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 |   ...   | 11 | 12 || 14 | 15 |

«3 Оглавление О ГЛАВ Л ЕН И Е ...»

-- [ Страница 13 ] --

В дальнейшем уменьшение водоотбора и постепенно растущий подпор со стороны прудов-охладителей и особенно гидроотвала – инициировали восстановление уровней подземных вод. Одновременно все в большей степени проявляются зоны аномального повышения уровня, обусловлен ные утечками оборотной воды и фильтрацией из нагорной канавы.

При разработке модели инфильтрационное питание было задано аналогично модели Тольяттинского месторождения – зонами с пере менными во времени значениями. Согласно полученным результатам, в среднем величина инфильтрации на территории промплощадки увели чилась по сравнению с естественными условиями с 80 до 290 мм/год, т.е. приблизительно в 3.5 раза. На участках, где утечки максимальны (например, прокатное производство, ТЭЦ), величина питания достигла 500–750 мм/год.

438 Разведочная гидрогеология Увеличение питания подземных вод на территории комбината за счет изменения площадной инфильтрации и фильтрации из техноген ных водных объектов в настоящее время оценивается величиной поряд ка 22 тыс. м3/сут. Это, хотя и составляет всего около 2% от оборота объединенной водохозяйственной системы ЗСМК и ЗС ТЭЦ, сущест венно влияет на обводненность территории.

Отчасти рост питания компенсируется отбором подземных вод для водоснабжения, современная среднегодовая величина которого не пре вышает 14–15 тыс. м3/сут (около 600 м3/час). Результаты эпигнозного моделирования показали, что при отсутствии водоотбора подтопление могло охватить практически всю промплощадку.

III. Красноярское месторождение Периодическое внутригодовое изменение условий взаимосвязи при изменении температуры воды Основным источником водоснабжения г. Красноярск являются во дозаборы подземных вод, расположенные на островах р. Енисей [1].

Они имеют длительный период эксплуатации, суммарный отбор в на стоящее время составляет 430 тыс. м3/сут. Гидрологический режим Енисея зарегулирован плотиной Красноярской ГЭС.

Водовмещающими породами служат пески и гравийно-галечные отложения аллювиального горизонта, средней мощностью 10–12 м, об ладающие исключительно высокими фильтрационными свойствами.

Формирование эксплуатационных запасов подземных вод опреде ляется, в первую очередь, условиями их взаимосвязи с поверхностными водами, для которых характерна существенная сезонная изменчивость, обусловленная рядом факторов. Наиболее значимым из них является изменение коэффициента фильтрации за счет изменения вязкости воды при колебании ее температуры. В течение года температура речных вод изменяется в диапазоне от 0°С (январь–февраль) до 14°С (август). Со гласно литературным данным, этому соответствует изменение вязкости воды (а, следовательно, и коэффициента фильтрации) в 1.5 раза – от 1.79 сП до 1.17 сП.

При моделировании для оценки сезонных изменений использова лись фактические данные за 2001 и 2007 годы, характеризующие уро вень и температуру воды р. Енисей, уровень подземных вод и их отбор.

На о. Казачий, при относительно стабильном водоотборе (~ 80 тыс.

м3/сут), понижение уровня в наблюдательных скважинах на линии водо заборного ряда составляет в летний период 0.8–1 м, в зимний – 1.5–2 м.

При этом снижение уровня подземных вод, имеющее место в ноябре– декабре, достаточно уверенно коррелирует с уменьшением температуры воды с 9°С до 1°С. Похожие результаты были получены и для других островов.

Г.Е. Ершов, Ю.Ю. Кувыкина, А.Л. Язвин Проведенное моделирование показало, что в зависимости от сезона года, значения коэффициента фильтрации водовмещающих отложений изменяются в диапазоне от 350–450 м2/сут до 550–650 м2/сут. Анало гично изменяется и коэффициент перетока подрусловых отложений, значения которого находятся в интервале 1–2 сут-1.

Таким образом, положение уровня подземных вод определяется не только расходом р. Енисей и величиной водоотбора, но и температур ным режимом речных вод, что необходимо учитывать при оценке запа сов и разработке регламента эксплуатации водозаборных сооружений.

IV. Месторождения в долинах горных рек Краснодарского края Периодическое внутригодовое изменение условий взаимосвязи при изменении расхода поверхностных вод В качестве примера такого рода рассмотрим Нижнемзымтинское месторождение подземных вод. Как известно, основным источником формирования запасов подземных вод в долинах горных рек является поверхностный сток, условия привлечения которого к водозаборам оп ределяются фильтрационным сопротивлением подрусловых отложений (А0) и размерами поперечного сечения русла реки. В глубокую межень, когда расход реки и ее поперечное сечение уменьшаются, соответст венно снижается поступление речных вод в водоносный горизонт, и часть водоотбора компенсируется сработкой емкости аллювиальных отложений с восполнением её в последующий паводковый период.

К этому добавляются процессы увеличения фильтрационного сопро тивления подрусловых отложений вследствие их эксплуатационной кольматации [5]. Если глубина кольматации подрусловых отложений не превышает глубины их переработки при паводках, достигающей, к примеру, в долине р. Мзымта 2–2.5 м, то происходит декольматация и восполнение емкостных запасов. Если глубина кольматации больше глубины переработки, то происходит прогрессирующее ухудшение свя зи подземных и поверхностных вод. В связи с этим для целей прогноза в современных условиях на вновь разведуемых участках параметр фильтрационного сопротивления (А0) может быть определен только по аналогии, по данным режима эксплуатации действующих водозаборов.

При этом фильтрационное сопротивление подрусловых отложений не обходимо задавать переменной величиной во внутригодоводом цикле.

Нижнемзымтинское МППВ приурочено к аллювиальным песчано гравийным отложениям долины реки Мзымты мощностью от 15–20 до 35–50 м. Оно было выделено в 2012 г. и включает три участка: Адлер ский, Ахштырский и расположенный между ними Верхнеадлерский.

В 2011 г. была разработана геофильтрационная модель месторождения, 440 Разведочная гидрогеология на которой воспроизводилась эксплуатация Адлерского Правобережного и Левобережного водозаборов (Адлерский участок), водозабора «Пле менного форелеводческого завода “Адлер”» (Ахштырский участок), а также режим неэксплуатируемого Верхнеадлерского участка [3].

В ходе решения обратной задачи на модели было выделено не сколько этапов внутри года, в течение которых изменяется связь между подземными и поверхностными водами:

• Полноводный период 0–190 сут, характеризующийся подпертым режимом. При этом внутри данного периода маловодные и многовод ные периоды при последующей калибровке модели не учитывались.

• Меженный период 190–280 сут, в который происходит сработка емкости водоносного горизонта, а также трансформация потока не толь ко на водозаборных участках, но и между ними. Внутри периода отдель но выделяется критический период – глубокая межень 250–280 сут.

• Паводковый период 280–290 сут, в течение которого происходит восстановление прежних условий связи поверхностных и подземных вод и восполнение сработанных в межень емкостных запасов.

При калибровке модели было установлено, что отрыв уровня на мо дели от дна реки происходит за первые несколько суток межени. По этому на период межени производился подбор притока из реки путем задания расхода (то есть заменой ГУ-III на ГУ-II на участках отрыва уровней подземных вод). Впоследствии подобранный расход из реки пересчитывался на условный параметр А0 при заданных глубинах отры ва уровней.

В ходе решения обратных задач было установлено, что в полновод ный период параметр фильтрационного сопротивления подрусловых отложений А0, в целом, не превышет 0,5 сут. На период сработки емко стных запасов величина параметра А0 изменяется в пространстве и во времени. На Адлерском участке – от 1 до 11 сут. Севернее, на Верхне адлерском участке – от 3 до 6 сут. На территории Ахштырского участка условно рассчитанный параметр А0 составляет 80 сут, а компенсация водоотбора происходит за счет фильтрации из реки за его пределами со стороны Верхнеадлерского участка. Необходимо отметить, что ранее по данным разведочных работ и при моделировании условий эксплуатации водозаборов на период до 2010 г, максимальная расчётная величина параметра Ао на конец межени составляла 1–3 сут, а уже на расстоянии 500 м от водозаборов приближалась к ненарушенной величине в 0,05 сут. В связи с этим при оценке запасов Верхнеадлерского участка был сделан вывод об усилении техногенного воздействия на русло реки за счёт масштабных строительных работ в ее долине, что привело к уве Г.Е. Ершов, Ю.Ю. Кувыкина, А.Л. Язвин личению мутности поверхностных вод и усилению кольматации подру словых отложений ниже Ахштырского ущелья.

Отметим, что рассматривая процессы изменчивости во времени фильтрационного сопротивления подрусловых отложений, теоретиче ски возможно также представить себе такую модель, которая решала бы систему уравнений, включающую расчёт на каждом расчётном шаге их проницаемости в зависимости от мутности, скорости течения, уровня поверхностных вод и гранулометрических характеристик. В этом слу чае неизменными параметрами такой модели (в математическом смыс ле) будут являться, очевидно, коэффициент шероховатости русла, уклон русла, удельная поверхность и липкость взвесей, усреднённые характе ристики структуры порового пространства и др. параметры, от которых зависит кольматация отложений, а мутность воды, расход потока и др.

будут являться переменными с заданными начальными и изменяющи мися во времени граничными условиями. К сожалению, апробирован ных программ такого рода в настоящее время ещё нет.

Говоря о комплексных моделях, где общепринятые гидрогеологиче ские параметры рассматриваются как зависимые от начальных и гранич ных условий переменные, можно отметить, что к первым успешным ша гам реализации подобных задач можно отнести примеры моделирования миграции неконсервативных растворов с учётом процессов изменения проницаемости пород в результате растворения-осаждения солей [4]. Од нако, на этом пути предстоит ещё значительная работа по анализу чув ствительности таких моделей к принимаемым допущениям и гипотезам, прежде всего – относительно схематизации реальной структуры строе ния трещинно-пористой среды. Отметим, что авторы не отрицают и даже подчёркивают важность постановки исследовательских задач та кого рода.

Необходимо вспомнить, что «основной принцип схематизации – от сложного к простому» и поэтому принципиальным вопросом схемати зации, как сформулировал Р. Линдсей (1976), является «определение допустимой степени упрощения» [2]. Обоснование комплексных моде лей, описывающих множество взаимосвязанных процессов, как прави ло, приводит к значительному увеличению числа принимаемых пара метров и допущений, и требует многократного увеличения изученности параметров каждого процесса в различных масштабах. Поэтому следует различать те случаи, когда мы можем безболезненно переходить к сложным комплексным моделям, рассматривающим совместно множе ство взаимозависимых процессов, и когда целесообразно говорить об изменении во времени именно обобщённых гидрогеологических пара метров, описывающих изменчивость сплошной среды в рамках более 442 Разведочная гидрогеология простых моделей. При этом обоснование закономерностей изменения величины рассматриваемых параметров может быть выполнено по дан ным натурных наблюдений (решением эпигнозных задач), либо, при отсутствии таких данных, путём решения серии специальных исследо вательских задач на тестовых математических моделях (имитационное моделирование). Добавим к этому, что возможны и такие случаи, когда математических моделей для описания количественного изменения геофильтрационных параметров во времени просто не существует (на пример, изменение фильтрационного сопротивления отложений в раз ломных зонах в результате землетрясений и др. подобных воздействий), в этом случае альтернативы анализу данных ретроспективных наблю дений нет.

Литература 1. Беляков М.В., Караулов В.А., Язвин А.Л. Исследование внутригодовой изменчивости условий взаимосвязи подземных и поверхностных вод на ост ровных водозаборах г. Красноярск методом математического моделирования.

В кн. «Подземные воды Востока России». Тюмень, 2009, с. 410–412.

2. Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. К., Выща школа, 1989.

3. Боревский Б.В., Ершов Г.Е., Кувыкина Ю.Ю. Условия формирования эксплуатационных запасов Нижнемзымтинского месторождения пресных под земных вод на Черноморском побережье Кавказа и их пространственно временное изменение под влиянием интенсивной антропогенной нагрузки // Геоэкология, инженерная геология, гидрогеология, геокриология, ноябрь декабрь 2012, № 6, с. 507–519.

4. Лёхов А.В., Лю Юй. Моделирование изменения фильтрационных пара метров загипсованных пород при фильтрации рассолов // Геоэкология. Инже нерная геология. Гидрогеология. Геокриология. 2012, № 6, с. 551–559.

5. Островский А.Б., Федоров А.В. Прогноз эксплуатационной кольматации аллювиальных водоносных горизонтов горных речных долин методом природ ной палеогеографической аналогии // Водные ресурсы, 1978, № 1, с. 41–50.

6. Черняк А.Г., Язвин А.Л. Изменение гидрогеологических условий терри тории западно-сибирского металлургического комбината и обоснование прин ципиальной схемы общеплощадочного дренажа // Разведка и охрана недр, 2005, № 11, с. 59–61.

7. Шестаков В.М. «Учет геологической неоднородности – ключевая про блема гидрогеодинамики» // «Вестник МГУ» Серия 4 (Геология), 2003, № 1, с. 25–28.

8. Язвин А.Л. Обоснование численной геофильтрационной модели Тольят тинского месторождения подземных вод // Разведка и охрана недр, 2003, № 10, с. 41–44.

А.А. Шебеста, Е.А. Шебеста ФОРМИРОВАНИЕ РЕСУРСОВ ПРЕСНЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД НА СЕВЕРНОМ ПОБЕРЕЖЬЕ ФИНСКОГО ЗАЛИВА А.А. Шебеста1, Е.А. Шебеста Факультет географии и геоэкологии СПбГУ, 199178, СПб, 10 линия ВО, д. 33–35, тел./факс: +7(812)328-4159 mail: info@geo.pu.ru ФГУП Петербургская комплексная геологическая экспедиция, 199155, СПб, ул. Одоевского, д. 24, корп. 1, оф. 812, тел. +7(812)350-5464, факс. +7(812)350- Гидрогеологические условия Северная окраина бассейна Финского залива относится к области Фенноскандинавского (Балтийского) кристаллического щита, сложен ного породами докембрия. Здесь развиты кристаллические породы фундамента, выходящие на дневную поверхность или перекрытые ма ломощной толщей четвертичных отложений.

В геолого-структурном плане Карельский перешеек представляет собой зону сочленения Балтийского кристаллического щита и северо западной части Русской плиты.

Раннепротерозойские образования Балтийского щита с погружени ем на юго-восток под осадочный чехол плиты служат ее кристалличе ским основанием, сложенным гранитами, гнейсами, мигматитами и кварцитами.

В тектоническом плане территория относится к Выборгскому масси ву рапакиви, представляющему самостоятельный тектонический блок.

Характеризуется он широким развитием разрывных нарушений пре имущественно северо-западного и, реже, северо-восточного направле ния. Тектонические процессы и процессы гипергенеза обусловили в кристаллических породах развитие трещиноватости. В вертикальном разрезе более трещиноватая верхняя часть мощностью 10–15 м, но не редко значительная трещиноватость отмечается до глубины 50–100 м, что способствует развитию обводненности этой зоны.

Кристаллические породы перекрываются четвертичными отложе ниями. Северной части бассейна, отличающейся чередованием холми сто-грядового рельефа и озёрно-речных долин, свойственен прерыви стый характер покрова четвертичных отложений. Распределение их мощностей здесь контролируется рельефом фундамента.

К Балтийскому щиту приурочена гидрогеологическая структура I порядка – Балтийский сложный гидрогеологический массив, который в зоне сочленения граничит с северо-западным крылом Ленинградского артезианского бассейна.

Наращивание гидрогеологического разреза за счет все более моло дых осадочных образований происходит в южном и юго-восточном 444 Разведочная гидрогеология направлении в соответствии с погружением крыла артезианского бас сейна. В разрезе присутствует регионально выдержанный верхнекот линский водоупор, создающий условия хорошей защищенности под земных вод от поверхностного загрязнения.

Наиболее возвышенный участок Карельского перешейка – Цент ральная Карельская возвышенность представляет собой область пита ния и создания гидростатического напора подземных вод.

Гидрогеологические условия территории определяются приурочен ностью к зоне избыточного увлажнения, преобладающим равнинным характером рельефа, наличием в разрезе водоносных горизонтов, имеющих непостоянную мощность и прерывистое распространение, наличием многочисленных местных областей разгрузки и основной ре гиональной дрены – Финского залива.

В западной и северо-западной части перешейка, где на поверх ность выходят значительные по площади массивы гранитоидов, сла гающие положительные формы рельефа, накопление подземных вод происходит в основном в депрессиях кристаллических пород в зонах трещиноватости.

Характерной особенностью водоносных горизонтов четвертичных отложений является их незначительная мощность (за исключением древних долин) и наличие в их толще межморенных водоносных гори зонтов, разделённых водоупорными породами.

Водоносные горизонты болотных (plН), озёрно-аллювиальных (lаН), озёрно-ледниковых (lgIIIkr) и голоценовых (современных) морских (mН) отложений залегают первыми от поверхности. Как правило, они имеют локальное распространение, небольшую мощность и повсеместно не защищены от поверхностного загрязнения. Пёстрый литологический со став водовмещающих пород является причиной невысокой водообильно сти. Содержат грунтовые (безнапорные) воды. Уровенный режим грун товых вод подчиняется общим закономерностям естественного режима и зависит от метеорологических факторов. Восполнение запасов грунтовых вод происходит за счет инфильтрации атмосферных осадков, разгрузка осуществляется реками, озерами и Финским заливом.

На рассматриваемой территории выделены верхний (московско осташковский) и нижний (вологодско-московский) межморенные водо носные горизонты, которые развиты на отдельных участках и приуро чены, как правило, к погребенным долинам. Межморенные водоносные горизонты приурочены к озерным, озерно-ледниковым и флювиогляци альным отложениям. Литологический состав водовмещающих пород представлен песками от тонкозернистых глинистых до среднезерни стых, разнозернистых с гравием и галькой. Песчаные разности нередко замещаются супесями, суглинками, ленточными глинами.

А.А. Шебеста, Е.А. Шебеста Мощность горизонтов колеблется от первых метров до 30–40 м, иногда до 65-70 м. Наибольшая мощность отмечается в зонах переуг лубленных долин, наименьшая на участках размыва. Глубина залегания кровли верхнего водоносного горизонта 5–60 м, нижнего 40–70 м. Меж моренные горизонты разделяются обычно относительно водоупорной московской мореной. Нижний межморенный горизонт подстилается вологодской мореной или залегает на верхнекотлинских глинах.

Подземные воды обладают напором. Величина напора для верхнего межморенного горизонта 5–40 м, для нижнего 20–100 м. Пьезометриче ские уровни в пределах водоразделов устанавливаются на глубине 10– 20 м, в пониженных участках на 5–10 м, в долинах рек и на побережье Финского залива на 1–10 м выше поверхности земли.

Питание межморенных горизонтов осуществляется атмосферными осадками, а также за счет перетекания грунтовых вод через гидравличе ские окна в морене. Разгрузка происходит в долины рек, озер и в Фин ский залив.

Водообильность пород очень пестрая. Удельные дебиты скважин в зависимости от литологического состава варьируют от 0,003 до 10,5 л/с, коэффициенты фильтрации – от 0,03 до 81,3 м/сут.

Наибольшие значения водопроводимости 600–3500 м2/сут, полу ченные по данным опытно-фильтрационных работ, характеризуют древние долины около пос. Молодежное, г. Зеленогорска. В древних долинах в п. Солнечное водопроводимость нижнего межморенного го ризонта по данным детальной разведки 330–700 м2/сут, в пос. Лисий Нос 273 м2/сут. На большей же части территории водопроводимость не превышает 50 м2/сут.

По химическому составу воды гидрокарбонатные или хлоридно гидрокарбонатные магниево-кальциевые или натриевые с минерализа цией 0,1–0,6 г/дм3. В районе пос. Горская, Лисий Нос, Девяткино вскрыты гидрокарбонатно-хлоридные и хлоридные натриевые воды с минерализацией 1,2–3,8 г/дм3, что вызвано подтоком солоноватых вод из дочетвертичных водоносных горизонтов. В западной части Выборг ского района нередко вскрываются сульфатно-гидрокарбонатные и гид рокарбонатно-сульфатные кальциевые воды с минерализацией 0,1– 0,3 г/дм3.

Для межморенных водоносных горизонтов характерно повышенное содержание в воде двухвалентного железа до 3–10 мг/дм3. На месторо ждении минеральных железистых вод «Полюстрово» его содержание достигает 50–65 мг/дм3.

Вендский водоносный комплекс приурочен к котлинскому и ред кинскому горизонтам верхнего венда и развит на рассматриваемой тер ритории практически повсеместно за исключением краевой северной 446 Разведочная гидрогеология части Карельского перешейка, где с поверхности залегают протерозой ские образования и отдельных участков глубокого вреза древних погре бенных долин. Комплекс залегает на неровной поверхности фундамента.

В северо-западных частях Карельского перешейка водоносный ком плекс перекрыт четвертичными отложениями, на остальной территории залегает под котлинским водоупором. В полном объеме вендский водо носный комплекс соответствует бывшему гдовскому горизонту, кото рый охватывал всю терригенную толщу, залегающую между мощным котлинским водоупором и кристаллическим фундаментом.

Литологический состав водоносного комплекса представлен песча никами, алевролитами, глинами. Общая мощность комплекса на участ ках залегания под четвертичными отложениями изменчива и колеблет ся от 10 до 150 м.

Подземные воды повсеместно напорные. Напор увеличивается с се вера на юг и юго-восток. Минимальные напоры до 5–10 м в районе озе ра Суходольского и вдоль северной границы распространения комплек са. К югу величина напора возрастает до 79–113 м в пос. Орехово, 110– 130 м и более в Санкт-Петербурге.

В естественных условиях величина напора в Санкт-Петербурге со ставляла 140–160 м. Уровни подземных вод в черте города залегали близко к дневной поверхности на абсолютных отметках 3–7 м. В пони женных районах города и на северном побережье Финского залива в ненарушенных условиях скважины изливались. Пьезометрические уровни вендского комплекса на водоразделах залегали на глубине 70– 80 м, на побережье Финского залива выше поверхности на 6–11 м.

Интенсивный водоотбор из вендского комплекса (38 тыс. м3/сут) начался в Санкт-Петербурге в послевоенные годы. В результате уро вень подземных вод в центре города был снижен на 60–70 м. Образо валась региональная пьезометрическая депрессия общей площадью 20 тыс. км2. Северное крыло депрессии осложнено местными ворон ками, образовавшимися на участках крупных водозаборов Карельско го перешейка.

С 1997 года общий водоотбор из вендского комплекса в централь ной части города уменьшился до 1,2–2,0 тыс. м3/сут. Уровень подзем ных вод в центре депрессии с 1977 г. восстановился на 45–50 м и отве чает абсолютной отметке минус 20 – минус 25 м.

В настоящее время наибольшее влияние на развитие депрессионной поверхности вендского комплекса оказывают водозаборы Курортной зоны, где происходит «перехват» части естественного потока подзем ных вод из области питания к центру Санкт-Петербурга и образование местных депрессионных воронок [1, 2].

А.А. Шебеста, Е.А. Шебеста Водообильность комплекса не выдержана по площади и в разрезе.

Минимальные удельные дебиты скважин характерны для верхней гли нистой части комплекса. Максимальные значения (до 1–3 л/с) – для нижних песчаников (редкинский горизонт) на побережье Финского за лива. Коэффициенты водопроводимости на значительной территории менее 100 м2/сут.

На обширной территории севера Карельского перешейка в вендском комплексе развиты пресные гидрокарбонатные кальциево-натриевые, магниево-кальциевые воды с минерализацией 0,1–0,3 г/дм3. Юго-вос точнее выделяется переходная зона, которая протягивается широкой полосой от Курортного района г. Санкт-Петербурга до Ладожского озе ра. Здесь распространены хлоридно-гидрокарбонатные и гидрокарбо натно-хлоридные воды с минерализацией от 0,2–0,5 г/дм3 до 1,0– 1,5 г/дм3. В южной части Карельского перешейка развиты хлоридные натриевые воды с минерализацией 1,2–5,0 до 10 г/дм3. Для территории города характерна минерализация 3,5–4,6 г/дм3 [3].

Пресные подземные воды вендского комплекса имеют большое значение для хозяйственно-питьевого водоснабжения на Карельском перешейке. Они эксплуатируются многочисленными скважинами в на селенных пунктах, садоводствах, оздоровительных учреждениях.

Солоноватые воды используются в бальнеологических целях в са наториях «Сестрорецкий Курорт», «Дюны», а также для розлива в каче стве минеральных вод.

Вендский водоносный комплекс залегает на гранитах кристалличе ского фундамента, обогащенных ураном, поэтому в последние годы при опробовании источников водоснабжения обращают внимание на со держание радионуклидов в воде. В пределах Карельского перешейка в 106 скважинах, опробованных в 2003 г. Петербургской экспедицией, отмечено превышение суммарной альфа- и бета-активности относи тельно нормативного (Родионова А.М., 2003).

Воды протерозойской водоносной зоны по характеру циркуляции трещинные, безнапорные. При наличии водоупорной кровли воды при обретают напор. Величина напора в понижениях рельефа фундамента достигает 30–50 м.

Водообильность пород низкая. Удельные дебиты скважин зоны трещиноватости составляют сотые и тысячные доли л/с, коэффициенты фильтрации – 0,004–0,5 м/сут, с преобладанием 0,02–0,06 м/сут.

В условиях неглубокого залегания подземные воды по химическому составу гидрокарбонатные и хлоридно-гидрокарбонатные натриевые пресные с минерализацией 0,1–0,4 г/дм3, в зоне затрудненного водооб мена (при наличии водоупорной кровли) – хлоридные натриево кальциевые, либо натриевые с минерализацией 2,0–8,4 г/дм3.

448 Разведочная гидрогеология Состояние подземных вод Формирование химического состава подземных вод происходит в условиях интенсивной циркуляции, охватывающей все водоносные го ризонты в силу их хорошей гидравлической связи между собой, и су щественных различий в химическом составе подземных вод четвертич ных отложений и трещинных вод установлено не было.

Основной составляющей питания подземных вод являются атмо сферные осадки, инфильтрующиеся через маломощную толщу четвер тичных осадков. В формировании состава подземных вод участвуют также процессы выщелачивания отложений и пород, и ионный обмен в глинистых породах.

Качество подземных вод по большинству показателей отвечает тре бованиям СанПиНа 2.1.4.1074-01. Исключением являются повышенные содержания железа, радона и фтора. Их повышенные содержания уст раняются в процессе водоподготовки.

Подземные воды, содержащиеся в кристаллических породах пре сные, гидрокарбонатные натриевые, мягкие. Для вод характерно повы шенное содержание железа до 15 мг/дм3;

радона – 81–270 мг/дм3 и фто ра 5,4–6,1 мг/дм3.

Наблюдается практически полная идентичность химического соста ва вод четвертичных водоносных горизонтов и протерозойской водо носной трещиноватой зоны на северо-западе территории. По составу воды характеризуются как смешанные: гидрокарбонатные, сульфатно гидрокарбонатные, хлоридно-гидрокарбонатные и сульфатные каль циево-натриевые. Минерализация изменяется от 115 до 670 мг/дм3, в среднем составляя 280 мг/дм3.

Мощность и литология пород зоны аэрации определяют величину инфильтрационного питания. Значительное инфильтрационное питание и отсутствие надежного перекрывающего водоупора обеспечивает формирование пресных гидрокарбонатных вод в области питания (на Центральной Карельской возвышенности).

Воды вендского комплекса здесь гидрокарбонатные со смешанным катионным составом. По мере погружения комплекса на юг-юго-восток и удаления от области питания химический состав вод закономерно из меняется на хлоридно-гидрокарбонатный, гидрокарбонатно-хлоридный, существенно натриевый и на широте поселка Токсово состав воды ста новится хлоридный натриевый с минерализацией более 1 г/дм3.

Воды кристаллического фундамента наиболее эффективно эксплуа тируются совместно с водами четвертичных водоносных горизонтов предприятиями и частными потребителями г. Выборга и прилежащих населённых пунктов. Однако, в связи с локальным распространением трещиноватых зон и слабой их водообильностью крупные населенные В.В. Кулаков пункты (г. Выборг, Приморск) базируют свое водоснабжение на по верхностных водах.

В последние годы (2008–2010 гг.) были оценены запасы подземных вод кристаллических пород на нескольких месторождениях: Высоцкое, Новинское, Светогорское и др. Для водоснабжения г. Выборга были утверждены запасы подземных вод трещиноватой зоны совместно с водами четвертичных образований. Запасы Выборгского месторожде ния составили 9,8 тыс. м3/сут. (Шебеста Я.А., 2010 г.).

В целом на рассматриваемой территории разведано 67 месторожде ний подземных вод с запасами 167,3 тыс. м3/сут, из них 20 месторожде ний межморенных водоносных горизонтов и 38 месторождений венд ского водоносного комплекса. Освоенность запасов на сегодняшний день низкая.

Литература 1. Другов Д.А. и др. Информационный бюллетень о состоянии недр терри тории г. Санкт-Петербурга за 2011 г, выпуск 14, 2012 г.

2. Курков А.В. и др. Информационный бюллетень о состоянии недр терри тории Ленинградской области за 2011 г, выпуск 17, 2012 г.

3. Шебеста Е.А., Шебеста А.А. и др. Отчет о проведении работ по объекту «Создание современной гидрогеологической карты Ленинградского артезиан ского бассейна масштаба 1:500 000 с выявлением условий локализации питье вых подземных вод, различных по защищенности водоносных горизонтов и качеству вод», Книга 1, 204 с, Фонды ГП ПКГЭ МПР России, 2007 г.

ТУНГУССКОЕ МЕСТОРОЖДЕНИЕ НЕКОНДИЦИОННЫХ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДЛЯ ВОДОСНАБЖЕНИЯ ХАБАРОВСКА – ОТ ВЫБОРА ОБЪЕКТА ДО НАЧАЛА ЭКСПЛУАТАЦИИ В.В. Кулаков Институт водных и экологических проблем ДВО РАН, 680000 г. Хабаровск, ул. Ким Ю Чена, 65, тел. (4212) 627698, vvkulakov@mail.ru Немало примеров в России, в том числе на Дальнем Востоке, когда после завершения разведки месторождений подземных вод проходит достаточно длительный период, прежде чем начинается разработка проекта водозабора и его строительство. Как правило, специалистов – гидрогеологов, выполнивших разведку месторождений, не привлекают к разработке проекта водозабора. При этом нередки случаи, когда изме нившиеся по прошествии многих лет гидрогеоэкологические условия требуют обоснованных уточнений по схеме расположения, типу и кон струкции водозаборного сооружения, вариантам водоподготовки питье 450 Разведочная гидрогеология вых подземных вод. Отсутствует надежный гидрогеологический кон троль за строительством водозаборных сооружений и созданием сети наблюдательных скважин мониторинга. Все это в комплексе приводит к тому, что при эксплуатации водозаборов не достигается расчетный суммарный водоотбор, фактический дебит скважин существенно мень ше достигнутого при разведке. Не подтверждается прогноз по качеству извлекаемой воды на расчетный срок водопотребления. Эти упущения и недоучет специфических гидрогеологических условий и факторов фор мирования подземных вод каждого осваиваемого участка при проекти ровании и строительстве затрудняют и не позволяют эффективно осу ществлять эксплуатацию водозаборов подземных вод.

Основным источником питьевого водоснабжения г. Хабаровска яв ляются поверхностные воды р. Амур. В 2005 году, после того, как хи мическая катастрофа в Китае в бассейне р. Сунгари – притоке Амура, еще раз подтвердила всю серьезность ситуации, было констатировано, что риски сохранения обычной и даже усиленной углеванием водопод готовки поверхностных вод значительно выше по сравнению с получе нием и очисткой некондиционной подземной воды для питьевых нужд.

При разработке Схемы водоснабжения г. Хабаровска, утвержденной в 1992 году, был выбран наиболее водообильный водоносный горизонт в плиоцен-четвертичных аллювиальных отложениях Среднеамурской впадины [1, 2, 5, 6].

В 2000 году в ГКЗ утверждены запасы подземных вод Тунгусского месторождения в объеме 500 000 м3/сутки, в том числе на участке пер воочередного освоения – 120 000 м3/сутки по категории В. В обоснова нии величины запасов подземных вод и размеров санитарно-защитных зон проектного водозабора методом гидродинамического моделирова ния участвовали специалисты кафедры гидрогеологии МГУ [4, 10, 11].

В 2000 году проектным институтом «Сибгипрокоммунводоканал» при разработке ТЭО строительства водозабора на Тунгусском месторожде нии подземных вод (1 очередь) было показано, что технология VYREDOX водоподготовки питьевых вод в водоносном горизонте эко номически существенно менее затратная по сравнению с традиционны ми методами очистки подземных вод на поверхностных установках обезжелезивания и деманганации [9].

Однако, при рассмотрении материалов с подсчетом запасов подзем ных вод в ГКЗ в 2000 году решение по окончательному выбору вариан та обработки воды было предложено принимать после получения ре зультатов опытно-промышленной эксплуатации участка водозабора, состоящего из 3–4 узлов эксплуатационных скважин, поскольку органы Санэпиднадзора Хабаровского края предлагали осуществлять водопод В.В. Кулаков готовку питьевых вод по традиционным технологическим схемам на поверхностных сооружениях.

В 1993–2006 годах Водоканал г. Хабаровска ознакомился с более чем 30-летним опытом эксплуатации многих водозаборов с очисткой подземных вод от железа и марганца в пласте по технологиям SUBTERRA и VYREDOX в Германии, Швеции, Словакии и США. По результатам изучения и анализа опыта эксплуатации многих водозабо ров с очисткой подземных вод в пласте в 2007 году была выбрана не мецкая технология очистки подземных вод в пласте SUBTERRA. Эти установки, успешно работающие в Германии (с 1970-х годов), показали надежность и простоту управления технологическим процессом водо подготовки питьевых подземных вод [3].

Водозаборные сооружения Тунгусского водозабора состоят из 5 секций по 12 эксплуатационных скважин, всего 60 скважин, включая резервные [7]. Скважины располагаются в два параллельных ряда, про тяженностью 3000 м. Они расположены в углах равносторонних тре угольников с расстоянием между ними 100 м.

На Тунгусском водозаборе для максимального исключения «чело веческого фактора» при его эксплуатации предусмотрена трехуровен ная система автоматизированного управления работой эксплуатацион ных скважин и технологическим процессом очистки подземных вод в водоносном горизонте: скважина – обогатительная установка на каждой секции водозабора – центральный диспетчерский пункт водозабора.

Первый пусковой комплекс Тунгусского водозабора мощностью до 25 тысяч кубометров питьевой воды в сутки запущен в стадию пуско наладочных работ 29 ноября 2011 года, а питьевая вода в город подает ся с июля 2012 года [7].

Тунгусское месторождение подземных вод расположено в цен тральной части Среднеамурской депрессии в междуречье Амура – Тун гуски в 10 км западнее г. Хабаровска [6, 10, 11].

Основной водоносный горизонт в плиоцен-нижнечетвертичных ал лювиальных отложениях приамурской свиты сложен песками с гравием и галькой [10]. Мощность водоносного горизонта колеблется в пределах 40–50 м. С поверхности залегают покровные суглинки и глины мощно стью 5–7 м.

Дебиты скважин при откачках достигали 50 л/с (4,3 тыс. м3/сутки) при понижениях уровня до 10 м. Водоотбор подземных вод из точки (2–3 скважины) изменялся от 9072 до 10 230 м3/сутки.

Водопроводимость водоносной толщи изменяется от 2,5 до 6 тыс.

м2/сутки, а средний коэффициент фильтрации составляет 50–80 м/сутки.

В плане Тунгусское месторождение имеет с севера, востока и юга границы с постоянным напором, проходящими по урезу рек. С запада 452 Разведочная гидрогеология водовмещающую толщу можно рассматривать, как неограниченный в плане пласт [11].

При гидродинамическом моделировании проведена разбивка гидро геологического разреза с выделением 7 слоев существенно различной водопроводимости. Разными вариантами размещения проектных водо заборов на разведанном участке месторождения показана реальность отбора подземных вод в объеме до 502 тыс. м3/сутки.

Качество воды соответствует основным нормативным требованиям, за исключением следующих показателей: содержание общего железа (от 12,3 до 24 мг/дм3), марганца (от 0,38 до 1,46 мг/дм3), бария (от 0, до 0,164 мг/дм3) и кремния (от 11,2 до 19,3 мг/дм3). Характерно очень низкое значение pH, находящееся в диапазоне 5,2–6,1, и высокая кон центрация растворенной двуокиси углерода (CO2) – 220–250 мг/дм3.

В связи с этим на месторождении в 1993–96 гг. были выполнены уникальные для России опытно-технологические исследования условий очистки подземных вод как традиционными способами на поверхност ных установках, так и геотехнологическим методом – обезжелезивани ем и деманганацией подземных вод непосредственно в водоносном горизонте [2, 3, 6]. Выполненными работами доказана возможность очистки подземных вод от этих компонентов непосредственно в водо носном пласте до международных норм (железо – менее 0,1 мг/дм3, марганец – менее 0,05 мг/дм3) [3].

Проведенные оценки показывают, что перекрывающие эксплуати руемый пласт водоносные и покровные отложения обеспечивают его защиту от бактериального загрязнения с поверхности [4]. Это означает, что специальная организация II пояса зоны санитарной охраны на Тун гусском месторождении не требуется, и его границы совпадают с гра ницами I пояса строгого режима. Расчетная плановая конфигурация III пояса ЗСО неплохо согласуется с модельным решением. Ее границы отстоят от линии водозабора на 6-6,5 км.

В области водоподготовки питьевых вод, содержащих избыточные концентрации контролируемых компонентов, единственной безотход ной технологией является внутрипластовая очистка подземных вод, успешно используемая на ряде водозаборов в России уже более 10 лет, а за рубежом известная более 100 лет.

Успешное применение данной технологии возможно только на но вых или реконструируемых водозаборах, запроектированных с учетом всех требований, предъявляемым к системам подземной очистки воды.

Эффективно действующие в настоящее время в России установки внут рипластовой очистки воды были запроектированы и построены «с ну ля», начиная с сооружения качественных скважин, являющихся глав ным элементом системы.

В.В. Кулаков Учитывая несомненные преимущества технологии внутрипластовой очистки подземных вод, ее безотходность и экологическую чистоту и безопасность, есть все основания для рассмотрения данной технологии в качестве приоритетной в материалах подсчета запасов некондицион ных подземных вод. В соответствии с требованиями ГКЗ, по результа там разведки должны быть рекомендованы методы улучшения качества воды с учетом наилучших существующих технологий. В связи с этим, представляется целесообразным включение опытно-технологических исследований по подземной очистке воды в состав гидрогеологических работ при оценке и разведке запасов месторождений некондиционных подземных вод. Результаты опытно-технологических исследований по служат основой для проектирования безотходных установок внутри пластовой очистки воды.

Для окончательного обоснования целесообразности применения внутрипластовой очистки подземных вод на Тунгусском месторожде нии в соответствии с рекомендациями ГКЗ была запроектирована пи лотная установка на участке 1 секции водозабора [6, 8, 12]. Пилотная установка включала 3 эксплуатационных и 14 наблюдательных сква жин, а также узел обогащения кислородом и распределения закачивае мой воды. В постоянной эксплуатации находились скважины и 1106, а скважина 1108, удаленная от скважины 1106 на 200 м, предна значалась для сброса откачиваемой из скважин 1105 и 1106 воды.

В соответствии с технологией SUBTERRA скважины 1105 и 1106 попе ременно работали в режимах закачки и откачки с равной производи тельностью, составлявшей 140–160 м3/ч. В процессе исследований варьировались объем закачиваемой и откачиваемой воды, соотношение объемов откачки и закачки, продолжительность времени простоя сква жин после закачки.

Эксплуатация пилотной установки началась 5.10.2007 г. и продол жалась до 20.10.2011 г. До норматива СанПиН по железу (0,3 мг/дм3) вода была очищена за неделю, после чего содержание железа не подни малось выше 0,1 мг/дм3 вплоть до начала эксплуатации, вне зависимо сти от режима и параметров работы установки [8].

Анализ данных из наблюдательных скважин пилотной установки позволял контролировать развитие реакционных биогеохимических зон в пласте вокруг скважин и приблизительно оценивать их размеры. Ус тановлено, что зона осаждения железа в пласте находится на расстоя нии около 7 м от скважин и простирается в радиальном направлении до 10–15 м. Зона осаждения марганца приближена к скважинам, но ее гра ница не установлена.

Выполненными работами на пилотной установке месторождения доказана возможность очистки подземных вод от нормируемых компо 454 Разведочная гидрогеология нентов непосредственно в водоносном пласте до международных норм (железо – менее 0,1 мг/дм3, марганец – менее 0,05 мг/дм3).

Результаты эксплуатации пилотной установки подтвердили эффек тивность внутрипластовой очистки подземных вод в сложных гидрохи мических условиях Тунгусского месторождения и явились основанием для разработки технического и рабочего проектов первой очереди водо забора, производительностью 106 тыс. м3/сутки [8].

Ориентация на некондиционные подземные воды является единст венным выходом при создании надежных источников питьевого и хо зяйственно-бытового водоснабжения как малых потребителей, так и крупных городов. Это особенно актуально для г. Хабаровска, учитывая его трансграничное положение.

Выбор в пользу технологии внутрипластовой очистки оказался оп равданным со всех точек зрения, что доказали результаты опытно промышленной пилотной установки на Тунгусском водозаборе. Не смотря на весьма сложные гидрохимические условия, не имеющие ана логов в мире на водозаборах с внутрипластовой очисткой, удалось дос тичь полного обезжелезивания и деманганации воды до концентраций ниже ПДК без применения реагентов и громоздких наземных сооруже ний [8]. Несомненным преимуществом технологии внутрипластовой очистки является и то, что формируемый в пласте биогеохимический барьер, на котором осаждается железо и марганец, является препятст вием для поступления к скважинам других возможных вредных приме сей, транспортируемых вместе с речным фильтратом из р. Амур. По результатам моделирования известно, что при полной нагрузке водоза бора до 65 % расхода поступает из Пемзенской протоки [2, 10, 12]. При любых негативных ситуациях барьер из гидроксидов железа и марганца способен сорбировать большинство микро- и макрокомпонентов под земных вод. Расчетное время поступления речного фильтрата к скважи нам при полной производительности водозабора составляет около 2 лет.

За это время органические вещества, которые поступят в водоносный горизонт с речными водами, будут трансформироваться до углекислого газа и воды за счет активизации биогеохимических (микробиологиче ских) процессов на контакте дно реки – водоносный горизонт и при движении по пласту.

Литература 1. Кулаков В.В. Перспективы питьевого водоснабжения Хабаровска за счет подземных вод // Вопросы географии Дальнего Востока, Вып. 21. Хабаровск:

как он есть сегодня (экологическое состояние). ИВЭП ДВО РАН, Хабаровск, 1998. С. 118–121.

В.В. Кулаков 2. Кулаков В.В. Подземный источник водоснабжения г. Хабаровска и вы бор технологии водоподготовки // Матер. 8-го Международного конгресса «Вода: экология и технология» ЭКВАТЭК-2008 [электронный ресурс]. – М.:

ЗАО «Фирма СИБИКО Интернешнл». 2008, «Ресурсы, качество, использование и охрана подземных вод».

3. Кулаков В.В., Архипов Б.С., Козлов С.А. Методические рекомендации по опытно-технологическим исследованиям условий обезжелезивания и деманга нации подземных вод в водоносном горизонте // Хабаровск, Издательство НТЦ «Дальгеоцентр», 1999. 60 с.

4. Кулаков В.В., Козлов С.А., Гриневский С.О., Штенгелов Р.С. Гидрогео экологическое обоснование и организация санитарно-защитных зон подземных вод на водозаборах хозяйственно-питьевого назначения востока России // Тези сы докладов 5-го международного конгресса ЭКВАТЭК-2002 «Вода: экология и технология». М., 4–7.06.2002. С. 194–195.

5. Кулаков В.В., Стеблевский В.И. Перспектива использования подземных вод для водоснабжения г. Хабаровска // Водоснабжение и санитарная техника, № 6, часть 2, 2007. С. 38–41.

6. Кулаков В.В., Стеблевский В.И. Новый подземный источник водоснаб жения г. Хабаровска с технологией очистки от нормируемых компонентов в водоносном горизонте // Водоочистка, водоподготовка, водоснабжение. 2009, № 1. С. 62–66.

7. Кулаков В.В., Стеблевский В.И. Ввод в эксплуатацию альтернативного источника водоснабжения г. Хабаровска // Водоснабжение и санитарная техни ка. № 7, 2012. С. 41–44.

8. Кулаков В.В., Стеблевский В.И., Домнин К.В., Тесля В.Г., Херлитциус Й.

Опытно-промышленная эксплуатация пилотной установки очистки подземных вод на Тунгусском водозаборе // Водоснабжение и санитарная техника. № 7, 2012. С. 29–35.

9. Кулаков В.В., Стеблевский В.И., Чайковский Г.П. Варианты водоподго товки подземных вод для перспективного хозяйственно-питьевого водоснаб жения г. Хабаровска // Сб. тезисов докладов международной конференции ЭКВАТЭК-98 «Вода: экология и технология». М., 25–30.05.98. С. 272.

10. Кулаков В.В., Тесля В.Г., Штенгелов Р.С. Тунгусское месторождение подземных вод Хабаровского водного узла // Сборник докладов 7-го междуна родного конгресса ЭКВАТЭК-2006 «Вода: экология и технология». М., 30.05– 2.06.2006, Часть 1. С. 255–256.

11. Кулаков В.В., Штенгелов Р.С. Оценка запасов пресных подземных вод в речных долинах Приамурья // Материалы Всероссийского совещания по под земным водам Востока России с международным участием (XIX Совещание по подземным водам Сибири и Дальнего Востока) 22–25 июня 2009 г. Тюмень.

С. 254 – 257.

12. Kulakov V.V., Fisher N.K., Kondratieva L.M., Grischek T. Chapter Riverbank Filtration as an Alternative to Surface Water Abstaction for Safe Drinking Water Supply to the City of Khabarovsk, Russia // C. Ray and M. Shamrukh (eds.) Riverbank Filtration for Water Security in Desert Countries. Springer Science + Business Media, 2011. P. 281–298.

456 Разведочная гидрогеология ОСОБЕННОСТИ ОТКАЧЕК В СЛОИСТЫХ ПЛАСТАХ С ПЕРЕТЕКАНИЕМ С.Н. Тагильцев1, В.С. Тагильцев1, А.Е. Лукьянов ФБГОУ Уральский горный университет, г. Екатеринбург, tagiltsev@k66.ru, vikul@list.ru ОАО НИИ горной геомеханики и маркшейдерского дела «ВНИМИ», г. С.-Петербург, luk_alex@inbox.ru В отечественной гидрогеологии существует очень серьезная про блема, которая заключается в частом несоответствии прогнозной рас четной гидродинамической схемы и реальных условий эксплуатации гидрогеологических объектов. Оценка эксплуатационных запасов по многим ныне действующим водозаборам, была выполнена на основе гидродинамической схемы безграничного однородного изолированного пласта. Многолетняя эксплуатация показала, что подавляющее боль шинство водозаборов эксплуатируется в стационарном режиме, т.е. при постоянном дебите и постоянном уровне, причем стационарный режим наступает, как правило, за несколько суток. Одной из главных причин несоответствия прогнозных расчётов и реальных условий эксплуатации является неверный выбор исходной расчётной гидродинамической схе мы водоносного пласта.

В последние годы начался процесс признания ситуации, что боль шинство водозаборов эксплуатируются в условиях реализации схемы водоносных пластов с перетеканием. При использовании схемы пласта с перетеканием на первый план выходит задача качественного определе ния расчётных гидродинамических параметров. Следует отметить, что методика определения параметров в условиях пластов с перетеканием имеет очень существенные отличия от методических приемов расчета параметров в условиях схемы безграничного пласта. Данное обстоятель ство обычно не учитывается в практике гидрогеологических работ, что приводит к значительным погрешностям в определении гидродинамиче ских параметров. Значения параметра водопроводимости нередко завы шаются в два-три раза, коэффициента пьезопроводности – примерно на порядок, значения параметра перетекания – в десятки раз [3–5].

Основные теоретические решения и методические рекомендации по определению гидродинамических параметров пластов в условиях пере текания были разработаны и опубликованы в 60-е – начале 70-х гг.

прошлого века [1, 2, 6]. В последующие годы основы расчётов откачек в пластах с перетеканием рассматривались в учебниках и методических рекомендациях [7]. Важный вклад в развитие и обобщение современ ных методических приёмов обработки откачек в пластах с перетекани ем внесла последняя монография В.М. Шестакова с соавторами [8].

С.Н. Тагильцев, В.С. Тагильцев, А.Е. Лукьянов К сожалению, указанные разработки, и, соответственно, отличи тельные особенности методических подходов к определению парамет ров, не получили широкого распространения при проведении и обра ботке откачек. Необходимо отметить несколько основных характерных особенностей получения расчетных параметров. Основные отличитель ные особенности можно обозначить с помощью нескольких основных понятий. К важным понятиям, отражающим особенности обработки откачек относятся: квазистационарный режим, коэффициенты наклона касательных прямых в точках перегиба расчётных участков графиков, неоднородность пласта, ложная стабилизация.


Основные, наиболее часто применяемые расчетные приемы, разра ботаны для части депрессионной воронки, в которой развивается квази стационарный режим. В зоне квазистационарного режима форма де прессионной воронки не меняется. Это связано с тем, что в этой части депрессии расход потока, который движется к скважине, практически можно принимать равным дебиту откачки. В безграничных изолиро ванных пластах радиус зоны квазистационарного режима составляет 10-20 % от размеров депрессионной воронки. В пластах с перетеканием эта величина значительно меньше. Радиус зоны квазистационарного режима, как правило, не превышает нескольких процентов от размеров депрессионной воронки. Согласно теоритическим решениям, в преде лах допустимой погрешности, радиус зоны квазистационарного режима составляет десятую часть от параметра перетекания (0,1 B). Радиус де прессионной воронки для большинства водозаборов в условиях перете кания составляет (4–5) B.

Обычная методика определения параметров, основанная на приме нении формулы Джейкоба, может применяться только в зоне квазиста ционарного режима. Если принимать, что условное среднее значение параметра перетекания составляет примерно 500 м, то получается, что обычные расчетные приемы применимы для наблюдательных скважин, которые находятся на расстоянии не более 50 м от центральной сква жины. Нередко параметр перетекания составляет первые сотни метров, а иногда и меньше 100 м. В этих случаях, обычные расчетные методи ки, применяемые к скважинам, удалённым от центральной на несколько десятков и сотен м, приводят к значительным погрешностям в опреде лении параметров пласта.

Для временных графиков, полученных в условиях перетекания, ха рактерна соответствующая форма с наличием точки перегиба [1, 2, 6].

Гидродинамический смысл точки перегиба заключается в том, что до точки перегиба реализуется схема безграничного пласта, а после точки перегиба график отражает развитие перетекания. Развитие перетекания выражается в постепенном уменьшении наклона (выполаживании) гра 458 Разведочная гидрогеология фика. Для скважин, которые находятся в зоне квазистационарного ре жима, точка перегиба выражена очень слабо, и может диагностировать ся по выполаживанию графика и дальнейшей стабилизации.

На графиках, построенных по скважинам, расположенных вне зоны квазистационарного режима, точка перегиба и выполаживание графика происходит в условиях неквазистационарного режима. Уклоны каса тельных, проведенных в точке перегиба, значительно меньше, чем в условиях квазистационарного режима. Методика расчета параметров на основании характеристик, определенных по точке перегиба, была пред ложена Хантушем. Методика расчетов опубликована в переводных и отечественных изданиях[1, 2, 6]. Смысл методики состоит в том, что по специальному алгоритму рассчитывается поправка, учитывающая уменьшение наклона касательной к графику в точке перегиба. Обыч ным источником ошибок в определении параметров является не учет существенного, в 2–3 раза, уменьшение наклона касательной прямой в точке перегиба графика.

В ряде публикаций содержатся рекомендации по использованию в условиях перетекания графиков комбинированного прослеживания по нижения (S – lg t /r 2). Следует учитывать, что даже в условиях однород ного пласта графики комбинированного прослеживания, построенные для разных скважин, могут совпадать только до точки перегиба. После точки перегиба графика расходятся в виде своеобразного «веера», при чем расхождение графиков для разноудалённых скважин может быть очень значительным. Для обработки в комбинированных координатах пригоден только участок графика до точки перегиба, причем этот уча сток чаще всего необходимо обрабатывать с помощью эталонной кри вой, так как в большинстве скважин квазистационарный режим не на ступает.

Существенным источником ошибок в определении параметров является применение площадных графиков прослеживания понижения (S – lg r). Обычный график, построенный в координатах S – lg r, приме ним только в условиях квазистационарного режима. Если учитывать, что зона квазистационарного режима в пластах с перетеканием имеет не большие размеры, то даже при значительном количестве наблюдатель ных скважин в эту зону попадают единицы скважин. В условиях одно родного пласта можно эффективно применять метод эталонной кривой для условий площадного прослеживания (координаты lg S – lg r). Не смотря на хорошие теоретические предпосылки, этот метод имеет су щественные ограничения. График строится по участкам полной стаби лизации уровней или по точкам перегиба временных графиков.

Соответственно, возникает довольно строгое требование по достовер ному определению положения точек перегиба.

С.Н. Тагильцев, В.С. Тагильцев, А.Е. Лукьянов Основным ограничением для применения площадных методов про слеживания понижения является очень жесткие требования (с теорети ческих позиций) к условию однородности пласта. Даже относительно умеренная неоднородность пласта в плане (изменение фильтрационных свойств в 2–3 раза) приводит к существенным погрешностям в резуль татах расчетов с помощью площадных графиков. Поэтому в большин стве случаев площадные методы расчетов могут иметь только вспо могательное значение и применяться после установления, с помощью временных или комбинированных графиков, однородности пласта.

Однородность основного пласта (в плане) играет очень важную роль для точного определения гидродинамических параметров. Пласты, одно родные в плане, которые можно считать пригодными для расчетов по схеме однородного пласта, встречаются довольно редко. Во многих слу чаях, в пределах депрессионной воронки, водопроводимость основного пласта изменяется в несколько раз [5]. Диагностика степени однородно сти пласта выполняется на основании временных и комбинированных графиков. Расхождение всех участков графиков по рассматриваемым скважинам визуально отражается на графиках комбинированного про слеживания. При обработке графиков временного прослеживания, значе ния параметра водопроводимости, при умеренной неоднородности, должны получаться одинаковыми. Постоянство значения водопроводи мости по разным наблюдательным скважинам является критерием пра вильности расчетов. Неоднородность проявляется в различных значениях коэффициента пьезопроводности и параметра перетекания. Таким обра зом, на основании результатов обработки временных графиков, можно выполнить диагностику правильности расчетов и оценить степень одно родности пласта.

При перетекании значительная часть опытных работ проходит в ус ловиях изменения водоотдачи. Изменение водоотдачи наблюдается в двухслойных пластах, гетерогенных пластах с двойной пористостью и при перетекании из водоносных горизонтов с изменяющимся напором.

В тех случаях, когда рассматриваются перечисленные схемы, обычно принимается, что изменение водоотдачи происходит более, чем на два порядка (больше 100). Практика расчетов показывает, что во многих случаях изменение водоотдачи происходит в десятки раз (10–70). Если изменение водоотдачи происходит более, чем в сто раз, уклон в точке перегиба на участке графика, отражающего изменение водоотдачи, бли зок к нулю [1, 2]. Именно этот случай полностью подходит под понятие «ложная стабилизация».

Гидродинамическая схема «с двойной пористостью» очень часто практически соответствует схеме двухслойного пласта [2]. Двухслойная система строения является достаточно типичной для верхней части 460 Разведочная гидрогеология гидрогеологического разреза. Обычно принимается, что особенностью этой схемы является то, что свободная поверхность подземных вод на ходится в слабопроницаемом слое, перекрывающем водоносный гори зонт. При откачке, в начальный период времени происходит сработка упругих запасов и в водоносном горизонте, и в слабопроницаемом слое.

Этот этап откачки (упругого режима) завершается стабилизацией напо ров (ложная стабилизация). Стабилизация связана с тем, что гравитаци онная водоотдача, как правило, примерно на два порядка выше упругой водоотдачи основного водоносного горизонта. Описанный этап откачки подобен откачке с перетеканием из водоносного горизонта с постоян ным напором. В связи с этим, для обработки данного (первого) этапа откачки, могут быть использованы все приемы, которые применимы для расчетов в условиях схемы с постоянным напором. Как показывает практика, при откачке из системы слоистых пластов с близкими фильт рационными и емкостными свойствами, очень часто реализуется схема двухслойного пласта.

Второй этап откачки (условно-ложной стабилизации) характеризу ется некоторым замедлением темпов снижения уровней в основном во доносном горизонте. В этот период наблюдается развитие депрессии в верхнем безнапорном водоносном горизонте. Как правило, при наличии этажных пьезометров, фиксируется заметное снижение свободной по верхности. Этот этап откачки (ложностационарного режима, переход ного режима) отражает переход от упругой к суммарной водоотдаче.

С минимальной погрешностью можно принимать, что последний (тре тий) этап откачки происходит в условиях гравитационной водоотдачи.

В тех случаях, когда значение водоотдачи изменяется в десятки раз, уклон кривой в точке перегиба определяется только соотношением ко эффициентов водоотдачи [2]. Практически, переходный этап графика имеет уклон, который отличается от уклона расчетного участка графика не более, чем в 2–3 раза. В ряде случаев нужен специальный анализ для выделения участка графика, отражающего изменение водоотдачи. Это связано с тем, что изменение наклона графика является очень неболь шим. В этих случаях понятие «ложная стабилизация» является на самом деле ложным, так как не соответствует фактической форме временных графиков.


Обычно перетекание из пласта с постоянным напором и перетека ние из водоносного горизонта с изменяющимся напором рассматрива ется как различные расчетные схемы. Можно считать, что существен ные различия между этими схемами отсутствуют. Во многих случаях, при развитии депрессии в верхнем водоносном горизонте, часто проис ходит окончательная стабилизация уровней, как в верхнем, так и в ос новном водоносном горизонте. Стабилизация происходит за счет разви С.Н. Тагильцев, В.С. Тагильцев, А.Е. Лукьянов тия депрессии до питающих границ (рек, озер, болот). В этих случаях реализуется гидродинамическая схема, которую можно назвать «пере текание из водоносного горизонта с переменно-постоянным напором».

С практических позиций, эта схема при эксплуатации водозаборов не имеет существенных отличий от схемы перетекания из пласта с посто янным напором.

При определении параметров в условиях безграничного пласта, на этапе неквазистационарного режима, хорошие результаты дает приме нение метода эталонной кривой. Для условий пластов с перетеканием построены (или могут быть построены) эталонные кривые для основ ных гидродинамических схем. Авторы, которые рассматривали приме нение эталонных кривых, отмечают [1, 2], что при определении пара метров по одной наблюдательной скважине очень трудно выбрать эталонную кривую, которая надёжно соответствовала точкам графика.

Во многих случаях, которые зависят от длительности откачки, качества наблюдений и расстояния до наблюдательной скважины, выбрать необ ходимую кривую и применять метод эталонных кривых практически невозможно. Обычно в литературе содержатся рекомендации о целесо образности предварительного использования временных и площадных графиков. Результаты обработки этих графиков позволяют, опираясь на значения водопроводимости, или отношения r/B, выбрать эталонную кривую. Следует отметить, что в условиях неоднородного пласта при менение площадных графиков приводит к неверным результатам, по этому во многих случаях применение метода эталонных кривых неце лесообразно. Практически основным методом определения параметров в условиях перетекания является интерпретация графиков временного прослеживания понижения.

При планировании и проведении откачек необходимо представлять, что достоверные данные можно получить только по наблюдательным скважинам, которые расположены относительно близко от центральной (опытной) скважины. Хотя бы одна наблюдательная скважина должна попадать в интервал 0,1B. Результаты наблюдений по этой скважине позволяют использовать наиболее простые методы обработки. Данные скважин, расположенные на расстоянии больше, чем значение парамет ра B, практически не поддаются интерпретации. Удовлетворительные результаты можно получить по скважинам, которые располагаются в пределах от 0,1B до 0,5B. В этих случаях применима методика обработ ки, предложенная Хантушем (по точкам перегиба). Очень важно иметь этажные пьезометры, т.е. наблюдательные скважины, вскрывающие верхний водоносный горизонт. Данные по этим скважинам позволяют практически однозначно выявить этап «ложной стабилизации» и разви тие процесса перетекания.

462 Разведочная гидрогеология Выводы 1. Методика обработки данных откачек, проведенных в пластах с перетеканием, имеет существенные отличия от методики обработки откачек в безграничных пластах. Игнорирование этих особенностей приводит к существенным ошибкам в определении гидродинамических параметров и неверной оценке общей гидродинамической ситуации.

2. При интерпретации данных откачек следует опираться на графоа налитические методы обработки временных графиков прослеживания понижения. Использование эталонных кривых в большинстве случаев не дает хороших результатов. Применение графиков площадного прослежи вания понижения обычно приводит к существенным ошибкам.

3. При планировании и проведении откачек необходимо учитывать, что качество получаемой информации зависит от расположения наблю дательной скважины относительно центральной. Наиболее надежные результаты могут быть получены по наблюдательным скважинам, кото рые располагаются относительно близко от центральной (опытной) скважины.

Литература 1. Моркос Н.З., Манукьян Д.А. Методика определения гидрогеологических параметров двухслойной среды по данным опытных работ // Разведка и охрана недр, – 1968, № 10, с. 38–43.

2. Опытно-фильтрационные работы / Под ред. Шестакова В.М., Башкато ва Д.Н. – М.: Недра. 1974. – 204 с.

3. Тагильцев В.С., Тагильцев С.Н. Гидродинамические особенности развед ки и эксплуатации водозаборов в нефтегазодобывающих районах Западной Сибири // Подземная гидросфера: Матер. Всероссийского совещ. по подземным водам Востока России. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. – С. 298–301.

4. Тагильцев С.Н., Тагильцев В.С., Лукьянов А.Е. Особенности и недостатки оценки эксплуатационных запасов пресных подземных вод на территории За падной Сибири // Питьевые подземные воды. Изучение, использование и ин формационные технологии: Матер. междунар. научно-практ. конф.– Моск.

обл., пос. Зелёный, 2011. – Т. 2, С. 25–38.

5. Тагильцев С.Н., Тагильцев В.С., Лукьянов А.Е. Определение гидродина мических параметров слоистых неоднородных пластов на территории Западной Сибири // Подземная гидросфера: Материалы Всероссийского совещания по подземным водам востока России. – Иркутск: Изд-во ООО «Географ», 2012. – С. 391–396.

6. Хантуш М.С. Анализ опытных откачек из скважин в водоносных гори зонтах с перетеканием // Вопросы гидрогеологических расчётов. – М.: Мир, 1964. С. 27–42.

7. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика: учебник. – М.: Изд-во КДУ, 2009. – 368 с.

8. Шестаков В.М., Невечеря И.К., Авилина И.В. Методы расчётов опытных откачек в водоносных пластах с перетеканием. – М.: Научный мир, 2011. – 144 с.

Н.Н. Муромец, В.Н. Самарцев ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕОЦЕНКИ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ДЕЙСТВУЮЩЕГО БЕРЕГОВОГО ВОДОЗАБОРА НА ПРИМЕРЕ ВОДОЗАБОРА ВПС- г. ВОРОНЕЖА Н.Н. Муромец, В.Н. Самарцев Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, геологический факультет. 119991, Москва, ГСП-1, Ленинские горы, МГУ, д. 1, Главное здание, Геологический факультет. (495) 939-21-12. Hydro@geol.msu.ru Увеличение потребности г. Воронежа в воде привело к необходимо сти создания дополнительных источников хозяйственно-питьевого во доснабжения и, в частности, расширения действующих водозаборов, а, следовательно, переоценке запасов подземных вод на них. В качестве примера в данной статье рассматривается водозабор подземных вод ВПС-4, расположенный на правом берегу Воронежского водохранили ща. Для всех береговых водозаборов г. Воронежа характерно высокое содержание железа в подземных водах, что приводит к кольматации его гидроокислами отложений прискважинной зоны. Из-за высокого скин эффекта срок службы эксплуатационных скважин невелик. Постоянное их перебуривание создало необходимость перенесения всего водозабо ра на остров, намытый вдоль берега Воронежского водохранилища на против действующего ВПС-4 (рис. 1).

Рис. 1. Схема участка водозабора ВПС- 464 Разведочная гидрогеология Водозабор ВПС-4 оборудован на единственный эксплуатируемый в данном регионе водоносный комплекс неоген-четвертичных аллювиаль ных отложений. Основная часть комплекса сложена неогеновыми терри генными отложениями, представленными разнозернистыми песками, более грубыми в основании. По данным разрезов скважин, мощность песчаной водоносной толщи составляет 26–40 м, перекрывающего гли нистого водоупора варьирует от нескольких до 9 метров, однако в районе намывного острова она сравнительно выдержана и находится в пределах 9 метров. Для оценки запасов подземных вод на острове были проведены две опытные кустовые откачки: в 1998 г. на южном фланге острова и в 2011 г. на северном (см. рис. 1). Также в течение длительного времени на действующем водозаборе велись режимные наблюдения за уровнями подземных вод и суммарным дебитом водозабора. Интерпретация опыт ных откачек графо-аналитическим методом по программе «TEIS_3» [1] выявила наличие на незначительном расстоянии существенных различий в значениях параметров водоносного горизонта и связи его с поверхност ным водоемом. Причем различия были связаны также и с выбранным способом графо-аналитической обработки, поэтому в табл. 1 параметры представлены в виде диапазонов значений. Так оказалось, что в пределах северной половины острова проводимость основного водоносного гори зонта по данным всех наблюдательных скважин существенно ниже, а связь с водохранилищем хуже, чем южной.

Таблица Диапазоны значений параметров, полученных при обработке откачек графоаналитическими методами По данным откачки По данным откачки Параметр 2011 года 1998 года Проводимость T, м2/сут 1500–1900 2000– Сопротивление ложа 104–334 90– водохранилища, A0, сут Учитывая превышение вдвое заявленной потребности по отноше нию к существующему дебиту водозабора, а также наличие скин-эф фекта водозаборных скважин и схему их расположения (линейный ряд из 34 скважин с расстоянием 50 м между скважинами), при водоотборе, равном 100 тыс. куб.м., возможен отрыв уровней подземных вод от по дошвы слабопроницаемых отложений на большой площади, и переход режима фильтрации из подпертого в свободный, что, в свою очередь, может привести к превышению предельно допустимых понижений в водозаборных скважинах. Поэтому встала задача установления причин такой неоднородности.

Н.Н. Муромец, В.Н. Самарцев Для уточнения параметров связи подземных и поверхностных вод была проведена батиметрия дна водохранилища в непосредственной близи от намывного острова, в результате которой оконтурены «карье ры», образовавшиеся при размыве донных отложений. Как видно на рис. 1, расстояние от «карьеров» до центральных скважин откачек раз лично, причем в южной части донные отложения размыты полностью, и сопротивление ложа водоема определяет только накопившийся после размыва ил. В то время как в пределах северной половины острова час тично сохранен покровный слой. Таким образом, выявлена довольно сложной конфигурации зона, определяющая связь подземных и поверх ностных вод.

Ввиду того, что аналитические зависимости не позволяют учесть все факторы, влияющие на ход снижения уровней в скважинах во время опытно-фильтрационных опробований, дальнейшая их интерпретация проводилась с помощью математического моделирования методом калибрации сеточных конечно-разностных моделей [2, 4]. Была разра ботана упрощенная модель участка ВПС-4, на которой и воспроизводи лись проведенные в 1998 и 2011 годах кустовые откачки. Размер моде ли составляет 44 км, что достаточно для охвата всей ширины водохранилища при расположении водозаборных скважин в централь ной части модели. На модели, учтены участки размыва и снижения мощности слабопроницаемых отложений (рис. 1 и 2).

Рис. 2. Схематический разрез по линии А–А' (рис. 1) с выделением модельных слоев При калибрации необходимо было уточнить значения следующих параметров: коэффициента фильтрации песков Kп, коэффициента фильт 466 Разведочная гидрогеология рации слабопроницаемых отложений Kсл, коэффициента фильтрации донных отложений в пределах большого карьера Kо. Полученные значе ния параметров приведены в табл. 2.

Таблица Сравнение значений параметров, полученных по двум откачкам По данным По данным Параметр 2011 года 1998 года Кп, м/сут 58 Проводимость, м2/сут 1500 Ксл, м/сут 0.075 0. Ко, м/сут 0.05 0. Результатами обработки двух откачек стали два набора различных значений параметров. Наиболее существенно различаются значения коэффициентов фильтрации песков. Независимая обработка опытов не позволяет составить единую модель всего участка водозабора ВПС-4.

Таким образом, классический подход к интерпретации опытных отка чек не позволяет решить задачу оценки геофильтрационных парамет ров. Результаты двух опытов противоречат друг другу, и необходим другой подход к использованию имеющихся данных.

Для получения единого набора параметров, позволяющего с одина ковой степенью достоверности воспроизвести обе рассмотренные откач ки, был применен метод совместной калибрации. Этот метод дает воз можность одновременно рассматривать влияние значений одних входных параметров на результаты вычислений различных моделей. Совместная калибрация, в отличие от классической, заключается в одновременном применении набора подбираемых параметров к нескольким моделям.

Результаты моделирования на каждом из шагов калибрации рассматри ваются совместно для всех моделей. В качестве формального критерия, используемого для проверки соответствия наблюденных и модельных уровней используется, так называемая, целевая функция. Один из вари антов этой функции может быть представлен как [3]:

M S ( B ) = i ( yi yi ( B ) ) i = где M – количество наблюдений;

yi – i-ое наблюдение;

yi (B) – соответ ствующая этому наблюдению модельная величина, являющаяся функ цией набора параметров модели B;

i – вес i-го слагаемого целевой функции. Поскольку с формальной точки зрения целевая функция взвешенных наименьших квадратов – просто сумма отдельных значе ний отклонений модельных и наблюденных величин, в нее одновре Н.Н. Муромец, В.Н. Самарцев менно могут быть включены различные наборы наблюдений. Для этого случая целевая функция преобразуется к виду:

N Mj N S ( B ) = S j ( B ) = i, j ( yi, j yi, j ( B ) ), j =1 i =1 j = где Sj (B) – целевая функция вида, вычисляемая для каждого набора на блюдений отдельно. N – количество наборов данных.

Отдельно необходимо рассмотреть веса слагаемых целевой функ ции. Назначение различных весов различным наблюдениям позволяет учесть различную достоверность фактических данных и различное ко личество измерений в каждом из наборов данных.

В используемые данные были включены данные режимных наблю дений за уровнями подземных вод, которые ведутся на ВПС-4. Работу водозабора можно рассматривать как третий опыт, позволяющий изу чить свойства целевого водоносного горизонта. Действующий водоза бор воспроизведен в рамках той же геофильтрационной схемы.

В результате совместной калибрации моделей по трем наборам данных получились следующие значения параметров: Кп = 76 м/сут;

Ксл = 0.05 м/сут;

Ко=0.03 м/сут. По формальным критериям этот набор параметров является оптимальным, достигнутое значение целевой функции составляет 8.8104. Тем не менее, этот набор параметров не позволяет на модели воспроизвести ход откачек с достаточной точно стью. Это может свидетельствовать о наличии ошибки в принятой гео фильтрационной схеме, поскольку наиболее оптимальное из возмож ных при выбранной схеме решений не позволяет считать модель достоверной. При рассмотрении колонок скважин было принято реше ние пересмотреть используемую схему эксплуатируемого водоносного горизонта. В скважине № 3э (откачка 1998 г.) фильтр установлен в крупнозернистых песках, в скважине № 10рэ (откачка 2011 г.) фильтр установлен в средне- и мелкозернистых песках. Это может объяснить наблюдаемое расхождение в величине коэффициентов фильтрации пес ков, получаемое при обработке данных двух различных откачек. Точ ной информации о неоднородности эксплуатируемого водоносного го ризонта нет. Предполагается наличие в его пределах двух зон с различной проводимостью, и что ориентация границы этих зон пример но соответствует ориентации палеодолины р. Дон и имеет субмеридио нальное направление. В этом случае для основного водоносного гори зонта необходимо определить два параметра: коэффициент фильтрации песков восточной зоны Кпв и коэффициент фильтрации песков западной зоны Кпз. Методика калибрации не изменилась. После ее проведе ния были получены следующие значения параметров: Кпв = 58 м/сут;

468 Разведочная гидрогеология Кпз = 100 м/сут;

Ксл = 0.07 м/сут;

Ко = 0.007 м/сут. Значение целевой функции удалось снизить, и при указанных значениях оно составило 2.0 104. Что более важно, модель, построенная с учетом неоднородно сти основного водоносного горизонта, позволила лучше воспроизвести ход откачек, чем предыдущая (рис. 3), и при полученных значениях па раметров все три модели (обе откачки и действующий водозабор) пока зывают лучшее соответствие фактическим данным.

Рис. 3. Сравнение результатов моделирования двух различных схем с наблюдениями Таким образом, методика совместной калибрации позволила вы явить ошибку в принятой первоначально геофильтрационной схеме.

Также она позволила найти единый набор параметров, наиболее точно соответствующий всем имеющимся данным наблюдений по участку ВПС-4.

Литература 1. Штенгелов Р.С. Программный комплекс TEIS_3. Электронный ресурс http://geo.web.ru/db/msg.html?mid=1178217.

2. Harbaugh A.W., Banta, E.R., Hill, M.C., McDonald M.G. MODFLOW-2000, the U.S. 3. Geological Survey modular ground-water model – User guide to modu larization concepts and the Ground-Water Flow Process: U/S/ Geological Survey Open-File Report 00-92, 121 p., 2000.

3. Hill, Mary C., Tiedeman, Claire R., Effective groundwater calibration: with analysis of data, sensitivities, predictions and uncertainty, 2007.

4. Poeter, E. P., Hill, M. C., Banta, E. R., Mehl, S., Christensen S. UCODE and Six Other Computer Codes for Universal Sensitivity Analysis, Calibration, and Uncertainty Evaluation: U.S. Geological Survey Techniques and Methods, 283 p., 2005.

С.Н. Тагильцев, В.С. Тагильцев ВЗАИМОСВЯЗЬ РАЗМЕРОВ ДЕПРЕССИОННОЙ ВОРОНКИ С ДЕБИТОМ СКВАЖИН И ВОДОПРОВОДИМОСТЬЮ ПЛАСТА С.Н. Тагильцев, В.С. Тагильцев ФБГОУ Уральский горный университет, г. Екатеринбург, tagiltsev@k66.ru, vikul@list.ru При обработке данных опытно-фильтрационных работ, подсчете экс плуатационных запасов подземных вод и прогнозе водопритоков в гор ные выработки, как правило, не рассматривается взаимосвязь дебита скважины (колодца, шахтного ствола, карьера) и размеров депрессион ной воронки. Такая практика основывается на наиболее часто применяе мых аналитических зависимостях гидрогеодинамики. Теоретический анализ исходных уравнений показывает, что взаимосвязь дебита и разме ров депрессии существует, и необходимо оценивать влияние этого фак тора для повышения качества гидрогеологических расчетов и прогнозов.

В качестве основной гидродинамической схемы при проведении опытно-фильтрационных работ обычно применяется схема безгранич ного изолированного пласта. Даже при реализации этой схемы следует рассчитывать величину радиуса влияния откачки из скважины, т.е.

дальность её действия [1]. Под этой характеристикой понимается такое расстояние от оси опытной скважины, дальше которого эффект откачки практически не сказывается. Дальность действия откачки можно оцени вать по понижению уровня или по расходу. При очень строгом подходе следует принимать, что на границе депрессионной воронки понижение уровня и расход потока, который движется к скважине, равны нулю.

Реальные размеры депрессии можно рассчитывать, опираясь на мини мальные значения понижения, соответствующие принимаемой погреш ности наблюдений [1, 3].

В условиях безграничного пласта размеры депрессионной воронки описываются известными выражениями [1–3]:

Rп = 1,5 at, (1) Rвл = 3,5 at, (2) Rп – условный радиус питания;

Rвл – радиус влияния;

a – коэффициент пьезопроводности;

t – время от начала откачки.

Радиус депрессионной воронки оценивается уравнением (2), т.е. со ответствует радиусу влияния. Выражение, описывающие условный ра диус питания (1) вытекает из формального сопоставления формул 470 Разведочная гидрогеология Джейкоба и Дюпюи. В строгой постановке формула Дюпюи описывает откачку из пласта с контуром питания в виде окружности. В реальных условиях аналогом радиуса питания является круглый остров, окру женный водой.



Pages:     | 1 |   ...   | 11 | 12 || 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.