авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 15 |

«3 Оглавление О ГЛАВ Л ЕН И Е ...»

-- [ Страница 12 ] --

Отложения неоплейстоцена, в целом залегают субгоризонтально, одна О.В. Голованова ко представляют собой толщу весьма сложного строения. Их формиро вание связано с развитием многочисленных трансгрессивно-регрессив ных циклов. На территории исследования идентифицированы неглубоко водные морские и авандельтовые отложения регрессивных фаз четырех основных плейстоценовых трансгрессий: бакинской, трех нижнехазар ских, и раннехвалынской. Особенностью рассматриваемой толщи являет ся ее существенная литологическая, геофильтрационная и гидрогеохи мическая неоднородность. В этой же связи, мы не имеем выдержанных по мощности пластов выше бакинских глин, что обуславливает тесней шую гидравлическую взаимосвязь между пластами различных страти графических уровней. Нами был выявлен ряд закономерностей и уста новлены генетические причины неоднородности, на основании которых удалось осуществить геофильтрационную и геомиграционную схемати зацию [2].

Что касается подземных вод, то разброс значений общей минерали зации, особенно у свободной поверхности, весьма велик (1 – 100 г/л).

Однако в целом он описывается моделью случайного рассеивания и заметно уменьшается с глубиной. Это говорит о наличии единого про цесса формирования химического состава и, следовательно, единого преобладающего генетического типа вод.

Сопоставление химического состава морских бассейнов плейсто цена, наддонных и поровых вод современных Каспийских осадков и изучаемых нами подземных вод показывает: во-первых, их принципи альное сходство по компонентному составу – это преимущественно ClSO4NaMg воды;

во-вторых, наличие роста минерализации подземных вод за счет всех компонентов с течением времени. Это говорит о значи тельности роли седиментогенных вод в изучаемом нами водоносном комплексе. Что касается увеличения минерализации вод, то оно являет ся результатом комплексного физико-био-химического массообмена в системе вода-коллоид-порода-газ-органическое вещество и соответст вует стадии раннего диагенеза [9].

Данное взаимодействие в значительной степени управляется соста вом терригенных пород широкого литологического спектра и особенно распределением их тонкодисперсной части. Особое внимание обращают на себя масштабы концентрации химических элементов в тонкодисперс ной части породы [3, 7]. Все это показывает, с нашей точки зрения, зна чимость адсорбционных комплексов глинистых пород, имеющих в на шем случае преимущественно гидрослюдистый состав (60–90%). Эти комплексы формируются еще в водной среде морского бассейна на час тицах взвеси, несмотря на то, что минерализация воды может быть ми нимальной (менее 1 г/л). Далее, попадая в уплотняющийся осадок и имея относительно невысокую энергию связи (например, по сравнению с ор 400 Гидрогеохимия ганическими комплексами), они оказываются мощными источниками вещества.

Влияние инфильтрационного питания (атмосферных осадков и по верхностных вод) с одной стороны и с другой стороны испарения в изучаемом регионе весьма ограничено. Об этом говорит соотношение основных типов ландшафтов (участки повышенного увлажнения огра ничены приречной областью, остальное – степи, полупустыни, пусты ни), значительные глубины залегания подземных вод (менее 3 м – 5–10% территории) и данные эпигнозного моделирования [2].

Теперь – еще об одной важной особенности. Уклоны к морю по верхности земли и морского дна Северного Каспия составляют всего 0,0001–0,0003. Уклон пьезометрической поверхности подземного пото ка и градиенты напоров составляют такого же порядка величины. Ско рости движения, полученные математическим моделированием также очень малы, а время миграции исчисляется тысячелетиями (10 км по латерали поток проходит за 6–30 тыс. лет) [2].

Таким образом, в изучаемом водоносном комплексе существует весьма специфическая структура водного баланса, которая определяет сохранность седиментогенных вод. В среднемноголетнем масштабе он представляется бассейном чрезвычайно слабого стока с практическим отсутствием инфильтрационного питания, перетекания и испарения.

Как правило, в артезианских бассейнах происходит вытеснение се диментогенных вод инфильтрационными водами. Скорости транзитно го потока в сотни раз выше, значительнее уклоны земной поверхности и залегания пластов. Существенно выше инфильтрационное метеогенное питание. Это хорошо видно при сопоставлении артезианских бассейнов Северного и Западного побережья современного Каспия.

Если рассмотреть характеристики подземного стока и субмаринной разгрузки побережий и акватории современного Каспия, то оказывается, что для Западного побережья получены самые высокие показатели моду ля подземного стока [6]. И здесь же хорошо идентифицируются области интенсивной субмаринной разгрузки слабоминерализованных подземных вод [4, 5]. Весьма примечательно то, что на всей территории Северного Каспия субмаринная разгрузка не выявлена, за исключением единичных случаев, связанных с солянокупольными процессами [1]. Характеристики подземного стока для молодых водоносных комплексов Северного При каспия нашими предшественниками получены не были. И еще одно важное обстоятельство. Даже в тех областях морского дна, где по гео химическим показателям разгрузка подземных вод выявлена, влияние рассредоточенной разгрузки, оцененное путем аппроксимации пьезо метрических поверхностей [6], распространяется только на относитель но небольшую прибрежную часть акватории – около 100 км.

О.В. Голованова Таким образом, наши исследования, позволяют определить ком плекс условий и факторов, обеспечивающий сохранение седиментоген ных вод в геологической истории бассейна. А также комплекс факторов и условий, в которых воздействие вод иных генетических типов исклю чить нельзя.

Состояние сохранения/вытеснения седиментогенных вод, свя занное с интенсивностью гидрогеомиграционных процессов, в свою очередь определено рядом следующих взаимосвязанных позиций: ре гиональные структурно-тектонические условия общие уклоны зем ной поверхности (суши и/или морского дна) гидравлические гради енты равновесие в многолетнем режиме инфильтрационного питания подземных вод (метеогенными водами) и испарения.

Сохранение седиментогенных вод, определяемое замедленным во дообменном и слабой интенсивностью конвективного массопереноса, осуществляется в условиях: платформ (особенно древних), при очень слабых уклонах поверхности земли (порядка 0,0001), низких гидравли ческих градиентах (0,0001(0,0005)), и уравновешенности в среднемно голетнем режиме инфильтрационного питания и испарения.

Вытеснение седиментогенных вод, связанное с интенсивным водо обменном и высокими скоростями геомиграционных потоков, осуществ ляется в условиях: соседства горных систем и/или тектонически актив ных областей, значительных уклонов поверхности земли и водоносных пластов, значительных гидравлических градиентов, и интенсивного ин фильтрационного питания.

Хочется обратить особое внимание на то, что данные комплексы факторов и условий могут быть установлены, причем с достаточной степенью достоверности, по косвенным данным, а именно: региональ ному структурному плану, геоморфологии, ландшафтно-климатическим показателям и прочим. Все это открывает новые возможности для ре гиональных научно-практических построений, эпигнозного и прогноз ного моделирования, палеогеологических реконструкций и т.д.

Литература 1. Брусиловский С.А., Лаптева Л.А. Хлорность иловых растворов – геохими ческий индикатор субмаринной разгрузки подземных вод в Каспийское море // Комплексные исследования Каспийского моря. Вып. 5. М.: Изд-во МГУ, 1976.

С. 168–188.

2. Голованова О.В. Формирование подземных вод плейстоцена Северного Прикаспия в связи с эксплуатацией Астраханского газового комплекса // Дисс.

канд. геол.-мин. наук. М.: МГУ, 2004. 137 с.

3. Голованова О.В. Специфика дифференциации осадочного материала при накоплении отложений плейстоцена – голоцена северного Каспия и Прикаспия // Фундаментальные проблемы квартера: итоги изучения и основные направления 402 Гидрогеохимия дальнейших исследований. Материалы V Всероссийского совещания по изуче нию четвертичного периода. Москва, 7–9 ноября 2007 г. М.: ГЕОС, 2007.

С. 79–82.

4. Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутренних морей. Т. 1. Мето ды изучения и процессы формирования химического состава иловых вод в от ложениях Черного, Азовского, Каспийского, Белого, Балтийского морей. М.:

ГЕОС, 2003. 331 с.

5. Гурский Ю.Н. Геохимия литогидросферы внутренних морей. Т. 2. Ило вые воды Красного и Средиземного морей. Зоны эстуариев. Закономерности формирования и классификация вод литогидросферы. М.: ГЕОС, 2007. 449 с.

6. Зекцер И.С., Джамалов Р.Г., Месхетели А.В. Подземный водообмен су ши и моря. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 207 с.

7. Питьева К.Е., Голованова О.В., Меламед И.Г., Чеховских М.М. Гидро геохимические условия водоносного комплекса плейстоцена в Нижнем Повол жье // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 2005а. № 2. С. 54–59.

8. Питьева К.Е., Голованова О.В., Меламед И.Г., Чеховских М.М. Формиро вание химического состава подземных вод плейстоцена в Нижнем Поволжье // Вестник МГУ. Сер. 4. Геология. 2005б. № 3. С. 62–68.

9. Страхов Н.М. Диагенез осадков и его значение для осадочного рудооб разования // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1953. № 5. С. 12–49.

ОЦЕНКА СОСТОЯНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ГЛУБОКОЗАЛЕГАЮЩИХ ПЛАСТОВ-КОЛЛЕКТОРОВ ПРОМСТОКОВ НА ПРИМЕРЕ ПГЗ В ГЛАЗОВЕ И ДИМИТРОВГРАДЕ Е.А. Байдарико ОАО «ВНИПИпромтехнологии», 115409, г. Москва, Каширское шоссе, д. 33, т. 8-499-324-30-46, e-mail: hydrogeo@mail.ru Оценка состояния недр (и, в первую очередь, подземных вод пласта коллектора) в текущий период времени и в будущем в области подземно го захоронения жидких промышленных отходов (промстоков) является одним из направлений исследования безопасности этого вида обращения с отходами [2]. Ведущей проектной и научно-исследовательской органи зацией, решающей вопросы безопасности полигонов глубинного захоро нения (ПГЗ) отходов является ВНИПИпромтехнологии. На базе этого института в последние годы было детально изучено воздействие захоро нения на недра на участках ПГЗ в Глазове и Димитровграде. Кроме оцен ки современного состояния подземных вод, был также выполнен ретро спективный анализ распространения промстоков в пластах-коллекторах по данным мониторинга и прогнозным расчетам, цель которого заключа лась в уточнении динамики (временном изменении площади, радиуса, Е.А. Байдарико мощности в разрезе) и тенденций развития ореола распространения промстоков, а также оценки достоверности прогнозов. Для анализа ис пользовались материалы геологоразведочных работ (ГРР), данные мони торинга за весь период эксплуатации ПГЗ в Глазове и Димитровграде и результаты, выполненных в разное время, прогнозных расчетов.

Полигоны глубинного захоронения, с одной стороны, являются при родоохранным мероприятием, направленным на удаление и обезврежи вание опасных промстоков (которые, как правило, накапливаются в зна чительном количестве в поверхностных хвостохранилищах). А с другой стороны (если рассматривать работу нагнетательных скважин) – антро погенным источником гидродинамического, гидрогеохимического, ра диоактивного (при захоронении жидких радиоактивных отходов (ЖРО) и теплового воздействия на недра, и в первую очередь на пласт-коллектор.

Пластом-коллектором (пластом-приемником) химических промсто ков Чепецкого механического завода (ОАО «ЧМЗ») в г. Глазов (с 1992 г.) и ЖРО НИИАР (ОАО «ГНЦ НИИАР») г. Димитровград (с 1973 г.) явля ется башкирско-окский водоносный комплекс (С2b – C1s-ok). Ком плекс залегает в зоне весьма замедленного водообмена, на глубинах 1–1,5 км. Сложен закарстованными, трещиноватыми и кавернозно-пори стым известняками и доломитами с включениями, гнездами и прожилка ми гипса, ангидрита, кальцита, яшм и кремния. В Димитровграде для захоронения отходов в прошлом столетии кратковременно (в 1966– 1973 гг.) использовался также залегающий ниже по разрезу яснополян ский водоносный комплекс (C1jp) в терригенно-карбонатных породах визейского яруса. Пластовые воды башкирско-окского водоносного ком плекса – хлоридно-натриевые рассолы со средней минерализацией 260 г/л и плотностью – 1,14–1,19 г/см3, также как и промстоки, являются вредной по химическому составу жидкостью, в которой содержание ряда химических веществ и обобщенных показателей превышает нормативы для пресных вод, используемых для различных хозяйственных нужд и приведенных в СанПиН 2.1.4.1074-01 и ГН 2.1.5.689-98. Основной состав удаляемых в пласт-коллектор промстоков формируют хлориды и нит раты, а в Димитровграде, кроме этого, и сульфаты. Отходы отличаются от пластовых вод намного меньшей минерализацией (менее 20 г/л) и, следовательно, плотностью 1,01 г/см3. Плотностной градиент может достигать = 0,18, означая, что на участках ПГЗ складываются усло вия, благоприятные для интенсивного развития процесса плотностной конвекции. Достаточную изолированность пластовых вод и промстоков от поверхности земли и неглубоко залегающих пресных подземных вод, обеспечивают три толщи регионально выдержанных водоупорных пород и две проницаемые (буферные) зоны (водоносные комплексы).

404 Гидрогеохимия Показателями различных видов воздействия (или показателями индикаторами) на указанных ПГЗ являются: уровень подземных вод (Н);

минерализация (М) подземных вод;

удельная электрическая проводи мость (УЭП, ) подземных вод;

пластовая температура (T);

интенсив ность гамма-излучения горных пород (Х) (в Димитровграде). Оценка те кущего состояния пласта-коллектора и изменение значений (динамика) перечисленных показателей-индикаторов во времени прослеживается по данным соответствующих видов режимных наблюдений: гидродинами ческого, гидрогеохимического и геофизического. По результатам этих наблюдений в настоящее время (на 2010–2011 г.) воздействие ПГЗ на блюдается только в пласте-коллекторе. Минимальный размер в плане имеет область теплового (обусловленного сезонным изменением темпе ратуры промстоков) воздействия, а максимальный – гидродинамическо го воздействия.

Наибольший интерес и значение имеет оценка размера области гид рогеохимического воздействия с целью контролирования приближения промстоков к границе лицензионного участка – горного отвода недр (ГОН). Оценка современной максимальной площади (радиуса) области показала, что компоненты промстоков распространились за границу ГОН на рассматриваемых ПГЗ, и что эта площадь, установленная по данным двух методов мониторинга (гидрохимического и геофизического), суще ственно разнится. Так, в Глазове, в 2011 г. максимальный радиус мигра ции, оцененный по данным химопробования (по минерализации) состав лял R 3000м, а по резистивиметрии (по УЭП) – R 3600 м (рис. 1).

С целью уточнения планового размера ореола рассеяния промстоков бы ли использованы дополнительные показатели-индикаторы – нитрат- и фтор-анионы. Неуклонное повышение (устойчивая динамика с 2003 г.) содержания нитратов (в 2–3 раза больше фона) и высокие, хоть и неус тойчивые, концентрации фторидов (в 10 раз больше фона) в дальних скважинах, подтвердили нарушение естественных природных условий за границей горного отвода в пласте-коллекторе.

Учитывая значительные погрешности данных химопробования, для уточнения наибольшего радиуса миграции промстоков в Глазове были также использованы значения минерализации подземных вод, рассчи танные по максимально аномальным значениям УЭП на диаграммах резистивиметрии. Интервал контрастных аномалий на диаграммах ре зистивиметрии (в Димитровграде гамма-каротажа) указывает положе ние поглощающей промстоки зоны в разрезе слабопроницаемых карбо натных пород пласта-коллектора, по которым промстоки мигрируют с наибольшей скоростью. В интервале такой зоны происходит наиболь шее изменение первоначального (природного) качества подземных вод, а отбор проб воды на химанализ производится, как правило, с другой Е.А. Байдарико глубины, и, кроме этого, без общепринятой для неглубоких скважин предварительной прокачки.

Рис. 1. Карта-схема минерализации подземных вод пласта-коллектора по данным химопробования и резистивиметрии в 2011 г. (ПГЗ, Глазов) Минерализация пластовой воды М рассчитывалась по эмпириче ской зависимости М от ее электрической проводимости, полученной по данным лабораторных исследований подземных вод пласта коллектора (т.е. по результатам определения минерализации и УЭП од ной и тоже пробы воды) за многолетний период в одной из ближних наблюдательных скважин ПГЗ в Глазове – Мрез = 31,41. Область распро странения промстоков по расчетной минерализации также превысила границу ГОН в пласте-коллекторе в юго-западном и северо-восточном направлениях. Полученные оценки гидрогеохимического воздействия ПГЗ означали необходимость пересмотра представлений о миграции промстоков и проведения дополнительного анализа прежних данных мониторинга с новой их интерпретацией.

Результаты выполненного в этой связи ретроспективного анализа позволили составить более полное представление об особенностях и тенденциях миграции промстоков на участках ПГЗ. Так, в пласте коллекторе в плане происходит быстрое в целом закономерное сниже ние уровня (давления) воды и изменение содержания (концентрации) компонентов от исходного (характерного для промстоков) в районе 406 Гидрогеохимия действующих нагнетательных скважин до близких к природному фону на периферии. Миграционный поток смеси промстоков и подземных вод, также как и геофильтрационный поток, не соответствует теорети ческому радиально расходящемуся потоку. Распределение вещества происходит в соответствии с гидродинамической структурой потока.

Купол репрессии и ореол распространения промстоков на двух рас сматриваемых ПГЗ вытянуты в юго-западном и северо-восточном направлениях (см. рис. 1). Ведущие процессы, происходящие в пласте коллекторе – конвективный перенос, фильтрационная дисперсия, а в длительный постинжекционный период также и плотностная конвекция [1, 3]. Зона дисперсии, образовавшаяся в пласте-коллекторе под влияни ем макронеоднородности карбонатных пород, по данным мониторинга имеет значительные размеры в плане. Внешняя граница зоны дисперсии по данным мониторинга имеет пульсационный характер и «размы тость» – ореол рассеивания с нечеткими границами попеременно во вре мени «сужается-расширяется» в плане. В дальних скважинах в течение многих лет значения показателей-индикаторов изменяются незначи тельно относительно уровня фона (естественных условий), обусловли вая неоднозначность вывода о наличии отходов и прохождении через них границы отходы/подземные воды и, следовательно, невысокую достоверность различных гидрогеохимических построений. В разрезе промстоки мигрируют по хорошо проницаемым зонам небольшой мощности. Временные закономерности изменения значений показате лей-индикаторов гидрохимического воздействия в какой-либо точке пласта (отдельной скважине) определяются режимом нагнетания отхо дов, т.е. зависят от месторасположения нагнетательных скважин (и гид родинамической связи с ними), расхода и давления нагнетания, физико химических свойств отходов.

Кроме уточнения закономерностей миграции промстоков, ретро спективный анализ позволил также наглядно показать и обосновать не обходимость повышения достоверности оценок масштаба ореола рас пространения промстоков и по данным мониторинга и по данным прогнозирования. Сравнение прогнозных ореолов распространения промстоков, рассчитанных при проектировании и на разных стадиях эксплуатации ПГЗ в Глазове и Димитровграде, с фактическими (по дан ным мониторинга) ореолами показало их существенное несовпадение.

Анализ методов и методик прогнозирования указывает, что прогнозные оценки, выполненные в прошлом столетии, носят приближенный ха рактер в основном по причине применения (из-за отсутствия необходи мых технических средств и программ) простых аналитических формул и моделей, не учитывающих гетерогенность пород, макродисперсию, плотностную конвекцию, действительный режим нагнетания отходов.

Е.А. Байдарико Современный модельный анализ, который уже позволяет учитывать большинство из перечисленных факторов миграции промстоков, и ба зирующийся на фактических данных мониторинга подземных вод, не позволяет получить надежные количественные оценки гидрохимиче ского воздействия захоронения по следующим основным причинам:

1) неизвестность структуры порово-трещинного пространства пластов коллекторов (из-за хаотичной неоднородности карбонатных пластов коллекторов);

2) низкое качество данных мониторинга и их интерпре тации, приводящие к неоднозначности основных геофильтрационных параметров и гидрогеохимических построений – индикаторных (выход ных) кривых и контуров ореола промстоков в плане, применяемых при верификации и калибрации моделей. То есть разработанные ранее мо дели строения пласта (модели пространственного распределения пара метров) и графические модели с данными мониторинга, нельзя при знать адекватными реальным гидрогеологическим условиям. Так, например, по результатам прогнозного моделирования, выполненного в 2000–2001 гг. для участка ПГЗ в Глазове, радиус миграции промстоков в 2007 г. должен был составить R 1200 м. По старой интерпретации данных мониторинга, имевшейся на момент 2007–2008 гг., эти радиусы практически совпадали. Но по новой интерпретации данных химопро бования, которая была произведена в ходе ретроспективного анализа (в 2012 г.) прежних данных химопробования с учетом современного раз мера ореола распространения промстоков, он составлял R 2200 м [3].

Полученное значительное расхождение результатов мониторинга и ука занного прогнозного моделирования, означает невысокую достовер ность прогноза.

Уточнение основных причин, обусловливающих приближенность всех оценок размера ореола распространения промстоков, позволило наметить пути повышения их достоверности:

– уменьшение погрешностей гидрогеохимического и геофизическо го видов мониторинга (за счет применения новых технических средств и новых способов химопробования);

– периодическое проведение ретроспективного анализа данных мо ниторинга;

– разработка сложных моделей неоднородного строения пластов коллекторов (в том числе геостатистических) по данным ГРР и мониторинга;

– привлечение для прогнозирования геофизических данных. На пример, индикаторных кривых минерализации подземных вод, полученных расчетным путем по многолетним данным резисти виметрии в скважине (рис. 2).

408 Гидрогеохимия Рис. 2. Индикаторные кривые минерализации воды по данным химопробования и резистивиметрии в скважине П-4 (Глазов) Результаты оценки современного состояния подземных вод пластов коллекторов на участках ПГЗ в Глазове и Димитровграде и ретроспек тивного анализа распространения в них промстоков по результатам мо ниторинга и прогнозирования, позволяют сделать следующие выводы.

1. Вследствие глубинного захоронения жидких отходов в пластах коллекторах сформировались ореолы распространения промстоков. На отдельных участках изменение качества подземных вод произошло за границей горного отвода недр, означая необходимость увеличения раз мера последнего;

2. Ореолы распространения промстоков характеризуются динамич ностью (пульсационным режимом) и формируются в соответствии с гидродинамической структурой потока. На размер и форму ореолов основное влияние оказывает фильтрационная неоднородность пород.

Купол репрессии и ореол распространения промстоков в плане вытяну ты в юго-западном и северо-восточном направлениях. В разрезе мигра ция промстоков осуществляется по маломощным поглощающим зонам.

Ведущие процессы, происходящие в пласте-коллекторе – конвективный перенос, фильтрационная дисперсия, а в длительный постинжекцион ный период также и плотностная конвекция. Зона дисперсии имеет зна чительные размеры в плане;

3. Размер ореола распространения промстоков по данным монито ринга и моделирования (в том числе прогнозирования) оценивается приближенно. Эффективные реальные пути повышения достоверности этих оценок существуют.

Литература 1. Байдарико Е.А, Поздняков С.П. Моделирование свободной восходящей миграции промстоков в неоднородном водоносном пласте // Геоэкология. Ин женерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2010. № 6, с. 544–554.

П.Н. Куранов 2. Рыбальченко А.И., Пименов М.К., Костин П.П. и др. Глубинное захоро нение жидких радиоактивных отходов. М., ИздАТ, 1994. 256 с.

3. Baydariko E.A., Zinin A.I., Zinina G.A., Rybalchenko A.I., Ulyushkin A.M., Zagvozkin L. Modeling of Deep Well Injection of Radioactive and Non-radioactive Wastes of Russian Nuclear Enterprises with Examples of Deep Storage Facilities of SSC RF-NIIAR (Dimitrovgrad) and LLC «Chepets Mechanical Plant» (Glazov) // Second International Symposium «Underground Injection Science and Technology».

Edited by C-F. Tsang and J.A. Apps. Elsevier, 2005. С. 501–509.

НАИЛУЧШИЕ ДОСТУПНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ГРАДОПРОМЫШЛЕННОЙ ГИДРОГЕОЭКОЛОГИИ П.Н. Куранов ЗАО «ДАР/ВОДГЕО», 119435, г. Москва, Б. Саввинский пер., д. 9, стр. 1.

Тел/факс (499) 272-47-25, 248-40-72.

http://www.darvodrgeo.ru pnkur@darvodgeo.ru Областью изучения градопромышленной гидрогеоэкологии явля ется та часть подземной гидросферы, которая испытывает на себе влияние жизнедеятельности человека в пределах существующих или планируемых поселений. Главной особенностью градопромышленной гидрогеоэкологии является оценка интенсивности вредного воздейст вия подземных вод на градопромышленные территории и обоснование эффективности мероприятий, направленных на снижение их негатив ного воздействия.

Вредные воздействия подземных вод, связанные с их загрязнением, высоким уровнем залегания, агрессивностью, влиянием на инженерно геологические условия, прочностные и деформационные свойства грун тов на градопромышленные территории, объекты и население, достаточ но полно изучены [9;

3]. Анализ этих работ показывает, что в настоящее время созданы методы качественной или количественной оценки интен сивности вредного воздействия подземных вод от отдельных факторов [3;

7]. Слабее разработаны методы оценки совокупного негативного воз действия. Вместе с тем известно, что наиболее эффективным инструмен том оценки вредного воздействия от разных факторов, в т.ч. различной природы, направленности, интенсивности, является теория риска [4;

6;

7], которая находит всё большее применение и в вопросах негативного воз действия подземных вод на окружающую среду.

Попытки применения теории риска к оценке вредного воздействия подземных вод на окружающую среду показали новые открывающиеся возможности в решении многих вопросов в т.ч. показали возможность унифицировать методику оценки вредного воздействия подземных вод 410 Гидрогеохимия в разных условиях на разные элементы окружающей среды, включая градопромышленные территории [6]. Важной составляющей в разра ботке такой методики является введение понятия «доза вредного воз действия» в каждой конкретной ситуации. При этом понятие «доза вредного воздействия» должно не только отражать, характеризовать величину этого воздействия, но и количественно оценивать эту величи ну, быть определенной мерой вредного воздействия.

Доза вредного воздействия подземных вод на окружающую среду от ражает степень вредного воздействия, но не потери (ущербы, риски), свя занные с вредным воздействием. В связи с этим важным элементом в методике оценки вредного воздействия подземных вод должен быть ме ханизм расчёта риска (ущерба) по величине дозы вредного воздействия.

Этот вопрос должен решаться с учётом особенностей реципиента вред ного воздействия. В частности, в градопромышленной гидрогеоэкологии следует учитывать особенности конкретной территории застройки, воз можные последствия, в т.ч. аварийного характера, чрезвычайных ситуа ций. Схематически предлагаемый подход к оценке вредного воздействия подземных вод в градопромышленной гидрогеоэкологии представлен на рис. 1.

Рис. 1. Схема выполнения работ по оценке вредного воздействия подземных вод в градопромышленной гидрогеоэкологии При оценке дозы вредного воздействия от подтопления градопро мышленных территорий необходимо использовать данные исследова ний по определению уровня опасности развивающихся на данной тер ритории процессов подтопления и уровня уязвимости этой территории вследствие ее подтопления. Если опасность характеризует состояние геологической среды, оказывающее негативное внешнее воздействие на выбранный объект опасности, то уязвимость характеризует способность П.Н. Куранов самого объекта сопротивляться этому воздействию, наносящему ему определенный ущерб.

Для характеристики опасности процесса подтопления на градопро мышленной территории выделяются четыре показателя опасности, ко торые вызывают те или иные виды вредного воздействия на градопро мышленной территории (положение УГВ, загрязнение подземных вод и грунтов, изменение прочностных и коррозионных свойств грунтов, ак тивизация наведенных опасных процессов). По каждому показателю по отдельности определяется степень опасности подтопления, а совокуп ное влияние всех показателей опасности определяет уровень опасности подтопления.

Классификация факторов, влияющих на уязвимость градопромыш ленных территорий, проводится по четырем признакам, которые назы ваются показателями уязвимости (урбанистический, геотехнический, экологический, эксплуатационный).

Если проведено районирование подтапливаемой градопромышлен ной территории по уровню опасности подтоплении и по уровню уязви мости этой территории, то оценка совокупного негативного воздейст вия может быть дана с использованием принципа пересечения событий.

Реализация этого принципа осуществляется путём расчёта дозы сово купного негативного воздействия по формуле:

Dп = оп уязв, (1) где Dп доза вредного воздействия на территорию при её подтоплении;

оп коэффициент опасности подтопления данной территории;

уязв коэффициент уязвимости этой территории вследствие её подтоп ления.

В зависимости от величины дозы вредного воздействия проводится районирование подтопленной градопромышленной территории по уровням безопасности Рассмотренная методология выполнения работ в градопромышлен ной гидрогеоэкологии касается лишь первой, оценочной части вредного воздействия подземных вод. Вторая, защитная часть работ в градопро мышленной гидрогеоэкологии связана с обоснованием эффективности мероприятий, направленных на снижение вредного воздействия под земных вод.

В этой части также накоплен значительный опыт выполнения работ, связанных с понижением грунтовых вод, защитой от загрязнения, вос становлением качества (ремедиации) подземных вод, рекультивацией загрязнённых территорий и т.д [1;

8]. По сути дела, в каждом конкрет ном случае подбирается тот или иной набор мероприятий, приводящий к снижению дозы вредного воздействия подземных вод, к уменьшению 412 Гидрогеохимия ущербов, т.е. возникновению предотвращённого ущерба как разности между ущербами, возникающими вследствие проведения защитных мероприятий. Величина предотвращённого ущерба в сравнении с затра тами на защитные мероприятия определяет их экологическую эффек тивность. Схематически вторая, защитная часть работ, в градопромыш ленной гидрогеоэкологии может быть представлена в виде рис. 2.

Рис. 2. Схема выполнения работ по снижению вредного воздействия подземных вод в градопромышленной гидрогеоэкологии Взаимосвязь первой (оценочной) и второй (защитной) части работ в градопромышленной гидрогеоэкологии безусловна. Оценка вредного воздействия подземных вод проводится, во-первых, для принятия ре шения о необходимости проектирования защитных мероприятий, а, во вторых, она позволяет видеть направленность защитных мероприятий, против каких вредных воздействий должны быть направлены защитные мероприятий, до какого уровня риска их воздействие должно быть снижено. Для детализации решений сложных задач градопромышлен ной гидрогеоэкологии наиболее подходящим является принцип наи лучших доступных технологий, который активно обсуждается и вне дряется в нашей стране в последние годы, несмотря на то, что впервые этот подход появился более 150 лет в Британском законодательстве как «наилучшие технические достижимые средства» [2]. В последующем это или близкие к нему понятия использовались в США: «наилучшие дос тупные экономически достижимые технологии», «наилучшие традици онные технологии», «наилучшие демонстрируемые технологии» и т.п.

В основе принципа НДТ, лежит требование соблюдения экономиче ской безопасности, которое предусматривается и Федеральным законом от 27 декабря 2002 г № 184-ФЗ «О техническом регулировании». Субъ ект, осуществляющий производственную деятельность, связанную с воздействием на окружающую среду, вправе проводить любые опера ции, при которых выполняются требования экологической безопасно П.Н. Куранов сти. Применение принципа НДТ означает, что комплекс применяемых мероприятий, операций должен представлять собой экономически оп равданные, технически осуществимые, соответствующие данным кон кретным условиям, достигающие наиболее высокого уровня охраны окружающей среды по сравнению с другими мероприятиями.

Сформулируем понятие и принцип НДТ, который следует исполь зовать в градопромышленной гидрогеоэкологии.

Наилучшей доступной технологией в градопромышленной гидро геоэкологии будем называть такую совокупность мероприятий, которая в данной функционально-строительной и природно-техногенной обста новке приводит к созданию системы инженерной защиты, обеспечи вающей максимальное снижение риска от совокупного вредного воз действия подземных вод в обоснованные сроки с учётом имеющихся средств и возможностей собственника [5].

Такая трактовка НДТ в градопромышленной гидрогеоэкологии по зволяет не только определить набор мероприятий, относящийся к НДТ, но и наметить пути для разработки количественных методов, позво ляющих выбрать «наилучшую технологию» из этого набора «наилуч ших» на основе критериев достижения максимального снижения риска.

Принципы НДТ были реализованы на конкретных объектах при вы полнении работ, связанных с разработкой систем инженерной защиты градопромышленных территорий от подтопления, от загрязнения под земных и поверхностных вод, в системах восстановления качества под земных вод, а именно: при разработке систем инженерной защиты горо дов Казань, Дзержинск, Бор, Балахна и др. от подтопления, обоснование природоохранных мероприятий на территории полигонов сброса попут ных и сточных вод нефтяных месторождений Самарской области и др.

Литература 1. Алексеев В.С., Куранов Н.П., Куранов П.Н. Наилучшие доступные тех нологии в системах восстановления качества подземных вод. «Наилучшие дос тупные технологии в водоснабжении и водоотведении» № 2, М. 2. Бегак М. Возможные методы оценки наилучших доступных технологий в системе Российского законодательства с позиций энергетической и экологи ческой эффективности. М., 2010.

3. Дзекцер Е.С., Пырченко В.А. Технология обеспечения устойчивого раз вития урбанизированных территорий в условиях воздействия природных опас ностей. М., «ДАР/ВОДГЕО», 2004.

4. Елохин А. Анализ и управление риском: теория и практика. Полимедиа, 2002.

5. Куранов Н.П., Куранов П.Н. Концепция наилучших доступных техноло гий в градопромышленной гидрогеоэкологии. «Водоснабжение, водоотведение, гидротехника и инженерная гидрогеоэкология» Вып.13, Из-во «ДАР/ВОДГЕО», М. 2012.

414 Гидрогеохимия 6. Методические рекомендации по оценке уровней безопасности, риска и ущерба от подтопления градопромышленных территорий // Под ред. Н.П. Ку ранова, М., НПО «ВОДГЕО», 2010.

7. Природные опасности России. Под. ред. В.И. Осипова, С.К. Шойгу, М., «Крук», 2002.

8. Прогнозы подтопления и расчёт дренажных систем на застраиваемых и застроенных территориях. Справочное пособие к СНиП, М., Стройиздат, 1991.

9. Шестаков В.М. Прикладная гидрогеология. – М., изд-во МГУ, 2001.

СОДЕРЖАНИЕ ТЯЖЕЛЫХ МЕТАЛЛОВ В ВОДАХ БАССЕЙНА РЕКИ СУХОНА Л.Н. Трусова Филиал ФГБУ Северное УГМС «Вологодский ЦГМС», 8921-233-01-83, risa_vologda@mail.ru Воздействие человека на окружающую среду достигло уровня, на котором происходит существенное изменение химического состава раз личных геосфер земли. Одну из приоритетных групп загрязняющих веществ образуют тяжелые металлы.

Источниками загрязнения вод тяжелыми металлами служат сточные воды предприятий черной и цветной металлургии, машиностроительных заводов. Тяжелые металлы входят в состав удобрений и пестицидов и могут попадать в водные объекты вместе со стоком с сельскохозяйствен ных угодий. Металлы в повышенных концентрациях оказывают негатив ное влияние, как на водные экосистемы, так и на человека.

Для успешной реализации экологической политики и эффективного экологического управления на территории Вологодской области крайне необходима достоверная, максимально полная информация о состоянии природной среды, о ее загрязнении, в том числе, о содержании тяжелых металлов в поверхностных водах.

Данная работа была проведена с целью изучения содержания тяже лых металлов (соединения железа, меди, цинка, никеля, марганца) в бассейне р. Сухона. В работе использованы первичные данные гидро химического мониторинга рек Вологодской области за период с 1998 по 2012 г., проведенного Вологодским центром по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды.

Гидрохимические исследования проб воды выполнены по методи кам включенным в РД 52.18.595-96 «Федеральный перечень методик выполнения измерений, допущенных к применению при выполнении работ в области мониторинга загрязнения окружающей природной сре ды» и на основании ГОСТ Р 8.589-2001 «Государственная система обес Л.Н. Трусова печения единства измерений. Контроль загрязнения окружающей при родной среды».

При оценке тяжелых металлов использованы «Нормативы качества водных объектов рыбохозяйственного значения, в том числе нормативы предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения» [1].

Поверхностные воды Вологодской области отличаются повышен ным содержанием органических веществ гумусового происхождения, которые образуются в процессе разложения остатков растений. Осо бенно это характерно для зон, где распространены торфяные болота.

Высокое содержание гуминовых веществ придает воде желто коричневый цвет. Для поверхностных вод Вологодской области харак терно повышенное содержание железа и меди.

Река Сухона является одним из крупных притоков Северной Двины, длина реки составляет 558 км. Истоком р. Сухона является Кубенское озеро, устье – соединяясь с р. Юг образует Малую Северную Двину (местоположение г. Великий Устюг).

Бассейн р. Сухоны вытянут в широтном направлении – с запада на восток и отличается относительной симметричностью. Левобережная часть бассейна составляет 60%, правобережная – 40%. Длина реки – 558 км, коэффициент извилистости реки – 1,3;

площадь водосбора – 50 300 км2, что составляет примерно 1/3 Вологодской области. Притоки р. Сухоны многочисленны, но сравнительно невелики;

в данной статье рассматриваются р. Вологда (длина 155 км), р. Пельшма (82 км), р. Ку бена (368 км), р. Двиница (174 км), р. Лежа (178 км). К системе р. Сухо ны относятся 493 реки длиной 10 км и более.

По гидрографическим особенностям р. Сухону от истока до устья разделяют на три участка: 1) Верхняя Сухона – от истока до с. Наремы, протяжением 115 км;

2) Средняя Сухона – от с. Наремы до г. Тотьмы, длиной 170 км и 3) Нижняя Сухона – от г. Тотьмы до устья, протяжени ем примерно 273 км [2].

Государственные пункты наблюдений Росгидромета на р. Сухона расположены:

– 1 км выше г. Сокол (3 км выше впадения р. Глушица);

– 2 км ниже г. Сокол (в черте д. Рабаньга);

– 1 км выше и ниже впадения р. Пельшма;

– с. Наремы;

– 1 км выше и ниже г. Тотьма;

– 3 км выше г. Великий Устюг (0,5 км ниже впадения р. Воздви женка).

Проведенный математико-статистический анализ данных монито ринга поверхностной воды показал, что для всех пунктов наблюдений 416 Гидрогеохимия бассейна р. Сухона характерными загрязняющими веществами являют ся соединения железа и меди, в некоторых створах к ним добавляются соединения никеля, цинка.

Выявлено, что содержание соединений железа в р. Сухона варьиру ет в пределах 0,17–0,43 мг/дм3 (1,7–4,3 ПДКр/х) (рис. 1).

Рис. 1. Содержание соединений железа в р. Сухона Содержание соединений меди в р. Сухона варьирует в пределах 3,0–5,7 мкг/дм3 (3,0–5,7 ПДКр/х) (рис. 2).

Рис. 2. Содержание соединений меди в р. Сухона Л.Н. Трусова Содержание соединений цинка в р. Сухона варьирует в пределах 7,9–11,5мкг/дм3 (0,79–1,15 ПДКр/х) (рис. 3).

Рис. 3. Содержание соединений цинка в р. Сухона Содержание соединений никеля в р. Сухона варьирует в пределах 10,0–15,0 мкг/дм3 (1,0–1,5 ПДКр/х) (рис. 4).

Рис. 4. Содержание соединений никеля в р. Сухона Содержание соединений марганца в р. Сухона варьирует в пределах 3,0–7,0 мкг/дм3 (0,3–0,7 ПДКр/х) (рис. 5).

418 Гидрогеохимия Рис. 5. Содержание соединений марганца в р. Сухона Анализ содержания тяжелых металлов в притоках р. Сухона пред ставлен на рис. 6–9.

Рис. 6. Содержание тяжелых металлов р. Вологда выше города Рис. 7. Содержание тяжелых металлов р. Вологда ниже города Л.Н. Трусова Рис. 8. Содержание железа в притоках р. Сухона Рис. 9. Содержание соединений меди в притоках р. Сухона Анализ данных мониторинга воды притоков р. Сухона показал, что в верхнем и нижнем створе р. Вологда содержание тяжелых металлов находится в одинаковых значениях. Концентрации железа в р. Вологда в пределах 0,13–0,30 мг/дм3, что соответствует 1,3–3,0 ПДКр/х;

меди – 3,0–7,0 мкг/дм3 (3,0–7,0 ПДКр/х);

цинка – 5,0–18,0 мкг/дм3 (0,5– 1,8 ПДКр/х);

никеля – 4,0–18,0 мкг/дм3 (0,4–1,8 ПДКр/х);

марганца – 1,0– 15,0 мкг/дм3 (0,1–1,5 ПДКр/х). Содержание железа в р. Пельшма состав ляет 0,25–0,53 мг/дм3, что соответствует 3,4–5,3 ПДКр/х;

в р. Кубена – 0,17–0,46 мг/дм3 (1,7–4,6 ПДКр/х);

в р. Двиница – 0,21–0,62 мг/дм3 (2,1– 6,2 ПДКр/х);

р. Лежа – 0,15–0,58 мг/дм3 (1,5–5,8 ПДКр/х). Содержание соединений меди в р. Кубена и р. Лежа составляет 2,20–7,4 мкг/дм3, что соответствует 2,2–7,4 ПДКр/х;

в р. Двиница – 2,40–8,20 мкг/дм3 (2,4– 8,2 ПДКр/х).

Таким образом, в бассейне р. Сухона в течение всего анализируемо го периода тяжелые металлы в воде – соединения железа и меди, значи тельно превышают ПДКр/х. Повышенное содержание соединений цинка 420 Гидрогеохимия и никеля отмечено в р. Вологда, р. Сухона. Наименьшие концентрации соединений меди выявлены в среднем течении р. Сухона, наибольшие (выше 5,0 ПДКр/х) зарегистрированы в р. Сухона г. Сокол, г. Великий Устюг и р. Двиница. Наименьшее содержание соединений железа выяв лено в верховье реки Сухона, наибольшее (выше 4,0 ПДКр/х) в р. Сухо на г. Тотьма, р. Пельшма, р. Лежа. По соединениям марганца в воде бассейна р. Сухона превышений ПДКр/х не зарегистрировано. Содержа ние соединений цинка, никеля, марганца одинаково на всем протяже нии бассейна р. Сухона.

Литература 1. Нормативы качества воды водных объектов рыбохозяйственного значе ния, в том числе нормативов предельно допустимых концентраций вредных веществ в водах водных объектов рыбохозяйственного значения. М.: Изд-во ВНИРО, 2011, с. 257.

2. Филенко Р.А. Воды Вологодской области. Ленинград: Типография ЛОЛГУ, 1966, с. 105–107.

Р.С. Штенгелов РАЗВЕДОЧНАЯ ГИДРОГЕОЛОГИЯ ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ КАК ИНСТРУМЕНТ ГИДРОГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ Р.С. Штенгелов Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, 119991, Москва, ГСП-1, МГУ, геологический ф-т, 495-939-5497, rssteng@mail.ru В широком понимании термин «моделирование» имеет гносеологи ческий смысл и обозначает определённый и, пожалуй, основной способ мышления. По сути, человек осмысливает объекты, явления и события природы и социальной среды как систему субъективных моделей, пол нота и адекватность которых зависят от объёма доступной информации, уровня развития соответствующих отраслей науки и степени образо ванности субъекта.

В повседневной гидрогеологической практике термин «моделиро вание» обычно используется в утилитарном смысле как способ расчё тов фильтрации/миграции с помощью разнообразных материальных и идеальных моделей (физических, гидравлических, аналоговых, числен ных). Сюда же следует относить и аналитические расчёты, поскольку любое детерминированное решение получено для строго определённой модели математического описания процесса и строения вмещающей среды.

В практическом приложении моделирование чаще всего использу ется для прогнозирования изменений гидрогеологической обстановки при тех или иных техногенных воздействиях на конкретных объектах (водозаборы, дренажи, загрязнения и т.п.). Комплекс модельных при менений при этом включает, кроме уникального собственно прогнозно го решения, постановку вспомогательных задач:

• обратных идентификация гидрогеодинамических параметров на основе полевых опытных опробований и наблюдений;

верифи кация (калибрация) предварительно построенной модели на осно ве сравнения модельного решения с фактически наблюдённым, задокументированным состоянием водоносной системы;

422 Разведочная гидрогеология • оптимизационных поиск (путём перебора серии альтернатив ных решений) оптимального варианта управления на основе гео лого-гидрогеологических и технико-экономических критериев.

Особое место среди модельных применений в гидрогеодинамиче ских исследованиях занимает имитационное моделирование (модель ные эксперименты, по предложению В.М. Шестакова [3]) как метод прикладного системного анализа сложнопостроенных многофакторных водоносных систем. Для таких систем далеко не всегда очевидны на правленность и интенсивность влияния изменчивости параметров, кон тролирующих протекающие в них процессы. Вот ординарный, вовсе не специально подобранный пример аналитическое описание ущерба речному стоку P от работы водозабора с дебитом Q [5]:

L 2t 2 t L L P = Q erfc exp + + ;

= 0G, erfc 4µT 2 at 4µT 2T 2 at где T, µ, a проводимость, водоотдача и уровнепроводность водонос ного горизонта соответственно, L, t удаление водозабора от реки и продолжительность его работы соответственно, 0 параметр перетока подруслового экрана, G ширина реки.

Совершенно очевидно, что в этом трансцендентном уравнении со специальными функциями и сложными параметрическими аргументами практически невозможно логически (и тем более количественно) оце нить, какой из параметров в бльшей степени влияет на результат рас чёта. А вот с использованием имитационного моделирования такая за дача становится вполне разрешимой (хотя и трудоёмкой). С этой точки зрения имитационное моделирование является весьма эффективным «образовательным» приёмом при подготовке молодых специалистов гидрогеологов.

В отличие от моделей реальных объектов, при имитационном моде лировании исследователь «во-первых, имеет эталон для сравнения, а во вторых, может многократно варьировать ситуацией» [2]. Это позволяет для типовых расчётных схем обосновать критерии их упрощения с за данной погрешностью как за счёт исключения малозначимых пара метров внутреннего строения и граничных условий, так и за счёт при менения упрощённых методов расчёта.

Покажем несколько простых примеров использования имитацион ных (обобщённых [1]) моделей [4].

1. Аналитический эксперимент. При проектировании разведки ме сторождений подземных вод всегда актуальна проблема оценки разме ров области постановки основного объёма опытно-фильтрационных Р.С. Штенгелов работ. Один из вариантов решения аналитическое сравнение пониже ний в водозаборе на срок t = 25 лет в расчётных схемах неограничен ного пласта (а) и замкнутого пласта (б) с непроницаемой границей («пласт-круг»):

Q 2.25at 2.25at а) S0 = ;

в удельных понижениях S 0 = ln ;

ln 4 T rc rc Q 0.47 R Qt 0.47 R 4at б) S = + ;

S = 2 ln + 2.

ln 2 T µR rc rc R S S =.

S На рис. 1 видно, что на расстоянии R at понижение в обеих схемах (практически независимо от пьезопроводности) различаются менее, чем на 5–10%, т.е. проводимость и водоотдача пласта за этим пределом могут быть какими угодно (вплоть до нулевых значений) и поэтому не требуют оценки.

Рис. 1. Сравнение удельных понижений в неограниченном и замкнутом пластах Насколько велик физический размер этой зоны? Напомним: t = 25 лет. В наиболее «вязких» грунтовых водоносных горизонтах (а 103–104 м2/сутки) она составляет 3–10 км, а в напорных межпла стовых (а 106 м2/сутки) достигает 100 км! Скорее всего, в реальных водоносных системах на таких расстояниях можно ожидать проявле ния каких-либо граничных воздействий например, взаимодействие водоносных горизонтов путём перетекания через слабопроницаемые разделяющие слои (это основной процесс, сдерживающий развитие региональных депрессионных воронок в артезианских структурах).

Пренебрежение процессами перетекания в расчётах водозаборов при водит к значительному завышению прогнозных понижений. Показа 424 Разведочная гидрогеология тельным является характер погрешности между понижением в изолиро ванном пласте Q r2 r S= W ( c );

S = W ( c );

4T 4at 4at и в пласте с перетеканием Q r2 r r2 r S0 = W ( c, c );

S 0 = W ( c, c ).

4 T 4at B 4at B Рис. 2. Сравнение удельных понижений в изолированном пласте и в пласте с перетеканием Видно (рис. 2), что для напорных горизонтов (с высокой пьезопро водностью) перетекание заметно проявляется даже при значениях фак тора B 10 000 м, что соответствует примерно 50-метровому разде ляющему слою глин с K0 (1–2)10–4 м/сутки или 10-метровому слою с K0 510–5 м/сутки. При малых значениях пьезопроводности (грунто вый горизонт) перетекание существенно проявляется только при значе ниях фактора B 2000 м. К примеру, таким сопротивлением обладает 10-метровый слой лёгких глин (K0 10–3 м/сутки).


Важнейшим граничным элементом для грунтовых водоносных гори зонтов являются контуры речной сети. Немаловажный практический во прос на каком расстоянии от реки необходимо учитывать её влияние на понижения уровней? Критерием для такой оценки можно принять равен ство (с заданной погрешностью ) понижения в неограниченном пласте Q 2.25at 1.5 at S= ;

S = ln ln ;

4 T rc rc и в полуограниченном пласте с прямолинейной границей 1 рода 2L 2L Q S0 = ln 0 ;

S 0 = ln 0.

2 T rc rc Р.С. Штенгелов S0 S Очевидно, что = = 0 при L0 = 0.75 at. При приближении S водозабора к реке погрешность нелинейно возрастает (по модулю).

С погрешностью 10–5% можно пренебрегать влиянием реки при L0 (0.25 0.45) at (рис.3). При характерной уровнепроводности грунтовых водоносных горизонтов a = 103–104 м2/сутки это расстояние составляет от 800–1400 до 2500–4000 м.

Рис. 3. Сравнение удельных понижений в неограниченном пласте и у границы 1-го рода (совершенная река) 2. Модельный эксперимент. На имитационной модели оценивается размер области приречного месторождения подземных вод, в пределах которой изменение параметров пласта и граничного условия на реке влияет на понижение уровня в водозаборе (с погрешностью ), распо ложенном на удалении L0 от уреза. Фиксируется исходное стационар ное понижение в водозаборе S0 при «неограниченном» (весьма значи тельном) размере модельной области. Далее выполняется серия стационарных модельных решений с постепенным сокращением дейст вующей области;

за её пределами задаётся нулевая проводимость гори зонта и ликвидируется условие 1-го рода на реке. В каждом решении фиксируется постепенно возрастающее понижение в водозаборе S.

Проследив изменение погрешности S S = S при нескольких размерах действующей области L (рис. 4), можно ви деть, что погрешность оценки понижения существенно возрастает лишь в ближайшей к водозабору «активной» зоне размером 4 L0 вдоль уреза и 2 L0 от уреза вглубь берега.

426 Разведочная гидрогеология Рис. 4. Погрешность оценки понижения в приречном водозаборе при изменении размера действующей области Рис. 5. Локализация характерных зон в области влияния приречного водозабора (А зона привлечения речного стока, Б зона формирования 95% баланса водоотбора) Р.С. Штенгелов Заметим, однако, что речь в этом примере идёт лишь о прогнозных расчётах понижений уровня в водозаборе. В то же время при оценке запасов всегда существует ряд задач, требующих более широкой пло щадной характеристики области месторождения: расчёты размеров зо ны санитарной охраны, локализации участков и величин привлечения речных вод, оценка влияния на соседние водозаборы и др. Поэтому, кроме детальных исследований на «активной» площади, на месторож дениях должен быть предпринят необходимый и достаточный комплекс разведочных работ в обширной окружающей области (рис. 5).

В завершение краткого обзора идеи имитационного моделирования нужно подчеркнуть, что критериальные оценки, получаемые при иссле довании типовых, т.е. идеализированных, расчётных схем не следует воспринимать как абсолют, понимая значимость (нередко решаю щую) локальных особенностей реальных, всегда неоднородных водо носных систем. Применительно к конкретным объектам гидрогеологи ческих изысканий и поисково-разведочных работ В.М. Шестаков предложил такого рода имитационные задачи называть «разведочным»

моделированием («факторно-диапазонный анализ», по терминологии И.К. Гавич), считая их основным назначением анализа чувствительно сти прогнозных решений к вариации параметров фильтрационной схе мы, включая и граничные условия [2, 3]. Важным условием применения разведочного моделирования является его многократная повторяемость, начиная с самых ранних стадий работ, с последовательным уточнением по мере информационного насыщения фильтрационной схемы объекта исследований.

Литература 1. Жернов И.Е., Шестаков В.М. Моделирование фильтрации подземных вод. М., Недра, 1971. 226 с.

2. Ломакин Е.А., Мироненко В.А., Шестаков В.М. Численное моделирова ние фильтрации. М., Недра, 1988. 228 с.

3. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. 3-е изд. М., Изд-во МГУ, 1995. 368 с.

4. Штенгелов Р.С. Курс лекций «Поиски и разведка подземных вод». Элек тронный ресурс http://geo.web.ru/db/section_page.html?s=121109000&ext_sec= 190500000.

5. Hunt B. Unsteady stream depletion from ground water pumping // Ground water, 1999. Vol. 37, no.1. Р. 98– 428 Разведочная гидрогеология ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НОВОГО ЭТАПА ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАЗВЕДАННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД В АЗЕРБАЙДЖАНЕ А.Б. Алекперов, А.И. Хасаев Государственная водная компания «Азерсу», Az 1012, г. Баку, Московский просп. 67, тел: +(99450) 2038025, факс: +(99412) 4308695, e-mail: azgeoeco@gmail.com Бакинский Государственный Университет, AZ 1148, г. Баку, ул. Академика Захид Халилова 23, тел: (+99412) 4391018, факс: (+99412) 4391018, e-mail: a.xasaev@bsu.az В последние годы в Азербайджане выполняются широкомасштаб ные работы по реконструкции и созданию систем водоснабжения всех малых и больших городов. Для водоснабжения населения привлекаются ресурсы, как поверхностных, так и подземных вод. Основные запасы пресных и слабоминерализованных подземных вод Азербайджана со средоточены в бассейнах порово-пластовых вод предгорных равнин [1].

Региональные эксплуатационные ресурсы подземных вод по этим бассейнам оценены в основном в 1970–1980 годы. В их пределах экс плуатационные запасы подземных вод оценены и утверждены по более 50 конкретным месторождениям, дающим основание для строительства водозаборных сооружений. За короткое время начато строительство и ввод в эксплуатацию ряда водозаборов подземных вод. Выполненный анализ и проводимые разведочно-эксплуатационные исследования по конкретным водозаборам показывают, что утвержденные региональные ресурсы и запасы подземных вод, на сегодняшний день, не в полной мере достоверно отражают реальную картину и значительно занижены.

Это связано в основном с тем, что за прошедшее время произошли ощутимые изменения в водохозяйственной обстановке, в количествен ном и качественном содержании источников питания подземных вод.

Также нуждается в корректировке подход и методика определения гид рогеологических параметров и подсчета запасов.

Региональные эксплуатационные ресурсы подземных вод по бассей нам порово-пластовых вод предгорных равнин оценивались, как правило, методом аналитических расчетов производительности абстрактных скважинных водозаборов, по схеме равномерно распределенных по пло щади или же работающих в круговых пластах с непроницаемыми грани цами, скважин и по схеме водозаборов линейного ряда скважин, рабо тающих в полуограниченном пласте с двумя границами: постоянным нулевым расходом (непроницаемая граница на контакте с коренными породами горной области) и постоянным напором (региональные дрены рек Кура, Араз, Ганых, Агричай и Каспийское море). Расчеты производи лись для равномерного режима отбора подземных вод для расчетного А.Б. Алекперов, А.И. Хасаев периода, равного 10 000 суток, по известным формулам и подходам Н.Н. Биндемана, Ф.М. Бочевера, Л.С. Язвина, Б.В. Боревского.

Считаем, что наблюдаемое несоответствие оцененных эксплуатаци онных ресурсов и запасов подземных вод с реальными условиями свя зано с несколькими причинами.

Во-первых, важным моментом является то, что анализ динамики добычи и использования пресных подземных вод в период интенсивной их добычи в 70-е – начало 80-х годов прошлого века, а также изменения гидродинамических параметров позволяет оценить степень достоверно сти региональных эксплуатационных ресурсов даже на тот период. Де ло в том, что более 80% добываемых пресных подземных вод использо валось в то время для оросительных целей. При этом режим полива характеризовался максимально интенсивными отборами подземных вод в период вегетации и очень малыми в остальное время года. Режим от бора подземных вод фактически являлся резко неравномерным, в отли чие от равномерно заложенного в расчеты при оценке эксплуатацион ных запасов режима. То есть, расчетные математические зависимости фактически не соответствовали реальным режимам добычи, что приве ло к неверным конечным результатам.

Во-вторых, в условиях техногенеза формируются, по определению В.А. Листенгартена, так называемые сложившиеся эксплуатационные запасы подземных вод, за счет привлеченных дополнительных источ ников [2]. Это речные воды, подтягиваемые к водозаборам под влияни ем регионального понижения уровня подземных вод, а также инфильт рационные воды с орошаемых территорий и оросительных систем.

Используемая методика оценки эксплуатационных запасов не позволяет учитывать дополнительные источники, формирующие структуру сло жившихся ресурсов и запасов подземных вод. Приведенное выше под тверждается фактическими данными по учету добычи и использования подземных вод, проведенных бывшим Государственным Комитетом по Геологии и Минеральным Ресурсам Азербайджана, за период наиболее интенсивной эксплуатации месторождений 1980–1988 годы. Так, по Карабахскому и Мильскому месторождениям фактическая добыча под земных вод превышала утвержденные эксплуатационные запасы более чем в три раза, а по Джебраильскому месторождению – более двух раз [1]. Однако каких-либо факторов, указывающих на истощение их коли чественных параметров или ухудшение качественных характеристик по данным месторождениям, не отмечено. Максимальная интенсивность добычи подземных вод в остальных месторождениях не превышала 20– 25% от утвержденных запасов, в связи, с чем невозможно было оценить степень достоверности оценки утвержденных эксплуатационных запа сов. Указанные выше факторы отрицательно отразились на степени 430 Разведочная гидрогеология достоверности оценки эксплуатационных ресурсов и запасов всех ме сторождений пресных подземных вод.


Важнейшим негативным моментом в этом вопросе является невысо кая степень достоверности заложенных в расчеты гидрогеологических параметров, что подтверждается по результатам опытно-фильтрацион ных работ, проводимых в пробуренных в последнее время разведочных и разведочно-эксплуатационных скважинах. Например, максимальный дебит, полученный из разведочных скважин, пробуренных в 70-е годы в пределах известного Алазань-Агричайского бассейна подземных вод, обосновывающих подсчет эксплуатационных запасов подземных вод апробированных ГКЗ СССР, не превышал 58 л/с, тогда как, из разве дочно-эксплуатационных скважин, пробуренных на тех же площадях в 2009–2010 годы, получены дебиты 200–250 л/с и более, как при самоиз ливе, так и при принудительном отборе. При этом, диаметр скважин, пробуренных в 70-е годы, составляет 273 мм, а скважин, пробуренных в 2009–2010 годы – 354 мм. То есть, разница в диаметрах скважин не большая и значительная разница в дебитах не может объясняться толь ко лишь этим фактором.

Или же, если величина понижения уровня в разведочных скважи нах, пробуренных в Карабахской равнине в начале 80-х годов для обос нования подсчета эксплуатационных запасов подземных вод, также ут вержденных ГКЗ СССР, при дебите 22–25 л/с составляла 8–17 м, то в разведочной скважине, пробуренной на той же площади в 2012 г, уро вень подземных вод при дебите 27 л/с, снизился всего на 2 м.

Эти и другие конкретные результаты исследований, выполненных в последние годы, свидетельствуют о значительной разнице, и в основном о занижении значений коэффициента фильтрации, величины водопрово димости и других основополагающих гидрогеологических параметров, заложенных в расчеты эксплуатационных ресурсов и запасов, прошед ших апробацию или утверждение в Государственных Комиссиях по Запасам. Считаем, что причина этого кроется в основном в конструкции и опробовании разведочных скважин. Бурение разведочных скважин осу ществлялось роторным способом, в основном одним диаметром до забоя скважины, с прямой промывкой глинистым раствором. При этом проис ходила сильная глинизация всего ствола скважины. Прокачка скважин эрлифтом не обеспечивала необходимую деглинизацию ствола скважи ны, в том числе и интервалов залегания водоносных слоев. В связи с этим к опробованию была вовлечена не вся мощность водоносных слоев, а их ограниченная часть, и фактические дебиты и понижения уровней при откачке характеризовали только эту часть. Однако полученные по дан ным опробования скважин гидрогеологические параметры относились ко всей эффективной мощности водоносного горизонта [3].

А.Б. Алекперов, А.И. Хасаев При бурении разведочных гидрогеологических скважин в те време на, как правило, не применялась обсыпка затрубного пространства гра вием. Результаты же бурения гидрогеологических скважин в последние годы, свидетельствуют об огромном значении качественной гравийной обсыпки, особенно при несвязных водосодержащих породах. При этом исключительное значение имеет правильный выбор размеров частиц гравия в зависимости от гранулометрического состава водосодержащих пород. Правильно выбранная конструкция скважины, достижение ко нечного диаметра через соответствующие этапы расширения ствола, надлежащая деглинизация водоносных горизонтов являются основой получения достоверных гидрогеологических параметров.

В этот перечень следует добавить еще и слабую изученность под земного стока трещинно-жильных вод горных областей и их роль в формировании эксплуатационных запасов подземных вод в пределах пластово-поровых подземных вод предгорных равнин.

Исходя из изложенного, а также принимая во внимание просрочен ность расчетного срока (10 000 суток) утвержденных запасов, настала необходимость их переоценки и переутверждения. При этом важно использовать методы оценки эксплуатационных ресурсов и запасов подземных вод, учитывающих всеобъемлющие факторы и специфику формирования структуры сложившихся ресурсов и запасов, а также ограничения, способствующие как охране количественных и качест венных параметров ресурсов подземных вод, так и окружающей среды.

Одновременно следует провести комплекс исследований по оценке экс плуатационных ресурсов трещинно-жильных пресных подземных вод горных областей республики с выделением их по зонам активного во дообмена и глубокого подземного стока.

Для водоснабжения г. Баку на северо-западе Азербайджана, в Огуз ском месторождении, расположенном на расстоянии 260 км, построен один из крупнейших в мире водозаборов подземных вод. Водозабор с производительностью 5 м3/с состоит из двух рядов параллельно разме щенных скважин глубиной 150–170 м, протяженностью около 18 км.

Расстояние между линиями 1000 м, между скважинами в каждом ряду – 500 м, количество скважин – 78. Следует отметить, что по результатам разведочных работ, выполненных в 80-е годы, водозабор с производи тельностью 5 м3/с и с теми же параметрами конструкции предусматрива лось разместить на расстоянии 40 км. Исследования, выполненные в 2005–2006 гг., позволили сократить длину водозабора до 18 км.

Имеется ряд вопросов геоэкологического характера, связанных со строительством и эксплуатацией этого мощного водозабора.

При строительстве водозабора по ряду скважин происходили неза планированные самоизливы и сильная суффозия, что мешало завершить 432 Разведочная гидрогеология бурение скважины. Предотвратить это удалось только путем сохране ния высокого удельного веса глинистого раствора не ниже 1,8–2,2 г/см3.

Имелись большие сложности и после завершения бурения, при ос воении скважины. Высокий удельный вес глинистого раствора запол няющего ствол скважины, не дал возможность заполнить затрубное пространство гравием, после обсадки эксплуатационной колонны. Тре бовалось уменьшение удельного веса раствора до 1,30–1,35 г/см3. Од нако, ниже этой плотности, освободившиеся от глинистого раствора подземные воды, стремились на поверхность, как через обсадную ко лонну, так и через затрубное пространство. В этом случае, поток под земных вод с дебитом, доходящим до 150–250 л/с не дал возможность заполнить затрубное пространство гравием, они выбрасывались обрат но и через некоторое время скважина выходила из строя. Для предот вращения этого, при деглинизации применялась не чистая вода, а гли нистый раствор с меньшим удельным весом, благодаря чему удалось избежать осложнения, обеспечить нормальное завершение скважины.

Наблюдавшийся факт длительного продолжения процесса суффо зии в скважинах, сопровождение потока илисто-песчанистыми части цами, сделало необходимым держать под контролем размеры частиц гравия, применяющегося для заполнения затрубного пространства. При размере гравия 2–5 мм суффозионные процессы были предотвращены полностью.

После вскрытия эксплуатационными скважинами напорного водо носного горизонта происходило стремительное снижение уровня под земных вод выше по потоку на 2,5–3,8 м. Снижение уровня ниже по потоку не наблюдалось. Тем не менее, происходило частичное сезонное восполнение сработанного объема.

Не наблюдается ущерб поверхностному стоку под влиянием экс плуатации подземных вод. Поскольку подавляющее большинство водо заборных скважин размещены за пределами лесного массива, нет опас ности высыхания лесного покрова. Тем не менее, эти вопросы являются предметом дальнейших исследований.

Бассейн уязвим в отношении внешних факторов. Ввиду того, что реки и атмосферные осадки играют определяющее значение в форми ровании запасов подземных вод, глобальное изменение климата, в слу чае если это произойдёт, будет сказываться на гидрогеологических ус ловиях. Однако, благодаря большим запасам и избыточным напорам подземных вод, в обозримом будущем опасаться этого не следует.

В настоящее время водозабор функционирует беспрерывно с произ водительностью 5 м/с, работа системы полностью держится под кон тролем при помощи системы SCADA.

Г.Е. Ершов, Ю.Ю. Кувыкина, А.Л. Язвин В горной и предгорной зонах Азербайджана наибольшее хозяйст венное значение имеют подземные воды аллювиальных отложений, слагающие поймы рек и выстилающие их русла. Несмотря на то, что подрусловые воды являются основным и едва ли, не единственным ис точником водоснабжения городов и сел, расположенных в этой зоне, изучены они слабо. Выполненные исследования и начатая эксплуатация показывают на значительные различия условий формирования, ресур сов и химического состава подрусловых вод, степень кольматации кол лекторских пород, сформированных в аналогичной геолого-геоморфо логической и гидролого-гидрогеологической обстановке, что требует внесения ясности. В настоящее время ведутся комплексные исследова ния для выяснения условий строительства водозаборных сооружений в долинах ряда рек Большого и Малого Кавказа.

Литература 1. Алекперов А.Б., Алиев Ф.Ш., Исрафилов Ю.Г. и др. Геология Азербай джана, Т. VIII. Гидрогеология и инженерная геология. Изд-во «Нафта-Пресса», Баку, 2008, 380 с.

2. Листенгартен В.А. Формирование ресурсов подземных вод аллювиаль но-пролювиальных равнин. Изд-во «Елм», Баку, 1987, 168 с.

3. Жексембаев Ю.М., Андрусевич В.И., Подольный О.В., Рачков С.И. Опыт переоценки эксплуатационных запасов подземных вод на примере месторож дений Северо-Западного Казахстана // Алматы, Геология и охрана недр. 2010.

с. 90–94.

ПЕРЕМЕННЫЕ ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ ПРИ РАСЧЕТАХ ВОДОЗАБОРОВ Г.Е. Ершов, Ю.Ю. Кувыкина, А.Л. Язвин ЗАО ГИДЭК, 105203, Москва, 15-я Парковая ул., д. 10а, т. 495-9659861, info@hydec.ru Основные принципы гидрогеологических расчетов были разработа ны несколько десятилетий назад, во второй половине прошлого века.

В основе всех видов расчетов (аналитических, численно-аналитических, численных) лежит построение природной модели и её последующая геофильтрационная схематизация. При этом общепризнано, что досто верность схематизации определяет достоверность последующих расче тов. В связи с этим схематизация должна отвечать, с одной стороны, требованиям решаемой задачи и, с другой, – сложности природных ус ловий.

Следствием повышения требований к достоверности расчетов явля ется необходимость более полного учета геолого-гидрогеологических 434 Разведочная гидрогеология условий при интерпретации данных, обосновании использования под земных вод и проектирования эксплуатации. Этим было обусловлено развитие методов математического моделирования в гидрогеологии, в первую очередь с целью отражения пространственной неоднородности водовмещающих отложений и конфигурации границ.

В 2003 г., ровно 10 лет назад, В.М. Шестаков публикует статью, в заглавие которой им был вынесен тезис «учет геологической неодно родности – ключевая проблема гидрогеодинамики» [7]. Статья посвя щена исследованию пространственной неоднородности, под которой понималось «свойство строения горных пород и массивов, проявления которого обусловлены особенностями их генезиса». Было рассмотрено влияние неоднородности, определяющее: перетекание в разделяющих пластах (проницаемость глинистых пород);

локальное инфильтрацион ное питание (обусловленное морфологией поверхности земли, строени ем зоны аэрации и особенностями ландшафта);

геофильтрационное строение потока (изменения водопроводимости в разрезе и сопротивле ния ложа водотока);

процессы контаминации подземных вод.

Завершая статью, В.М. Шестаков пишет: «Изучение гидрогеодина мических процессов нельзя считать завершенным, если не проанализи ровано влияние на них неоднородности строения горных пород и мас сивов».

К этому утверждению, на наш взгляд, необходимо добавить, что, рассматривая геологическую неоднородность, следует говорить как о неоднородности пространственной (под которой принято понимать ис ходную неоднородность распределения гидрогеологических парамет ров), так и о неоднородности во времени, под которой обычно принято понимать изменчивость граничных условий.

В подавляющем большинстве случаев переменными ГУ являются во доотбор, инфильтрационное питание и условия взаимосвязи с поверхно стными водами, а основными типами изменения – периодическое (цик лическое) и направленное. Первое обусловлено как природными, так и (в ряде случаев) антропогенными сезонными и многолетними гидрологиче скими и метеорологическими циклами. Второе, как правило, имеет тех ногенный характер и является следствием, например, создания водохра нилищ, роста утечек на селитебных и промышленных территориях из водопроводов, хвостохранилищ, отстойников и т.п.

Отдельного рассмотрения в этом аспекте требуют случаи, когда мы говорим об изменчивости во времени самих гидрогеологических пара метров. Строго говоря, при использовании инструмента математическо го моделирования, такого рода процессы, в зависимости от формули ровки модели, также могут сводиться к изменчивости исключительно граничных условий, а не самих параметров (если трактовать понятие Г.Е. Ершов, Ю.Ю. Кувыкина, А.Л. Язвин «параметры» в математическом смысле). Действительно, например, ши роко используемый в качестве постоянного параметра для напорных пла стов коэффициент водопроводимости пород является комплексным – зависящим от их эффективной мощности и коэффициента фильтрации.

Последний же, в свою очередь, зависит от плотности и вязкости флюи да, то есть его химического состава, минерализации и температуры, а также фазового состояния.

Таким образом, в случаях значительного влияния, например, темпе ратуры подземных вод на их вязкость (в областях с длительным посту плением в водоносные горизонты инфильтрующихся вод с околонуле вой температурой или, наоборот, смешения горячих и холодных вод в тектонически активных районах), могут использоваться математиче ские модели, где в качестве постоянного во времени параметра решае мой системы дифференциальных уравнений используется коэффициент проницаемости (или его распределение в пространстве), а вязкость и плотность флюида являются зависимыми переменными и реализуются как начальные и изменяющиеся во времени граничные условия (воз можно, рассчитываемые в зависимости от температуры). В наборе используемых гидрогеологами программных средств существует уже множество программ, формализованных для подобной постановки (FEFLOW, SUTRA, TOUGH2 и др.).

В настоящем сообщении, на основе материалов по реальным гидро геологическим объектам, приведены несколько характерных примеров, иллюстрирующих значимость такого фактора, как изменение гранич ных условий или определяющих их геофильтрационных параметров во времени.

I. Тольяттинское месторождение Направленные условно мгновенные (создание водохранилища) и продолжительные (утечки из сетей, орошение, водоотбор) изменения Тольяттинское месторождение подземных вод [8] является источ ником водоснабжения Центрального и Комсомольского районов горо да. Продуктивный неоген-четвертичный водоносный комплекс пред ставлен разнозернистыми песками мощностью 50–60 м.

Со второй половины 1950-х годов произошло резкое изменение ес тественных гидрогеологических условий, обусловленное следующими антропогенными факторами:

1. Строительство Волжской ГЭС и создание Куйбышевского водо хранилища, в результате чего уровень воды в р. Волге повысился на 20 м, на несколько километров сместился урез реки, изменилась пло щадь акватории, увеличилось количество осадков.

2. Возникновение и развитие г.Тольятти, сопровождающееся интен сивным водопотреблением (современный суммарный отбор подземных 436 Разведочная гидрогеология вод – 200 тыс. м3/сут, поверхностных – около 650 тыс. м3/сут), что явля ется причиной резкого снижения уровней – на участках расположения водозаборов подземных вод и повышения – на территориях селитебных и промышленных зон в результате утечек из водонесущих сетей.

3. Использование земель для сельскохозяйственного производства, что также внесло значительный вклад в подъем уровня (среднегодовой забор поверхностной воды для орошения изменялся в разные периоды от 170–220 тыс. м3/сут до 100–130 тыс. м3/сут).

Отличительной особенностью постановки задач при геофильтраци онном моделировании является необходимость учета временных и про странственных изменений инфильтрационного питания. Модельный массив значений данного параметра задан зонами, выделение которых обусловлено различными природными и техногенными факторами. При этом в каждой из зон величина инфильтрации является переменной во времени – ввиду увеличения количества осадков и техногенной состав ляющей питания.

Согласно результатам моделирования, в естественных условиях ин фильтрация составляла 45 мм/год. К 1973 г. она изменилась, главным образом, для селитебных территорий (65 мм/год) и для центрального промышленного узла (100 мм/год). Максимальные значения были по лучены в конце 1980-х годов: для массивов орошения – 100 мм/год, се литебных зон – 70–90 мм/год, для промышленных – 500–700 мм/год (величина утечек ~10%).

Для проведения анализа роли основных режимообразующих факто ров (подпор, изменение питания, водоотбор), реализуемых как перемен ные граничные условия, был решен ряд модельных задач для периода 1950–2000 г. в различной постановке. Характер изменения уровня за ука занный период позволил выделить различные типы режима.

Водозабор Прибрежный. После заполнения водохранилища рас стояние до уреза увеличилось с 300 м до 3.8 км. Повышение уровня в результате подпора составляет около 20 м. Влияние увеличения ин фильтрационного питания не превышает 1–2 м. Понижение в результа те эксплуатации – 4 м.

Водозабор Соцгородской. В результате заполнения водохранили ща повышение составило 14 м, дополнительный вклад увеличения питания – 4 м. Водоотбор компенсирует влияние указанных факторов, современные уровни соответствуют их значениям в естественных ус ловиях.

Центральный промузел. Влияние факторов, обусловливающих подъем уровня, существенно превышает воздействие водоотбора. По вышение уровня в результате подпора составляет 10 м, вклад антропо генного увеличения питания – 12 м.

Г.Е. Ершов, Ю.Ю. Кувыкина, А.Л. Язвин Таким образом, задание переменных граничных условий позволяет выполнить калибрацию модели и оценку роли факторов, определяющих изменения гидрогеологических условий.

II. Территория Западно-Сибирского металлургического комбината Направленное продолжительное изменение (увеличение инфильтрационного питания вследствие постоянного роста утечек) На протяжении практически всей истории ЗСМК существенной проблемой является развитие процессов подтопления [6]. Территория ЗСМК расположена на террасах правого берега р.Томь. В разрезе выде ляются 2 основных горизонта: безнапорный в суглинках и напорный в галечниках. Горизонтальный коэффициент фильтрации суглинков со ставляет 0.1–0.4 м/сут, вертикальный – порядка 0.003 м/сут. Значения коэффициента фильтрации галечников меняются от 75–125 м/сут на территории промплощадки до 40–50 м/сут ближе к коренному склону.

Горизонт широко используется для целей водоснабжения.

В естественных условиях поверхность была в значительной степени заболочена. Освоение территории привело к кардинальному изменению гидрогеологических условий, обусловленному разнонаправленными процессами, такими как: строительное водопонижение, дренажный во доотбор и регулирование поверхностного стока, приводящие к сниже нию уровня грунтовых вод – с одной стороны, и утечки из водонесущих коммуникаций, технологические потери и создание техногенных вод ных объектов (пруды-охладители и гидроотвал), приводящие к повы шению уровня – с другой. Все указанные процессы заданы на модели как переменные граничные условия.

Дренажный водоотбор на рубеже 1960–70-х годов с дебитом около 25 тыс. м3/сут значительно снизил уровень подземных вод – до 10–12 м в галечниках и до 6–8 м в суглинках, что привело к сокращению или пол ному исчезновению областей естественной разгрузки грунтовых вод.



Pages:     | 1 |   ...   | 10 | 11 || 13 | 14 |   ...   | 15 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.