Лекція 19 - студопедія

Пошуки, розвідка і оцінка запасів підземних вод.

19.1. Завдання і постановка пошуково-розвідувальних робіт

Підземні води як джерело водопостачання мають ряд переваг перед поверхневими. Вони характеризуються більш високою якістю, краще захищені від забруднення, їх ресурси не відчувають сезонних і багаторічних коливань. У зв'язку з цим, оцінюючи умови формування і можливості використання підземних вод, виділяють родовища підземних вод. Це просторово оконтуренние в межах водонапірної системи скупчення води певного складу, в кількості, достатній для їх економічно доцільного вилучення і використання в народному господарстві.

В даний час більшість дослідників поділяють запаси підземних вод на природні і експлуатаційні.

Природні запаси підземних вод - це обсяг гравітаційної води, який міститься у водоносних пластах в природних умовах (в статичному стані або в русі). Природні запаси складаються з статичних, пружних і динамічних запасів, тобто .:

Статичні і пружні запаси (по Ф.М. Бочевер) характеризують обсяг гравітаційної води в порах і тріщинах водоносних порід в м 3.

Пружні запаси - це кількість води, яке може бути вилучено з напірного водоносного пласта без осушення за рахунок пружних властивостей води і гірських порід при зниженні рівня.

Під динамічними запасами (або природними ресурсами) розуміють витрата підземних вод в м 3 / добу, що протікають через водоносний пласт. Динамічні запаси в процесі кругообігу води на Землі постійно поновлюються. У розрізі вони відповідають підземному стоку, який відображає щорічне харчування підземних вод. Роль динамічних запасів при вирішенні питань водопостачання значна.

Динамічні запаси можуть бути визначені за відомою формулою Дарсі:

де КФ - коефіцієнт фільтрації, м / добу;

hср. В, J - відповідно середня потужність, ширина і ухил потоку підземних вод.

Для обчислення динамічних запасів використовують також формулу, що містить модуль підземного стоку:

де # 947; - модуль підземного стоку, л / с;

Fn - площа області харчування підземних вод, км 2.

Під експлуатаційними запасами слід розуміти кількість підземних вод, яке може бути отримано в одиницю часу з водоносного горизонту раціональними в техніко-економічному відношенні водозаборами без прогресуючого зниження дебіту і динамічних рівнів і погіршення якості води протягом всього розрахункового терміну водоспоживання.

У районах діючих водозаборів рівень підземних вод знижується, утворюються депресивні воронки. У гідрогеологічних умовах це може викликати залучення в експлуатований водоносний горизонт додаткових джерел живлення. В цьому випадку експлуатаційні запаси по своїй величині можуть перевершувати природні запаси за рахунок додаткових або залучених запасів підземних вод.

У формуванні експлуатаційних запасів істотну роль можуть грати і штучні запаси. Вони створюються шляхом інфільтрації води з поверхні землі при влаштуванні штучних споруд (інфільтраційні басейни, які поглинають свердловини і т.п.).

В цілому умови формування експлуатаційних запасів підземних вод в районах водозаборів висловлюють такими балансовими рівнянням:

де Qдін. Qст і Qупр - відповідно динамічні, статичні і пружні запаси підземних вод,

Qдоп - додаткові або залучені запаси в процесі експлуатації,

Qіск - штучні запаси,

Т - розрахунковий термін водоспоживання.

Пошуки і розвідка родовищ прісних, термальних, мінеральних підземних вод є однією з основних практичних завдань.

Під пошуками і розвідкою розуміється комплекс робіт, спрямований на виявлення родовищ підземних вод, визначення їх експлуатаційних запасів і отримання даних, необхідних для проектування та будівництва водозабірних споруд. Пошуки і розвідка проводяться в певній послідовності для поступового нарощування знань про родовище.

В даний час виділяються пошуки, попередня розвідка, детальна розвідка і експлуатаційна розвідка.

На стадії пошуків основне завдання - виділення водоносних горизонтів і ділянок, перспективних для розвідки, і прогнозна оцінка видобутих запасів в межах виділених ділянок.

Попередня розвідка - вивчення основних особливостей геолого-гідродинамічних умов родовища, оцінка основних джерел формування запасів підземних вод, попереднє визначення видобутих запасів.

В результаті проведення комплексу бурових робіт, дослідно-фільтраційних, геофізичних і ін. Видів робіт повинні бути отримані дані, що дозволяють:

1. Охарактеризувати і попередньо кількісно оцінити джерела формування запасів підземних вод;

2. Визначити розрахункові параметри водоносних горизонтів, якість;

3. Попередньо оцінити гідрогеологічні та техніко-економічні умови експлуатації водоносних горизонтів;

4. Розробити принципову схему водозабору.

Детальна розвідка проводиться на родовищі з позитивними результатами попередньої розвідки. Мета детальної розвідки - обґрунтування проекту будівництва та експлуатації водозабірної споруди з доведенням вивченості родовища до ступеня, що дозволяє провести оцінку видобутих запасів стосовно до обраної схемою водозабірної споруди. Запаси затверджуються в ТКЗ або ДКЗ.

Експлуатаційна розвідка проводиться в процесі будівництва і експлуатації водозабору з метою з'ясування відповідності режиму експлуатації прогнозними розрахунками, переоцінки запасів за даними експлуатації.

19.2. Основні питання методики оцінки експлуатаційних запасовподземних вод

Водозабором називають споруду, за допомогою якого проводиться забір підземних вод для водопостачання. Виходячи з глибини залягання пласта, його потужності, вибирають свердловини або шахтні колодязі.

Водозабори, що складаються з колодязя, називають поодинокими, а з декількох - груповими.

Водозабірні споруди, що розкривають водоносний горизонт на повну його потужність, є досконалими, на не повну - недосконалими.

Водозабір з свердловини здійснюється при відкачці. Відкачування води з свердловини зазвичай проводиться за допомогою занурених насосів (рис. 22), а також ерліфтов (рис. 23).

Якщо рівень підземних вод в свердловині досягає 7 м, насоси встановлюють на гирлі свердловини, а при глибині залягання рівня води більше 7 м використовують глибинні насоси. Вид насоса вибирають в залежності від проектного дебіту свердловини, глибини залягання динамічного рівня води, діаметра свердловини (експлуатаційної), чистоти води, тривалості відкачування, наявності електроенергії та інших факторів. При заляганні динамічного рівня до 7 м використовують відцентрові насоси типу «С», «К» і «ЕСТ». Їх продуктивність складає від 1 до 400 м 3 / год. При откачках більш глибоко залягають водоносних горизонтів застосовуються ерліфти і відцентрові занурені насоси ЕЦВ. Їх продуктивність складає від 5 до 300 м 3 / год при висоті напору від 20 до 300 м (застосовні для свердловин діаметром від 114 до 407 мм).

Для прокачування свердловини найчастіше використовується ерліфт, стиснене повітря для якого виробляють компресори КС, ДК і ін. Продуктивність ерліфтов - від 50 до 150 м 3 / год, висота напору до 100 м, вони використовуються в свердловинах різних діаметрів при незначній глибині. Розрізняють ерліфти з центральним і паралельним розташуванням труб (рис. 23). При висоті підйому води від динамічного рівня до 20 м глибина занурення зміститься в воду, і повинна бути в 2-2.5 рази більше висоти підйому; при висоті підйому води понад 20 м - в 1.5-1.7 рази більше. Водоприймальна частина свердловини закріплюється фільтром різних типів і конструкцій. Фільтри встановлюються у не стійких породах. Тип конструкції фільтра, розміри його прохідних отворів приймаються в залежності від крупності частинок водоносної породи.

Залежно від потужності і характеру водоносної товщі фільтром перекривають водоносний пласт повністю або частково. Розмір фільтра визначається кінцевим діаметром свердловини. Конструктивно він являє трубу, на поверхні якої робляться отвори круглого або прямокутного перерізу (рис. 24). Розмір круглих отворів від 1 до 2 см при відстані між ними 1-4 см. Прямокутні отвори виконуються розміром 0.8-1.5 см по ширині і 2.2-4 см по довжині. Кількість отворів на 1 м труби становить 500-800 шт. в залежності від її діаметра. Площа отворів на фільтрі допускається до 20-22% (шпаруватість фільтра). Доводити шпаруватість на фільтрі понад 25% на дірчастому і 30-40% на щелевидная не рекомендується щоб уникнути ослаблення його міцності. Для того щоб в свердловину не попадав шлак, дірчасту трубу покривають фільтрової сіткою, яка накладається не так на трубу, а на дріт діаметром 1-2 мм. Дріт припаивается до труби по довжині, утворюючи дротяний каркас. Розмір сітки підбирається з таким розрахунком, щоб через неї просівати грунт водоносного горизонту в сухому стані до 40% за обсягом. При такому виносі породи водоносного горизонту навколо фільтра утворюється добре фільтрується грунт, який не створюватиме великих опорів при русі води до свердловини. У ряді випадків каркасна труба обсипається гравієм.

Поняття про депрессионной воронці і радіусі впливу.

При відкачці води з свердловини внаслідок тертя води об частинки відбувається воронкообразное зниження рівня. Утворюється депрессионная воронка, що має в плані форму, близьку до кола. У вертикальному розрізі воронка обмежується депресійної кривої, крутизна яких зростає в міру наближення до осі свердловини (рис. 25).

Встановлення меж депрессионной воронки має велике практичне значення при оцінці фільтраційних властивостей порід, виділення зон санітарної охорони.

Радіус депрессионной воронки називають радіусом впливу (R). У практичних розрахунках для визначення радіуса впливу використовують наближені формули. Найбільш вірогідно радіус впливу визначається в процесі досвідчених відкачок води.

Наведений радіус впливу (Rпр) обчислюють за формулою:

де t - час роботи водозабору,

# 945; - коефіцієнт пьезопроводності в напірних або уровнепроводності в безнапірних водоносних пластах, м² / добу .;

(# 945; - коефіцієнт пьезопроводності - Кф / nакт (ßв + ßn), де n - активна пористість, ßв і ßn - пружні властивості води і порід);

# 945; у - коефіцієнт уровнепроводності - # 945; у = Кф # 8729; hср / μ, відношення водопровідності безнапірного пласта до гравітаційної Водовіддача порід).

19.3. Приплив води до водозабірних свердловин

Рух води до свердловин в період відкачування відбувається в формі радіального потоку. Обсяг води, що добувається зі свердловини в одиницю часу, називається дебітом (продуктивністю), виражається в л / сек або м³ / год, м³ / добу.

Розрахунковий дебіт свердловини визначається за формулами в залежності від типу водоносного пласта (напірний або безнапірний), умов досконалості свердловини (вчинені або недосконалі) і взаємодії свердловин.

1. У чому перевага джерел підземного водопостачання перед поверхневими?

2. Чому потрібно дотримуватися стадийность в дослідженні підземних джерел водопостачання?

3. У чому принципова різниця між відкачуванням і прокачуванням води зі свердловини?