Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе» мгри-рггру

Н.Н. ЛЕНЧЕНКО, А.Б. ЛИСЕНКОВ, О.А.ЛИМАНЦЕВА

ОЦЕНКА ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПО КУРСУ

«ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ»

(второе издание)

Допущено УМО по образованию в области

прикладной геологии в качестве учебного пособия

по дисциплинам СД.10 «Поиски и разведка подземных вод»

СД.14 «Водоснабжение и инженерные мелиорации» для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности 130302 «Поиски и разведка подземных вод и инженерно-геологические изыскания» направления подготовки дипломированных специалистов 130300 «Прикладная геология»

Москва 2012

УДК 626.81:556.31:550.812.1

Учебное пособие по курсам "Водоснабжение и инженерные мелиорации" и "Поиски и разведка подземных вод" /Н.Н. Ленченко, А.Б. Лисенков, О.А. Лиманцева/; Российский государственный геологоразведочный университет, М., 2010, 101 с.

Приведен алгоритм анализа данных, получаемых при изучении месторождений подземных вод, выделены главные факторы формирования эксплуатационных запасов, дана классификация месторождений по типам и группам сложности, приводится обоснование схем водозаборных сооружений и выбор расчетных ограничений. Даны общие принципы схематизации гидрогеологических условий; приводятся фильтрационные схемы конкретных месторождений, расчетные зависимости к ним и повариантный расчет водозабора с целью его оптимизации. Для отдельных типов месторождений, дан подход к прогнозу качества подземных вод в процессе их эксплуатации, обоснованию зон санитарной охраны, составлению гидрографа, эксплуатационных запасов подземных вод.

Предназначено для использования на лабораторных и практических занятиях, а также в самостоятельной работе студентов по дисциплинам «Водоснабжение» и «Поиски и разведка подземных вод». Цель пособия - оказать помощь студентам в углубленном изучении вопросов, связанных с оценкой запасов подземных вод и проектированием водозаборных сооружений в конкретных условиях наиболее распространенных типов месторождений подземных вод.

Табл.3; Ил 14., Библиогр.: 19 наим.

Глава 1. Проблемы и понятия, связанные с оценкой запасов месторождений подземных вод

1.1. Виды запасов и ресурсов подземных вод и их взаимоотношения

Подземные воды в отличие от всех остальных полезных ископаемых (твердых, жидких и газообразных) имеют ряд особенностей, которые не позволяют оценивать перспективность их использования по величине запасов в обычном их понимании – как массы соответствующего вещества, заключенного в недрах. Главная особенность подземных вод по сравнению с другими полезными ископаемыми – это их подвижность. Являясь одним из звеньев круговорота в природе, подземные воды непрерывно возобновляются и расходуются. Поступление воды в водоносные горизонты происходит путем инфильтрации атмосферных осадков, поглощения поверхностных вод, перетекания из других горизонтов и т.д. Поступившая в водоносные горизонты вода расходуется на разгрузку в поверхностные водотоки и водоемы, испарение, родниковую разгрузку, перетекание в другие горизонты, искусственный водоотбор и т.п. В отличие от всех других полезных ископаемых, эксплуатация подземных вод во многих случаях является фактором, вызывающим не только расходование воды, но и ее дополнительное поступление, связанное с изменением условий водообмена в водоносных горизонтах. Так, эксплуатация подземных вод, приводящая к понижению их уровней, может вызвать возникновение или увеличение фильтрации воды из рек, уменьшение или полное прекращение разгрузки в реки, родниковой разгрузки или разгрузки испарения, возникновение или усиление перетекания воды из смежных водоносных горизонтов. Дополнительное питание подземных вод может быть вызвано и различными техническими и водохозяйственными мероприятиями (например, гидротехническое строительство, орошение, потери из водонесущих коммуникаций).

Перечисленные особенности подземных вод вызывают необходимость оценивать возможности их использования не только с помощью понятия "запасы", которое имеет размерность массы или объема, но и понятия "ресурсы", имеющего размерность расхода. "Запасы" и "ресурсы" подразделяются, кроме того, следующим образом: 1) естественные; 2)искусственные; 3) привлекаемые и 4) эксплуатационные.

Под естественными запасами понимается объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. В безнапорных водоносных горизонтах разделяют объем гравитационной воды, содержащейся в водовмещающих породах ниже зоны естественных колебаний уровня, и объем воды в зоне колебаний уровня, который называют регулировочными запасами. В напорных пластах к естественным запасам относятся также упругие запасы. Под последними понимается объем воды, который может быть извлечен из водоносных пластов при снижении уровня подземных вод за счет упругих свойств воды и горных пород.

Естественные ресурсы – это количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек, перетекания из выше и ниже расположенных водоносных горизонтов, притока со смежных территорий. Естественные ресурсы равны сумме всех приходных элементов баланса данного горизонта. Они выражаются в единицах расхода и могут быть определены также по сумме расходных элементов баланса (испарение, транспирация растительностью, родниковый сток, фильтрация в поверхностные водотоки и водоемы, перетекание в смежные горизонты и т.д.).

Искусственные запасы – это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод (магазинирования).

Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях, а также при проведении мероприятий по усилению питания подземных вод.

Привлекаемые ресурсы – это расход воды поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванного эксплуатацией водозаборных сооружений (возникновение или усиление фильтрации из рек, озер, перетекания из смежных (обычно выше расположенных) водоносных горизонтов, уменьшение испарения с поверхности грунтовых вод вследствие увеличения глубины её от поверхности земли, уменьшение или прекращение родниковой разгрузки.

Понятия "эксплуатационные запасы" и "эксплуатационные ресурсы" подземных вод являются, в сущности, синонимами. Это то"... количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям (потребителя) в течение всего расчетного срока водопотребления" [9]. Эта величина, таким образом, представляет собой производительность водозабора и выражается в единицах расхода, обычно в м³/сут. На практике термин "запасы" используется чаще из-за того, что результаты геолого-промышленной оценки месторождений подземных вод утверждаются в Государственной Комиссии по Запасам, которая утверждает не "ресурсы", а именно "запасы" полезных ископаемых.

Особое внимание в данном выше определении эксплуатационных запасов подземных вод следует обратить на их зависимость, наряду с гидрогеологическими условиями, от технико-экономических факторов и в частности, от вида водозабора, т.е. числа скважин, способа их расстановки, конструкции и т.д. При этом эксплуатационные запасы – это не вообще дебит какого-то водозабора, способного работать в данных условиях, а такого водозабора, который является "рациональным в технико-экономическом отношении" или, иначе говоря – оптимальным в рамках конкретных геолого-гидрогеологических условий и требований к качеству воды, ее стоимости, экологии и т.д.

Эксплуатационные запасы – это специфическая категория, свойственная лишь подземным водам; при решении проблем, связанных с использованием подземных вод, первостепенное значение имеет именно оценка их эксплуатационных запасов. Оценка всех остальных видов запасов и ресурсов подземных вод, а именно: естественных, искусственных и привлекаемых, имеет значение лишь постольку, поскольку они являются "источниками формирования" эксплуатационных запасов. В самом общем случае связь между эксплуатационными запасами и источниками их формирования выражается следующим балансовым соотношением [1, 2]:

(1)

-7-

где – эксплуатационные запасы (ресурсы), м³/сут; и – естественные и искусственные ресурсы, м³/сут; и – естественные и искусственные запасы, м³; Q_п – привлекаемые ресурсы, м³/сут; t – время, на которое рассчитываются эксплуатационные запасы; , , , – коэффициенты использования естественных ресурсов, естественных запасов, искусственных ресурсов, искусственных запасов.

Соотношения между различными видами запасов и ресурсов подземных вод иллюстрируются также рис. 1, изображающим классификацию эксплуатационных запасов подземных вод Ф.М. Бочевера [4].

На рис.2 изображены некоторые случаи формирования привлекаемых запасов в условиях конкретных расчетных схем. Соответственно будет изменяться и общий вид уравнения (1).

Искусственное питание

Фильтрация из реки

Инверсия родников

Переток через «гидравлические окна»

Инверсия испарения

Переток через разделительные толщи

Упругие

Гравитационные

а) б)

в) г)

д) е)

Рис 2. Условия формирования привлекаемых запасов

– направление движения подземных вод:

– в естественных условиях;

– в условиях водоотбора.

а – рассредоточенное в слоистой толще;

б – инверсия испарения;

в – через «гидрогеологическое окно»;

г – инверсия источника;

д – питание из реки;

е – искусственное пополнение подземных вод.