Запасы подземных вод

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Понятие об основных видах ресурсов и запасов подземных вод и эксплутационных запасах подземных вод

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.

Различие между содержанием терминов "ресурсы" и "запасы" достаточно точно определено Н.Н.Биндеманом [1]: первый из них характеризует запасы, обеспеченные за счет подтока вод от источников и областей питания, а второй - упругие и/или гравитационные запасы самого месторождения. В отличие от других полезных ископаемых, запасы и ресурсы подземных вод обычно измеряются в единицах расхода.

Разновидности ресурсов

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

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.

Особую группу составляют прогнозные ресурсы и прогнозные эксплуатационные ресурсы (региональные и локальные) [7]. Первые из них включают любые прогнозируемые ресурсы, (категория Р), а ко вторым относятся те ресурсы, которые могут обеспечивать в определенном объеме питание эксплуатируемых месторождений подземных вод.

Запасы подземных вод

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

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 месторождеий 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.

* Категория А - запасы подземных вод освоенные.

* Категория В - разведанные.

* Категория С1 - предварительно оцененные.

* Категория С2 - выявленные.

Эти категории подразделяются на промышленные, позволяющие вести эксплуатацию месторождений (А, В, иногда С1), и непромышленные (С1, С2).

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).

Оценка обеспеченности эксплуатационных запасов подземных вод

Эксплуатационные запасы подземных вод оценивают путем получения доказательств возможности эксплуатации подземных вод водозабором с заданным дебитом в течение определенного срока или неограниченно долгое время. В конечном итоге оценка запасов сводится к расчету конечных величин понижения уровня воды в скважинах водозабора в основном при заданном дебите скважин.

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод осуществляется методами гидродинамическим, гидравлическим, балансовым, методом математического моделирования и методом гидрогеологических аналогий.

Гидродинамический метод. Оценка запасов этим методом заключается в расчетах по формулам, полученным из уравнений математической физики и теоретической гидродинамики. И уравнения, и полученные из них формулы являются достаточно строгими с физической и математической точек зрения. Расчеты производят применительно к той или иной расчетной схеме, соответствующей конкретным гидрогеологическим условиям с учетом начальных и граничных условий потока и гидрогеологических параметров водоносного пласта в пределах рассматриваемой области фильтрации.

Гидродинамический метод целесообразно применять для оценки запасов месторождений 1-й и 2-й групп сложности. Для месторождений с очень сложными гидрогеологическими условиями следует пользоваться другими методами. Во многих случаях гидродинамический метод не требует дополнительных расчетов при оценке степени обеспеченности разведанных запасов.

Расчет эксплуатационных запасов подземных вод выполняют следующим образом.

1 Учитывая заявленную потребность в воде и расчетный дебит каждой скважины, определяют общее количество скважин в проектируемом водозаборе.

2 Затем выбирают наиболее рациональную схему расположения скважин, исходя из гидрогеологических условий участка водозабора.

3 Применительно к выбранной схеме расположения скважин и обоснованной расчетной схеме выбирают расчетную формулу, по которой определяют расчетное понижение уровня подземных вод Sрас. Оно не должно превышать допустимую величину понижения S_доп. Если условие S_pac < S_доп. выполняется, то эксплуатационные запасы для данного участка могут считаться обеспеченными, При невыполнении этого условия следует уменьшить суммарный водоотбор или выбрать другую схему расположения скважин.

Допустимое понижение S_доп. устанавливают в каждом конкретном случае в зависимости от сложности гидрогеологических условий, технико-экономических факторов и технических требований эксплуатации. Для безнапорных водоносных горизонтов эта величина обычно принимается равной 50--70% их мощности. Допустимое понижение в напорных водоносных пластах равно величине напора над кровлей пласта плюс 50--70% их мощности (если предусматривается в процессе эксплуатации частичное осушение пласта).

Высокую точность формул динамики подземных вод нельзя отождествлять с реальной точностью расчетов эксплуатационных запасов подземных вод. Наиболее важный этап оценки эксплуатационных запасов подземных вод -- схематизация природных условий, которая является решающим фактором при применении тех или иных типовых решений.

Для полной достоверности прогнозов следует гидродинамический метод использовать в совокупности с методом математического моделирования, особенно для сложных гидрогеологических условий.

Гидравлический метод. Этот метод оценки запасов базируется на использовании опытных данных с их последующей экстраполяцией. Расчетный дебит водозабора или предполагаемое понижение уровня в скважинах водозабора оценивают по эмпирическим данным, полученным при проведении опытно-фильтрационных работ или эксплуатации водозабора. Метод применяется при решении следующих задач:

__ выяснение зависимости понижения уровня воды в скважине от дебита;

__ определение срезок уровня при расчетах взаимодействующих скважин;

__ прогноз роста депрессионной воронки при эксплуатации группового водозабора.

Достоинством гидравлического метода является комплексный учет гидрогеологических факторов, обусловливающих работу скважин (сопротивление в прискважинной зоне, нарушения линейного закона фильтрации, литологическая неоднородность пласта, наличие различных границ пласта и др.). Поэтому этот метод целесообразно использовать на месторождениях со сложными и очень сложными гидрогеологическими условиями (карстовые воды, трещинные воды и др.), где трудно использовать другие методы, а также в районах действующих водозаборов.

К недостаткам метода следует отнести невозможность определить обеспеченность восполнения эксплуатационных запасов подземных вод, поскольку опытные зависимости не включают элементов баланса потока подземных вод. Поэтому гидравлический метод обычно используется совместно с гидродинамическим пли балансовым.

Балансовый метод. Водный баланс какого-либо района -- это количественное соотношение элементов. Для определения баланса грунтовых вод необходимо количественное иное определение приходных и расходных его элементов в пределах какого-то района. Границами района могут быть реки, каналы (боковые), верхней границей является поверхность земли, а нижней -- кровля подстилающего водоупорного слоя.

Приходные и расходные элементы баланса:

приходные элементы:

питание за счет атмосферных осадкой А0

питание грунтовых вод за счет фильтрации воды из каналов, рек, Ф;

питание за счет оросительных вод, О;

приток подземных: вод с соседнего участка П1;

питание грунтовых вод путем перетекания вод нижележащих горизонтов, М;

питание за счет конденсации паров воды К;

расходными элементами баланса грунтовых вод могут быть:

испарение с поверхности грунтовых и капиллярных вод И;

транспирация воды растительностью Т;

отток воды в дренирующие сооружения (реки, дрены, скважины) Д;

отток подземных вод за пределы участка П2;

перетекание грунтовых вод в нижележащие водоносные горизонты Г

Разница в приходных и расходных элементах вызывает изменение уровня грунтовых вод.

Определяющее питание и расходование подземных вод за определенный отрезок времени.

Уравнение водного баланса в общем виде за время t имеет вид:

где

F-- площадь балансового участка, м₂; Д Н -- среднее изменение уровня грунтовых вод на балансовом участке за время t, м; -- средняя величина водоотдачи или недостатка насыщения горных пород в зоне колебания уровня грунтовых вод.

Оценка запасов подземных вод балансовым методом позволяет определить водный баланс участка или месторождения и установить обеспеченность восполнения эксплуатационных запасов. Метод следует использовать на месторождениях, приуроченных к ограниченным по площади структурам с. большой водопроводимостью водовмещающих пород, а также при региональной оценке ресурсов подземных вод. Балансовым методом оцениваются эксплуатационные запасы подземных вод, когда их использование предусматривается посредством каптирования родников. Балансовым методом можно установить отдельные источники накопления эксплуатационных запасов и оценить их обеспеченность. Поэтому использование балансового метода совместно с другими (гидродинамическим или гидравлическим) в большинстве случаев является весьма целесообразным.

Метод математического моделирования. Этот метод используют для оценки эксплуатационных запасов в очень сложных гидрогеологических условиях, которые не укладываются в типовые расчетные схемы. Моделирование с помощью современной компьютерной техники нужно считать одним из важнейших научных методов познания сложных гидрогеологических условий.

При поисках и разведке подземных вод моделирование используется в двух основных направлениях: 1) оценка эксплуатационных запасов подземных вод; 2) обоснование рациональных способов разведки месторождений или поисково-разведочное моделирование. К вопросам второго направления, которые разрешаются с помощью математического моделирования, относятся; уточнение гидрогеологической обстановки месторождения, определение расчетных гидрогеологических параметров и др.

Использование метода математического моделирования совместно с другими, описанными выше, позволяет давать надежную и достоверную оценку эксплуатационных запасов подземных вод.

Метод гидрогеологических аналогий. Сущность этого метода включается в использовании данных режима эксплуатации существующего водозабора для оценки запасов на разведочном участке, который имеет аналогичные гидрогеологические условия участком существующего водозабора. Метод оценки запасов является приближенным, но когда хотят ускорить темпы разведки месторождений, особенно со сложными гидрогеологическими условиями, то им пользуются. При этом соблюдаются следующие условия: залегание и литологический состав рассматриваемых водоносных горизонтов, граничные условия, в плане и разрезе, площадь участков, условия и источники питания подземных вод, состав пород в кровле и подошве водоносного пласта и др.

3. Оценка динамических (естественных) ресурсов подземных вод по расходу потока в его поперечном сечении, по величине ежегодного питания за счет инфильтрации атмосферных осадков, по данным режимных наблюдений, балансово-гидрометрическим и гидрометрическим методами.

4. Оценка емкостных гравитационных и упругих запасов.

5. Искусственные ресурсы и запасы. Привлекаемые ресурсы.

Искусственные запасы -- объем подземных вод, накопившихся в горных породах под влиянием инженерной деятельности человека (магазинирование подземных вод. орошение, фильтрация из каналов и водохранилищ и др.).

Искусственные ресурсы характеризуются расходом воды, поступающим в водоносныйгоризонт благодаря техногенным процессам (поступление воды из каналов, водохранилищ, массивов орошения, специальных инфильтрационных бассейнов и т. д.).

Привлекаемые ресурсы -- расход подземных вод, который формируется в эксплуатируемом водоносном горизонте не в естественных условиях, а непосредственно в процессе эксплуатации, благодаря возникновению или усилению поступления воды и поверхностных водотоков или водоемов, а также перетеканию из смежных водоносных горизонтов.

Список литературы

эксплуатационный запас подземная вода

1. Рассказов Н.М., Букаты М.Б. Оценка ресурсов и запасов подземных вод: Учебное пособие. - Томск: Изд. ТПУ, 2002. - 48 с.

2. Основные гидрогеологические и инженерно-геологические работы при проведении съемки: Учебное пособие / Кимкина В.М., Саламатина А.С., Макишев Д.Н., Тюрин В.М. - Астана: Некоммерческое акционерное общество «Холдинг «К?сіп?ор», 2018 г.

3. Антонов В.В. Поиски и разведка подземных вод: Учеб. пособие / СанктПетербургский государственный горный институт (технический университет). СПб,2006. 94 с.4. Хохлов Курс лекций по поискам и разведке подземных вод. Министерство образования и науки Российской Федерации ФГБОУ ВПО «Саратовский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского». Кафедра гидрогеологии и инженерной геологии. 2011г.

Глоссарий

1. Подземные воды (ПВ) - это воды, находящиеся в толще горных пород верхней части земной коры в жидком, твёрдом и газообразном состоянии.

2. Месторождение ПВ - участки водоносных горизонтов или комплексов, в пределах которых под влиянием естественных или искусственных факторов создаются благоприятные условия для отбора ПВ определенного состава, * отвечающие установленным кондициям, * в количестве, достаточном для экономически целесообразного использования.

3. Балансовые запасы ПВ - то эксплуатационные запасы, которые в настоящее время экономически целесообразно использован; при существующей технике и технологии добычи и обработка или переработки вод с соблюдением требований рациональною использования недр и охраны окружающей среды.

4. Забалансовые запасы ПВ - эксплуатационные запасы использовать в настоящее время экономически нецелесообразно или технически и технологически невозможно, но которые в дальнейшем могут быть переведены в балансовые (перевод должен быть обоснован). Достоверность выявления эксплуатационных запасов подземных вод определяется в зависимости от сложности гидрогеологических условий изучаемого месторождения.

5. Группы сложности запасов ПВ - се месторождения или участки крупных месторождений питьевых и технических вод делят на три группы с простыми, сложными и очень сложными гидрогеологическими условиями.

К 1-й группе относят месторождения с простыми гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями, со спокойным залеганием водоносных горизонтов, выдержанных по мощности, строению и фильтрационным свойствам.

Во 2-ю группу входят месторождения со сложными гидрогеологическими условиями вследствие невыдержанности мощности, строения и фильтрационных свойств водовмещающих пород либо сложности гидрохимической обстановки.

К 3-й группе могут быть причислены месторождения с очень сложными гидрогеологическими и гидрогеохимическими условиями из-за высокой изменчивости мощности, строения и фильтрационных свойств водоносных горизонтов, сложной гидрохимической обстановки и других факторов.

6. Заявленная потребность в воде - это согласно нормам водопотребления, определяется отдельно для каждой категории водопотребителей. Основным измерителем количества потребляемой объектом воды служит суточный расход.

7. Допустимое понижение - Максимально возможное с учетом гидрогеологических, технико экономических и природоохранных ограничений понижение уровня подземных вод при их отборе из недр.

8. Статический уровень - это расстояние от зеркала воды, находящегося в спокойном состоянии, до поверхности земли. Он подвержен сезонным и суточным колебаниям.

9. Динамический уровень - это это отметка поверхности воды, наблюдаемая именно при откачке воды. Он равен сумме статического уровня и уровня понижения.

10. Гидрогеологические условия -- это сведения о наличии, типе, мощности и свойствах эпизодически и постоянно существующих горизонтов подземных вод, глубине их залегания, условиях питания, особенностях режима и его динамике.

Размещено на Allbest.ru