|
| ||
| Бурение скважин | Технология | Цены | Фото и видео | Техническая литература | ||
 |
Методы оценки эксплуатационных запасов подземных вод |
|
|
Техническая литература Станок для бурения БУР-50:  | Методы оценки эксплуатационных запасов подземных вод В настоящее время в практике разведочных гидрогеологических работ для оценки эксплуатационных запасов подземных вод применяются следующие методы: а) гидродинамический; б) гидравлический; в) балансовый; г) метод гидрогеологической аналогии, а также комплексный метод путем совместного применения перечисленных выше методов. Гидродинамический метод оценки эксплуатационных запасов . основан на решении задач о притоках подземных вод к водозаборным сооружениям, и прежде всего для типовых гидрогеологических условий, для которых имеются разработанные аналитические решения,основанные на уравнениях математической физики и теоретической гидродинамики. Исходные дифференциальные уравнения, описывающие фильтрационный поток и выведенные из них расчетные формулы для оценки запасов, являются достаточно строгими с физической и математической точек зрения; При разрешении проблем водоснабжения крупных потребителей обычно применяются групповые водозаборные сооружения. При этих условиях влияние водозабора распространяется на большие площади; можно считать, что на водозаборных участках формируется плановый фильтрационный поток. Поэтому гидродинамические расчеты оценки эксплуатационных запасов сводятся к обоснованию методики расчетов плановых фильтрационных потоков. Сущность гидродинамического метода оценки эксплуатационных запасов подземных вод заключается в расчетах производительности водозаборных сооружений применительно к той или иной рациональной схеме, отвечающей конкретным" гидрогеологическим условиям разведочного участка. При этом учитываются начальные и граничные условия фильтрационного потока, а- также параметры продуктивного водоносного горизонта в пределах рассматриваемой о'бласти фильтрации. В подавляющем большинстве случаев расчеты производятся при заданной производительности водозабора, где ограничивающим фактором является величина 5Д0П. В настоящее время разработаны гидродинамические расчеты для оценки эксплуатационных запасов, подземных вод применительно к следующим наиболее распространенным типовым «условиям (для контуров фильтрационных потоков в плане). 1. Гидрогеологические условия месторождения, отвечающие расчетной схеме «пласт = неограниченный в плане» (продуктивный горизонт в плане можно рассматривать как бесконечный, когда границы пласта удалены на большие расстояния от водозабора и не оказывают влияния на формирование режима уровня в водозаборных скважинах). Таким гидрогеологическим условиям отвечают, например, месторождения напорных вод на площади артезианских бассейнов платформенного типа или месторождения грунтовых вод широких речных долин и др. 2. Продуктивный горизонт в плане на месторождении по условиям залегания отвечает схеме «полуограниченного пласта» (см. рис. 43, а). Эта типовая расчетная схема довольно часто встречается в практике разведочных гидрогеологических работ. Если разведочный участок располагается непосредственно вблизи одной из границ продуктивного пласта, а остальные границы находятся на. расстоянии, превышающем влияние будущего водозабора, то в этих гидрогеологических условиях продуктивный горизонт отвечает типовой расчетной схеме «пласт-полуограни- чейный». Однако в этой типовой схеме необходимо учитывать качество границы пласта; она может, с одной стороны, характеризоваться постоянным напором (например, граница вблизи реки с постоянным расходом, озера или водохранилища); с другой стороны, граница пласта-может иметь постоянный расход, например, на контакте с водонепроницаемыми породами. В первом случае при работе водозабора очень быстро формируется стационарный режим потока. Поэтому расчеты по оценке эксплуатационных запасов можно производить с использованием уравнений установившейся фильтрации. Если на разведочном участке отсутствуют условия перетекания подземных вод, будет формироваться нестационарный режим потока и расчеты по оценке разведанных запасов необходимо выполнять для условий неустановившейся фильтрации. 3. Продуктивный водоносный горизонт на площади разведочного участка может быть ограничен в плане двумя примерно параллельными границами. Такие гидрогеологические условия отвечают типовой расчетной схеме «пласт-полоса» (см. рис. 43, б). В этой типовой расчетной схеме продуктивный пласт может иметь; а) границы с постоянным напором (например, месторождение располагается в плане на междуречье двух рек, имеющих постоянные напоры), когда на водозаборном участке формируется стационарный режим фильтрации; б) границы с постоянными расходами (например, расположение разведочного участка по середине полосы распространения продуктивного горизонта, граничащего с двумя контурами водонепроницаемых пород), когда на водозаборном участке очень быстро формируется нестационарный режим фильтрации потока. Продуктивный водоносный горизонт, отвечающий типовой расчетной схеме «пласт-полоса», может иметь в плане разнородные по качеству границы: на. одной из границ расход потока при эксплуатации водозабора не изменяется, а на другой изменяется, но напор сохраняется постоянным. Такие гидрогеологические условия могут быть отмечены, например, на месторождениях узких речных долин, когда коренной борт длины можно рассматривать как контур с постоянным расходом, а реку — как контур с постоянным напором. 4. Условия залегания продуктивного пласта в плане, отвечающие типовой расчетной схеме «пласт, ограниченный круговым контуром» (см. рис. 43, в). Такие гидрогеологические условия могут быть выявлены, например, на месторождениях трещинно- карстовых вод замкнутых бассейнов, имеющих небольшую площадь распространения, при этом границы контактирующих водонепроницаемых пород в плане могут иметь форму кругового контура (месторождения, приуроченные к ограниченным по площади антиклинальным .структурам карбонатных пород,— см. гл. 3). Как и в предыдущих схемах, для типовых условий, «пласт, ограниченный круговым контуром» могут быть отмечены два варианта: а) границы с постоянным напором (когда на водозаборном участке очень быстро формируется стационарный режим фильтрации); б) гр^шцы с постоянным расходом (когда на водозаборном участке формируется нестационарный режим фильтрации). Следует иметь в виду, что в реальных гидрогеологических условиях на месторождениях подземных вод области фильтрации потока имеют в плане часто сложные геометрические очертания. Однако для оценки эксплуатационных запасов подземных вод, как показывает практика, вполне допустима их схематизация по типовым расчетным примерам, приведенным выше. Гидродинамический метод оценки эксплуатационных запасов по техническим условиям его применения подразделяется на: а)" метод аналитических расчетов и б) метод математического моделирования,-на аналоговых (АВМ) или цифровых вычислительных машинах (ЭЦВМ). Гидродинамический метод в практике разведочных работ целесообразно применять для оценки запасов месторождений первой и второй групп (см. табл. 7). Причем для сравнительно простых гидрогеологических и гидрогеохимических условий, когда граничные условия фильтрационного потока несложны в плане и разрезе, отмечаются сравнительно однородные фильтрационные и емкостные свойства продуктивного пласта, обычно применяются аналитические методы расчета. В этих условиях аналитические расчеты обеспечивают достаточную точность решения задач для практики. Для сложных граничных условий фильтрационного потока в плане и разрезе, сложных гидрогеохимических условий при наличии существенной неоднородности продуктивного горизонта для оценки разведанных запасов подземных вод целесообразно применять метод математического моделирования на - современных электронных машинах.. При использовании методов математического моделирования представляется возможность более надежно количественно оценить отдельные источники формирования эксплуатационных запасов подземных "ВОД. Гидродинамический метод оценки эксплуатационных запасов имеет большое преимущество перед всеми другими методами. Он основан на относительно строгих математических зависимостях и 'ВО многих случаях при его применении не требуется дополнительных расчетов для оценки степени обеспеченности разведанных запасов. Однако по своей сути гидродинамический метод оценки не может быть применен для всех типов и разновидностей месторождений подземных вод. Оценку разведанных запасов подземных вод гидродинамическим методом целесообразно проводить по следующей технологической схеме. 1. Прежде всего, необходимо правильно осмыслить заявленную потребность в воде на текущую и далекую перспективу для данного объекта; заявленная потребность в воде и ее структура по ' существу определяют необходимость оценить общие эксплуатационные возможности разведываемого месторождения, а также общую производительность будущего водозаборного сооружения. 2. На основании анализа общей потребности и результатов разведки, по согласованию с проектными, заинтересованными организациями, производится уточнение ранее выбранной рациональной в технико-экономическом отношении схемы водозаборного сооружения на разведочном участке (схема расположения каптажных скважин, их количество, расстояние между скважинами, производительность, глубина-и конструкция). 3.Производится тщательный анализ результатов проведенных поисково-разведочных работ и материалов предыдущих исследований, на основании которого Должны быть составлены детальные специализированные гидрогеологические карты разведочного участка (карта гидроизогипс, карта проводимости пласта и др.). На детальных картах должны быть отражены основные закономерности геологического строения -разведочного участка; условия залегания и распространения продуктивного и смежных водоносных горизонтов, а также слабопроницаемых и водонепроницаемых пород; гидрогеологические параметры и закономерности их изменения в плане и разрезе; условия изменения качества подземных вод; основные источники формирования эксплуатационных запасов подземных вод и др. На основании анализа детальных карт должны быть установлены степень сложности гидрогеологических условий месторождения применительно к требованиям обобщающей группировки (см. табл.7) и принадлежность данного месторождения к той или иной группе. 4. На основании детальных карт должна быть составлена гидрогеологическая схема, отражающая природные условия и учитывающая условия на границах оцениваемой территории, закономерности изменения в плане фильтрационных и емкостных параметров водоносных и слабопроницаемых толщ. В гидрогеологической схеме необходимо также отразить структуру области фильтрации в вертикальном разрезе, которая определяется наличием на месторождении одного или нескольких водоносных горизонтов, литологическим составом разделяющих их толщ, а также геометрическими очертаниями границ области фильтрации в плане (влияние тектонических нарушений, условия связи водоносных горизонтов с поверхностными водотоками и водоемами и т. д.). 5. Наиболее ответственным этапом гидродинамических расчетов по оценке разведанных запасов является составление расчетной схемы. Составляется она на основании анализа природных гидрогеологических условий площади разведочного участка. При этом в расчетных схемах должны учитываться только основные факторы, определяющие закономерности формирования эксплуатационных запасов подземных вод с учетом степени их обоснованности имеющимся фактическим материалом (отражаются на расчетной схеме граничные условия потока в плане и др.). При этом для оценки эксплуатационных запасов одного и того же месторождения может быть составлено несколько расчетных схем, характеризующихся различным учетом отдельных ирточников формирования запасов. Так, например, для оценки разведанных запасов промышленных категорий (А + В) в расчетной схеме должны быть учтены только надежно установленные основные источники их формирования, а для запасов категорий A + B + Ci необходимо учесть источники формирования, которые установлены приближенно. При составлении расчетной схемы целесообразно схематизировать природные условия разведочного участка следующим, образом: геометрические очертания водоносных горизонтов в плане и разрезе (в том числе и продуктивного горизонта) трансформируются прямолинейными; при сложном строении водовмещающей среды многослойная их структура должна быть преобразована в одно-, двух или трехслойную, путем объединения водоносных горизонтов по гидрогеологическим признакам и др.; на основании характера и степени изменчивости фильтрационных и емкостных параметров продуктивного горизонта производится микрорайонирование площади разведочного участка по значениям водопроводимости и водоотдачи, а также обосновывается выбор средних значений параметров для последующих расчетов. На расчетной схеме также должны быть отражены условия на границах продуктивного и смежного с ним водоносных горизонтов, условия питания и естественной разгрузки подземных вод. 6. На основании анализа гидрогеологических условий' разведочного участка и результатов опытно-фильтрационных работ необходимо обосновать выбор для данного объекта величины - допустимого понижения уровня 5доп. 7. Исходя из разработанной для разведочного участка расчетной схемы, необходимо выбрать известный типовой метод оценки и типовые расчетные уравнения. Собственно расчеты по оценке эксплуатационных запасов подземных вод целесообразно выполнять следующим образом. Исходя из требуемой производительности водозабора и возможного дебита каждой скважины предварительными расчетами определяется общее количество водозаборных скважин, система их расположения на разведочном участке и расстояния между ними, с учетом границ изученной площади. Применительно к выбранной схеме водозабора .проводится определение расчетной величины понижения уровня Spac в водозаборах, которое сравнивается со значением для данных условий допустимого понижения уровня Sflon- Если расчетное понижение не будет превышать значение допустимого, эксплуатационные запасы подземных вод для данного разведочного участка могут считаться обеспеченными. В этом случае целесообразно- провести дополнительный расчет для определения максимальна возможного дебита при заданном допустимом понижении. При проведении расчетов может либо учитываться реальное положение скважин и их количество, либо при большом числе скважин они объединяются в так называемые обобщенные системы («большие колодцы») В тех случаях, если на площади разведочного участка могут быть распространены подземные воды некондиционного состава,, необходимо выполнить прогноз времени возможного подтягивания контуров некондиционных вод (в плане и разрезе) к водозаборным скважинам, а также определить результирующую концентрацию в воде элементов, содержание которых лимитируется соответствующими ГОСТами. Если содержание каких- либо компонентов будет превосходить допустимые нормы, эксплуатационные запасы, подсчитанные без учета возможных изменений качества, должны быть уменьшены до величины, определяющей сохранение качества воды в требуемых кондициях. Как следует из вышеизложенного, гидродинамические методы не являются простым использованием соответствующих типовых решений математических уравнений. Наиболее важным и ответственным этапом в общей технологии оценки запасов является схематизация природных условий, которая по существу определяет обоснованность применения тех или иных типовых решений. |
|