Оценка естественных ресурсов и естественных запасов

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЕСТЕСТВЕННЫХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Глава 14

Оценка естественных ресурсов и естественных запасов

Как видно из приведенной в гл. 2 классификации количественных категорий пресных подземных вод," для решения прикладных задач в области разведочной гидрогеологии первостепенное значение имеет оценка их эксплуатационных запасов — величина, которая по существу характеризует эксплуатационные возможности того или иного месторождения. Наряду с этим для некоторых типов месторождений не менее важное значение имеет оценка естественных ресурсов и естественных запасон подземных вод, когда эти виды ресурсов и запасов являются основными источниками формирования эксйлуатационных запасов на водозаборном участке.

Выше отмечалось, что естественные ресурсы подземных вод характеризуют величину их суммарного естественного питания. Во многих случаях естественные ресурсы могут представлять собой естественный расход фильтрационного потока в его поперечном сечении, если на площади его развития (в пределах месторождения) не будет происходить разгрузка подземных вод либо в виде родников, либо в форме скрытого дренирования.

Для месторождений подземных вод первой групцы, приуроченных к безнапорным пластам (см. табл. 4), источниками фор^ мирования естественных ресурсов могут быть: инфильтрация атмосферных осадков, питание за счет конденсации влаги из воздуха в породах зоны аэрации, инфильтрация поверхностных вод, а также подземного бокового притока со стороны смежных водоносных структур. Расходными статьями баланса подземных вод являются различные виды естественной разгрузки: в поверхностные водотоки и водоемы, боковой отток в смежные структуры, а также испарение и транспирация грунтовых вод. Роль этих процессов в формировании естественных ресурсов неодинакова" и зависит от природных условий конкретных месторождений. Так, например, для некоторых типов месторождений грунтовых вод основным источником формирования естественных ресурсов является инфильтрация атмосферных осадков (на месторождениях подземных вод древних речных долин Казахстанского типа и др.). Поэтому часто по величине инфильтрации атмосферных осадков оценивается значение естественных ресурсов.

Для месторождений подземных вод второй группы с напорным режимом формирование естественных ресурсов может происходить за счет бокового притока (со стороны смежных областей) и за счет перетекания подземных вод через подошву и кровлю продуктивного напорного горизонта (из смежных водоносных горизонтов). Расходными статьями баланса напорных вод. могут быть: боковой отток за пределы границ месторождения, перетекание в смежные водоносные горизонты (в тех случаях, когда напор продуктивного горизонта больше, чем в смежных пластах), разгрузка в виде родников и т. п. Как показала практика разведки и эксплуатации месторождений напорных вод на площади артезианских бассейнов платформенного типа, ведущую роль в формировании естественных ресурсов играют процессы перетекания через слабопроницаемые пласты, в том числе перетекания грунтовых вод речных долин, залегающих выше по разрезу. Это очень важное положение отражено в ряде опубликованных работ [5, 20, 29, 32].

Для всех типов месторождений .подземных вод важными гидрогеологическими факторами, определяющими условия формирования естественных ресурсов подземных 'ВОД, являются: фильтрационные свойства водовмещающих пород, пород зоны аэрации и разделяющих слоев, мощность водоносного горизонта, глубины залегания уровня и др.'

Некоторые специфические условия формирования естественных ресурсов подземных вод отмечаются на месторождениях, распространенных в области многолетнемерзлых пород. Формирование естественных ресурсов в этих областях зависит от глуг бины ежегодного промерзания и протаивания, условий распространения вечной мерзлоты и таликовых зон и др. На площадях, где мерзлота достигает большой мощности (более 100 м) и сплошного распространения, естественные ресурсы подземных вод могут формироваться в таликовых зонах, в том числе в сквозных таликах зон тектонических нарушений.

При изучении условий формирования естественных ресурсов подземных вод необходимо учитывать, что существенное влияние на них может оказать техногенная водохозяйственная деятельность .человека • в районах месторождений (строительство водохранилищ, эксплуатация ирригационных каналов, искусственное орошение земель и др.). Именно поэтому в каждом конкретном случае при изучении естественных ресурсов подземных вод необходимо строго учитывать природные (ненарушенные) и техногенные (нарушенные) условия их формирования на площади месторождений.

Естественные ресурсы подземных вод являются объективным показателем ежегодного их восполнения, отражая их основную особенность — постоянное возобновление. По мнению И. С. Зек цера и В. А. Всеволожского, среднемноголетнее значение ве
личины питания подземных вод, за вычетом испарения, равно величине подземного стока. Учитывая это положение, в практике гидрогеологических исследований естественные ресурсы подземных вод обычно выражаются среднегодовыми и минимальными значениями модуля подземного стока (в л/с с 1 км²), величинами слоя воды (в мм/год), общими величинами расхода потока (м³/сут или л/с), когда испарение подземных вод невелико.

Одним из проявлений подземного стока является подземный приток в реки (подземное питание рек) из зоны водонасыщен ных горных пород, находящихся в сфере дренирующего влияния речной сети. Для подземных вод этой зоны, питающихся главным образом'за счет инфильтрации атмосферных осадков, важными воднобалансовыми характеристиками являются коэффициент подземного стока и коэффициент подземного питания рек. Коэффициент подземного стока (отношение величины подземного стока к мощности слоя атмосферных осадков, выпадающих за год) количественно характеризует долю осадков, которая идет на питание подземных вод. Коэффициент подземного питания рек (отношение дренируемого подземного стока к общему речному стоку) показывает, какая часть расхода реки обеспечена за счет естественной разгрузки подземных вод.

Таким образом, естественные ресурсы подземных вод для некоторых типов месторождений (например с ограниченными естественными запасами) представляют собой тот верхний предел, который определяет их эксплуатационные возможности,, за исключением тех водозаборных участков, эксплуатационные запасы которых формируются преимущественно за счет дополнительно привлекаемых ресурсов. Поэтому роль естественных ресурсов подземных вод, как одного из генетических компонентов эксплуатационных запасов, может быть различной для различных типов месторождений.

Естественные запасы подземных вод имеют те же источники питания, что и естественные ресурсы, накапливаясь в природных емкостях водоносных пород (порах, трещинах, закарстованных пустотах). Именно поэтому естественные запасы подземных вод определяются емкостными свойствами водовмещающих пород и их параметрами — в безнапорных пластах преобладает гравитационная емкость, а в напорных пластах, наряду с гравитационной емкостью, упругая емкость водовмещающих пород. Естественные запасы принято выражать в объемах. Та часть массы подзекных вод, которая может быть извлечена иа напорного водоносного горизонта за счет изменения упругих свойств воды и водовмещающих горных пород без осушения пласта, может быть отнесена к упругим естественным запасам. Величина упругих естественных запасов по сравнению с гравитационными обычно составляет доли процента.

Параметры гравитационной емкости пласта отражают способность водонасыщенных горных пород отдавать часть воды

7 Заказ № 2170

в условиях свободного стекания ее под действием силы тяжести. В этом случае гравитационная емкость пласта характеризуется гравитационной водоотдачей. Мерой гравитационной. водоотдачи является коэффициент водоотдачи, выраженный в долях единицы (отношение объема гравитационной воды, способной свободно вытекать из насыщенных горных пород, к их осушенному объему).

Водоотдача насыщенных горных пород является довольно сложным гидрогеологическим процессом. Изучен этот процесс для различных литологических разностей водовмещающих пород очень слабо (относительно изучен процесс для песчаных пород). Исследованиями было установлено, что коэффициент водоотдачи для одной и той же водовмещающей по.роды может изменяться в зависимости от продолжительности времени проведения опытных работ; в некоторых случаях с увеличением времени величина водоотдачи возрастает. Это явление объясняется прежде всего длительностью стекания подземных вод из капиллярной зоны насыщенных пород.

Исследованиями было установлено [5, 24], что коэффициент водоотдачи горных пород существенно зависит от их литологи ческого состава и физикомеханических свойств. Ниже приведены значения коэффициентов водоотдачи различных горных пород, которые могут быть использованы для приближенной' оценки естественных запасов подземных вод:

Песчаные породы 0,10—0,20

Пески пылеватые и глинистые 0,05—0,10

Супеси, суглинки 0,02—0,05

Закарстованные и трещиноватые известняки 0,005—0,10 Трещиноватые сланцы, песчаники и изверженные

породы 0,001—0,03

Несмотря на то что величина коэффициента водоотдачи может изменяться во времени, его значение для ^решения прикладных задач в области разведки подземных вод, в том числе и для оценки естественных запасов, приближенно принимается постоянным.

Естественные запасы подземных вод, как видно из изложенного выше, характеризуют количество гравитационных вод, заполняющих природные емкости водовмещающих горных пород; размерность естественных гравитационных запасов принята в объемных единицах (в кубических метрах или километрах).

На некоторых месторождениях подземных вод, например, на месторождениях конусов выноса широких речных долин, где мощность водовмещающих пород очень значительна (до 400 м), формируются очень крупные по своему объему естественные запасы; для месторождений подземных вод древних речных долин Казахстанского типа (например, в долине р. Джон) естественные запасы подземных вод являются единственным источником формирования эксплуатационного дебита водозаборных сооружений.