Ресурсы подземных вод. Запасы подземных вод

гидрогеология круговорот поверхностный вода

Для региональной оценки естественных ресурсов пресных подземных вод используется гидролого-гидрогеологический метод расчленения гидрографа речного стока по источникам питания, разработанный Б.И. Куделиным (см. рис. 7.8). С помощью этого метода в 60-е годы были определены среднемноголетний подземный сток в реки, или естественные ресурсы пресных подземных вод зоны интенсивного водообмена. Их суммарное значение для территории СССР оценено в 32 924 м 3 /с, что составляет около 22% от общего речного стока . Эта цифра в последующие годы не уточнялась.

Закономерности распределения естественных ресурсов на территории СССР показаны на схеме (см. рис. 7.9), где приведены среднемноголетние модули подземного стока. Их значения, как уже отмечалось (гл. 7), отражают влияние климатических условий - географической зональности. Так, в северных районах (бассейны стока в Белое и Баренцево моря) они достигают 1,5 - 3,0 л/(с-км2), а на юге (бассейны стока в Черное и Каспийское моря) не превышают 0,5-0,1 л/(с-км2).

На распределении подземного стока сказывается также влияние рельефа, и прежде всего высотной поясности, которая регулирует изменение ландшафтно-климатических условий и степени расчленения рельефа в разных высотных зонах. С высотой подземный сток обычно увеличивается вслед за ростом количества выпадающих атмосферных осадков и степени дренированности водоносных комплексов. Так, в предгорных районах Кавказа значения модуля подземного стока, как правило, не превышают 1 л/(с-км2), в средне- и высокогорных районах возрастают до 10-20 л/(с-км2). На Валдайской и Приволжской возвышенностях модуль подземного стока несколько больше, чем на примыкающих к ним равнинах, - соответственно 2-3 и 1,0-1,5 л/(сХ Хкм2).

Значительные естественные ресурсы подземных вод формируются в районах развития карста. Так, на Уфимском плато, сложенном закарстованными породами нижней перми, модуль подземного стока достигает 4 л/(с-км2). В близлежащих районах, где карст не проявился, его значения равны 1,5-2,0 л/(с-км2). Особенно усиливается подземный сток в закарстованных горных районах (Урал, Крым, Кавказ).

Весьма благоприятные условия складываются также в районах, сложенных хорошо проницаемыми песчано-галечниковыми отложениями, например в предгорных шлейфах, где модули подземного стока достигают нескольких десятков литров в секунду с 1 км 2 . Значительные ресурсы подземных вод формируются в областях их питания на окраинах артезианских бассейнов, расположенных в зоне гумидного климата. Модули подземного стока в этих районах составляют 3-4 л/(с-км2).

Значительно уменьшаются естественные ресурсы подземных вод в районах развития многолетней мерзлоты, где затруднено инфильтрационное питание подземных вод. На севере Восточно-Сибирской платформы модуль подземного стока не превышает 0,5 л/(с-км2). Для районов развития многолетней мерзлоты характерно образование наледей, аккумулирующих подземный сток в зимний период. Таяние наледей увеличивает меженный сток рек в летний период.

В гл. 10 указывалось различие понятий естественные ресурсы и естественные запасы подземных вод. Первое характеризует расход, а второе - объем подземных вод в горизонте, комплексе, структуре. Рассмотрим теперь закономерности распределения естественных запасов подземных вод.

Естественные запасы подземных вод на нашей планете весьма значительны, но их оценка представляет сложную задачу, поскольку слишком приближенно берутся расчетные параметры Напомним, что и при расчете объема подземной гидросферы также возникают большие трудности - неодинаков подход к учету разных видов и фазовых состояний воды. Сильно различается также и глубина, для которой подсчитываются количества воды в литосфере. Так, например, А. Полдерварт и В.Ф. Дерп-гольц определили объем подземной гидросферы соответственно в 840 и 1050 млн. км3. Видимо, в дальнейшем эти цифры будут уточняться, но для нас важно обратить внимание на порядок цифр.

Общие запасы пресных подземных вод на планете М.И. Львовичем оцениваются примерно в 4 млн. км3 . Как мы видим, эта величина составляет всего лишь 0,4-0,5% от общего объема подземной гидросферы, в которой преобладают соленые воды и рассолы. Естественные запасы пресных подземных вод на территории СССР составляют около 0,6-0,7 млн. км3. Эта цифра нуждается в дальнейшем уточнении, поскольку средняя мощность зоны пресных вод принята условно равной 200 м.

Распределение естественных запасов пресных подземных вод на территории нашей страны весьма неравномерно. Наибольшие их объемы накопились в артезианских бассейнах с хорошо проницаемыми отложениями, имеющими значительную мощность зоны пресных вод. Такая обстановка складывается в байкальских впадинах, на севере Сахалина, на юго-востоке Западной Сибири. Для сравнительной оценки естественных запасов вводится понятие их модуля - количества воды (млн. м3), которое можно получить с 1 км 2 площади водоносного горизонта при его осушении. Наибольшие модули естественных запасов пресных подземных вод (до 20 млн. м3/км2) отмечаются в предгорных шлейфах Средней Азии, Южного Казахстана, Предкавказья. Так, значения этого модуля в бучакском водоносном горизонте Днепровско-До-нецкой впадины достигает 5 млн. м3/км2.

Многие районы характеризуются весьма небольшими запасами пресных подземных вод. К ним относятся прежде всего области развития многолетней мерзлоты, где зона пресных вод проморожена. Также малы их запасы в областях развития процессов континентального засоления (Центральный Казахстан, Приаралье, Прикаспийская впадина), в районах распространения пород со слабой проницаемостью (Балтийский щит).

В гл. 10 была дана формулировка эксплуатационных запасов подземных вод, т.е. того количества воды, которое можно извлекать из недр, соблюдая определенные требования к режиму эксплуатации. Региональная оценка эксплуатационных запасов подземных вод - делается в порядке прогноза по специальной методике с использованием моделирования, в том числе и на ЭВМ. Такая оценка выполнена для 25 артезианских бассейнов , эксплуатационные запасы для них составляют 4050 м 3 /с. В число этих бассейнов вошли Московский, Азово-Кубанский, Днепров-ско-Донецкий, Западно-Сибирский, Иркутский, Причерноморский, Прибалтийский, Терско-Кумский, Ферганский и др. Вместе с тем ориентировочная оценка эксплуатационных запасов подземных вод сделана и для всей территории СССР. Такая работа была проведена производственными геологическими объединениями под научно-методическим руководством ВСЕГИНГЕО .

Прогнозные эксплуатационные запасы пресных подземных вод оцениваются для территории Советского Союза цифрой 10300 м 3 /с . Они составляют примерно 90% от естественных ресурсов. Закономерности распределения эксплуатационных запасов подземных вод в разных структурно-гидрогеологических условиях примерно такие же, как и для естественных ресурсов. Наибольшие эксплуатационные запасы пресных вод сосредоточены в артезианских бассейнах платформенного типа (Московский, Волго-Камский, Днепровско-Донецкий, Кулундино-Барнаульский и др.) и в артезианских бассейнах межгорного и предгорного типа (Кавказ, Тянь-Шань, Алтай, юг Дальнего Востока).

Сравнение обводненности территории проводится по модулю эксплуатационных запасов. Наибольшими модулями эксплуатационных запасов характеризуются межгорные бассейны и конуса выносов. В Араратском, Чуйском, Иссык-Кульском, Ферганском артезианских бассейнах, конусах выноса Кавказа и Тянь-Шаня они достигают 210 л/(с-км2). Производительность отдельных водозаборов достигает нескольких кубических метров в секунду. Такие водозаборы способны удовлетворять потребности крупных городов, промышленных предприятий и ирригационных систем.

Прогнозные запасы проверяются гидрогеологической разведкой месторождений подземных вод. Ежегодно ведется разведка более чем на 1000 объектах. Результаты разведки утверждаются, как говорилось в гл. 10, в ГКЗ или ТКЗ. Если сравнивать утвержденные запасы с прогнозными, то видно, что возможности для расширения водоснабжения за счет подземных вод имеются, и немалые. Для территории СССР гидрогеологической разведкой освоено лишь примерно 12% от суммы прогнозных запасов (или около 1200 м 3 /с). Из них на водоснабжение городов расходуется 320-350, сельских объектов 180-200 и на орошение земель 200 м 3 /с. В сумме это составляет 700-750 м 3 /с, или 7% от прогнозных запасов . Это свидетельствует о значительных потенциальных возможностях расширения использования пресных подземных вод для различных практических целей. Но следует иметь в виду, что невысокий коэффициент использования наблюдается в пределах хорошо обводненных территорий, а в областях засушливого климата и слабой обводненности он приближается к максимальному и обычно превышает 50-60%.

Модули эксплуатационных запасов до 2-5 л/(с-км2) отмечаются во многих артезианских бассейнах платформенного типа - Московском, Днепровско-Донецком, Прибалтийском, Чулымо-Енисейском и др. Наибольшие их значения установлены в долинах рек, районах развития пород повышенной обводненности (за-карстованные известняки, гравийно-песчаные отложения). В про цессе эксплуатации некоторых водозаборов увеличение их производительности происходит за счет притока поверхностных вод и подземных вод других горизонтов. В некоторых случаях это способствует улучшению качества эксплуатируемых вод (снижение жесткости и минерализации, обезжелезивание и др.), но нередко наблюдается обратная картина, особенно когда при осушении верхних горизонтов происходит подтягивание соленых вод с глубины.

Модули эксплуатационных запасов пресных подземных вод в районах с неблагоприятными условиями их формирования обычно не превышают 0,1 л/(с-км2). Такая обстановка наблюдается на Южном Урале в Центральном Казахстане, Донбассе, Прикаспии и др., но и в этих условиях можно найти участки с высокой обводненностью пород. Это - зоны тектонических нарушений, участки с закарстованными породами, долины крупных рек.

Оценка ресурсов и запасов подземных вод проводится не только для целей водоснабжения. Она выполняется также для выявления закономерностей распространения скоплений минеральных лечебных, промышленно ценных и теплоэнергетических вод, а также для определения потенциальных возможностей их эксплуатации.

Среди лечебных вод наибольшее значение имеют углекислые, сероводородные, йодистые, бромистые, радоновые воды. Они используются для лечения непосредственно на курортах и в баль-неолечебницах, а на ряде месторождений для розлива воды в бутылки и применения этих вод в качестве лечебно-столовых. На территории Советского Союза эксплуатируется более 500 месторождений минеральных вод. Их сеть постоянно расширяется. Ежегодно разведуются и подсчитываются запасы минеральных вод на 10-15 эксплуатируемых месторождениях, открываются новые проявления и месторождения минеральных вод.

Эксплуатационные запасы углекислых вод составляют в нашей стране примерно 100 тыс. м3/сут. Углекислые воды тяготеют к областям современного и молодого вулканизма (Карпаты, Кавказ, Тянь-Шань, Саяны, Забайкалье, Приморье, Камчатка). Наиболее известные среди крупных месторождений углекислых вод находятся на Кавказе (Кисловодское, Ессентукское, Боржом-ское).

Эксплуатационные запасы сероводородных вод превышают 35 тыс. м3/сут . Наиболее крупные их запасы формируются в гипсозо-ангидритовых и нефтегазоносных отложениях межгорных впадин, краевых прогибов и сопряженных с ними платформенных областей. Это прежде всего Предкарпатский, Закарпатский, Индоло-Кубанский, Терско-Каспийский, Амударьинский, Предкопетдагский, Предуральский прогибы, многие межгорные впадины (Куринская, Рионская, Ферганская и др.), Волго-Ураль-ская область, некоторые районы Скифской плиты. Наибольшие запасы сероводородных вод установлены на месторождениях Ма-цеста (район Сочи) и Кемери (Прибалтика).

Йодистые и бромистые воды формируются в глубокозалегающих горизонтах артезианских бассейнов платформенного типа. Их эксплуатационные запасы оцениваются примерно в 11 тыс. м3/сут [И] Одним из крупных месторождений бромистых вод является Старорусское, расположенное к югу от оз. Ильмень.

Эксплуатационные запасы радоновых вод равны примерно 7 тыс. м3/сут . В большинстве случаев радоновые воды проявляются в районах развития кислых интрузивных пород и их жильных дериватов.

Среди других типов минеральных лечебных вод, эксплуатирующихся в нашей стране, следует отметить также железистые и мышьяковистые. Их эксплуатационные запасы значительно уступают рассмотренным выше.

Использование подземных вод как химического сырья ведется в ограниченных размерах. Примером месторождений бромных рассолов являются Краснокамское, йодных соленых вод - Семи-горское и Чартакское, иодо-бромных рассолов - Челекенское Большинство вод такого типа имеют высокую минерализацию и распространены в глубокозалегающих водоносных горизонтах артезианских бассейнов. Следует отметить, что естественные запасы промышленно ценных рассолов в нашей стране значительные. Например, только для центральной части Московского артезианского бассейна они оцениваются в 37,8 - 1015 м 3 . Поэтому разведанные запасы таких вод составляют очень маленькую долю от того, что можно взять в недрах. То же самое можно сказать о водах, представляющих собой химическое сырье на бор, калий, рубидий, цезий, стронций.

Комплексное использование подземных вод представляет собой важную, но пока недостаточно эффективно решаемую народнохозяйственную задачу. Дальнейшее совершенствование технологии извлечения полезных компонентов из подземных вод значительно расширит возможности практического использования гидроминерального сырья. В качестве одного из источников такого сырья необходимо привлекать техногенные воды (нефтепромысловые, солепромысловые, шахтные и др), поскольку их переработка позволит не только получать промышленно ценные компоненты, но и будет способствовать охране окружающей среды.

Ресурсы подземных вод теплоэнергетического назначения изучены недостаточно. Имеются лишь прогнозные оценки термальных вод для территории СССР, сделанные Б.Ф. Маврицким Так, для складчатых областей прогнозные ресурсы термальных вод им оцениваются в 6,6 м 3 /с, а пароводяной смеси - в 5 т/с. Наиболее благоприятные условия для использования подземного тепла имеются в Камчатско-Курильской области, где функционирует Паужетская ГеоТЭС с мощностью около 11 МВт и ведется разведка ряда месторождений термальных вод (Мутновское, Ко-шелевское и др.)

Артезианские бассейны обладают значительно большими ресурсами Так, в пределах платформенных областей они определены примерно в 220 м 3 /с Почти 78% из них находится в Западно Сибирской артезианской области

Несмотря на то что основные ресурсы термальных вод приурочены к артезианским областям, их практическое использование затруднено из за высокой минерализации воды, отсутствия необходимых геолого-экономических показателей рентабельности комплексной эксплуатации месторождений сотеных термальных вод (рис 12 4) Вместе с тем перспективы, конечно, имеются. Так, например, внедрение интенсивных методов разработки месторождений термальных вод с поддержанием пластовых давлений, позволяющие обратно закачивать минерализованные воды, могут дать экономию 130-140 млн. т условного топлива Это позволит гидрогеологам внести весомый вклад в выполнение энергетической программы СССР

Изложенный в настоящей главе материал позволяет сделать вывод, что наша страна исключительно богата водными ресурсами, причем это богатство определяется не только обилием ресурсов, но и разнообразием типов вод разного назначения В нашей стране, как ни в одной другой стране мира, имеются все основные типы минеральных лечебных, промышленно ценных и теплоэнергетических вод Поиски, разведка и эксплуатация месторождений различных типов подземных вод проводятся у нас в расширяющемся с каждым годом масштабе. При дальнейшем изучении подземной гидросферы гидрогеологи столкнутся с многими ранее неизвестными и неожиданными явлениями Это будет связано прежде всего как с развитием искусственного восполнения запасов подземных вод, так и с усилением техногенного воздействия на подземную гидросферу

В соответствии с видом хозяйственного использования все подземные воды подразделяются на пресные (слабоминерализованные), используемые для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения и сельскохозяйственного орошения (питьевые, технические, оросительные); минеральные лечебные воды, применяемые для организации санаторно-курортного лечения или в качестве столовых и лечебных; минеральные промышленные, являющиеся сырьем для получения промышленно ценных компонентов (гидроминеральное сырье); термальные, или теплоэнергетические, используемые в качестве источника получения тепловой энергии.

Ресурсы подземных вод По аналогии с другими видами полезных ископаемых в гидрогеологии широко используется понятие «месторождение подземных вод», под которым следует понимать балансово-гидродинамический элемент подземной гидросферы, в пределах которого возможно получение (отбор) подземных вод определенного состава и качества в количестве, достаточном для их экономически целесообразного использования. В качестве балансово-гидродинамического элемента в этом случае рассматривается любым образом ограниченный элемент подземной гидросферы, т.е. границами месторождения в отличие от гидрогеологического района могут являться не только естественные границы того или иного вида, но и условные (расчетные) балансово- гидродинамические границы.

Ресурсы и запасы подземных вод При оценке и характеристике количеств подземных вод в гидрогеологической литературе используются термины «запасы» и «ресурсы». Иногда они рассматриваются как синонимы, однако это неверно. Термин «ресурсы» подземных вод был введен в 30-х гг. Ф.П. Саваренским специально, чтобы подчеркнуть уникальные свойства полезного ископаемого «подземные воды» – их возобновляемость. В соответствии с представлениями Ф.П. Саваренского (1934), Б.И. Куделина (1960) и других ученых, под термином «запасы» следует понимать количество воды (объем, массу), содержащееся в рассматриваемом элементе гидросферы (водоносный горизонт, участок горизонта, месторождение и т.д.); под термином «ресурсы» – величину их возобновления (восполнения) в естественных условиях или в условиях эксплуатации за определенный период времени (расход).

Естественные запасы Естественные запасы представляют собой массу (объем) подземных вод, содержащихся в рассматриваемом элементе подземной гидросферы (пласте, участке пласта, системе пластов и др.). В свою очередь они подразделяются на так называемые емкостные запасы, определяемые тем количеством воды, которое извлекается при осушении пласта, и упругие запасы, которые формируются при снижении пьезометрического уровня (пластового давления) напорных подземных вод за счет расширения воды и уплотнения минерального скелета пласта.

Естественные ресурсы Естественные ресурсы (естественно-антропогенные в условиях влияния хозяйственной деятельности), согласно Ф.П. Саваренскому, Б.И. Куделину и другим, представляют собой обеспеченный питанием приток (восполнение) подземных вод рассматриваемого элемента, равный количеству воды, поступающему в него в единицу времени (расход) в естественных условиях за счет инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек и озер, перетекания из выше- и нижележащих горизонтов, притока со смежных участков. Таким образом, они могут быть определены как сумма приходных элементов водного баланса водоносного горизонта (месторождения и др.) в естественных условиях. Наиболее строго естественные ресурсы могут быть охарактеризованы средней за многолетний период (норма) годовой величиной восполнения (возобновления) запасов подземных вод, которая может быть выражена расходом (м3/год) среднегодовым значением модуля восполнения (л/с км2) и др. Важным является то, что среднемноголетний характер этих величин позволяет выражать их в значениях различной обеспеченности (50, 95% и др.).

Ресурсы и запасы подземных вод Привлекаемые ресурсы определяются увеличением питания подземных вод рассматриваемого элемента в условиях эксплуатации за счет возникновения или усиления фильтрации из рек и озер, перетеканием из смежных горизонтов и др. Особыми категориями, характерными только для полезного ископаемого «подземная вода», являются искусственные запасы и ресурсы. Под искусственными запасами понимается масса (объем) подземных вод в пласте, сформировавшаяся за счет искусственного обводнения проницаемых (но ненасыщенных) горных пород, так называемое магазинирование подземных вод. Искусственные ресурсы определяются количеством воды (восполнением), поступающим в водоносный горизонт (месторождение и др.) в результате проведения специальных мероприятий по искусственному питанию подземных вод.

Ресурсы и запасы подземных вод Термины «эксплуатационные запасы» и «эксплуатационные ресурсы» часто рассматриваются как синонимы. Эксплуатационные запасы – количество воды (расход, м3/сут), которое может быть получено на месторождении с помощью рационального в технико-экономическом отношении водозаборного сооружения при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям целевого использования в течение расчетного срока водопотребления при условии отсутствия экологически негативных последствий эксплуатации (недопустимый ущерб речному стоку, переосушение ландшафтов и др.). Для водозаборов на пресные воды, используемые для организации хозяйственно-питьевого водоснабжения населенных пунктов и народно-хозяйственных объектов, расчетный срок водопотребления составляет обычно 25–50 лет. В отдельных случаях для особо важных объектов этот срок может приниматься неограниченным. Для временных водозаборов сроки устанавливаются в соответствии с проектным заданием.

В общем виде эксплуатационные запасы месторождения подземных вод связаны с другими категориями запасов и ресурсов следующим балансовым уравнением: где Q Э – эксплуатационные запасы подземных вод, Q З – естественные запасы (емкостные или упругие), Q Е – естественные ресурсы, Q П – привлекаемые ресурсы, Q И – искусственные ресурсы, α 1, 2 … – так называемые коэффициенты использования, t – срок эксплуатации.

Источники формирования эксплуатационных запасов пресных подземных вод Анализ приведенного балансового уравнения показывает, что при отсутствии возобновления (Q Е, Q П, Q И) эксплуатационные запасы подземных вод месторождения всегда являются конечными, так как величина, характеризующая естественные запасы (Q 3), стремится к 0 при t. И наоборот, при их наличии, в соответствии с определением Ф.П. Саваренского, запасы подземных вод являются неисчерпаемыми в пределах их возобновления. Коэффициенты использования (α 1,2 …) являются весьма спорными и трудно определяемыми величинами. В связи с этим более удобным является балансовое («дельта-баланс») уравнение эксплуатационного водоотбора (Р.С. Штенгелов): где V – используемая величина естественных запасов, Q p – изменение расхода дренирования потока (суммарно по всем видам естественной разгрузки) в области влияния водоотбора, Q П – изменение величины питания подземных вод (суммарно по всем видам восполнения) в той же области.

Источники формирования эксплуатационных запасов пресных подземных вод Соотношение различных категорий «запасов» и «ресурсов» подземных вод и их роль в формировании основной категории «эксплуатационные запасы» характеризуются в настоящее время понятием балансовая структура (источники формирования) эксплуатационных запасов подземных вод. Вид балансовой структуры запасов определяется главным образом типом месторождения подземных вод и условиями связи эксплуатируемого водоносного горизонта с участками инфильтрационного питания, поверхностными водами и смежными (непосредственно неэксплуатируемыми) водоносными горизонтами. Кроме того, для многих типов месторождений подземных вод балансовая структура эксплуатационных запасов (водоотбора) существенно изменяется в процессе эксплуатации, что определяет значительные сложности ее прогноза на весь срок работы водозаборов.

Основные типы месторождений пресных подземных вод В качестве подземных вод хозяйственно-питьевого назначения могут рассматриваться пресные (с минерализацией менее 1,0 г/л) и в определенных случаях слабоминерализованные (до 2,0 – 3,0 г/л и более) подземные воды, используемые для питьевого и коммунального водоснабжения населенных пунктов, промышленных предприятий и сельскохозяйственных объектов, а также для орошения (питьевые, технические и оросительные воды). В качестве основных предпосылок существования месторождения подземных вод хозяйственно-питьевого назначения обычно рассматривается наличие: пресных или слабосолоноватых подземных вод, соответствующих по качеству ГОСТам на питьевые воды или конкретным нормативам для вод хозяйственного назначения; водоносных (водовмещающих) пород с относительно (по сравнению с соседними участками) высокими значениями емкостных и фильтрационных свойств, что обеспечивает формирование определенного объема запасов подземных вод и возможности их отбора рациональными в технико- экономическом отношении водозаборными сооружениями (разного типа) в количествах, достаточных для удовлетворения существующей потребности; благоприятных условий формирования инфильтрационного питания подземных вод продуктивного водоносного горизонта, возможного притока из смежных пластов или участков территорий, фильтрации из рек и других факторов, что определяет благоприятные условия формирования восполнения запасов в естественных условиях и в условиях эксплуатации; потребителя (заявленной потребности) на расстоянии, обеспечивающем экономически рациональную эксплуатацию месторождения.

Основные типы месторождений пресных подземных вод В качестве основных типов месторождений подземных вод хозяйственно-питьевого назначения в настоящее время обычно рассматриваются месторождения: 1) подземных вод в речных долинах; 2) артезианских бассейнов платформенного типа; 3) артезианских бассейнов межгорных впадин и конусов выноса; 4) ограниченных по площади структур и массивов трещиноватых или закарстованных пород и потоков трещинно-жильных вод зон тектонических нарушений; 5) грунтовых вод песчаных массивов; 6) межморенных отложений; 7) подземных вод области распространения многолетнемерзлых пород.

Месторождение подземных вод в речной долине а – гидрогеологический разрез месторождения: 1 – рыхлые аллювиальные отложения; 2 – коренные породы; 3 – уровень грунтовых вод в естественных условиях; 4 – то же при эксплуатации; 5 – источники; 6 – естественный поток подземных вод, «инверсируемый» водозаборным сооружением; 7 – приток из реки; 8 – разгрузка грунтовых вод в реку, сохраняющаяся и при эксплуатации водозабора; 9 – водозаборные скважины; б – типовая структура эксплуатационного водозабора: 1 – естественные запасы; 2 – инверсия естественной разгрузки (естественные ресурсы); 3 – привлекаемые ресурсы

Месторождение подземных вод в артезианском бассейне платформенного типа а – гидрогеологический разрез месторождения: 1 – аллювиальные отложения; 2 – диатомиты (диатомовые глины); 3 – трещиноватые опоки (продуктивный горизонт); 4 – глины; 5 – мергели; 6 – песчаники, алевролиты; б – прогнозная балансовая структура эксплуатационного водоотбора: 1 – естественные (упругие) запасы нижнеэоценового горизонта; 2 – естественные запасы аллювиального горизонта; 3 – приток из реки через аллювиальный водоносный горизонт (привлекаемые ресурсы).

Месторождение подземных вод во внутридолинном конусе выноса а – гидрогеологический разрез месторождения: 1 – дочетвертичные отложения; 2 – суглинки; 3 – пески с валунно- галечниковыми образованиями; 4 – пески; 5–7 – уровни подземных вод (5 – свободный, 6 – напорный в верхнем пласте, 7 – напорный в среднем пласте); 8 – напор в скважине; 9 – родники и разгрузка в русло; 10 – направления движения подземных вод; б – прогнозная балансовая структура эксплуатационного водоотбора: 1 – естественные ресурсы, 2–3 – запасы соответственно верхнего и нижнего водоносных пластов

Месторождения ограниченных по площади структур и массивов трещиноватых и закарстованных пород и потоков трещинно-жильных вод зон тектонических нарушений Как самостоятельный тип месторождений характерны главным образом для территории складчатых областей (Урал, Алтае- Саянская область и др.). Водовмещающими могут быть трещиноватые породы любого состава, однако практически всегда наиболее перспективными являются участки (структуры), сложенные интенсивно закарстованными породами. В связи с относительно невысокими емкостными свойствами трешиноватых пород и ограниченными размерами структур и трещинных зон формирование эксплуатационных запасов в месторождениях этого типа связано с использованием естественных или привлекаемых ресурсов. Эксплуатационные запасы месторождений, как правило, не превышают 10–20 тыс. м3/сут. Для крупных структур, сложенных интенсивно закарстованными породами или высокопроницаемыми породами другого типа (интенсивно- трещиноватые песчаники, неоген-четвертичные вулканогенные или вулканогенно-осадочные породы и др.), при благоприятных условиях формирования естественных или привлекаемых ресурсов эксплуатационные запасы месторождений могут достигать здесь 100 тыс. м3/сут и более.

Месторождения грунтовых вод песчаных массивов Подразделяются на два существенно различных подтипа: 1) месторождения песчаных массивов пустынь и полупустынь 2) месторождения песчаных массивов зандровых равнин. Первый подтип месторождений является специфическим, связанным в основном с линзами и ограниченными участками распространения пресных вод среди вод с относительно повышенной минерализацией. Месторождения этого типа характеризуются, как правило, малыми величинами естественных ресурсов и при отсутствии естественно-антропогенных источников восполнения (орошение, фильтрация из каналов и др.) или привлекаемых ресурсов структура эксплуатационного водоотбора формируется здесь за счет сработки естественных запасов пресных вод. Эксплуатационные запасы месторождений обычно не превышает 10 тыс. м3/год, в условиях интенсивного естественно-антропогенного восполнения (крупные прирусловые и приканальные линзы пресных вод) – до 50 тыс. м3/сут. Месторождения песчаных массивов зандровых равнин и месторождения подземных вод межморенных отложений наряду с месторождениями речных долин являются основными типами месторождений четвертичных отложений области ледниковой аккумуляции. В зависимости от мощности и фильтрационных свойств водовмещающих пород, условий залегания водоносных горизонтов, связи с поверхностными водами и других факторов структура и величины (до 10–50 тыс. м3/сут, в переуглубленных ледниковых долинах – до 100 тыс. м3/сут и более) эксплуатационных запасов подземных вод месторождений этих типов могут быть различными.

Пресные подземные воды на территории Беларуси На территории Беларуси пресные подземные воды связаны с тремя повсеместно выдержанными водоносными комплексами (верхнепротерозойских отложений и верхней трещиноватой зоны кристаллического фундамента, девонских отложений, отложений четвертичной системы), а также водоносными комплексами кембро-силурийских, силурийско-ордовикских, каменноугольных, пермско- триасовых, юрско-меловых и палеоген-неогеновых образований фрагментарного распространения. Из названных только водоносный комплекс четвертичных отложений нацело представлен пресными водами питьевого регистра, в разрезе более древних отложений пресные воды приурочены к верхним, хорошо промытым частям водоносных комплексов и с глубиной сменяются минерализованными водами и рассолами.

Карта-схема мощности слоя пресных подземных вод на территории Беларуси 1 – изолинии глубин залегания подошвы слоя пресных подземных вод, м. Области развития слоя пресных вод мощностью более: 2 – 450 м, 3 – 1000 м; 4 – разнопорядковые разломы; 5 – Северо- Припятский разлом; 6 – характерные гидрогеохимические аномалии; 7 – зона выклинивания сульфатно-доломитово-мергельной гипсоносной пачки наровского горизонта; 8 – наиболее крупные зоны разгрузки глубинных минерализованных вод: I – Северо-Припятская, II – Березинская, III – Уборть-Птичская, IV – Западно-Двинская

40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5" title="Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) >40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5" class="link_thumb"> 23 Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) > ,0017,602192,64–2923,52 350– ,928,125903,07835,46–1180,61 300– ,4817,901589,23–2118,98 250– ,9615,407995,241199,28–1599,05 200– ,5214,886176,24926,50–1235,34 150– ,0814,834617,91692,69–923,58 100– ,2811,432372,13355,82–474,43 40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5"> 40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,52 350–40016 865,928,125903,07835,46–1180,61 300–35035 316,4817,0210 594,901589,23–2118,98 250–30031 980,9615,407995,241199,28–1599,05 200–25030 883,5214,886176,24926,50–1235,34 150–20030 786,0814,834617,91692,69–923,58 100–15023 721,2811,432372,13355,82–474,43 "> 40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5" title="Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) >40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5"> title="Объем тела пресных подземных вод на территории Беларуси Площадь распространенияОбъем, км 3 Мощностьотносительнопресных вод слоя, мкм 2 территорииводовмещающих(коэффициент водоотдачи Беларуси, %пород0,15–0,20) >40036 544,0017,6014 617,602192,64–2923,5">

Ресурсы подземных вод по частям света и странам мира Среднемноголетняя величина речного стока мира вначале XXI в. составляет км3/год. Суммарная величина естественных ресурсов подземных вод, т.е. питания подземных вод на всей территории суши (без Антарктиды и Гренландии), составляет около км3/год. По континентам они возрастают от 312 для Австралии и Океании до км3/год на территории Южной Америки (табл.). В глобальном масштабе естественные ресурсы подземных вод в среднем составляют 25-30% от суммарных водных ресурсов (общего речного стока). Минимальным соотношением ресурсов подземных и поверхностных вод отличается засушливая Австралия, сравнительно низким – Азия, максимальным – Европа. Засушливые (пустынные) регионы Австралии, Африки и Азии наиболее уязвимы к современным многолетним и внутригодовым изменениям ресурсообразующих элементов водного баланса [Джамалов Р.Г Ресурсы подземных вод по частям света и странам мира/Р.Г. Джамалов, Т.И. Сафронова//Известия РАН. Серия географическая. – – 5. – С ].

Современная обеспеченность водными ресурсами частей света Часть света Площадь млн. км 2 Населе ние, млн. чел. Ресурсы, км3/годВодообеспеченность, тыс. м 3 /год поверхно стных вод (речной сток) под- земных вод соотношение ресурсов подземного и суммарного речного стока, % ресурсами поверхностных вод ресурсами подземных вод на 1 км 2 на 1 чел. на 1 км 2 на 1 чел. Европа Азия Африка Северная Америка Южная Америка Австра- лия и Океания Вся суша* В т. ч Россия

Водные ресурсы шести крупнейших по территории стран мира СтранаПлощадь, тыс. км 2 Населен ие, млн чел Ресурсы поверхностных вод (речной сток), км"/год Ресурсы подземных вод, км"/год Соотношение ресурсов подземного и суммарного речного стока, % Водообеспеченность страны ресурсами поверхностных подземных вод, тыс. м 3 /год 1 км 2 1 жителя Брази- лия / /14.0 Индия / /0.4 Канада / /33.0 Китай / /0.4 Россия / /6.3 США / /3.2 Вся суша / /1.9

Ресурсы подземных вод в Беларуси В Республике Беларусь централизованное водоснабжение городов, городских и сельских поселков, промышленных предприятий базируется на использовании пресных подземных вод с утвержденными эксплуатационными запасами, приуроченными к водоносным горизонтам и комплексам четвертичных и дочетвертичных отложений зоны активного водообмена и осуществляется посредством эксплуатации, как групповых водозаборов, так и одиночных скважин. Прогнозные эксплуатационные ресурсы пресных подземных вод в целом по республике оцениваются в тыс. м3/сут. В настоящее время разведано только 13% прогнозных ресурсов. Потенциальные возможности использования подземных вод характеризуются их естественными ресурсами, которые составляют тыс. м3/сут.

Ресурсы подземных вод в Беларуси Государственным балансом запасов пресных подземных вод Республики Беларусь по состоянию на 1 января 2010 г. учтены балансовые запасы пресных подземных вод питьевого и хозяйственного назначения на 282 участках (водозаборах) месторождений пресных подземных вод: из них на 278 участках (водозаборах) запасы подземных вод разделены и утверждены для питьевых целей и на 4 участках (водозаборах) – для технических. Общие балансовые запасы пресных подземных вод суммы категорий А+В+С 1 составляют 6598,5923 тыс.м3/сут., в том числе, по категории А – 3299,6706 тыс.м3/сут., В – 2392,88343 тыс.м3/сут., С 1 – 906,03827 тыс.м3/сут. Забалансовые запасы составляют 29,3 тыс.м3/сут.

Распределение балансовых запасов пресных подземных вод по административным областям Республики Беларусь по состоянию на г. Область Количество месторож- дений Эксплуатационные запасы, тыс.м 3 /сут. АВС1С1 С2С2 А+В+С 1 А+В+С 1 +С Брестская41425,95357,64682,441865,996906,996 Витебская32440,78254,2198,52-893,5 Гомельская57589,7416,1903 Гродненская30315,74330,26135,9-781,9 Минская79996,56848,64239,8415,52085,02500,5 Могилевская43530,006 Всего по РБ,56598,0923

Схема гидрогеологического районирования Беларуси а) Гидрогеологические бассейны I – Припятский (Днепровско-Донецкий) II – Оршанский (Московский) III - Прибалтийский IV – Брестский (Мазовецко-Люблинский) V - Волыно-Подольский б) А - Гидрогеологические массивы: 1. Белорусский, 2. Воронежский, 14. Украинский; Б – Гидрогеологические бассейны: 3. Оршанский, 4. Брестский, 5. Припятский, 6. Днепровско-Донецкий, 11. Балтийский, 15. Волынский; В - Гидрогеологические районы: 7. Полесский, 8. Жлобинский, 9. Брагинско-Лоевский, 10. Латвийский, 12. Микашевичско- Житковичский, 13. Луковско-Ратновский, 16. Бобруйский, 17. Городокско-Хатецкий.

Распределение прогнозных ресурсов и эксплуатационных запасов подземных вод по артезианским бассейнам (на г.) Административн ые области, артезианские бассейны и речные бассейны Прогнозные ресурсы подземных вод, тыс. м 3 /сут Количест во участков месторож дений Эксплуатационные запасы подземных вод по категориям, тыс. м 3 /сут Отношен ие эксплуата ционных запасов к прогнозн ым ресурсам, % АВС1С1 С2С2 Всего АРТЕЗИАНСКИЕ БАССЕЙНЫ Прибалтийский8366,926285,7302,4115,9-704,08,4 Московский23435,961083,44445,22405,53767,1216,1 Припятский13639,01937,776314,2 Брестский4153,829349,49255,30651,4-656,19615,8 Итого:49596,57065,092314,2

Распределение балансовых запасов пресных подземных вод по степени промышленного освоения суммы категорий А+В+С1+С2 в 2009 г. п/п Область Коли- чество месторож дений Эксплуатационные запасы, тыс.м 3 /сут. АВС1С1 С2С2 Всего Эксплуатируемые: 2 Брестская 29372,05304,4572,8-749,3 3 Витебская 20352,08165,7140,12-657,9 4 Гомельская 42504,3262,0877, Гродненская 22261,64261,6649,8-573,1 6 Минская 45797,66621,54122,810,01552,0 7 Могилевская 25412,472845,446 8Всего,9363 9Неэксплуатируемые: 10 Брестская 1253,953,1969,641157, Витебская 1288,788,558,4-235,6 12 Гомельская 1585,4153,834,8-274,0 13 Гродненская 854,168,686,1-208,8 14 Минская 34198,9227,1117,0405,5948,5 15 Могилевская 18118,7179,5568,3-266,56 16Всего99599,71670,746374,2446,52091, Всего по РБ,57065,0923

Минеральные подземные воды Минеральными, в отличие от хозяйственно-питьевых, называются природные воды, особенности состава и свойств которых (радиоактивность, повышенные концентрации обычных и (или) наличие специфических компонентов и др.) позволяют использовать их в качестве лечебных или промышленных. Общее солесодержание (минерализация) вод составляет от 1 до 35 г водорастворенных веществ в 1 дм3. Природные водные растворы с солесодержанием свыше 35 г/дм3 называются рассолами и практически все их химические разновидности применяются или могут применяться в бальнеотерапии. Максимальное солесодержание природных рассолов может достигать г/дм3 и более (Мойнакский лиман в Крыму, 180 г/дм3; русло Узбоя в районе санатория «Мола-кара» в Туркмении, более 300 г/дм3: Мертвое море, до г/дм3, подземные рассолы Припятского прогиба, до г/дм3 и более).

Минеральные подземные воды Основной особенностью химического состава минеральных вод является присутствие обычных или специфических компонентов (СО 2, H 2 S, N 2, Br, I, В, H 4 SiО 4, Rn, Fe, As, органических веществ и многих других) в концентрациях, превышающих специально разработанные критерии. Содержащие минеральные воды элементы гидрогеологического разреза (водоносные комплексы, горизонты, зоны, участки и др.), по аналогии с твердыми полезными ископаемыми, называют продуктивными. Продуктивными могут быть элементы как горно-складчатых, так и пластовых гидрогеологических систем различного возраста и строения, в связи с чем, минеральные воды характеризуются широким разнообразием минерализации, ионного, газового состава и свойств.

Минеральные подземные воды Лечебными минеральными называются воды, обладающие бальнеологическими свойствами благодаря наличию в их составе различных минеральных, органических или радиоактивных веществ, в том числе газов, в терапевтически активных концентрациях. К числу основных компонентов состава подземных вод, представляющих интерес для бальнеологии, относятся СО 2св, H 2 S, Fe, As, Br, I, H 4 SiО 4, Rn, органические вещества. Имеют существенное значение щелочно-кислотное состояние, температура, общее содержание растворенных компонентов, а также в связи с токсичностью – повышенные концентрации некоторых ионов, в частности ряда металлов.

Основные показатели и нормы оценки минеральных лечебных вод ПоказателиКритерий (не менее) Минерализа- ция, г/л2,0 Газонасыщен- ность, мл/дм 3 50 СО 2, г/дм 3 1,4 (купальные) 0,5 (питьевые) H2SH2S10 As0,7 Fe 4 О 3 20 Br25 I5 H 2 SiО 3 + HSiО 3, мг/дм 3 50 Rn, нКи/дм 3 5

Предельно допустимые концентрации (ПДК) некоторых токсичных и вредных веществ для питьевых минеральных вод КомпонентПДК, мг/дм 3 лечебно-столовые водылечебные воды As1,53,0 F5,08,0 V0,4 Hg0,02 Pb0,3 Sc0,05 Сг0,5 Ra U0,5 NO 2 2,0 NO 3 50,0 NH 4 2,0 Органические вещества (в сумме)10,030,0 Фенолы0,001

Минеральные подземные воды В основе воздействия на организм человека вод с различными минерализацией и составом лежат, в частности, осмотические и диффузионные явления, поскольку плазма крови представляет собой хлоридный натриевый раствор, содержащий белки и другие органические вещества, с формулой ионного состава: Общая концентрация этих ионов в крови составляет около 300 ммоль/дм3, поэтому каждая вода в зависимости от ее состава может быть «гипо-», «изо»- или «гипертонической» по отношению к плазме крови, что и определяет направление осмотических и диффузионных процессов. В зависимости от состава изотоническими могут быть воды с минерализацией от 8,4 до 13,0 г/дм3. Воды с такой минерализацией и меньшей применяют на курортах для питья, с минерализацией 2–8 г/дм3 – в качестве лечебно-столовых, с минерализацией 10–140 г/дм3 – как купальные. При превышении этих норм вода подлежит разведению с условием сохранения кондиционности по терапевтически активным компонентам.

Минеральные подземные воды В зависимости от состава фармакологически активных компонентов и газов минеральные воды разделены на восемь основных бальнеологических групп с подгруппами по газовому составу: 1) углекислые; 2) сульфидные (СН 4, N 2 или СО 2); 3) железистые, мышьяковистые и др. (N 2, СО 2); 4) бромные, йодобромные и йодные (N 2, CH 4)2-; 5) с повышенным содержанием органических веществ (N 2, CH 4); 6) радоновые (N 2, СО 2); 7) кремнистые термальные (N 2, CH 4, СО 2); 8) без специфических компонентов и свойств – включает лечебные минеральные воды, бальнеологическое действие которых определяется составом макрокомпонентов и величиной минерализации.

Промышленные воды Промышленными называются воды, содержащие полезные компоненты (бром, йод, бор и др.) в количествах, обеспечивающих их рентабельную добычу и переработку с использованием современных технологий в качестве сырья для химической промышленности. Кроме указанных элементов, из подземных вод извлекают литий, рубидий, цезий, калий, магний, поваренную соль, сульфат натрия, радий, стронций, гелий и др. Определение промышленных вод подчеркивает, во-первых, необходимость специальной оценки и обоснования минимальных концентраций полезных компонентов, позволяющих квалифицировать те или иные воды как промышленное сырье для каждого конкретного района или участка, в связи с чем устанавливаются разные абсолютные величины этих показателей для районов с различными геолого-гидрогеологическими и экономико- географическими условиями; во-вторых, необходимость пересмотра этих показателей в зависимости от уровня развития технических средств, технологии производства, спроса на данный вид минерального сырья и т.д.

Теплоэнергетические воды Теплоэнергетическими называются воды с температурой более 85°С. Однако в некоторых случаях для целей теплофикации используются также воды с температурой 20– 35°С. Термальные подземные воды – нетрадиционный, самовосполняемый и экологически чистый источник энергии. Они используются для выработки электроэнергии (100–180°С), теплофикации и горячего водоснабжения жилых и промышленных комплексов (70– 100°С), в теплично-парниковом хозяйстве, животноводстве, рыборазведении, для оттаивания многолетне-мерзлых пород, в бальнеологических целях (менее 70°С). Попутно из термальных вод в ряде случаев извлекают ценные компоненты: Li, В, Br, I, редкие металлы и др. Разработаны различные технологические схемы создания «подземных котлов» (закачка в недра холодной и извлечение горячей воды), использования «теплообменников» для «передачи» тепла подземных вод искусственным теплоносителям и др.

Теплоэнергетические воды По В.И. Кононову, гидротермальные ресурсы можно разделить на две крупные группы: 1) формирующиеся в региональном тепловом поле (пластовые воды артезианских бассейнов); 2) формирующиеся в аномальных геотермических условиях под влиянием магматических и вулканических процессов (трещинные и трещинно-жильные воды горно-складчатых областей). Значительные ресурсы обладающих высоким теплоэнергетическим потенциалом парогидротерм (100–180°С) имеются только во второй группе – в областях современного вулканизма, кайнозойской складчатости и редко – в глубоких зонах герцинских платформ. В России, например, к ним относятся районы юго-востока Камчатки, Курильских островов и Западной Сибири, где мезокайнозойские отложения на глубинах свыше 1,5–3,0 км содержат огромные запасы вод с температурой до 150°С. Большая часть ресурсов термальных вод с температурой 70–90°С сосредоточена в недрах горно- складчатых областей, межгорных впадин и предгорных прогибов. Большие запасы низко- и среднепотенциальных вод (35–70°С) имеются в глубоких частях артезианских бассейнов Русской платформы, Западно-Сибирской и Скифской плит, где имеются крупные месторождения (Омское, Томское, Махачкалинское и др.).

Теплоэнергетические воды Месторождением теплоэнергетических вод называется балансово-гидродинамический элемент подземной гидросферы с термальными водами, тепловой потенциал, состав, качество и запасы которых удовлетворяют технико-экономическим требованиям энергетики на современном этапе ее развития. Поскольку минерализация термальных вод может изменяться от 0,3 до 200 г/дм3 и более при самом различном ионном составе, применение различных технологических схем при использовании теплоэнергетических вод для производства электроэнергии или для других целей во многом определяется их химическим составом и температурой. Наиболее экономичными являются воды с незначительной минерализацией и отсутствием агрессивных компонентов (H 2 S, СО 2, NH 4 и др.). Они могут непосредственно направляться в турбины (в виде пара или пароводяной смеси), в отопительную, водопроводную сеть и т.д. При высоком содержании солей и (или) наличии агрессивных компонентов требуется промежуточный паропреобразователь, в котором тепло воды передается вторичному теплоносителю, циркулирующему в замкнутом цикле. Это более дорогие, но иногда и более рентабельные установки, позволяющие осуществлять попутное извлечение из подземных вод ценных компонентов.

Подземные воды являются полезным ископаемым, запасы которого в отличие от других видов полезных ископаемых возобновимы в процессе эксплуатации. Площади водоносных горизонтов и их комплексов, в пределах которых имеются условия для отбора подземных вод определённого состава, отвечающего установленным кондициям, в количестве, достаточном для экономически целесообразного их использования, называется месторождениями подземных вод. По характеру использования подземные воды подразделяются на 4 вида: питьевые и технические, применяемые для хозяйственно-питьевого и производственно-технического водоснабжения, орошения земель и обводнения пастбищ; лечебные минеральные воды, используемые в бальнеологических целях и в качестве столовых напитков; теплоэнергетические (включая пароводяные смеси) - для теплоснабжения промышленных, сельскохозяйственных и гражданских объектов, а в отдельных случаях - и для выработки электроэнергии; промышленные воды - для извлечения из них ценных компонентов. В ряде случаев подземные воды одновременно являются минеральными и теплоэнергетическими, промышленными и теплоэнергетическими, в связи с чем они рассматриваются как комплексное полезное ископаемое. Месторождения пресных и солоноватых вод, используемых для хозяйственно-питьевого водоснабжения и орошения, подразделяются на основные типы: месторождения речных долин, артезианских бассейнов, конусов выноса предгорных шлейфов и межгорных впадин, ограниченных по площади структур или массивов трещинных и трещинно-карстовых пород, тектонических нарушений, песчаных массивов пустынь и полупустынь, надморенных и межморенных водоледниковых отложений, областей развития многолетнемёрзлых пород.

При оценке возможности использования подземных вод производится подсчёт эксплуатационных запасов подземных вод. Эти данные используются при разработке схем развития народного хозяйства, составлении годовых, пятилетних и долгосрочных государственных планов экономического и социального развития, планировании геологоразведочных работ, а по месторождениям - для проектирования водозаборных сооружений и предприятий, добывающих и использующих подземные воды. Различают также прогнозные ресурсы подземных вод, наличие которых предполагается на основе общих гидрогеологических представлений, теоретических предпосылок, результатов геологического и гидрогеологического картирования, геофизических, гидрохимических, гидрологических и воднобалансовых исследований. Они оцениваются в границах артезианских бассейнов, гидрогеологических массивов и районов и отражают их потенциальные эксплуатационные возможности.

Запасы подземных вод - количество воды, содержащееся в водоносном горизонте в естественных условиях или поступающее в него в результате проведения водохозяйственных мероприятий. Под термином " запасы подземных вод" часто понимают также то количество воды, которое может быть использовано. Существует ряд классификаций запасов подземных вод для оценки количества подземных вод. В большинстве из них различают понятия "ресурсы" и "запасы". Термином "запасы" обычно обозначают объём (массу) подземных вод в водоносном горизонте, термином "ресурсы" - расход подземных вод в единицу времени. Выделяют естественные и упругие запасы. Естественные (называемые также статическими, геологическими, вековыми или ёмкостными) запасы подземных вод характеризуют в объёмных единицах общее количество воды в водоносном пласте, упругие запасы - количество воды, высвобождающееся при вскрытии водоносного пласта и снижении пластового давления в нём при откачке или самоизливе за счёт объёмного расширения воды и уменьшения порового пространства самого пласта.

В практике гидрогеологических исследований обычно производят оценку естественных и эксплуатационных ресурсов подземных вод. Естественные ресурсы (или динамические запасы) характеризуют величину питания подземных вод за счёт инфильтрации атмосферных осадков, поглощения речного стока и перетекания из других водоносных горизонтов, суммарно выраженную величиной расхода потока или толщиной слоя воды, поступающего в подземные воды. Среднемноголетняя величина питания подземных вод, за вычетом испарения, равна величине подземного стока, поэтому при региональных оценках естественные ресурсы подземных вод часто выражаются cpеднегодовыми и минимальными значениями модулей подземного стока.

Эксплуатационные запасы подземных вод (ресурсы) - количество воды, которое может добываться в единицу времени из водоносного горизонта рациональным в технико-экономическом отношении водозабором при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчётного периода эксплуатации. Эксплуатационные запасы (ресурсы) являются одним из основных критериев возможности и целесообразности использования подземных вод для различных целей. При этом, по сложившейся традиции, при региональных оценках обычно пользуются термином "эксплуатационные ресурсы", а при оценках для водоснабжения конкретных объектов - "эксплуатационных запасы". При оценке эксплуатационных запасов (ресурсов) учитывается возможность использования естественных (в том числе упругих) запасов, естественных ресурсов, а также привлекаемых (дополнительных) ресурсов, образующихся непосредственно вследствие эксплуатации водозаборов (привлечение поверхностных вод, подземных вод "непродуктивных" горизонтов и т.п.).

Важным источником формирования эксплуатационных запасов могут служить искусственные запасы и ресурсы, создаваемые за счёт закачивания поверхностных вод в природные подземные ёмкости с помощью специальных сооружений, фильтрационных потерь из водохранилищ и каналов, инфильтрации поливных вод на орошаемых массивах и т.п. Ресурсы (запасы) пресных подземных вод определяют на локальных участках с целью водоснабжения конкретных объектов (городов, предприятий) и больших территории, для которых даётся региональная оценка естественных и эксплуатационных ресурсов с целью перспективного планирования возможностей использования подземных вод. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод на локальных участках проводится на основании специальных разведочных гидрогеологических работ или данных эксплуатации действующих водозаборов применительно к выделенным месторождениям подземных вод или их отдельным участкам.

Эксплуатационные запасы подземных вод в зависимости от степени разведанности месторождений, изученности качества вод и условий эксплуатации подразделяются на 4 категории - А, В, С1 и С2. К категории А относятся запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей полное выяснение условий залегания, строения, величин напора и фильтрационных свойств водоносных горизонтов, условий их питания, возможностей восполнения эксплуатационных запасов, установление связи водоносных горизонтов между собой и с поверхностными водами, изучение качества подземных вод с достоверностью, подтверждающей возможность их использования по заданному назначению на расчётный срок водопотребления. Эксплуатационные запасы подземных вод категории А определяются по данным эксплуатации, опытно-эксплуатационных или опытных откачек применительно к намеченной схеме расположения каптажных сооружений. В современной практике при определении запасов категории А допускается расчётная экстраполяция результатов эксплуатации и опытных данных.

К категории В относятся запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей выяснение основных особенностей условий залегания, строения и питания водоносных горизонтов, установление связи подземных вод (запасы которых оцениваются) с другими водоносными горизонтами и с поверхностными водами, определение приблизительного количества естественных водных ресурсов как возможных источников восполнения эксплуатационных запасов подземных вод. Качество подземных вод должно быть изучено с такой же детальностью, как и для запасов категории А. Эксплуатационные запасы категории В определяют в пределах детально изученного участка по данным опытных откачек или по расчётной экстраполяции применительно к намеченной схеме водозабора.

Запасы категории С1 изучаются с детальностью, обеспечивающей выяснение в общих чертах строения, условий залегания и распространения водоносных горизонтов. Качество подземных вод изучается в той мере, чтобы можно было предварительно решить вопрос о возможности их использования по заданному назначению. Запасы оцениваются по данным пробных откачек из единичных скважин, а также по аналогии со сходными районами.

ЗАПАСЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (а. subsurface water storage; н. Untergrundwasservorrate; ф. ressources en eaux souterraines; и. reservas de aguas subterraneas) — количество воды , содержащееся в водоносном горизонте в естественных условиях или поступающее в него в результате проведения водохозяйственных мероприятий. Под термином " запасы подземных вод" часто понимают также то количество воды, которое может быть использовано. Существует ряд классификаций запасов подземных вод для оценки количества подземных вод. В большинстве из них различают понятия "ресурсы" и "запасы". Термином "запасы" обычно обозначают объём (массу) подземных вод в , термином "ресурсы" — расход подземных вод в единицу времени. Выделяют естественные и упругие запасы. Естественные (называемые также статическими, геологическими, вековыми или ёмкостными) запасы подземных вод характеризуют в объёмных единицах общее количество воды в водоносном пласте , упругие запасы — количество воды, высвобождающееся при вскрытии водоносного пласта и снижении пластового давления в нём при откачке или самоизливе за счёт объёмного расширения воды и уменьшения порового пространства самого пласта.

Эксплуатационные запасы подземных вод (ресурсы) — количество воды, которое может добываться в единицу времени из водоносного горизонта рациональным в технико-экономическом отношении водозабором при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчётного периода эксплуатации. Эксплуатационные запасы (ресурсы) являются одним из основных критериев возможности и целесообразности использования подземных вод для различных целей. При этом, по сложившейся традиции, при региональных оценках обычно пользуются термином "эксплуатационные ресурсы", а при оценках для водоснабжения конкретных объектов — "эксплуатационных запасы". При оценке эксплуатационных запасов (ресурсов) учитывается возможность использования естественных (в том числе упругих) запасов, естественных ресурсов, а также привлекаемых (дополнительных) ресурсов, образующихся непосредственно вследствие эксплуатации водозаборов (привлечение поверхностных вод, подземных вод "непродуктивных" горизонтов и т.п.).

Эксплуатационные запасы подземных вод в зависимости от степени , изученности качества вод и условий эксплуатации подразделяются на 4 категории — А, В, С1 и С2. К категории А относятся запасы, разведанные и изученные с детальностью, обеспечивающей полное выяснение условий залегания, строения, величин напора и фильтрационных свойств водоносных горизонтов, условий их питания, возможностей восполнения эксплуатационных запасов, установление связи водоносных горизонтов между собой и с поверхностными водами, изучение качества подземных вод с достоверностью, подтверждающей возможность их использования по заданному назначению на расчётный срок водопотребления . Эксплуатационные запасы подземных вод категории А определяются по данным эксплуатации, опытно-эксплуатационных или опытных откачек применительно к намеченной схеме расположения каптажных сооружений. В современной практике при определении запасов категории А допускается расчётная экстраполяция результатов эксплуатации и опытных данных.

К категории С2 относятся запасы, установленные на основании общих геолого-гидрогеологических данных, подтверждённых опробованием водоносного горизонта в отдельных точках, или по аналогии. Качество подземных вод также определяется по пробам, взятым в отдельных точках водоносного горизонта, или по аналогии. Эксплуатационные запасы категории С2 оцениваются в пределах водоносных комплексов и выявленных благоприятных структур. Региональная оценка естественных и эксплуатационных ресурсов подземных вод выполнена в впервые в мировой практике. Результаты оценки показывают, что наибольшими ресурсами характеризуются межгорные впадины и предгорные прогибы в горноскладчатых областях страны, которые отличаются благоприятными условиями формирования подземных вод. Модули эксплуатационных ресурсов в этих районах достигают 10 л/с.км 2 и более, а дебиты отдельных групповых превышают несколько м 3 /с (Араратский, Чуйский, Иссык-Кульский артезианские бассейны конуса выноса Гиссарской предгорной равнины, Ферганская долина, межгорной впадины Северного и Южного Тянь-Шаня и др.). Благоприятные природные условия накопления подземных вод отмечаются в крупных артезианских бассейнах платформенного типа (Московском, Днепрово-Донецком, Прибалтийском, Западносибирском и др.). Модули эксплуатационных ресурсов составляют от 1-2 до 3-5 л/с.км 2 , дебиты групповых водозаборов измеряются сотнями л/с, в долинах рек — до 1 м 3 /с.

Самыми неблагоприятными гидрогеологическими условиями характеризуются Балтийский и Украинский кристаллический щиты , некоторые районы Северного и Южного Урала , Сибири, Крайнего Севера, Северо-востока, Дальнего Востока, Центрального и др. Модули эксплуатационных ресурсов на большей части территории этих районов не превышают 0,1 л/с.км 2 , лишь на более обводнённых участках достигая 1-2 л/с.км 2 .

В CCCP в соответствии с Основами водного законодательства использование пресных подземных вод, не связанное с , как правило, не допускается, и только в районах, где отсутствуют поверхностные источники, но имеются достаточные эксплуатационные запасы пресных подземных вод, возможна их эксплуатация для других целей по специальному разрешению государственных органов, регулирующих использование и охрану водных ресурсов. О распределении и использовании ресурсов минеральных и

Федеральное Агентство по образованию Российской Федерации

Астраханский Государственный Университет

Естественный институт

Геолого - географический факультет

Дипломная работа

По теме: «Оценка эксплуатационных запасов подземных вод при наличии привлекаемых естественных ресурсов»

Работу выполнил:

ст. 5-го курса ЗИГ-51

Башлаев С.П.

Научный руководитель:

Старший преподаватель

Соловьева А.В.

АСТРАХАНЬ 2013 г.

Введение

Глава I. Ресурсы и запасы подземных вод

1.1 Общее понятие о ресурсах и запасах

1.2 Разновидности ресурсов

1.3 Запасы подземных вод

Глава II. Оценка ресурсов подземных вод

2.1 Виды работ и методы определения региональных ресурсов

2.2 Районирование территорий в связи с региональной оценкой прогнозных эксплуатационных ресурсов

2.3 Виды работ, выполняемые в связи с региональной оценкой эксплуатационных ресурсов

2.4 Методика оценки прогнозных региональных эксплуатационных ресурсов

2.4.1 Гидродинамический расчет прогнозных региональных ресурсов

2.4.2 Оценка прогнозных региональных эксплуатационных ресурсов при перетекании воды из вышележащего водоносного горизонта

2.4.3 Оценка естественных (геологических) запасов подземных вод

2.4.4 Оценка привлекаемых ресурсов

Глава III. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод

3.1 Методы определения эксплуатационных запасов

3.1.1 Гидродинамический метод

3.1.1.1 Неограниченный по площади водоносный пласт

3.1.1.2 Полуограниченный пласт

3.1.1.3 Пласт-полоса с двумя границами

3.1.1.4 Пласты с круговым контуром питания

3.1.2 Гидравлический метод

3.1.3 Совместное использование гидродинамического и гидравлического методов

3.1.4 Балансовый метод

Глава IV. Использование ЭВМ при оценке запасов подземных вод

4.1 Программное обеспечение

4.2 Определение фильтрационно-емкостных свойств водоносных горизонтов

4.3 Численное моделирование гидродинамических и гидрогеохимических процессов

Заключение

Список используемой литературы

Введение

Подземные воды играют существенную роль в развитии различных отраслей народного хозяйства нашей страны. В зависимости от нужд отраслей народного хозяйства все типы подземных вод распространненых в гидросфере, можно разделить на четыре группы: пресные, термальные, минеральные и промышленные.

Для этих типов подземных вод в настоящее время разработаны общие принципы и методы их разведки. Например, общим научно-методическим приемом является стадийность разведки месторождений подземных вод, что позволяет с помощью последовательных приближений выявить месторождения по результатам детальных поисков, изучить условия формирования эксплуатационных ресурсов по данным предварительной разведки и подготовить его к промышленному освоению по результатам детальной разведки объекта. К общим принципам следует также отнести принцип экономической целесообразности разведки месторождений и др.

Вместе с тем изучение каждого выделенного типа подземных вод имеет спецефические особенности, главной из которых является определение основных параметров, необходимых для оценки эксплуатауионных запасов. Так, для минеральных подземных вод, помимо выявления их количества на месторождении (эксплуатационные запасы), необходимо по результатам разведки качественно и количественно оценить газовый состав, а также устойчивость в процессе эксплуатации определенных полезных для бальнеологии химических компонентов.

При разведке месторождений термальных подземных вод необходимо оценить такой параметр, как теплоемкость подземных вод, а при разведке промышленных подземных вод - содержание в них (запасы) того или иного полезного компонента, извлечение которого намечается при эксплуатации. Имеется определенная специфика и в методике разведки персных, термальных, минеральных и промышленных подземных вод, которая заключается в принципах размещения разведочных скважин, проведении опытно-фильтрационных работ, а также в применении средств разведки. Учитывая эти обстоятельства, вполне правомерно самостоятельное рассмотрение методики поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов различных типов подземных.

Поскольку пресные подземные воды используются преимущественно для хозяйственно-питьевого водоснабжения городов, поселков и сельскохозяйственных объектов, планомерное обеспечение этими водами народного хозяйства с учетом растущего водопотребления следует рассматривать как важнейшую социальную проблемму нашего общества.

Доля подземных вод в водоснабжении городских поселений - около 35-40%; для сельских населенных пунктов - около 85%. При этом - чем крупнее город, тем, как правило, меньше доля использования подземных вод: для крупных городов (более 100 тыс.) она составляет уже только около 29%, а в наиболее крупных городах (с населением более 250 тыс. чел) в половине случаев используются только поверхностные воды (Москва, С.-Петербург, Н.-Новгород, Екатеринбург, Омск, Ростов н/Дону, Владивосток и др.).

Такая ситуация свойственна для большинства крупных городов мира и объясняется вполне прозаическими экономическими причинами. Для получения необходимого объема подземных вод питьевого качества (для водообеспечения большого города - несколько миллионов куб.м в сутки) требуется задействовать целую группу крупных месторождений на значительных площадях. Они должны быть достаточно удалены от городской территории, чтобы возможно было организовать эффективную санитарную охрану водозаборных сооружений. Создание протяженных (десятки километров) магистральных водоводов большого сечения для перегона добываемой воды в город требует огромных капитальных и эксплуатационных затрат; немаловажными в таких случаях становятся и вопросы землеотвода под такие крупные линейные инженерные сооружения.

Целью данной работы является оценка эксплуатационных запасов подземных вод при наличии привлекаемых естественных ресурсов. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:

1) Изучить по литературным источникам информацию об эксплуатационных запасах подземных вод;

2) Изучить информацию о привлекаемых естественных ресурсах;

3) Изучить методы определения эксплуатационных запасов.

Глава I. Ресурсы и запасы подземных вод

1.1 Общее понятие о ресурсах и запасах

Понятие о ресурсах и запасах подземных вод включает различные их категории, отличающиеся как условиями формирования, так и особенностями гидрогеологических исследований, обеспечивающих обоснование той или иной категории.

Предельно четко различия этих понятий были сформулированы Биндеманом Н.Н. (1970 г.): «Правильнее говорить не о «запасах» подземных вод, а о «ресурсах» подземных вод, понимая под этим термином обеспечение в водном балансе данного района поступления подземных вод и, оставляя за термином «запасы» лишь определение тех количеств воды, которые находятся в данном бассейне или слое независимо от поступления воды и расхода, а в зависимости от его емкости». В отличие от других полезных ископаемых, запасы и ресурсы подземных вод обычно измеряются в единицах расхода.

Различия запасов и ресурсов подземных вод находят выражение в принципиально разном их изменении при эксплуатации. Природные запасы подземных вод при эксплуатации обязательно уменьшаются, так как при откачке всегда происходит понижение уровня воды и, следовательно, то или иное уменьшение ее массы в водоносном горизонте. Наоборот, естественные ресурсы подземных вод при эксплуатации не только не уменьшаются, но в ряде случаев увеличиваются. Понижение напора подземных вод в пласте при откачке может вызвать подток воды из рек, уменьшить испарение с поверхности грунтовых вод, вызвать или усилить переток воды из выше и ниже расположенных водоносных горизонтов через относительно слабо проницаемые слои, окна. Таким образом, при эксплуатации водозаборов запасы подземных вод уменьшаются, а ресурсы возрастают.

Запасы и ресурсы подземных вод можно подразделить по их генезису на следующие виды: 1) естественные запасы и ресурсы; 2) искусственные запасы и ресурсы; 3) привлекаемые ресурсы.

1.2 Разновидности ресурсов

На основе ряда признаков ресурсы подразделяются по определенным группам. Прежде всего, принимаются во внимание их генезис, с учетом которого выделяют естественные и искусственные (формирующиеся под антропогенным влиянием) ресурсы.

Естественные ресурсы - это суммарная величина питания водоносного горизонта в естественных условиях (следовательно, и величина естественной разгрузки). Формирование естественных ресурсов обусловливают природные факторы (атмосферные осадки, поверхностные воды, соседние водоносные горизонты). Эти ресурсы обеспечивают расход подземных потоков, меняющийся под воздействием таких факторов.

Искусственные ресурсы обеспечиваются антропогенным влиянием за счет создания специальных водохранилищ на площади питания водоносных горизонтов или закачки (магазинирования) воды по скважинам в водоносные горизонты.

Учитывая площадь распространения, выделяют региональные и локальные ресурсы. Наряду с этими группами обособлена такая разновидность, как эксплуатационные ресурсы, за счет которых обеспечиваются запасы подземных вод при эксплуатации водоносных горизонтов.

Искусственные ресурсы подземных вод -- питание водоносных горизонтов при фильтрации из каналов и водохранилищ, на площадях орошения, при целенаправленных мероприятиях по усилению их питания. Искусственные ресурсы, как и естественные, имеют размерность расхода.

Привлекаемые ресурсы -- усиление питания подземных вод, вызванное образованием депрессионных воронок при эксплуатации водозаборов (возникновение или усиление фильтрации из рек, увеличение питания грунтовых вод атмосферными осадками вследствие уменьшения испарения с поверхности грунтовых вод при удалении их зеркала от поверхности земли).

При эксплуатации подземных вод используются в той или иной мере все перечисленные выше виды ресурсов подземных вод.

1.3 Запасы подземных вод

По различным признакам в настоящее время выделяется также несколько групп запасов подземных вод.

Естествениые запасы -- масса гравитационной воды в пласте в естественных условиях. Та часть этой массы, которая может быть извлечена из напорного водоносного горизонта за счет упругих свойств воды и горных пород без осушения пласта, называется упругими запасами. При оценке запасов подземных вод для водоснабжения (пресные воды) запасы удобнее выражать не массой, а объемом воды, так как численно значения единицы массы и объема воды в этом случае достаточно близки. В такой приближенной трактовке естественные запасы равны сумме объема воды, заключенной в пласте (эти запасы иногда называют «емкостными»), и объема воды, извлекаемой в напорных условиях без осушения пласта («упругие запасы»). Величина последних по сравнению с емкостными запасами обычно составляет доли пропета.

Искусственные запасы подземных вод--это их объем в пласте, образовавшийся в результате орошения, подпора водохранилищами, искусственного заводнения пласта.

Эксплуатационные запасы подземных вод -- количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления. Количество воды, о котором идет речь в приведенном выше определении, рекомендуется выражать расходом воды. Следовательно, строго говоря, речь идет не об эксплуатационных запасах, а об эксплуатационных ресурсах водоносного горизонта. С термином эксплуатационные запасы можно согласиться лить с практической точки зрения -- ГКЗ утверждает запасы полезных ископаемых (подавляющая их часть -- твердые ископаемые, где термин «запасы» является точным), а не ресурсы.

Термин «эксплуатационные ресурсы» применяется при прогнозных оценках в региональном плане, как характеристика потенциальных возможностей эксплуатации подземных вод в том или ином крупном регионе.

С учетом их восполнения выделяют восполняемые запасы (при условии поступления ресурсов) и невосполняемые (при отсутствии источников их формирования). К последним принадлежат, так называемые, геологические запасы подземных вод, равные объему воды в горизонте.

Как и ресурсы, запасы с учетом площади их распространения, подразделяются на региональные и локальные, а на основе генетических признаков - на естественные и искусственные (накапливаются с участием антропогенного воздействия). Если запасы определенного горизонта восполняются частично за счет притока воды из других водоносных объектов, то поступающее из них количество воды относят к привлекаемым запасам.

Особую группу составляют эксплуатационные запасы, которые могут быть извлечены или извлекаются из эксплуатируемых водоносных объектов, прежде всего, из месторождений подземных вод с соблюдением природоохранных мероприятий (7). Как правило, эксплуатационные запасы приурочены к месторождениям подземных вод, обеспечивающим экономически обоснованную их добычу. Степень сложности этих месторождений (или их участков) различна. В связи с этим они подразделяются на три группы.

К первой из них приурочены эксплуатационные запасы месторождений подземных вод с простыми условиями. На площади их распространения водоносные горизонты (подразделения) выдержаны по площади и строению, однородны по фильтрационным свойствам, обеспечены питанием (ресурсами) и характеризуются устойчивым кондиционным химическим составом.

Вторая группа месторождений подземных вод характеризуется сложным строением, а также сложными гидрогеохимическими и геотермическими условиями. При этом, однако, представляется возможным оценить изменения различных компонентов природной среды, применяя в ограниченных объемах специальные технологии при разведке и освоении запасов.

В третью группу входят эксплуатационные запасы месторождений с очень сложными условиями, характеризующимися невыдержанным геологическим строением, крайней изменчивостью мощностей и фильтрационных свойств водовмещающих пород, а также сложными гидрогеохимическими и геотермическими условиями. Проведение разведочных работ на таких месторождениях требует применения специальных дорогостоящих технологий, реализация которых на стадии разведки может быть технически неосуществима или экономически нецелесообразна.

Эксплуатационные запасы подразделяются на категории (А, В, С1, С2) по степени изученности условий формирования, количества и качества подземных вод, а также условий эксплуатации и подготовленности месторождений подземных вод к дальнейшему изучению или освоению.

По условиям освоения, хозяйственному и экономическому значению эксплуатационные запасы подразделяются на балансовые и забалансовые. К первой из этих групп относятся запасы, целесообразность использования которых установлена на основе всех геолого-экономических и санитарно-гигиенических факторов, учитываемых действующими инструктивными документами. Возможность их использования должна быть подтверждена соответствующими федеральными или территориальными органами. К забалансовым относятся запасы, использование которых на период оценки не может быть признано целесообразным по ряду причин (технико-экономическим, технологическим, экологическим).

Глава II. Оценка ресурсов подземных вод

2.1 Виды работ и методы определения региональных ресурсов

Выявление и оценка региональных ресурсов подземных вод проводятся безотносительно к месторождениям этих вод в связи с тем, что подобные ресурсы являются необходимой составной частью гидрогеологической характеристики любого региона. Основой для их оценки являются результаты гидрогеологических съемок, чаще всего среднего масштаба (1:200000), в том числе государственных. Получаемые при этом результаты позволяют определять модули подземного стока и их изменения в годичных циклах. Такие модули весьма информативны для расчлененных горных районов.

При оценке региональных ресурсов (естественных) одним из основных методов является расчленение гидрографов рек, в расходе которых до 20-30%, а иногда и более, приходится на подземный сток. Методы расчленения этого графика, отражающего изменение расхода реки в течение года, имеют несколько модификаций. Использование каждой из них позволяет оценить подземный расход с различной точностью (10). Расходы рек в меженные периоды характеризуют минимальную величину естественных региональных ресурсов подземных вод. Для приближения ее к истинному значению используются различные приемы, основанные на введении поправок, в том числе с учетом результатов режимных наблюдений за расходом источников (11).

Оценить естественные региональные ресурсы позволяет также балансовый метод. При этом ресурсы подземных вод принимаются равными разности объемов воды при максимальном и минимальном положениях уровней в изучаемом горизонте. Последние фиксируются в процессе режимных гидрогеологических наблюдений минимум в трех сечениях (скважинах). Время замера уровней в процессе режимных наблюдений выбирается так, чтобы выявить его минимальное и максимальное положение не менее чем в одном цикле подъем - спад - подъем уровня. Обработка полученных данных (например, по методу конечных разностей) позволяет оценить величину питания водоносного горизонта, характеризующую его естественные ресурсы.

2.2 Районирование территорий в связи с региональной оценкой прогнозных эксплуатационных ресурсов

Вопросы районирования территорий, связанные с оценкой прогнозных ресурсов подземных вод, освещены в работах Н.Н. Биндемана (1), Б.И. Куделина и др (12). При оценке ресурсов подземных вод большое значение имеет их взаимосвязь с поверхностными водами. В связи с этим, Б.В. Боревским и Л.С. Язвиным предложен подход к районированию верхней гидродинамической зоны, учитывающий эту взаимосвязь. Кроме того, при этом принимается во внимание соотношение площадей питания ресурсов подземных вод и площадей, где возможна их эксплуатация. На этой основе выделены группы районов.

Территории группы А характеризуются широким площадным распространением водоносных горизонтов, содержащих пресные подземные воды. На всей их площади возможна эксплуатация водоносных горизонтов. Площади вероятного размещения водозаборов совпадают с площадями питания водоносных горизонтов.

Районы группы Б отличаются ограниченным распространением горизонтов пресных подземных вод, причем, эксплуатация последних возможна на всей их площади. Участки расположения водозаборов не совпадают с областями питания подземных вод (замкнутые или полосообразные обводненные структуры в депрессиях). Территория питания чаще всего превышает площадь распространения водоносных горизонтов.

К группе В относятся такие территории, где наблюдается частое чередование участков с пресными и солоноватыми (солеными) водами. Размещение водозаборов возможно лишь там, где позволяют фильтрационные свойства пород и состав подземных вод. Площади питания подземных вод, в основном, соответствуют частным водосборам рек и ручьев.

В группу Г входят территории, в пределах которых основные продуктивные (пресные) водоносные горизонты приурочены к речным долинам и имеют гидравлическую взаимосвязь с поверхностными водами.

Кроме охарактеризованного подхода возможно районирование адартезианских бассейнов на геоструктурной основе, при котором, наряду с блоковыми крупными гидрогеологическими структурами, выделяются также более мелкие структуры пликативного типа. Подобный подход реализован, в частности, в пределах Минусинского адартезианского бассейна (13), в котором оценены прогнозные региональные эксплуатационные ресурсы применительно к гидрогеологическим структурам низких порядков.

2.3 Виды работ, выполняемые в связи с региональной оценкой эксплуатационных ресурсов

Для получения материалов, используемых при оценке прогнозных региональных эксплуатационных ресурсов подземных вод, проводятся региональные гидрогеологические исследования на основе общих представлений об условиях их формирования по гидрогеологическим регионам, бассейнам рек, территориальным административным подразделениям. Эти ресурсы являются основой для постановки поисковых или поисковооценочных работ на отдельных площадях. Региональная оценка ресурсов входит в состав первого этапа таких работ (8). Эти ресурсы оцениваются также на площадях, где проведены поисковые гидрогеологические работы. С меньшей точностью они могут оцениваться для территорий, где выполнены гидрогеологические съемки масштаба 1:500 000 и крупнее. Оценка региональных прогнозных эксплуатационных ресурсов требует решения следующих задач:

¦ выявить общее количество ресурсов подземных вод на исследуемой площади и обосновать закономерности их формирования (распределение, условия питания, сток и др.);

¦ установить роль поверхностных вод в возможном пополнении ресурсов;

¦ наметить перспективные площади для проведения дальнейших исследований.

2.4 Методика оценки прогнозных региональных эксплуатационных ресурсов

Для оценки прогнозных эксплуатационных ресурсов используются гидродинамические расчеты, анализ водного баланса территорий и методы математического моделирования (11). Весьма распространенным подходом, использующим уравнения гидродинамики, являются методики ВСЕГИНГЕО (1), в соответствии с которыми учитываются также и естественные запасы подземных вод. Однако, как справедливо указывают Б.В. Боревский и Л.С. Язвин (2), последние при длительной эксплуатации водоносных горизонтов играют весьма незначительную роль и могут в связи с этим не учитываться. Поэтому составными частями прогнозных ресурсов, в основном, являются естественные и привлекаемые ресурсы.

2.4.1 Гидродинамический расчет прогнозных региональных ресурсов

Наиболее часто прогнозные эксплуатационные ресурсы рассчитываются по методике, предложенной Н.Н. Биндеманом и Ф.А. Бочевером (1). Она заключается в приближенной оценке расхода условных укрупненных водозаборов, равномерно распределенных по изучаемой площади. Эти водозаборы могут быть следующих типов: I - грунтовых вод и II - межпластовых (напорных) вод. Среди водозаборов первого типа различают подтипы: 1а, расположенные на водоразделах, и 1б - в долинах рек.

Очевидно, что, кроме возможных перетоков из нижележащих напорных водоносных горизонтов, водозаборы типа 1а могут питаться только за счет атмосферных осадков, а типа 1б - за счет атмосферных осадков и рек.

Изучаемая территория при использовании этого метода разбивается на ячейки (рис. 1).

Каждая ячейка имеет площадь, приравниваемую к круговой площади радиуса R - радиуса влияния. Соответствующий ячейке условный водозабор рассматривается как "большой колодец" радиуса г. Обычно г берется равным 10 м и более.

Рис. 1. Схема расположения условных водозаборов

При определении рассматриваемых ресурсов вводятся следующие дополнительные условия:

¦ водоносные горизонты считаются однородными;

¦ границы выделенных ячеек считаются непроницаемыми;

¦ взаимодействие ячеек между собой исключается.

Кроме того, принимается, что в различных ячейках мощности водоносного горизонта могут быть неодинаковыми. Для оценки данного типа ресурсов в ячейках 1а используется уравнение:

где Рэ - региональные прогнозные эксплуатационные ресурсы, м3/сут.; К - коэффициент фильтрации, м/сут; Нср - средняя мощность водоносного горизонта, м; Sм - величина максимально допустимого понижения уровня горизонта (обычно не более 0.6 - 0.7 Нср), м; W - модуль питания водоносного горизонта за счет атмосферных осадков (осадки минус испарение), м/сут; фэ - период эксплуатации условного водозабора, сут; µ - гравитационная водоотдача, д.е.; R - радиус ячейки, полученный от преобразования квадрата в круг, м (радиус влияния условного водозабора R=0.564-l , где l - размер стороны ячейки); r - радиус условного водозабора, м; ау - коэффициент уровнепроводности, м2/сут.

По истечении определенного времени (несколько лет) первое слагаемое в знаменателе уравнения станет значительно меньше второго слагаемого и им можно будет пренебречь. Тогда эта формула примет вид

Введем обозначения: рR2 =F- площадь ячейки, м2 ; WF=QW- расход, обеспечиваемый инфильтрацией атмосферных осадков, м3/сут. В этом случае получаем

поэтому окончательное выражение принимает вид

Уравнение определяет то суммарное количество воды, которое может быть получено в пределах одной ячейки при осушении водоносного горизонта на величину Sм, с учетом инфильтрации атмосферных осадков.

На всей территории, т.е. из всех n ячеек, получим.

Поступление воды в ячейки типа Iб будет происходить за счет инфильтрации из рек, протекающих через эти ячейки. Ее величину можно рассчитать по уравнению притока в дрену, имеющую границу с постоянным напором (14).

Нередкой в пределах гидрогеологических разрезов является ситуация, при которой грунтовый водоносный горизонт (пласт А, рис. 2) отделен полупроницаемой толщей (пласт Б) от нижележащего напорного водоносного пласта (В).

(А, В) и полупроницаемой толщи (Б)

При значительных понижениях уровня воды в пласте В возможно перетекание в него воды из пласта А через полупроницаемую толщу Б. Поступление её в данном случае будет идентичным инфильтрации из зоны аэрации, в связи с чем для оценки такого перетекания может быть использовано рассмотренное выше уравнение, где µ должно быть заменено на µ**:

В данном случае Sм=Н0-Н и µ** = µ* + µ, где µ* и µ - коэффициенты гравитационной водоотдачи пласта А и упругой водоотдачи пласта Б; Qw - количество (общий расход) воды, перетекающей из пласта А в пласт Б при неизменном уровне в пласте А.

2.4.3 Оценка естественных (геологических) запасов подземных вод

Естественные (геологические) запасы подземных вод определяются рядом факторов: объемом пласта, его водоотдачей, газонасыщенностью, температурой, сжимаемостью водно-газовой смеси, величиной давления на пласт и некоторыми другими. В связи с этим выделяют естественные запасы воды Ve и упругие запасы Vупр., причем последние образуются за счет снижения давления и составляют небольшую часть от естественных.

Для определения естественных запасов используют обычно уравнение Vе=Vµ (безнапорные воды) или Vе =Vµ* (напорные воды), где V - объем осушенной части пласта, µ - гравитационная (самотеком) водоотдача пласта, а µ* - упругая водоотдача напорного пласта.

К геологическим запасам относят весь объем воды в пласте, т.е. они превышают естественные запасы в связи с тем, что последние характерны лишь для той части пласта, которая будет осушена в процессе его эксплуатации.

В среднем считается, что µ для гравийно-галечниковых отложений можно принять равной приблизительно 0.2; средне-крупнозернистых песков - 0.15; мелко-среднезернистых песков - 0.125; переслаивания песков и алевролитов - 0.05; переслаивание песков, алевролитов и глин - 0.03 (15).

Величину µ часто находят также по формуле µ= , а µ* по аналогичному равенству µ* = , где Кm - водопроводимость, ау - коэффициент уровнепроводности, и a - коэффициент пьезопроводности (все три параметра в м2/сут).

2.4.4 Оценка привлекаемых ресурсов

Привлекаемые ресурсы - специфическая балансовая категория, возникающая только при работе водозабора. Это - суммарный расход дополнительного питания эксплуатируемого горизонта дополнительного к естественной интенсивности питания. Две возможности возникновения привлекаемых ресурсов:

В областях естественного питания - оно может усилиться при эксплуатационном понижении уровней;

В областях естественной разгрузки - вначале инверсия, а после полной инверсии на границе возникает обратное соотношение напоров и поток обратного направления, которого не было в естественных условиях.

Важнейшее положение: структура баланса водоотбора способна к существенному преобразованию во времени, а возможная направленность этих преобразований во многом зависит от положения водозабора по отношению к действующим балансово-гидрогеодинамическим границам пласта.

Характерная иллюстрация (рис. 3): если водозабор расположить близко к реке (или к другой дренирующей границе), то достаточно быстро, при небольших еще понижениях уже возникает сначала, а затем и. Поэтому может быстро установиться стационар. Если же водозабор далеко от дренирующей границы, то воронка достигнет ее через весьма значительное время, либо в принципе не сможет ее достичь в пределах допустимых понижений в водозаборе. Величина естественного потока в этих условиях не имеет никакого значения для формирования баланса водоотбора; основным источником формирования эксплуатационных запасов будут являться только естественные запасы пласта и темп развития воронки будет таким же, как и в условиях бассейна подземных вод; соответственно - постоянный не стационар.

Рис. 3. Характер развития депрессионных воронок при расположении водозабора на удалении и вблизи реки

В этой связи вспомним о гидрогеологической (гидродинамической) рациональности водозабора. Выходит, что существуют такие места, где водозабор располагать выгоднее, чем где-то рядом: лучше параметры, легче проявляется благоприятное балансовое действие граничных условий. Такие участки прежде всего можно рассматривать как "месторождение подземных вод".

Оценка привлекаемых ресурсов - это увеличение естественного питания в связи с интенсификацией "старых" процессов и возникновением "новых". При балансовой оценке должны быть "вычислены" такие возможности; далее можно оценить лишь их предельную возможную интенсивность, исходя из природы процессов, обеспечивающих привлекаемые ресурсы.

Наиболее ясный пример: формирование привлекаемых ресурсов за счет вызванного притока из реки. К балансовой оценке возможной величины привлекаемых ресурсов в этом случае особенно щепетильно следует относиться в бассейнах малых рек, расход которых сопоставим с будущим водоотбором подземных вод.

Рассмотрим два варианта.

1 . Река является транзитной для месторождения, т.е. депрессионная воронка не охватывает полностью верхнюю по течению часть речного бассейна (рис. 4. 1). Как оценить потенциально возможную величину привлечения речного стока? Вроде бы, по "входящему" расходу реки на верхней границе ожидаемой области депрессии? Нет, нужно понимать, что полный перехват стока реки в зоне месторождения не всегда допустим; как правило, с органами бассейнового надзора должна быть согласована величина остаточного "санитарного" расхода (минимально необходимого для поддержания ландшафтных и других функций реки). Соответственно балансовая оценка привлекаемых ресурсов

2 . Река является "истинно малой", т.е. депрессия от водозабора полностью накрывает ее водосборную площадь выше по течению (рис. 4. 2). По-видимому, в такой ситуации правильнее считать, что балансовые возможности привлечения отсутствуют (), так как после вполне возможной полной инверсии разгрузки подземных вод расход реки в пределах зоны месторождения будет равен нулю. Надо только понимать, что такую модель можно использовать лишь для балансовых расчетов, так как при реальном водоотборе инверсия разгрузки на флангах имеет частичный характер и, следовательно, сохранившаяся часть речного стока может все же формировать приток из реки на ближайшем к водозабору участке.

Как уже подчеркивалось, при балансовой оценке система водоотбора (т.е. местоположение, схема и конструкция водозаборного сооружения) не рассматривается. Однако при оценке эксплуатационных запасов под реальную заявленную потребность ее нужно определять (обосновывать, рассчитывать) обязательно.

Поэтому реальные подсчеты ЭЗ выполняются с помощью одного из двух основных методов: гидродинамического или гидравлического (каждый из них имеет модификации).

ресурс запас подземный вода

Глава III. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод

3.1 Методы определения эксплуатационных запасов

Как уже отмечалось, к эксплуатационным относятся запасы подземных вод, которые вовлекаются или в определенное время могут быть вовлечены в эксплуатацию. Очевидно, что эксплуатационные запасы, изученные с детальностью, соответствующей категориям Р, С, В или А, представляют практический интерес, в первую очередь. К каждой из категорий предъявляются определенные требования, например, разработанные Государственной комиссией по запасам (ГКЗ).

Необходимо также отметить, что методика определения запасов в значительной степени влияет на обоснование и выбор методов поисков и разведки месторождений подземных вод, особенно последней. В связи с этим выбор методики оценки запасов подземных вод по различным категориям изученности является весьма ответственным.

Как отмечает Н.И. Плотников (16), для обоснованной оценки запасов месторождения подземных вод целесообразно подразделять на две группы. К первой из них отнесены месторождения, в пределах которых водозаборы располагаются в областях питания подземных вод (долины рек и др.). Это, в основном, месторождения инфильтрационного типа.

Вторая группа включает месторождения, приуроченные к областям стока. Такие месторождения нередко эксплуатируются в условиях неустановившегося движения потоков, в частности, при более высоком дебите водозабора, чем величина используемых ресурсов (фильтрационные месторождения).

При оценке эксплуатационных запасов подземных вод, прежде всего высоких категорий, необходимо учитывать граничные условия в плане (безграничный или полуограниченный пласт, пласт-полоса с различными границами, круговой контур и т.д.) и в разрезе (безнапорный пласт с инфильтрационным питанием, напорный при перетекании сверху или снизу и т.д.), а также начальные условия (при слабом колебании уровня, значительном колебании уровня и др.).

За начальную отметку уровня при расчете запасов обычно берется минимальное ее значение, выявляемое в процессе режимных наблюдений.

3.1.1 Гидродинамический метод

Этот метод применяется для схематизированных природных условий с учетом взаимодействия скважин, времени их работы, а также граничных условий в плане и разрезе (т.е. расчет ведется применительно к типовым расчетным схемам). Основные недостатки - невозможность достаточно полно учесть особенности конструкции скважин и неоднородность горизонтов. При использовании метода пласт считается однородным, т. е. для него рассчитывается среднее значение основных параметров (Km, а и др.). По существу, подсчет запасов гидродинамическим методом сводится к определению производительности проектируемого водозабора на необходимый срок (чаще всего - 10 000 суток, т.е. 27 лет).

Величина снижения уровня в эксплуатируемом водоносном горизонте не должна превышать значения максимального допустимого понижения (Sm). Последнее для безнапорного пласта не должно превышать 0.5 - 0.6 m, где m - мощность горизонта. В случае, если пласт очень мощный (порядка 50 и более м), оно может быть повышено до 2/3 от величины m. Слабонапорные пласты, имеющие напор порядка 5 м и менее, обычно рассматриваются как безнапорные. Для напорных пластов Sm обычно не превышает величины напора, исключая мощные пласты, которые можно эксплуатировать и в напорно-безнапорном режиме (т. е. с осушением на 2/3 от m).

Гидродинамический метод подсчета запасов подземных вод применим во многих случаях, однако, в ряде гидрогеологических ситуаций его использование нецелесообразно, в частности в случаях, когда не удается достаточно точно схематизировать природные условия или учесть значительную неоднородность водоносного пласта с помощью формул гидродинамики. Существенно расширяются возможности гидродинамического метода в части учета сложности и неоднородности водоносных горизонтов, если он используется не как традиционное аналитическое решение, требующее весьма жесткой схематизации природных условий, а в варианте сеточного моделирования работы проектного водозабора по методам конечных разностей или элементов с применением специальных программ для ЭВМ.

При оценке запасов гидродинамическим методом обычно рассчитывается величина понижения уровня водоносного горизонта в наиболее неблагоприятно расположенной точке (например, в центре водозабора, где оно будет наибольшим) на конец срока эксплуатации. Полученная расчетом величина снижения уровня S сравнивается со значением Sm Если S ? Sm, запасы при заданной производительности водозабора считаются обеспеченными. Этим расчетом определяются общие запасы, обычно по категории С. Более точная их индексация зависит в основном от типа скважины (ее диаметра и т.д.), количества откачивающих скважин, величины и длительности понижения уровня и т.д. Для решения этого вопроса используются, прежде всего, требования инструкции ГКЗ.

3.1.1.1 Неограниченный по площади водоносный пласт

Наиболее известно использование для решения данной задачи метода "большого колодца", основой которого является уравнение:

S = SВН + Sс,

где S - полное понижение уровня воды в скважине, расположенной в центре площади расчетного водозабора, приведенного к "большому колодцу"; SВН - понижение уровня водоносного горизонта, обусловленное работой всех скважин, влияющих на центральную (внешнее); Sс - дополнительное понижение уровня в центральной скважине, возникающее за счет собственной ее работы с учетом совершенства и расположения в системе взаимодействующих скважин (собственное).

Внешнее понижение SВН находится по равенству (здесь и в последующем для напорных вод):

где Q? - суммарный дебит системы проектируемых скважин, м3/сут; R0 - радиус "большого колодца", а Rп - приведенный радиус влияния водозабора, м (системы взаимодействующих скважин; определяется по равенству:

R п = 1.5уvаф - здесь ф - время работы водозабора, сут; ф обычно берется равным 10 000 сут.).

Данное уравнение применимо в случаях, когда выполняется условие: для линейного ряда скважин или - для кольцевой системы скважин.

Величина понижения уровня в центральной скважине за счет ее собственной работы находится по уравнению:

где Q - дебит скважины, м3/сут; rп - приведенный радиус области влияния скважины и rc - радиус скважины, м; о, - фильтрационное сопротивление, учитывающее несовершенство скважины, б/р (безразмерное находится по справочной таблице).

Для линейного водозабора rп =и R0=0.2 L, где b - расстояние между скважинами линейного ряда, а L - длина ряда водозаборных скважин, м.

Рис. 5 Схема расположения скважин линейного ряда в неограниченном пласте

Таким образом, запасы воды линейного водозабора в пределах площади с радиусом питания Rп в неограниченном пласте будут определяться дебитом QУ, обеспечивающим понижение S, которое находится по уравнению:

3.1.1.2 Полуограниченный пласт

Полуограниченными считаются водоносные пласты, с одной или нескольких сторон имеющие удаленную границу, не достигаемую депрессионной воронкой, формирующейся в процессе эксплуатации водозабора.

Остальные границы (или граница) часто имеют либо постоянный напор (река, водоем), либо постоянный - вплоть до нулевых значений - расход. В первом случае приток воды к водозаборным скважинам будет поступать в большем количестве по сравнению со вторым вариантом.

Исходная зависимость для расчета запасов имеет такой же вид, как и первое уравнение. Численное значение Sвн во многом зависит от граничных условий. В частности, для границы с постоянным напором оно может быть определено по зависимости:

где l - расстояние от линии водозабора до контура с постоянным напором, м (остальные обозначения прежние).

Значение Sс находим по уравнению:

использованному для определения запасов в неограниченном пласте. При наличии границы с непроницаемым контуром (расход через границу равен 0) используется уравнение

где l - расстояние до непроницаемого контура, м. Понижения в центральной скважине также находятся по равенству S = SВН + Sс.

3.1.1.3 Пласт-полоса с двумя границами

Водоносные горизонты данного типа (по граничным условиям) имеют различные контуры, все разнообразие которых часто может быть сведено к двум видам - с постоянным напором и с постоянным расходом - и к их сочетанию (3 варианта). При этом граничные условия будут в основном влиять лишь на величину Sвн.

1-й вариант - обе границы с постоянным напором. Применительно к данному варианту

где z - ширина полосы (т.е. водоносного пласта), м; z1 - расстояние от водозабора до ближайшего контура, м.

2-й вариант - оба контура водонепроницаемы. В данном случае используется уравнение

где z2- расстояние до более удаленного контура, м.

3-й вариант - один контур с постоянным напором, второй - непроницаемый. В этом случае понижение определяется по равенству

причем, в данном случае z 1 - расстояние до контура с постоянным напором.

3.1.1.4 Пласты с круговым контуром питания

Наиболее характерными являются случаи непроницаемого контура и контура, по которому повсеместно происходит питание. Для расчета также используется уравнение S = SВН + Sс. Для определения Sвн для напорного пласта с круговым непроницаемым контуром используется равенство:

где Rк - радиус кругового контура, м. Использование данного уравнения возможно, если время работы водозабора (ф) составляет более 360 суток.

В случае контура с круговым питанием это уравнение имеет вид

Основным условием применения большинства формул, приведенных при освещении гидродинамического метода оценки запасов, является удаленность крайних скважин водозаборного ряда от ближайшей границы пласта. Для линейного расположения скважин она должна превышать 2.5R0 , а для кольцевого ряда - 1.6 R0.

Следует также отметить, что, если эксплуатируемые водоносные горизонты будут безнапорными, то в приведенных формулах необходимо заменить выражение 2mS на Н2-h2, где Н - мощность безнапорного горизонта, а h - высота остаточного столба воды в скважинах после снижения в них уровня воды, м.

3.1.2 Гидравлический метод

Основой гидравлического метода определения запасов подземных вод являются данные (эмпирические зависимости), полученные в результате опытных и опытно-эксплуатационных откачек, либо опытной эксплуатации водоносного горизонта.

Кроме дебитов, получаемых в процессе этих работ, используется также интерполяция кривых дебита (зависимостей Q от S), строящихся по результатам опытных работ. Наиболее надежные результаты при этом получают в случае не менее чем трехкратных снижений уровня при различных дебитах. Данный метод позволяет учесть особенности конструкции скважин, их взаимное расположение и строение водовмещающих отложений. Его недостатками является отсутствие возможности учитывать изменение дебита водозаборов во времени и, кроме того, невозможность прогнозировать влияние граничных условий пластов на производительность водозаборов.

Необходимо также учесть, что более точные результаты можно получать по одиночно работающим скважинам при установившемся режиме фильтрации. Однако для приближенного решения задач метод может применяться и при использовании данных по взаимодействующим скважинам. Причем, в этом случае, необходимо добиваться стабилизации уровня (либо квазистационарного режима) во всей зоне влияния опытных работ. В таких случаях снижение уровня за счет работы взаимодействующих скважин (S) можно определить по уравнению

где S0 - понижение уровня в центральной скважине группового водозабора при ее работе с проектным дебитом, часто определяемое по кривой дебита в пределах допустимой интерполяции; ДSi - срезки уровня в этой скважине за счет работы каждой скважины i из n других проектных скважин (определяются при проведении одиночных, парных или групповых откачек); Qi - дебиты соответствующих скважин при опытных работах, обусловившие срезки уровней ДSi в центральной скважине; Qi - проектные дебиты этих же скважин.

Наиболее точные результаты определения S по уравнению получаются для инфильтрационных месторождений, имеющих постоянное питание. Полученная величина S сравнивается с Sм. Кроме рассмотренной методики, к гидравлическому способу оценки эксплуатационных запасов относится также метод депрессионных воронок, предложенный Н.И. Плотниковым (17).

3.1.3 Совместное использование гидродинамического и гидравлического методов

Отмеченные в предыдущих разделах достоинства и недостатки гидравлического и гидродинамического методов оценки эксплуатационных запасов месторождений подземных вод показывают, что во многих случаях целесообразно использовать их совместно. При этом можно учесть конструктивные особенности водозаборных скважин, их взаимодействие и неоднородности гидрогеологических разрезов, а также время работы скважин и особенности граничных условий пластов.

Одним из основных условий успешного использования данного способа является то, что в процессе определения запасов сохраняются те же границы водоносных горизонтов, прежде всего в плане, которые имелись в период опытных работ, проведенных в связи с оценкой гидрогеологических параметров этих горизонтов. Поэтому он применим, прежде всего, в условиях неограниченных водоносных пластов или пластов-полос с непроницаемыми границами.

Расчет запасов при использовании данной методики, равно как и других методов, сводится к нахождению величины снижения уровня S в наиболее неблагоприятно расположенной скважине (обычно центральной в системе взаимодействующих скважин) и сравнению его с Sм.

На первом этапе расчетов определяется дополнительное понижение (срезка) уровня в неблагоприятно расположенной скважине проектного водозабора при работе ее как одиночной на конец срока эксплуатации:

где S0 - понижение уровня в скважине при проектном дебите (определяется по кривой зависимости дебита от понижения, построенной по данным опытной откачки), м; Qоп - дебит скважины при опытной откачке и Qэ - проектный дебит скважины, м3/сут; z1 - понижение уровня в скважине на время ф1 от начала опытной откачки; z2 - понижение уровня в скважине через время ф2 (чаще всего в конце опытной откачки); ф э - срок работы водозабора.

На втором этапе расчетов определяется срезка уровня в той же расчетной скважине при взаимодействии ее с другими скважинами на конец срока эксплуатации водозабора (по данным групповой откачки):

где Дz1, - срезка уровня в расчетной скважине во время групповой опытной откачки через время ф, от ее начала; Дz2 - срезка уровня в той же скважине через время ф 2 от начала откачки (чаще всего на конец откачки).

Общее понижение S находится, как обычно, по уравнению и сравнивается с максимальным допустимым понижением (Sм).

Если из соседних скважин была проведена не групповая откачка, а были выполнены поочередно из каждой одиночные откачки и за счет них получены срезки уровня, пересчитанные на конец срока эксплуатации водозабора: ДS1, ДS2, ..., ДSn, то общее понижение в неблагоприятно расположенной скважине находится как

Величины срезок ДSi на конец срока эксплуатации водозабора находятся (для каждой из них отдельно) по данным одиночных откачек с использованием уравнения, приведенного выше. Аналогично, при необходимости, можно рассчитать снижение уровня в любой из взаимодействующих скважин данной водозаборной системы.

3.1.4 Балансовый метод

При использовании балансового метода оценки запасов учитываются приходные и расходные составляющие баланса месторождений подземных вод. Приходная часть - инфильтрация атмосферных осадков, поверхностных вод, а также приток воды из соседних водоносных горизонтов. Расходная часть - испарение (для грунтовых вод), отток в поверхностные водоемы, водотоки и другие места разгрузки на дневной поверхности, перетоки в соседние водоносные горизонты.

Балансовым методом определяются, прежде всего, общие возможности эксплуатации подземных вод в районах месторождений. Они должны удовлетворять уравнению

где Qр - региональные естественные ресурсы подземных вод, численно равные расходу подземного потока; Ve - естественные запасы подземных вод; б - коэффициент практического извлечения естественных запасов подземных вод (обычно от 0.3 до 0.6).

Балансовые расчеты применяются, как правило, только в сочетании с гидравлическим и гидродинамическим методами оценки эксплуатационных запасов, так как не дают возможности рассчитывать понижения в водозаборных скважинах и являются региональными.

Наиболее значимой при использовании данного метода является приходная часть баланса, которая складывается из величины естественных запасов и региональных естественных ресурсов.

При определении естественных запасов наибольшие трудности возникают в процессе получения величины водоотдачи µ. Определять последнюю для грунтовых водоносных горизонтов наиболее целесообразно, по мнению Н.Н. Биндемана, на основе опытных откачек из скважин по уравнению:

где в - коэффициент, находимый по графику, приведенному в работе (1), в зависимости от S1 и S2 при заданном отношении; Q - дебит центральной скважины, м3/сут; ф- время опытной откачки, сут; r1 - расстояние до ближней и r2 - до дальней наблюдательных скважин, м; S1 - понижение уровня при откачке в ближней (к центральной) и S2 - в дальней наблюдательных скважинах, м.

Возможно определение водоотдачи по результатам режимных наблюдений, хотя и с меньшей точностью. При этом можно использовать, например, уравнение Г.Н. Каменского в конечных разностях (18).

Нахождение региональных естественных ресурсов в процессе использования балансового метода следует проводить, по рекомендации Н.Н. Биндемана, на основе оценки величины питания водоносного горизонта атмосферными осадками по уравнению:

где W - инфильтрация атмосферных осадков на единицу площади водной поверхности водоносного горизонта, м/сут; F - площадь области питания водоносного горизонта, определяемая по гидрогеологической карте, м2.

Достаточно трудоемкие исследования необходимо выполнять для определения величины инфильтрации атмосферных осадков. Для этого Н.Н. Биндеманом рекомендуется, в частности, уравнение Г.Н. Каменского в конечных разностях при неустановившемся движении грунтовых вод. При использовании данной методики среднегодовую величину инфильтрации можно рассчитать по уравнению

Подобные документы

Классификация запасов месторождений по степени их изученности. Балансовые и забалансовые запасы твердых полезных ископаемых. Стадии выявления их ресурсов. Категории эксплуатационных, перспективных и прогнозных ресурсов подземных вод, нефти и газа.

презентация , добавлен 19.12.2013

Административное и физико-географическое положение водозабора. Гидрогеологические условия района работ. Оценка прогнозных эксплуатационных ресурсов подземных вод Кировской области и обеспеченности ими потребностей хозяйственно-питьевого водоснабжения.

курсовая работа , добавлен 27.10.2014

Геологическое строение и гидрогеологические условия района работ, основы техники безопасности при их проведении. Обоснование гидрогеологических параметров, принятых для оценки эксплуатационных запасов подземных вод. Оценка качества минеральных вод.

курсовая работа , добавлен 20.05.2014

Метод геологических блоков и параллельных разрезов подсчета запасов ископаемых. Преимущества и недостатки рассматриваемых методов. Применение различных методов по оценке эксплуатационных запасов подземных вод. Определение расхода подземного потока.

презентация , добавлен 19.12.2013

Общее представление о ресурсах и запасах нефти и газа. Экономические критерии в новой классификации запасов и прогнозных ресурсов. Пример переоценки запасов месторождений участков нераспределенного фонда недр Сибирской платформы по новой классификации.

реферат , добавлен 19.04.2011

Физико-географическое положение, тектоника, стратиграфия, геоморфология и гидрогеология района. Анализ эксплуатации водозаборов. Оценка и переоценка эксплуатационных запасов подземных вод методом моделирования, снижения уровней в водозаборных скважинах.

дипломная работа , добавлен 15.06.2014

Основные и попутные полезные ископаемые и компоненты. Понятие запасов и ресурсов нефти, горючих газов и конденсатов. Их категории, группы и назначение. Методы подсчёта залежей, оценка прогнозных ресурсов. Подготовленность разведанных месторождений.

шпаргалка , добавлен 13.08.2013

Геологические и гидрогеологические условия территории. Требования к запасам подземных вод, используемых для централизованного водоснабжения. Классификация промышленных категорий запасов. Качество подземных вод и пример расчета зоны санитарной охраны.

курсовая работа , добавлен 02.12.2014

Понятие подземных вод как природных вод, которые находятся под поверхностью Земли в подвижном состоянии. Роль подземных вод в ходе геологического развития земной коры. Геологическая работа подземных вод. Участие подземных вод в формировании оползней.

презентация , добавлен 11.10.2013

Подсчет и пересчет запасов различными методами. Размещение месторождений нефти и газа в мире. Нетрадиционные ресурсы и возможности их реализации. Главные экономические критерии в новой классификации запасов и прогнозных ресурсов нефти и горючих газов.