Хозяйственно-питьевое водоснабжение

Поиски и разведка подземных вод

Автор профессор кафедры гидрогеологии Р.С.Штенгелов конспект лекций	оглавление

• ВВЕДЕНИЕ
• РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
• ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ
• ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ОЦЕНКИ ЭЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
• ЧТО ТАКОЕ "ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАПАСЫ"?
• РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВОДОЗАБОР
• ДОПУСТИМОЕ ПОНИЖЕНИЕ УРОВНЯ в ВОДОЗАБОРЕ
• РАСЧЕТНЫЙ СРОК ЭКСПЛУАТАЦИИ
• СОХРАНЕНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ
• ВОЗДЕЙСТВИЕ ВОДООТБОРА на ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
• БАЛАНСОВАЯ СТРУКТУРА (ИСТОЧНИКИ ФОРМИРОВАНИЯ) ЭЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
• ЕСТЕСТВЕННЫЕ ЗАПАСЫ
• ЕСТЕСТВЕННЫЕ РЕСУРСЫ
• ПРИВЛЕКАЕМЫЕ РЕСУРСЫ
• БАЛАНСОВЫЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ЭЗ
• ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННЫХ ЗАПАСОВ
• ОЦЕНКА ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ
• ОЦЕНКА ПРИВЛЕКАЕМЫХ РЕСУРСОВ
• ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ЭЗ
• ФИЛЬТРАЦИОННАЯ СХЕМА МЕСТОРОЖДЕНИЯ
• Режим фильтрации во времени
• Пространственная структура потока
• Параметры водоносной системы
• Граничные условия
• 2 рода
• 3 рода
• 1 рода
• Источники-стоки
• СУПЕРПОЗИЦИЯ (СЛОЖЕНИЕ РЕШЕНИЙ)
• АНАЛИТИЧЕСКИЕ РАСЧЕТЫ СКВАЖИН
• СИСТЕМЫ СКВАЖИН
• ПРИМЕР ГИДРОДИНАМИЧЕСКОГО РАСЧЕТА ВОДОЗАБОРА (ЗВЕНИГОРОД)
• КОНТУРНЫЕ СИСТЕМЫ СКВАЖИН
• Приближенные расчеты
• Точное аналитическое решение
• НЕУПОРЯДОЧЕННЫЕ ПЛОЩАДНЫЕ СИСТЕМЫ
• МОДЕЛИРОВАНИЕ ВОДОЗАБОРНЫХ СКВАЖИН
• ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ МЕТОД ОЦЕНКИ ЭЗ
• СТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ОЭО
• НЕСТАЦИОНАРНЫЙ РЕЖИМ ОЭО
• МЕТОД ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АНАЛОГИИ
• ПРОГНОЗИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ПОДЗЕМНЫХ ВОД при ЭКСПЛУАТАЦИИ
• ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЗАГРЯЗНЕНИЯ
• ЗОНА ЗАХВАТА
• ПРЕДЕЛЬНОЕ ВОЗМОЖНОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ
• КРИТИЧЕСКОЕ ВРЕМЯ
• ЗАЩИТА ВОДОЗАБОРОВ
• САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДОЗАБОРОВ
• РАСЧЕТЫ ЗСО
• ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ВОДООТБОРА на ОКРУЖАЮЩУЮ СРЕДУ
• ОСВОЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
• ИСКУССТВЕННОЕ ПОПОЛНЕНИЕ ЭЗ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
• ИСКУССТВЕННЫЕ ЗАПАСЫ
• ИСКУССТВЕННЫЕ РЕСУРСЫ
• ТИПИЗАЦИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД
• МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ПРИРЕЧНОГО ТИПА
• ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СХЕМ МПВ ПРИРЕЧНОГО ТИПА
• Совершенная река
• Несовершенная река
• Свободный режим фильтрации под рекой
• УЩЕРБ РЕЧНОМУ СТОКУ в РАЙОНЕ ПРИРЕЧНЫХ ВОДОЗАБОРОВ
• Ущерб глубине реки
• ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ на ПРИРЕЧНЫХ ВОДОЗАБОРАХ
• РАСЧЕТЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ на ПРИРЕЧНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ
• ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ РАЗВЕДКИ
• МЕСТОРОЖДЕНИЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД в ИЗОЛИРОВАННЫХ ПЛАСТАХ и в ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМАХ
• ОСНОВНЫЕ ЧЕРТЫ ФИЛЬТРАЦИОННЫХ СХЕМ МПВ в ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМАХ АРТЕЗИАНСКИХ БАССЕЙНОВ
• Изолированные пласты
• Взаимодействующие пласты
• Без понижения в смежных горизонтах
• С понижением в смежных горизонтах
• РАСЧЕТЫ ВОДОЗАБОРНЫХ СООРУЖЕНИЙ на МПВ в ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМАХ АРТЕЗИАНСКИХ БАССЕЙНОВ
• ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕТОДИКИ РАЗВЕДКИ
• ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА ВОДЫ на МПВ в ПЛАСТОВЫХ СИСТЕМАХ АРТЕЗИАНСКИХ БАССЕЙНОВ
• "Естественное" изменение качества воды при эксплуатации
• Проектирование ЗСО

Поиски и разведка подземных вод

Автор профессор кафедры гидрогеологии Р.С.Штенгелов конспект лекций	оглавление

Введение

Становление учебной дисциплины "Поиски и разведка подземных вод" связано с именем крупнейшего советского гидрогеолога Г.Н.Каменского, преподававшего в Московском геолого-разведочном институте и опубликовавшего первый учебник с таким названием в 1947 г. В те времена (40-е - 60-е годы прошлого века) содержание этого курса трактовалось весьма широко, охватывая методику практически всех видов прикладных гидрогеологических работ - не только изыскание источников водоснабжения, но и исследования в области гидротехнического строительства, рудничной и мелиоративной гидрогеологии, нефтедобычи и др. Поэтому в большинстве ВУЗов для подобного курса чаще использовались названия "Специальная гидрогеология" или "Методика гидрогеологических исследований", причем последнее наименование успешно сохраняется до нынешнего времени.
На кафедре гидрогеологии Московского университета до начала 70-х годов существовал курс "Специальная гидрогеология", который читал профессор Б.И.Куделин. Позже из него был выделен курс "Поиски и разведка подземных вод", создателем которого был профессор Н.И.Плотников, читавший его на протяжении почти 20 лет. Важно подчеркнуть, что в этот курс были вынесены только вопросы методики гидрогеологических исследований в связи с изысканием подземных источников хозяйственно-питьевого водоснабжения; остальные прикладные гидрогеологические проблемы, а также методика разведки специфических видов подземных вод (лечебные минеральные, промышленные и т.д.) рассматриваются в других специализированных учебных курсах кафедры.
Курс "Поиски и разведка подземных вод" преподается на заключительной стадии обучения студентов-гидрогеологов; по действующему учебному плану он читается в 9 семестре, т.е. на второй ступени обучения, после завершения бакалаврского образования. Объем курса (аудиторный) 112 часов, из которых более половины занимает практикум, принципы проведения и содержание которого рассматриваются ниже.
Предлагаемый материал по жанру ближе всего к конспекту лекций по курсу "Поиски и разведка подземных вод", который автор читает на кафедре гидрогеологии МГУ уже более 20 лет. Он, несомненно, недостаточен для полного, глубокого освоения этого обширного раздела прикладной гидрогеологии. Многие позиции в нем лишь обозначены; предполагается, что параллельно студент обращается к рекомендуемой научной и методической литературе (и не только к ней) и привлекает знания, ранее полученные при изучении курсов "Гидрогеология", "Гидрогеодинамика", "Гидрогеохимия", "Региональная гидрогеология", "Геогидрология", "Инженерные сооружения" и многих других, составляющих основу специального образования гидрогеолога.
Структура представления материала - относительно свободная, без конкретной расчасовки по лекциям, поскольку рабочий план чтения лекций и выполнения практикума претерпевает обычно значительные модификации в зависимости от положения в учебном плане специальности, лимита учебного времени и т.д.
Учитывая жанр материала, в нем принципиально не приводятся ссылки на многочисленные источники заимствования. При полнейшем и огромном уважении автора к основоположникам теоретической гидрогеологии и ко всем "действующим" коллегам в конспекте приводятся лишь те фамилии, которые вошли в устоявшиеся общепринятые термины, т.е. по сути стали уже нарицательными - например, "схема Мятиева-Гиринского" и т.п.
Рекомендуемая для освоения материала литература (деление на основную и дополнительную, формально требующееся в программах учебных курсов, конечно же, весьма условно):

ОСНОВНАЯ

Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. Изд.2-е. Киев, Выща школа, 1989
Бочевер Ф.М., Лапшин Н.Н., Орадовская А.Е. Защита подземных вод от загрязнения. М., Недра, 1979
Плотников Н.И. Поиски и разведка подземных вод. М., Недра, 1985
Штенгелов Р.С. Формирование и оценка эксплуатационных запасов пресных подземных вод. М., Недра, 1988
Штенгелов Р.С. Поиски и разведка подземных вод. Конспект лекций. Неофициальный сервер геологического факультета МГУ \ Гидрогеология - http://students.web.ru

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

Арцев А.И. и др. Проектирование водозаборов подземных вод. М., Стройиздат, 1976
Белицкий А.С., Дубровский В.В. Проектирование разведочно-эксплуатационных скважин для водоснабжения. М., Недра, 1974
Биндеман Н.Н., Язвин Л.С. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод. Изд. 2-е. М., Недра, 1970
Боревский Б.В., Самсонов Б.Г., Язвин Л.С. Методика определения параметров водоносных горизонтов по данным откачек. Изд. 2-е. М., Недра, 1979
Боревский Б.В., Язвин Л.С. Стратегия развития ресурсной базы питьевых подземных вод на территории России в XXI веке. "Разведка и охрана недр", 2003, N 10
Бочевер Ф.М. Теория и практические методы гидрогеологических расчетов эксплуатационных запасов подземных вод. М., Недра, 1968
Гидрогеодинамические расчеты на ЭВМ. Под ред.Р.С.Штенгелова. М., Изд-во Моск. ун-та, 1994
Гидрометрическая оценка взаимодействия речных и подземных вод (методические рекомендации). Л., ГГИ, 1973
Справочник гидрогеолога. Т.1,2. М., Недра, 1979
Полевые методы гидрогеологических, инженерно-геологических, мерзлотных и инженерно-геофизических исследований. Под ред. В.А.Королева, Г.И.Гордеевой, С.О.Гриневского, В.А.Богословского. М., Изд-во Моск. ун-та, 2000
Шестаков В.М. Гидрогеодинамика. Изд. 3-е. М., Изд-во Моск. ун-та, 1995

ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ

Одна из критически важных основ жизнедеятельности человека, особенно для городских поселений. Первичные представления о системах водоснабжения студенты имеют из курса "Инженерные сооружения" (5-й семестр) и "Водные ресурсы" (7-й семестр).

Три составные части проблемы водообеспечения населения (водоснабжения):

1)	планирование водопотребления и управление водными ресурсами - водное хозяйство (параллельно студенты слушают курс "Водное хозяйство")
2)	изыскание и оценка обеспеченных источников водоснабжения - гидрогеологи (подземные воды), гидрологи (поверхностные воды)
3)	техническое обеспечение работы водозаборных сооружений и водоразборной сети - коммунальное хозяйство.

Мировой опыт водоснабжения: подземные воды преобладают в структуре водообеспечения (50-75%, до 100%) практически во всех европейских странах (включая Прибалтику, Украину и Белоруссию), в США, Китае (более 1 млрд. человек!), в странах аридной зоны (Тунис, Йемен, Саудовская Аравия и др).

Россия: подземные воды - около 15 млн. куб.м/сут (~ 45%).
К настоящему времени в России разведано около 4000 месторождений подземных вод с потенциальными эксплуатационными возможностями более 85 млн.куб.м/сут, т.е. в среднем по стране примерно 0.6 куб.м/сут на 1 человека. Реально эксплуатируется 1500 месторождений с общим водоотбором около 30% от разведанной величины. Преобладают мелкие месторождения - порядка 5 тыс.куб.м/сут.

Доля подземных вод в водоснабжении городских поселений - около 35-40%; для сельских населенных пунктов - около 85%. При этом - чем крупнее город, тем, как правило, меньше доля использования подземных вод: для крупных городов (более 100 тыс.) она составляет уже только около 29%, а в наиболее крупных городах (с населением более 250 тыс.чел) в половине случаев используются только поверхностные воды (Москва, С.-Петербург, Н.-Новгород, Екатеринбург, Омск, Ростов н/Дону, Владивосток...).
Такая ситуация свойственна для большинства крупных городов мира и объясняется вполне прозаическими экономическими причинами. Для получения необходимого объема подземных вод питьевого качества (для водообеспечения большого города - несколько миллионов куб.м в сутки) требуется задействовать целую группу крупных месторождений на значительных площадях. Они должны быть достаточно удалены от городской территории, чтобы возможно было организовать эффективную санитарную охрану водозаборных сооружений. Создание протяженных (десятки километров) магистральных водоводов большого сечения для перегона добываемой воды в город требует огромных капитальных и эксплуатационных затрат; немаловажными в таких случаях становятся и вопросы землеотвода под такие крупные линейные инженерные сооружения.
Для примера - Москва: потребление около 5 млн.куб.м/сут. 98% за счет поверхностных вод. В будущем предполагается постепенный перевод водоснабжения на подземные источники - разведаны 4 группы месторождений (в основном, в черте Московской области) на удалении порядка 100 км каждая.

Почему же в большинстве стран мира отдают явное ПРЕДПОЧТЕНИЕ ПОДЗЕМНЫМ ВОДАМ в деле организации водоснабжения?

• существенно более высокая защищенность от естественных и техногенных загрязнений (хотя и далеко не абсолютная - сейчас около 30-40% действующих подземных водозаборов обнаруживают признаки техногенного загрязнения),
• более высокая зарегулированность внутригодового и многолетнего режима стока,

Свежая иллюстрация: лето-осень 2003 г. Циклоны обходят стороной Приморье; в крае - засуха. Уровни в поверхностных водохранилищах на 6-7 м ниже ординара, подача воды в систему водоснабжения краевого центра (г.Владивосток) критически сокращена. Население круглосуточно стоит в очередях... к родникам, которые продолжают нормально функционировать.
Подземные воды - мощнейшая естественная буферная система!

• технологическая устойчивость систем эксплуатационного отбора подземных вод независимо от времен года, что немаловажно для большинства климатических провинций с суровой зимой, значительно осложняющей работу водозаборов из поверхностных водоисточников,
• возможность магазинирования ("заготовки впрок") с помощью компактных систем искусственного пополнения запасов - более экономичных, простых в эксплуатации и экологически "безобидных" по сравнению с поверхностными водохранилищами; при этом - естественное улучшение качества воды при фильтрации через водовмещающие породы.

Однако ЗАПАСЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ОГРАНИЧЕНЫ.
Ф.А.Макаренко писал о природных водах: "...когда воды "возобновляемы" - ресурсы и запасы их неисчерпаемы в размерах их возобновления". Но эту в целом оптимистическую фразу можно понимать и по-другому: ресурсы и запасы подземных вод ограничены размерами их возобновления. И хотя, по некоторым данным, в объеме гидросферы Земли подземные воды составляют около 45% (а поверхностные - только 0.1%), но по стоку (т.е. практически - по возобновляемости) картина не в их пользу.

Интересный показатель для стоковых объектов - срок возобновления воды, т.е. время, необходимое для перемещения воды от области формирования потока до области его разгрузки. Для поверхностных водотоков в среднем по земному шару срок возобновления воды оценивается в 16 суток, а для потоков подземных вод - 1.5 тысячи лет! Конечно, можно сомневаться в корректности последней цифры (неясно, о каком интервале гидрогеологического разреза идет речь), тем не менее сравнение весьма показательное.

Ограниченность количества подземных вод требует особого внимания к их эксплуатации и охране, чтобы предотвратить истощение и загрязнение. В России основной официальный защитный механизм: лицензирование отбора подземных вод в пределах величины эксплуатационных запасов, которые специально рассчитываются для каждого водозабора и утверждаются, т.е. учитываются государством в водохозяйственном балансе регионов.

Отсюда вытекает одна из важнейших проблем прикладной гидрогеологии: ОЦЕНКА (ПОДСЧЕТ) ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД. Это одно из наиболее развитых направлений приложения труда специалистов-гидрогеологов. Пожалуй, можно смело говорить о существовании крупного самостоятельного раздела прикладной гидрогеологии - разведочной гидрогеологии. Для территории Советского Союза (ныне России, стран СНГ и Прибалтики) накоплен огромный опыт оценки эксплуатационных запасов (далее ЭЗ) подземных вод в различных геолого-структурных и физико-географических условиях их формирования. Существует обширная научная и методическая литература, разработаны и совершенствуются нормативные документы, регламентирующие постановку работ по оценке и учету эксплуатационных запасов подземных вод. Все эти документы практикующий гидрогеолог должен знать и изучать по мере их модернизации. Однако, в нашем учебном курсе мы будем лишь обозначать основные организационные принципы постановки работ, сосредотачиваясь, главным образом, на природных балансово-гидрогеодинамических закономерностях формирования ЭЗ и на существующих методах их оценки.

ЧТО ТАКОЕ < ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ ЗАПАСЫ >?

Сам термин заимствован у твердых (рудных и нерудных) полезных ископаемых, однако существует принципиальная разница: для твердых ископаемых запасы измеряются объемом или весом полезного компонента; для подземных вод мерой эксплуатационных запасов является дебит, т.е. постоянное во времени количество воды, извлекаемое водозабором. Размерность ЭЗ - куб.м/сут.
В действующих официальных документах дается такое определение: под эксплуатационными запасами следует понимать количество подземных вод, "которое может быть получено на месторождении (участке) с помощью геолого-технически обоснованных водозаборных сооружений при заданных режиме и условиях эксплуатации, а также качестве воды, удовлетворяющем требованиям ее целевого использования в течение расчетного срока водопотребления с учетом природоохранных требований".

Суть ограничений, устанавливаемых при подсчете ЭЗ, мы подробно рассмотрим позднее.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: