Эксплуатационная разведка Николаевского месторождения подземных вод для водоснабжения города Капчагай

Водоносный комплекс миоценово-плиоценовых отложений Павлодарской, Харгосской свит (N_1-2)

Описываемые отложения имеют ограниченное распространения в районе. Литологически представлены глинами с подчиненным количеством прослоев песков, песчаников и мергелей. Суммарная мощность водоносных прослоев составляет примерно 11-13% от общий мощности отложений описываемых свит.

Опорной скважиной 10-Г расположенной в Алматинской впадения, напорные водоносные горизонты вскрыты на глубинах от 1996 до 2587 м, уровни установились на глубинах от 77 м до 40,3 м.

Дебиты водопунктов незначительные до 0,7 л/сек. Воды по типу относятся к сульфатно-хлоридным натриевым. Питание вод этих свит, в основном, осуществляется за счет подтока трещинных вод со стороны скальных пород и в меньшей степени за счет инфильтрации поверхностных вод и атмосферных осадков.

Подземные воды зоны открытой трещиноватости каменно-угольных отложений (с)

Описываемые отложения имеют ограниченное распространении в районе. Выходы их на дневную поверхность наблюдаются на северо-востоке изучаемой территории. Литологически они представлены эффузивами, туфами, песчаниками, алевролитами, гравелитами с редкими прослоями известняков. Подземные воды приурочены к зонам дробления и трещинам выветривания. Воды циркулирующие в этом комплексе пород отнесены к трещинным водам. Наибольший трещиноватостью обладают эффузивы и их туфы.

Подземные воды зоны открытой трещиноватости в каменноугольных образованиях часто выклиниваются в виде родников. Расходы их составляют 0,1-3,6 л/сек, но в большинстве случаев 0,2-1 л/сек. Воды пресные с минерализаций 0,1-0,9 г/л, по составу гидрокарбонатные кальциево-натриевые, реки гидрокарбонатно-сульфатные кальциево-натриевые.

Питание трещинных вод происходит за счет атмосферных осадков и подтока вод со стороны интрузивных массивов.

Подземные воды зоны открытой трещиноватости верхнепалеозойских интрузивных пород ()

Интрузивные породы получили развитие на севере района на левобережье и правобережье р.Или. Эти породы весьма разнообразны по минералогическому составу, преобладающими среди них являются граниты, сиениты, диориты, андезитовые, диоритовые и диабазовые порфириты.

Интрузивные породы занимают возвышенные формы рельефа, хорошо обнажены. В пределах развития и трещины зон тектонических нарушений. Хорошая обнаженность пород, их значительная трещиноватость наряду с большим количеством атмосферных осадков, талых и поверхностных вод создают благоприятные условия для накопления и циркуляции подземных вод интрузивных массивов.

Расходы родников колеблются от 0,005 л/с до 10 л/с. Величины сухого остатка колеблются от 0,4 до 1,34 г/л. По типу воды кальциевое гидрокарбонатные, сульфатно-гидрокарбонатные кальциевое и сульфатные кальциево-натриевые.

Питание подземные вод происходит за счет атмосферных осадков, талых и поверхностных вод.

Распространение водоупорных или водопроницаемых, но безводных пород.

Водопроницаемые, но практически безводные верхнечетвертичные аллювиально-пролювиальные, среднечетвертичные делювиально-пролювиальные, эоловые, нижнечетвертичные делювиально-пролювиальные, аллювиальные, нижнее- верхнепермские отложения, а также верхнепермские - нижнетриасовые, верхнекаменноугольные - нижнепермские породы получили распространения по и равному и левому берегам реки Или, на плато Карой.

Верхнечетвертичные и среднечетвертичные отложения имеют небольшую мощность от 3-4 до 15-20 м. представлены песками, галечниками щебнем, щебенистыми супесями. Эти образования почти повсеместно нам всю мощность, а также очень сильную расчлененность верхнечетвертичных аллювиально-пролювиальных и средничетвертичных делювиально-пролювиальных отложений мы относим их к водопроницаемым, по практически безводным.

Значительным распространением на описываемой территории пользуются среднечетвертичные пески перекрытые нерасчлененными четвертичными эоловыми песками - . Здесь наблюдаются редкие прослои гравийно-галечников, супесей, суглинков, глин. Мощность этих песков незначительная и составляет 0,5-4 м. По мере продвижения на восток мощность их возрастает и часто превышает 40 м. в виду того, что эти пески очень часто прорезаны на всю мощность логами и промоинами и слагают наиболее приподнятые элементы рельефа, а также учитывая очень хорошая их фильтрационные свойства они считаются водопроницаемыми, но практически безводными.

Нижнечетвертичные аллювиальные, делювиально-пролювиальные отложения, на плато Карой и на левобережье р.Или. Литологически они представлены суглинками, супесями, гравийно-галечниками, песками, дресвяно-щебнистым материалом. Мощность их незначительны и не превышает 5-10 м. они повсеместно прорезаны руслами временных водотоков.

Нижнее- верхнепермские (Р_1-2) конгломераты, туфопесчаники эффузивы и туфы имеют распространение в Капчагаском ущелы. На левобережье и правобережье реки Или. Мощность их невелика.

Верхнепермские - нижнетриасовые (Р₂-Т₁) туфопесчаники, туфоконгломераты, переслаивающиеся с дацитовыми порфирами распространены на плато Карой. Породы с поверхности выветрены, развиты сетью беспорядочно ориентированных трещин. Естественных выходов подземных вод на площади развития этих отложений нет.

Верхнекаменноугольные - нижнепермские (С₃-Р₁) конгломераты, песчаники, аргиллиты, алевролиты, углисто-кремнистые сланцы колдарской свиты, выше которых залегают дацитовые и кварцевые порфиры, туфоконгломераты, туфопесчаники имеют значительное распространение на плато Карой, в его юго-восточной оконечности. Скважинами, проиденными в описываемых отложениях, подземные воды встречены не были.

В условиях засушливого климата и отсутствия поверхностных водотоков, приподнятости участка и древнированности отложений, накопление подземных вод в вышеописанных отложениях не происходит и поэтому все эти отложения относятся к безводным.

2. СПЕЦИАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Гидрогеологические условия участка

2.1.1 Гидрогеологическая характеристика основного водоносного горизонта

Водоносный горизонт верхнечетвертичных аллювиальных отложений (a Q_III) развит на большой части описываемой территории и в пределах участка работ по ряду геолого-структурных и гидрогеологических признаков классификацирован как Николаевское месторождение подземных вод. На западе описываемым аллювиальным отложениям и безусловно имеет тесную гидравлическую связь с подземными водами этих отложений, тем более, что сколько-нибудь заметного водоупора междуними не наблюдается.

С юга-запада на северо-восток описываемая территория пересекается реками Каскелен и Малая Алматинка, вдоль которых получим распространение водоносный горизонт современных аллювиальных отложений. Учитывая литологическое строение современного водоносного горизонта, в разрезе которого отсутствует сколько-нибудь выдержанный по площади водоупор, гидравлическая связь последнего и верхнечетвертичными аллювиальным водоносным горизонтам очевидно и довольно тесная.

Характеристика верхнечетвертичного аллювиального водоносного горизонта дается нами на основании материалов буровых и опытных работ, выполненных в предыдущие годы, а также в основном по материалом, полученным при детальной разведке месторождения.

В результате бурения скважин установлено, что подземные воды приурочены в верхней части разрезе к гравелистым разнозернистым кварцево-полевошпатовым пескам, а нижний к гравийно-галечникам с песчаным заполнителем и имеют грунтовой характер.

Подземные воды всеми скважинами вскрываются на глубине от 6,89м до 7,6 м.

Мощность обводненной толщи изменяется также незначительно и составляет 43,44-58,4 м.

В результате поинтервального опробования, проведенного на стадии предварительной разведки, установлено, что дебиты скважин, каптирующих верхнюю часть горизонта несколько ниже, по сравнению с дебитами скважин, фильтры в которых установлены в нижней части разреза. Так, в южной части участка из скважины №16 при оборудовании фильтром интервала 28,06-33,16 м получен дебит 2,67 л/сек при понижении 10,34 м, а из интервала 48,5-54,7 - дебит 13,16 л/сек при понижении 9,77 м. из вышеприведенных данных следует, что наиболее обводненной на юге участка является нижняя гравийно-галечниковая часть аллювиального водоносного горизонта. Аналогичная картина наблюдаются и в северной части разведываемого участка. Что касается изменения минерализации подземных вод в вертикальном разрезе, то сколько-нибудь ясной закономерности здесь не наблюдается: по отдельным скважинам она уменьшается с глубиной от 0,44-0,38 г/л (скв.16), по другим она остается постоянной (скв.15) и по некоторым она возрастает с глубинного от 0,31 до 0,52 г/л (скв.12).

По подавляющему большинству скважины дебиты составляют 41,7-45,6 л/сек при понижениях 6,32-14,14 м. удельные дебиты меняются в широких пределах от 1,93 л/сек (скв.1534) до 17,17 л/сек (скв. №1730), в основном же они находятся в пределах 3,22-8,69 л/сек.

Подземные воды описываемого горизонта пресные, с общий минерализацией 0,4-0,6, реки до 0,8 г/л, умеренно жесткие, в основном сульфатно-гидрокарбонатные кальциево-натриевые, реки гидрокарбонатно-сульфатные натриевые. Температура воды по району составляет 14-15,5⁰С.

Питания верхнечетвертичного аллювиального водоносного горизонта осуществляется в основном за счет фильтрации вод реки Каскелен, фильтрации вод из каналов во время поливов, частично за счет инфильтрации атмосферных осадков и подтока вод со стороны среднечетвертичного аллювиального водоносного горизонта.

Движение подземных вод осуществляется в основном параллельно по реки Каскелен. Средний уклон потока, по данным карты гидроизогипс, составляет 0,0032.

В настоящее время подземные воды описываемого водоносного горизонта широко используются для хозяйственно-питьевого водоснабжения.

геологический гидрогеологический месторождение водоносный

2.1.2 Расчетные гидрогеологические параметры

а) Определение коэффициента фильтрации

Анализ результатов кустовых и опытных откачек показывает, что снижение уровня, как в центральных так и наблюдательных скважинах, наиболее интенсивно происходит в первые 1-4 часа после начало опыта, затем резко замедляется и до окончания опытов наблюдается или колебания уровней в пределах 2-4 см от среднего или же постепенное очень медленное их снижение на 1-3 см за сутки. Изменение дебитов в сторону уменьшения так же происходило в первоначальный момент откачек, затем стабилизировалось и отклонение результатов замеров в ту или другую сторону от среднего положения зависимого только от точности измерений.

Исходя из оказанного можно предположить, что все откачки проведены при установившемся режиме фильтрации.

Проведенные опытные работы позволили определить коэффициент фильтрации водоносного пласта как аналитическим, так и графоаналитическими методами.

Аналитическим методом коэффициент фильтрации определялся по формулам Дипюл с учетом поправок на совершенство скважин:

1. Для одиночных и центральных скважин опытных кустов:

 (1)

2. Для центральной и наблюдательных скважин:

(2)

3. Для двух наблюдательных скважин:

(3)

В приведенных формулах:

Q - дебит скважины, м³/сут;

H - мощность водоносного горизонта, м;

S₀, S₁, S₂ - понижения уровня соответственно в центральной или одиночной, первой и второй наблюдательных скважинах, м;

- радиус водоприемной части скважины, м;

- расстояние до первой и второй наблюдательных скважин от центральной, м;

R_n - приведенный радиус влияния, м;

- величины фильтрационные сопротивлений, учитывающие несовершенство центральной, первой и второй наблюдательных скважин.

Приведенный радиус влияния определялся по результатам кустовых откачек из выражения:

 (4)

Так для куста №1534-177 м. Малые величины получены для кустов, расположенных в 40 м от у реза реки.

Для одиночных скважин определение приведенного радиуса влияния производилось по формуле:

(5)

где: t - продолжительность откачки, м³/сут.

а - коэффициент уровнепроводности, м³/сут.

Величина фильтрационного сопротивления, учитывающая несовершенство скважины по степени вскрытия и влияния конструкции фильтра центральных скважин опытных кустов определялась по формуле:

(6)

Средние значение коэффициента фильтрации для Николаевского месторождения подземных вод вычисленное аналитическим методом по данным кустовых откачек составляет 33,8 м/сут.

Графоаналитическим методом определения расчетных гидрогеологических параметров производилось путем построения графиков временного, площадного и комбинированного прослеживания результатов кустовых откачек и опытных откачек из одиночных скважин.

Графики временного прослеживания построены по данным наблюдений за снижением и восстановлением уровня в центральные и наблюдательных скважинах опытных кустов и за восстановлением уровней в одиночных скважинах при откачках с постоянным дебитом.

Графики прослеживания снижения уровня строились в координатах . При этом обработка опытной информации проводилась сперва в табличной форме, где дается расчет времени и величины . По данным таблицам на стандартной бумаге строились точечные графики прослеживания по оси абсцисс откладывалось натуральные время в полулогарифмическом масштабе, по оси ординат величина в линейном масштабе. Через полученные точки проводилась осредилющая прямая.

Анализ проведенных опытов показывает, что восстановлении уровни после откачек, как кустовых ток и из одиночных скважин, быстрое. Наиболее интенсивны восстановлении отмечалось в период 15-45 мин, после остановки опыта. Затем темы восстановления резко снижался до 3-1 см в час. Полное восстановлении наступало через 3-7 час. При этом продолжительность полного восстановления (t) к продолжительности откачки (Т) менее, 0,1 и находится в пределах 0,01-0,06.

Коэффициент фильтрации для графиков временного прослеживания определялся по угловому коэффициенту из формулы [1]:

(7)

где Q - дебит возмущающий (центральной) СКВ, м³/сут;

С - угловой коэффициент, определяемый по графику.

Большинство графиков прослеживания однотипны, характеризуются равномерным снижением уровня. Точки на них располагаются равномерно или с незначительным отклонением от прямолинейности.

Графики прослеживания восстановления уровней в большинстве своем представляют прямых с хорошим разбросом точки, что указывает на равномерное восстановление уровня. Основной процесс восстановления происходил за 0,25-1,0 час с момента восстановления.

Сходимость величин коэффициента фильтрации по скважинам опытных кустов составляет 81-97%, по первым наблюдательным скважинам 83% и по вторым наблюдательным 65%. Сходимость средних значений по кустам 90%.

Средние значения коэффициента фильтрации приняты по графикам прослеживания снижения уровней 36,6 м/сут и по графикам прослеживания восстановления уровней 40,0 м/сут.

Площадное прослеживание результатов откачек. Графики площадного прослеживания построены по данным наблюдений за снижением и восстановлением уровней только в наблюдательных скважинах. Малое количество наблюдательных скважин в кустах несколько снижает качество построения графиков, особенно при близком расположении скважин друг от друга.

Графики площадного прослеживания строились в координатах S(2H-S)-lgr на несколько моментов времени. При этом обработка результатов откачек проводилась сперва в табличной форме, где указывались интервалы времени с начала опыта и производился расчет величины S(2H-S). Моменты времени выбирались, но по возможности, в следующих интервалах 2-3 момента в начальный период опыта при неустановившемся режиме откачки и 1-2 в середине и конце опыта. Данные таблиц наносились на листы стандартной бумаги, где по горизонтали откладывались расстояния до наблюдательных скважин в логарифмическом масштабе, а по вертикали в линейном масштабе величина S(2H-S) для каждой скважины.

Коэффициент фильтрации определялся по вышеприведенной формуле (7), а получены числены значении, согласно работы удваивалось.

Графики площадного прослеживания представляют прямы проведенные через две точки.

Из общей массы полученных данных коэффициента фильтрации по графикам площадного прослеживания как наиболее достоверные принимались только те, которые получены по прямым удовлетворяющим условию , где - момент времени, при котором построена принятая прямая.

Сходимость результатов определения коэффициентов фильтрации по прослеживанию снижения и восстановления 95-100%. Средние значение определенное по 3 кустам составляет 23,35 м/сут.

Комбинированное прослеживание результатов опытных работ произведено по данным наблюдений за снижением и восстановлением уровней в наблюдательных скважинах опытных кустов. Основной информацией при этом служат регулярные во времени замеры уровня одновременно в обоих наблюдательных скважинах.

Графики строились в координатах и .

Обработка результатов отпачек производилось сперва в табличной форме, где дается расчет величин или . Данные таблиц использовались для построения графиков на листах стандартной бумаги в полулогарифмическом масштабе, на которых по оси абсцисс откладывалось величина , а по оси ординат величина S(2H-S) или .

Коэффициент фильтрации определялся по угловому коэффициенту графика из формулы (7).

Графики комбинированного прослеживания представляют совокупность точек по двум наблюдательным скважинам, через которые проведена усредняющая прямая. При этом участки очень медленного снижения, по сравнению с начальным периодом и участки стабилизации уровней на графиках прослеживания не показаны.

Сходимость полученных значений по снижению уровня составляет 82-84%, по восстановлению 90%. Средние значение коэффициента фильтрации по графикам комбинированного прослеживания равно 43,1 м/сут.

Из двух значений коэффициента фильтрации, определенных по формулам и графикам временного прослеживания, за основу при оценке эксплуатационных запасов подземных вод принимаем среднеарифметическое значение, полученное аналитическим методом - 33,8 м/сут.

б) Определение коэффициента уровнепроводности.

Определение коэффициента уровнепроводности производилось по начальным ординатам графиков прослеживания. Величина начальной ординаты снималась с графиков на оси ординат соответственно на графиках временного прослеживания при t=0 площадного прослеживания - и комбинированного прослеживания - .

Численные значения определяемого параметра находились по формулам:

1) для графиков временного прослеживания:

(9)

2) для графиков площадного прослеживания:

(10)

3) для графиков комбинированного прослеживания

(11)

В приведенных формулах:

r - расстояние от возмущающей до наблюдательной скважины, м;

A - начальная ордината графика прослеживания;

C - угловой коэффициент графиков прослеживания;

t - время продолжительности наблюдений от начала опыта до момента снятия результатов, по которым построены графики площадного прослеживания.

При построении графиков прослеживания отсчет времени производился в часах, поэтому полученные по вышеприведенным формулам значение умножались на 24.

Величины коэффициентов уровнепроводности полученные по графикам временного и комбинированного прослеживания являются завышенными. Наиболее приемлемыми результатами считаются полученные по графикам площадного прослеживания на конечные моменты времени, как наиболее стабильные и с достаточной степенью сходимости.

Численные величины принятых значений находятся в пределах 2,9?10³-1,13?10⁴ м²/сут, и в среднем составляют 7,1?10³ м²/сут.

в) Определение средней мощности водоносного горизонта

За основу определения средний мощности водоносного горизонта приняты пробуренные скважины на участке детальной разведки. При этом принимались во внимание только водопроницаемые отложения без учета суглинистых прослоев.

Средняя мощность водоносного пласта на участке детальной разведки принята равной 51 метр.

г) Определение коэффициента водоотдачи правильность оценки естественных запасов подземных вод в основном зависит от точности определения коэффициента водоотдачи.

Данный параметр определяем различными методами по формулам П.А.Берценского и Н.Н.Биндемана.

Метод П.А.Берцинского основном на установлении определенной зависимости между коэффициентом фильтрации и Водоотдачей пород. Аналитическое выражение этой зависимости следующие:

(12)

где: µ - коэффициент водоотдачи грунта;

k - коэффициент фильтрации, м/сутки.

Как показывает опыт, в конкретных гидрогеологических условиях отдельных месторождений подземных вод с относительно однородными литологическими и гидрогеологическими характеристиками, зависимость между водоотдачей и коэффициентом фильтрации имеет достаточно выдержанный характер.

Наиболее достоверны значение коэффициента фильтрации получено по результатом откачен из опытных кустов №1728, 1731, 1534. Поэтому целесообразно определить средние значение величины водоотдачи по этим скважинам.

д) Определение сопротивления русловых отложений

В период паводка р.Каскелен несет большое количество взвешенных частиц, что приводит к образованию зоны кольматации. Однако в последующий период, вследствие увеличение скорости течения воды в реке, происходит перемещение данных осадков, что способствует декольматации русловых отложений. В результате ежегодной переработки русловых образований создается определенное равновесное состояние, характеризующее ту или иную степень закольматированности.

В результате эксплуатации инфильтрационного водозабора произойдет изменении гидрогеологических условий в прирусловой зал. Понижения уровня вызовет возникновение обратных градиентов тем больших, чем больше понижении уровня воды в скважинах водозабора. Инфильтрация поверхностных вод вызовет активизацию процессов кольматации речного русла.

Поэтому на степенью гидравлической связи подземных вод верхнечетвертичных аллювиальных отложений и поверхностных вод р.Каскелен большое влияние оказывает степень заиленность русла реки, кальматации пор водовмещающих пород в прирусловой зоне, другие причины, которые необходимо учитывать при оценке эксплуатационных запасов.

Сопротивление русловых отложений определяется различными методами как по данным опытных, так и по результатам режимных наблюдений и характеризуется расстоянием , на которое следует сдвинуть границу реки от ее действительного уреза.

Гидравлическое сопротивление русла реки по данным опытной кустовой откачки определяется по методу, предложенному Е.Л.Минакиным для условий неустановившегося движения. Путем подбора значений «а» по формуле:

(14)

где S₁ и S₂ - понижения соответственно в центральной и наблюдательной скважине, м;

Н₀ - мощность водоносного горизонта. м;

а₀ - расстояния центральной скважины до реки, м;

в - расстояние наблюдательной скважины до центральной;

r₀ - радиус скважины.

Величина сопротивления русловых отложений рассчитывается по формуле:

(15)

где Z - расстоянии центральной скважины до реки, и.

R - абсцисса графика при S=0.

По графику прослеживание понижение уровня R=360 м на момент времени 120 часов.

Тогда по прослеживанию понижения будет равно

м

Состав содержание и методика проведения гидрогеологических исследований на стадии эксплуатационной разведки

Эксплуатационные запасы подземных вод - количество воды в м3/с (сут), которое может быть получено рациональными в ями, при заданном режиме эксплуатации и при качестве вод удовлетворяющим требованиям потребителя в течении всего срока эксплуатации.

Под понятием рациональность водозаборного сооружения понимаются минимальные капитальные и эксплуатационные затраты, что достигается согласованием следующих позиций:

1. Возможность водоотбора в объем заявленной потребности, минимальным количеством компактно расположенных водоприемных сооружений. Это достигается выбором участка с наиболее благоприятными параметрами пласта и границ, оптимальной конструкцией скважин, выбором оптимальной схемы размещения скважин.

2. Наиболее близкое расположение водозабора и потребителю. Срок эксплуатации устанавливается в зависимости от целевого назначения водозаборного сооружения: для крупных водозаборов - срок амортизации оборудования (27 лет), для временных - 5, 10, 15 лет.

Качество воды извлекаемое водозаборными сооружениями должно сохраняется в течении всего расчетного срока и регламентируется или ГОСТом, или требованиями конкретного потребителя.

Методы оценки эксплуатационных запасов подземных вод: гидродинамический, гидравлический, балансовый, метод аналогии.

Гидродинамический метод основан на применении для расчетов водозаборов математических формул для начальных и граничных условий, где доказывается изменение уровня подземных вод к концу срока эксплуатации.

Гидравлический метод оценки эксплуатационных запасов подземных вод основан на непосредственном использовании данных откачек из скважин. Расчет водоотбора этим методы сводится к экстраполяции по кривым дебита, или по эмпирическим графиком зависимости понижения от времени. Достоинство этого метода - не требуется расчет гидрогеологических параметров горизонта.

Эксплуатационные запасы подземных вод - особая балансовая категория проявляющая только при возмущения естественной гидродинамической обстановки конкретным водозабором, расположенным в определенном месте и имеющим определенную конструкцию.

Эксплуатационные запасы подземных вод месторождения могут обеспечивается:

- естественными запасами и естественными ресурсами подземных вод разрабатываемого и гидравлически связанных с ним снежных водоносных горизонтов;

- привлекаемыми в процессе эксплуатации поверхностными водами;

- искусственными запасами и ресурсами, формирующимися в результате гидротехнического строительства, орошения земель, либо искусственного подпитывания водозаборов.

Под естественными запасами понимаются объем гравитационной воды, заключенной в порах, трещинах, карстовых и других пустотах горных пород, а таким упругие запасы - объем воды, высвобождающейся из напорного водоносного горизонта при понижении в нем пластового давления.

Естественные ресурсы - это величина питания водоносного горизонта в ненарушенных эксплуатацией подземных вод гидрогеологических условиях, равная сумме всех приходных элементов Баланса водоносного горизонта. Величина естественных ресурсов может изменяться по сезонам года и в многолетнем периоде в зависимости от интенсивности питания водоносного горизонта.

В нарушенных при эксплуатации подземных вод гидрогеологических условиях питания водоносного горизонта может возрастать за счет улучшения условий инфильтрации атмосферных осадков, уменьшения испарения с поверхности грунтовых вод и транспирации и др.

Возможность привлечения к водозаборным сооружениям транзитного поверхностного стока, вод озер и водохранилищ, естественных ресурсов и запасов подземных вод разрабатываемого и снежных с ними водоносных горизонтов или усилие подпитывания водозабора искусственным путем зависит от условий залегания водоносных горизонтов, наличия или отсутствия разделяющих их слабопроницаемых пластов: участков их размыва или фациального замещения проницаемыми отложениями, заимнности русловых отложений, типа, конструкции и схемы размещения водозаборных сооружений и пр.

Эксплуатация подземных вод может происходит при установившемся или неустановившимся режимах фильтрации. В первом случае эксплуатационные запасы полностью обеспечиваются возобновляемыми источниками формирования, во втором - обеспечиваются частично.

В любом случае, учитывая связь подземных вод с внешний средой, условия которой весьма изменчивы, подсчет запасов следует производит на ограниченный срок эксплуатации с учетом допустимого снижения уровня воды к концу этого срока и при условии сохранения водохозяйственной обстановки.

Величина допустимого снижения уровня воды определяется исходя мощности водоносного горизонта, величины напора подземных вод, технических возможностей при условии предотвращения или сведения к минимуму ущерба окружающей природной среде, связанного с отбором подземных вод.

В процессе эксплуатации качество подземных вод может оставаться неизмененным или изменяться во времени как при неустановившемся, так и при установившемся режимах фильтрации. Возможность изменения качества вод обусловливается гидрогеологическими и гидрохимическими условиями, наличием источников загрязнения, условиями и величиной водоотбора.

В связи с этим, в не зависимости от режима фильтрации, срок возможного действия водоотбора, определяется с обязательным соблюдением условий сохранения требуемого качества вод.

Таблица 2.1

Основное содержание эксплуатационной разведки подземных вод

Основное содержание эксплуатационной разведки	Целевое назначение	Примерный перечень основных видов работ
Гидрогеологический надзор строитель-ством крупных водозаборных сооружений	Обеспечение авторского надзора за строительст-вом квалифицированной гидрогеологической документаций и строи-тельством наблюдатель-ной режимной сети на водозаборном участия.	1) Документация всех буровых скважинах; 2) предпусковое исследования скважин; 3) производство строительных откачек; 4) строительство наблюдатель-ной сети для излучения режима подземных вод: 5) оформление передача водозабор-ных скважин в эксплуатацию.
Переоценка эксплуатационных запасов подземных вод непосредственно на участие действующего водозаборного сооружения	Выбор наиболее рацио-нальных условий дли-тельной эксплуатации подземных вод, в том числе с учетом их охраны от загрязнения: обоснования увеличения общей производитель-ности водозабора (или уменьшения) а также перевод ранее разведен-ных запасов подземных вод по перспективным категориям в промыш-ленным (категории А и В).	1) Комплекс наблюдений зпа изучением режима подземных вод; 2) бурения дополнительных наблюдательных скважин; 3) исследования фильтра-ционных свойств водоносного горизонта по площади; 4) камеральная обработка материалов; 5) оформление (утверждения) результатов переоценки запасов подземных вод и рекомендации по рациональным условием их эксплуатации.
Перевод ранее разведанных эксплуатационных запасов подземных вод на флангах месторождение из перспективных С1+С2) в промышленные (А+в) категории	Обоснование дальней-шего расширения дейст-вующего водозаборного и сооружения (в связи с дополнительной потреб-ностью объекта водо-снабжения)	1) комплекс режимных наблю-дений; 2) бурения дополнительных разве-дочных и наблюдательных сква-жин на флангах месторождения; 3) камеральная обработка материалов режимных наблю-дений на действующем водо-заборе и утверждения запасов.
Искусственное вос-полнение эксплуата-ционных запасов подземных вод на участке действую-щего водозаборного сооружения	Предотвращения истощения запасов подземных вод на площади водозабора и увеличения общей его производительности.	1) изыскание источника вос-полнения запасов подземных вод; 2) специальные гидрогеологи-ческие исследования (бурения скважин, опытные нагитания и др); 3) гидрогеологический надзор за строительством и сдачей в эксплуатацию сооружении по восполнению запасов; 4) режимные наблюдения за эксплуатаций сооружения;
Охране подземных вод на площади действующего водозаборного сооружения от загрязнения	Обеспечение качества воды источника хозяйст-венно-питьевого водоснабжения	1) Специальные гидрогеоло-гические исследования; 2) бурение дополнительных наблюдательных; скважин и стационарные изучения режима подземных вод; 3) лабораторные исследования.
Оценка эксплуата-ционных запасов подземных вод на прилегающих и месторождению участках в анало-гичных гидрогео-логических условиях	Обоснование строительства нового водозаборного сооружения в связи с дополнительной потребностью объекта водоснабжения.	1) дополнительные разведочные работы (бурения одиночных скважин и опытные откачки); 2) изучение режима подземных вод; 3) оценка запасов подземных вод на новом участке методом аналогии утверждение приращенных запасов с целью обоснования строительства водозабора.

При освоение всех месторождений твердых полезных ископаемых применяется эксплуатационная разведка. При этом считается что без эксплуатационной разведки нельзя геологически грамотно и эффективно произвести промышленную обработку месторождений и обеспечить перевод ранее разведанных запасов в более высокие категории. Следует полагать, что этот основной вывод целиком относится к освоению месторождений пресных подземных вод.

Основная задача эксплуатационной разведки в период освоения месторождения подземных вод состоит в обеспечении квалифицированного гидрогеологического обоснования строительства водозаборного сооружения. Можно пометить следующий порядок гидрогеологических работ в период строительства водозаборного сооружение: 1) гидрогеологический контроль за бурением эксплуатационных скважин и надзор за соблюдением проектной их конструкции; 2) предпусковая исследования гидрогеологических скважин; 3) эксплуатационные опробования скважин; 4) строительство наблюдательной сети для стационарного изучения режима подземных вод на участке водозаборного сооружения; 5) исследование и участие в строительстве зон санитарной охраны; 6) оформление передачи водозаборных скважин в эксплуатацию заинтересованной организации.

Гидрогеологические исходные данные, получаемые при бурение водозаборных скважин, являются один из основных документов для обоснования последующей рациональной эксплуатации каптажного сооружения. Именно поэтому работы по осуществлено тщательного участке имеют большое значение. Для решение этой задачи целесообразно осуществить: а) планово-высотную привязку эксплуатационной скважины на водозаборном участке: б) контроль за правильным выбором способов и технологии бурения эксплуатационных скважин; в) гидрогеологическую документацию и составления паспорта водозаборных скважин.

Участие гидрогеолога в планово-высотной привязке проекта размещения эксплуатационных скважин на водозаборном участке, особенно имеющем сложные природные условия, является крайне необходимым. В этом отношений важно выполнить инструментальную разбивку в натуре схемы расположения эксплуатационных скважин и обосновать последовательность их проходки, эта задача может быть решена при строгом учете гидрогеологических особенностей водозаборного участка и всего месторождения в целом, в том числе граничных условий и прогноза возможных их изменений в процессе длительной эксплуатации.

В процессе строительства скважин могут быть обнаружены некоторые гидрогеологические детали, характеризующие, например, неоднородность водоносного горизонта, изменение его мощности и др.

Задача гидрогеологического надзора заключается в принятии решений по рациональному размещению водозаборных скважин с учетом обнаруженных гидрогеологических деталей. В этом отношении бурение эксплуатационных скважин целесообразно производить на водозаборном участке методом последовательной их проходки.

Дело в том, что в процессе детальной разведки месторождений подземных вод, как правило, выполняется бурение лишь части скважин, намеченных по схеме будущего водозабора. Этим и объясняется необходимость последовательной проходки эксплуатационных скважин на участке водозаборного сооружения и тщательного анализа гидрогеологических данных, выявляемых в процессе бурения. Игнорирование этих требований может привести и значительным осложнениям при будущей длительной эксплуатации водозабора, к излишнем дополнительным объемом бурения.

В процессе составления технического проекта водозаборного сооружения гидрогеологические особенности обычно учитываются при выборе конструкции эксплуатационных скважин, оборудовании их соответствующими эффективными фильтрами и др. Все это должно обеспечить проектные дебиты каждой эксплуатационной скважины и общую производительность водозабора.

Количественны и качественное опробование подземных вод продуктивного горизонта в период строительства каптажного сооружения должно быть осуществлено путем проведение одиночных откачек из каждой эксплуатационной скважины (предпусковое опробовании) и групповой - откачки одновременно из всех скважин водозабора (строительная или эксплуатационная откачка).

Однако до предпускового исследования и тем более эксплуатационного опробования скважина должна быть соответствующим образом подготовлена к таким исследованиям. Эта подготовка скважин состоит в восстановлении в призабойной части фильтрационных свойств вскрытого водоносного горизонта.

Цель предпусковой откачек состоит в проверки подготовленности скважин к длительной эксплуатации и получении необходимых контрольных гидрогеологических данных (проектный дебит, расчетная величина понижения уровня, качество воды, работа фильтра и др.).

Эксплуатационные откачки проводятся с целью проверки работы водозахватных сооружений с суммарной производительностью и установления оптимального режима будущей эксплуатации.

Можно наметить следующие общие рекомендации по проведению эксплуатационной откачки на водозаборном сооружении.

1. Разработать программу проведения эксплуатационной откачки применительно к данным гидрогеологическим условиям водозаборного участка и конкретным требованиям проекта каптажного сооружения. В программе необходимо обосновать режим проведения откачек ее продолжительность и технически условия опробования.

2. Откачка должна проводится одновременно из группы скважин, подготовленных согласно проекту к длительной эксплуатации (кроме резервных).

3. Режим проведения эксплуатационной откачки (дебиты скважин, величина понижения, последовательной или одновременный пуск всех скважин, продолжительность опробования и др. Целесообразно выбрать в строгом соответствии с требованиями утвержденного проекта водозабора; в конце концов, главная цель эксплуатационной откачек - проверить опытным путем суммарный дебит водозабора, техническую подготовленность водозахватного сооружения к длительной работе.

4. Групповая эксплуатационная откачка может быть проведена только после того, когда на всех скважинах полностью будет выполнен монтаж измерительной аппаратуры (для замеров дебита, уровня воды и отбора проб воды), предусмотренный проектом.

5. Целесообразно также приурочить проведения эксплуатационной откачек к периоду завершения строительства напорной нитки водовода, что позволит решить вопрос откачиваемой воды (непосредственно в водовод).

6. Необходимо также ко времени проведения эксплуатационной откачки иметь на водозаборном участке полностью оборудованную наблюдательную сеть для выполнения исследований за режимом подземных вод. В некоторых случаях результаты эксплуатационной откачки могут быть использованы для уточнения схемы расположения наблюдательных скважин.

7. Учитывая основную цель количественного опробования всего водозабора, суммарный дебит эксплуатационной откачек, как и дебит каждой скважины, и соответственное значение понижения уровня в выработках целесообразно принять такими, как это предусмотрено проектом строительства. В этих условиях можно сравнивать проектные и фактические данные.

На площади водозаборных участков речных долин, где осуществлено строительство каптажного сооружения инфильтрации типа с высокой степенью обеспеченности постоянным питанием (постоянно действующие поверхностные водотоки или водоемы), эксплуатационную групповую откачку целесообразно проводить непродолжительные время - примерно 1-2 суток.

Для длительного изучения режима подземных вод в период их длительной эксплуатации должен быть составлен проект строительства наблюдательной сети, являющейся составной частью общего проекта водозаборного сооружения. В опорную режимную наблюдательную сеть должны входить: а) все эксплуатационные скважины водозабора, для чего они должны иметь необходимые оборудования для изучения режима подземных вод; б) специальные наблюдательные скважины (пьезометры); в) гидрометрические посты на реках и родниках.

Устройство наблюдательной сети на водозаборном сооружении (участке) должно быть осуществлено до начало строительства каптажного сооружения.

Гидрогеологические исследования, включающие стационарное изучение режима подземных вод, являются одним из главных в общем комплексе работ по эксплуатационной разведки месторождений.

В задачи режимных исследований входят:

1. Выявление характера и закономерностей изменения естественного режима подземных вод на водозаборном участке, формирующегося под влиянием длительного водоотбора, в первую очередь изменения граничных условий потока в плане и разрезе.

2. Уточнение гидрогеологических параметров продуктивного водоносного горизонта по данным режимных наблюдений с учетом изменившихся в процессе эксплуатации граничных условий фильтрационного потока подземных вод.

3. Переоценка эксплуатационных запасов подземных вод на площади водозаборного участка и обосновании оптимального режима эксплуатации водозаборного сооружения.

4. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод на флангах месторождения.

5. Своевременное предупреждение возможного ухудшения качества подземных вод на участке водозаборного сооружения и обоснование мероприятий по предотвращению этих процессов.

6. Сравнительная оценка гидрогеологических данных разведки и опыта эксплуатации подземных вод.

7. Накопление опыта эксплуатации подземных вод в различных гидрогеологических условиях для дальнейшего совершенствования методов разведки и оценки запасов подземных вод.

Граничные условия водозаборного участка являются главным фактором, определяющим принцип размещения наблюдательной сети. При этом должно учитываться расположение водозаборов относительного границ области фильтрации потока в плане, а также относительно границ раздела в вертикальном разрезе.

Граничные условия - это комплекс природных факторов, характеризующих связь водоносного горизонта с окружающей среды.

Граничные условия фильтрационного потока, по существу, определяют закономерности формирования режима подземных вод (в естественной и нарушенной обстановке) в районе водозабора, изменения во времени уровня воды в эксплуатационных скважинах, условиях их взаимодействия и в целом формирование депрессионной воронки и эксплуатационных запасов.

Комплекс гидрогеологических и инженерно-геологических работ в стадии эксплуатационной разведки включает три основных направления работ: 1) гидрогеологические исследовании по изучению режима подземных вод и поверхностных вод на площади действующих водозаборных сооружений; 2) инженерно-геологические исследования, направленные на изучение деформации поверхности земли, возникающий под влиянием интенсивной эксплуатации подземных вод; 3) изыскание источников и способов искусственного восполнения эксплуатационных запасов на действующих водозаборах как средства борьбы с истощением водоносного горизонта.

По первому направлению целесообразно наметить следующие основные виды работ: а) изучение режима дебита эксплуатационных скважин и суммарного отбора подземных вод на водозаборном сооружения; б) исследования по изучению режима уровня подземных вод на площади влияния водозабора; в) контроль за изменением качества подземных вод в процессе их длительной эксплуатации и исследования по охране подземных вод от загрязнения под влиянием искусственных факторов; г) изучение температурного режима подземных вод; д) гидрогеологический и санитарно-технический надзор за эксплуатацией за санитарной охраны; е) гидрогеологический контроль за эксплуатацией глубинных центробежных скважинных насосов; ж) исследование по изучению режима поверхностных вод на площади влияния водозабора.

По второму направлению состав работ по существу с режимными инженерно-геологическими наблюдении за возможной деформацией поверхности на площади влияния водозаборных скважин.

Третье направлении предусматривает: а) изыскания возможных источников искусственного восполнения эксплуатационных запасов подземных вод на действующем водозаборе; б) разработку и обоснования способов искусственного выполнения эксплуатационных запасов применительно к конкретным гидрогеологическим условиям действующего водозабора; в) проведение опытно-производственных работ по искусственному восполнению; г) дополнительные исследования по изучению режима подземных вод.

Весь этот комплекс работ следует рассматривать как средство борьбы с истощением запасов на действующем водозаборном сооружении, обеспечивающем возможное увеличение его дебита.

Режим уровня подземных вод в водозаборных скважинах и в продуктивном горизонта на площади влияния водозабора является одним из главных показателей сложной картины динамики фильтрационного потока, определяющих выбор рациональных условий эксплуатации месторождений.

Темпы изменения уровней подземных вод во времени определяют и календарные сроки изучения режима, а также частоту измерений и способы обработки режимных наблюдений.

Раздельный и суммарный отбор подземных вод с помощью буровых скважин или каптажных галерей входят как основной параметр во все последующие гидродинамические расчеты по уточнению значений гидрогеологических параметров пласта и по переоценке эксплуатационных запасов.

Гидрогеологический контроль за эксплуатацией глубинных скважинах насосов на водозаборе позволяет своевременно принято меры к переоборудованию каптажных скважин в связи с изменяющимся гидрогеологическими условиями.

Таким образом, все три перечисленные выше направления гидрогеологических и инженерно-геологических работ, определяющих содержание эксплуатационной разведки подземных вод, должны предусматриваться на водозаборных сооружениях в рациональном их сочетании в зависимости от конкретных условий и конкретных требований объекта исследований.

2.1.4 Обоснование граничных условий месторождения

Рассмотренные выше геологическое строями и гидрогеологические условия месторождения свидетельствуют о том, что долина р.Каскелен по Е.Л.Минину относится к группе А, т.е. намеченный к эксплуатации водоносный горизонт верхнечетвертичных аллювиальных отложений имеет непосредственную гидравлическую связь с рекой и имеет следующие граничные условия по площади и в вертикальном разрезе.

Фильтрационная неоднородность аллювиальная отложений в разрезе, по-видимому, связанна с различными циклами осадконакопления, привела к образованны двухслойного строения толщи. Нижняя часть водоносного горизонта является наиболее перспективной для эксплуатации с целью организации водоснабжения с.Капчагай в следствии большой водопровдимости.

Общая мощность водоносного горизонта колеблется в пределах 41,1-58,4 м.

Движение грунтового потока происходит параллельно современному равно 0,0032. При данных условиях река обычно питает подземные воды.

Верхнечетвертичные отложения на западе контактируют со среднечетвертичными образованиями, переработанными сверху эоловыми процессами, подземные воды которых гидравлические связаны между собой.

В южном и северном направлении водоносный горизонт характеризуются как безграничный пласт.

Опытными работами установили характер взаимосвязи поверхностных и подземных вод. На описываемым участие мы имеем подпертый режим фильтрации поверхностных вод.

Среднегодовой поверхностный сток р.Каскелен в районе участка эксплуатационной разведки составляет 4,06 м³/сек. Поэтому можно судить о наличии границы с постоянным напором по р.Каскелен, расположенной на расстоянии от 500 до 1500 м, в среднем 1100 м.

2.1.5 Оценка эксплуатационных запасов подземных вод

При существующих гидрогеологических условиях наиболее рациональной схемой является линейный ряд скважин, расположенный параллельно р.Каскелен с целью устройства водозабора инфильтрационного типа. Средне расстояние от г.Капчагая 12 км.

р.Каскелен рассматривается нами, как граница с постоянным напором, условно смещенная относительно истинного уреза реки на некоторое расстояния , учитывающее дополнительное фильтрационное сопротивлении в русловой зоне.

Понижение уровня в скважинах, расположенных в виде линейного ряда вблизи реки с постоянным поверхностным стоком определяем по формуле М.Ф.Бочевера.

где, - понижения уровня, вызваны системой скважины, м.

- дополнительное понижение в скважине, м.

Величина

где Н - средняя мощность водоносного горизонта м;

К - коэффициент фильтрации, м/сутки;

Q - суммарный дебит водозабора, м³/сутки;

Z₀ - расстояние водозабора до реки, м.

- сопротивления русловых отложений, м;

- радиус большого колодца и для линейного ряда скважин равен

где - длина ряда.

Величина определяется по следующей зависимости

где - приведенный радиус условной области влияния скважин, м;

- радиус скважин, м;

- величина фильтрационного сопротивления, учитывающая несовершенство скважин.

Приведенный радиус области влияния скважин определяется по формуле:

где у - расстояние между скважинами, м.

Контрольное определение величины понижения для взаимодействующих скважин, расположенных у контура питания, производим методы зеркального отображения и положения течений по формуле:

где Q - дебит скважины, в которой определяется понижения уровня, м³/сутки;

- расстояние от скважины, в которой определяется понижение до других скважин с дебитом соответственно.

Q₁…Q_n, м;

- расстояние этой скважины до зеркального отображения других скважин водозабора, м.

В обоснование подсчета запасов подземных вод по категории А величины разведочно-эксплуатационные скважины, пробуренные на участке детальной разведки, по которым в процессе опытных работ получены надежные исходные данные для расчета производительности водозабора.

Запасы по категории А подсчитаны по суммарному фактическому дебиту при взаимодействии скважин, которое учтено в расчетах эксплуатационных понижений путем суммарных срезок взаимодействующих скважин водозабора. Расстояние между скважинами от 430 до 600 м.

К категории А отнесены фактически полученных дебиты 8 скважин №-15, 1726, 1727, 1728, 1729, 1730, 1534, 1535, пробуренных на водоносный горизонт верхнечетвертичных отложений. Суммарный фактический дебит этих скважин равен 341 л/сек или 29462 м³/сутки.

Эксплуатация подземных вод должна осуществляться только при наличии сети режимных наблюдательных скважин и специальной гидрогеологической службы с целью изучения влияния поверхностного стока р.Каскелен на развитие депрессионной воронки и возможного изменения качества подземных вод.

Режимные наблюдение рекомендуется вести по линии водозабора и на пойменной террас в непосредственной близости у реза реки Каскелен. Для наблюдении необходимо использовать наблюдательные скважины.

2.1.6 Рекомендации по установлению зон санитарной охраны

Наиболее глубинных залегание уровня эксплуатационного водоносного горизонта от поверхности земли могут естественно привести и загрязнению подземных вод и выходу из строя будущего водозабора. При проектировании и сооружении водозабора необходимо предусмотреть устройство зон санитарной охраны, которые обеспечит работу водозабора при удовлетворительном качестве извлекаемых вод.

...