество вод будет удовлетворять целевому назначению в течение всего расчетного срока водопотребления. В тех случаях, когда возникает опасность ухудшения качества подземных вод (например, за счет подсоса некондиционных вод), необходимо выполнение специальных прогнозов возможного загрязнения подземных вод.

4.1.Требования к качеству подземных вод

Всоответствии с целевым назначением качество подземных вод определяется требованиями ГОСТов, СанПиНов, технических условий и ведомственных указаний.

Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы СанПиН 2.1.4.1074-01 «Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества» [18] устанавливают гигиенические требования к

43

качеству питьевой воды, а также правила контроля качества воды, производимой и подаваемой централизованными системами питьевого водоснабжения.

Питьевая вода должна быть безопасна в эпидемическом и радиационном отношении, безвредна по химическому составу и иметь благоприятные органолептические свойства.

Безопасность питьевой воды в эпидемиологическом отношении определяется ее соответствием нормативам по микробиологическим и паразитологическим показателям (табл.2).

Безвредность питьевой воды по химическому составу определяется ее соответствием нормативам по обобщенным показателям и содержанию вредных химических веществ, наиболее часто встречающихся в природных водах на территории Российской Федерации, а также веществ антропогенного происхождения, получивших глобальное распространение (табл.3).

Таблица 2

Нормируемые микробиологические и паразитологические показатели питьевых вод

___________________________________

*При определении проводится трехкратное исследование по 100 мл отобранной пробы воды.

**Превышение норматива не допускается в 95 % проб, отбираемых в точках водоразбора наружной и внутренней водопроводной сети в течение 12 мес., при количестве не менее 100 исследуемых проб за год.

***Определение проводится только в системах водоснабжения из поверхностных источников перед подачей воды в распределительную сеть.

****Определение проводится при оценке эффективности технологии обработки воды.

44

Окончание табл.3

___________________________________

*Лимитирующий признак вредности вещества, по которому установлен норматив: с.-т. – санитарно-токсилогический, орг. – органолептический.

**Величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению главного санитарного врача по соответствующей территории для конкретной системы водоснабжения на основании санитарно-эпидемиологической обстановки

внаселенном пункте и применяемой технологии водоподготовки.

***Нормативы приняты в соответствии с рекомендациями ВОЗ.

Благоприятные органолептические свойства воды определяются соответствием следующим нормативам:

___________________________________

* Величина, указанная в скобках, может быть установлена по постановлению главного государственного санитарного врача по соответствующей территории.

46

Радиационная безопасность питьевой воды определяется ее соответствием нормативам по показателям общей α- и β-активности при 0,1 и 1,0 Бк/л соответственно.

4.2. Расчет подтягивания некондиционных вод

Под некондиционными понимаются воды повышенной минерализации, с повышенным содержанием фтора, железа, сульфатов и других компонентов, содержание которых превышает допустимые нормы для питьевых вод. К некондиционным относятся также воды, загрязненные промышленными и бытовыми отходами, сельскохозяйственными удобрениями, ядохимикатами и т.д.

Ухудшение качества подземных вод на водозаборе, как правило, обусловлено подтягиванием к нему некондиционных (загрязненных) вод. Характер подтягивания загрязненных вод определяется гидродинамической структурой фильтрационного потока и типом водозабора подземных вод.

Одним из основных параметров прогноза качества воды на водозаборе является оценка времени подтягивания к нему загрязненных вод. Если время подтягивания tп больше расчетного времени водопотребления tр, прогноз на этом может быть закончен.

Если tп < tр, то необходим прогноз изменения качества воды во времени. Может оказаться, что в результате смешения качество отбираемой воды хотя и будет изменяться, но в течение срока эксплуатации водозабора содержание токсичных и загрязняющих веществ не превысит допустимой нормы. В этом случае водозабор может работать с частичным подсасыванием некондиционных вод.

При расчетах подтягивания контура некондиционных вод к водозабору обычно применяется схема «поршневого вытеснения».

Дифференциальное уравнение продвижения фронта поршневого вытеснения имеет вид

где l – положение фронта поршневого вытеснения; t – время; nэ – эффективная пористость; Il – гидравлический градиент напора на границе раздела; n0 – активная пористость; – коэффициент распределения.

Для решения задачи (39) необходимо задать начальное условие l (t = 0) = L. Задача может быть решена аналитически или численно.

Как известно, схема поршневого вытеснения позволяет определить время прихода к водозабору вод с 50 %-ной относительной концентрацией загрязняющего компонента. Поэтому, если 50 %-ная концентрация загрязненных вод, идущих со стороны границы, не превышает норматива, то прогноз изменения качества воды может быть закончен, так как время подсоса tп больше срока водопотребления.

В реальных гидрогеологических процессах за счет влияния гидродисперсии фронт поршневого вытеснения размазывается. Линейный размер переходной зоны [2], возникающей под влиянием микродисперсии,

где Dм – коэффициент молекулярной диффузии; – средняя скорость фильтрации на границе раздела при ее продвижении на расстояние х0; 1 – коэффициент, зависящий от характерных размеров частиц грунта.

Величина хп характеризует расстояние, на которое передняя граница переходной зоны обгоняет фронт поршневого вытеснения. Сопоставляя хп с величиной х0, можно оценить точность использования схемы поршневого вытеснения.

В условиях нестанционарной радиальной фильтрации градиент напора Ir может быть определен дифференцированием формулы Тейса:

48

Производная от интегральной экспоненциальной функции

где m – мощность пласта.

Время прихода некондиционных вод к водозабору

49

где 0 определяется из трансцендентного уравнения.

Рассмотрим водозабор подземных вод, расположенный вблизи прямолинейной границы некондиционных (например, соленых) вод. В процессе водоотбора граница некондиционных вод деформируется и образуется «язык» загрязненных вод, движущийся в сторону водозабора. Время начала поступления некондиционных вод на водозаборе

tп = nэ mb2/Q,

где b – расстояние от водозабора до границы некондиционных вод. После прорыва некондиционных вод их доля в дебите водозабора будет постепенно расти по мере расширения фронта за-

грязнения.

Рассмотрим случай, когда водозабором привлекаются соленые воды с минерализацией С1, а первоначальная минерализация пресных вод в зоне расположения водозабора была С0.

После начала поступления соленых вод к водозабору суммарная минерализация воды на водозаборе

где Qсол – расход соленых вод; Q – суммарный дебит водозабора. Расход соленых вод, поступающих на водозабор,

Qсол = Q arccos tп t ,

где t – текущее время, t > tп.

Тогда суммарная минерализация откачиваемых водозабором подземных вод

50