МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР Всесоюзный шучно-исследовательскиа институт гидрогеологии и инягг ^-'ОНой геологии (ВСЕГИНГЕО) ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД МИНИСТЕРСТВО ГЕОЛОГИИ СССР Всесоюзный научно-исследовательский институт гидрогеологии и инженерной геологии (ВСЕГИИГЕО) Н . Н . Б ! Ш Д Е М А Н , Л . С . ЯЗВИ Н ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ( М Е Т О Д И Ч Е С К О Е Р У К О В О Д С Т В О ) Второе издание И З Д А Т Е Л Ь С Т В О . Н Е Д Р А " М о с к в а • 197 0 УДК 551.49 Оценк а эксплуатационны х запасо в подземны х вод. Я . Н. Биндеман, Л. С. Язвин.. iiiA-flo "Недра" , 19/0, стр. 216. В книг е рассматриваетс я методик а оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во т дл я водоснабжения . В первы х глава х работ ы проанализирован ы принцип ы классификаци и запасо в подземны х вод, рассмотрен ы различны е граничны е услови я водоносны х пласто в и дан а обща я характеристик а основны х методо в оценк и эксплуатационны х запасо в - 1 идродинамического , гидравлическог о и балансового . Последующи е глав ы посвящен ы детально й характеристик е каждог о метода , особенностя м его применени я в различны х гидрогеологи ческих условиях . Отдельна я глав а посвящен а рассмотрени ю стадийност и гидрогеологиче ских исследовани й и категоризаци и эксплуатационны х запасо в подземны х вод по степени их изученности . Большо е место в работ е уделен о метода м определени я основных расчет ных параметро в (коэффициенто в фильтрации , водопроводимост и и пьезопроводности ) п методик е проведени я опытны х рабо т дл я расчет а гидрогеологически х параметров . В связ и с тем , что в различны х гидрогеологически х условия х существуе т ря д специфически х особенносте й в применени и методо в оценк и эксплуатационны х запасов , в отдель ных глава х книги приведен ы рекомендаци и по оценк е запасо в в артезиански х бассейна х горноскладчаты х областей , карстовы х районах , конуса х вынос а и пролювиальны х шлейфах , междуречьях , речны х долина х и района х развити я лин з пресны х вод . Кроме того, в работ е рассмотре н вопро с об оценк е эксплуатационны х записа в пот земны х во д в района х их интенсивно й эксплуатации . Иллюстраци й - 61, табли ц - 26, библиографи я - 56 яазв . ПРЕДИСЛОВИЕ Потребност ь в вод е дл я водоснабжени я внов ь создаваемы х и расширяющихс я городов , промышленны х предприяти й и сель скохозяйственны х объекто в в наше й стран е непрерывн о возра стает . Особенн о остры м являетс я вопро с обеспечени я водо й насе лени я дл я хозяйственно-питьевы х нужд . В связ и с эти м оценк а запасо в подземны х во д приобрел а значени е важно й государ ственно й задачи . Н а производств о гидрогеологически х разведо к дл я выявлени я эксплуатационны х запасо в подземны х во д еже годно затрачиваютс я многи е миллион ы рублей . Отчетны е материал ы по изыскания м свидетельствую т о том , •п о гидрогеологически е работ ы производятс я с достаточн о пол ни м учето м геологическо й обстановки . Однак о существенны м недостатко м изыскани й являетс я иногд а недостаточна я целеустрем тениость их в част и получени я данных , необходимы х дл я оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х вод . К сожалению , оценк у .апасо в иногд а рассматриваю т лиш ь ка к элемен т камерально й >бработки, что приводи т к крайн е нежелательны м последствия м \>ке посл е того, ка к полевы е работ ы закончен ы и не т возможно Iii ! полечит ь пелостающи е данные . Подземны е волы , в отличи е от тверды х полезны х ископаемых , находятс я в непрерывно м движени и и пр и эксплуатаци и их за пас ы извлекаютс я на обширно й территории , значительн о превос ходяще й площадь , н а которо й расположе н водозабор . Поэтом у •опенка запасо в невозможн а бе з те х ил и ины х гидродинамически х расчетов . Н а основани и данны х поисковы х работ , а есл и он и н е производились , то по архивны м и литературны м материалам , гид рогеолог , ка к правило , имее т уж е достаточн о ясно е представлени е о геологическо м строени и и гидрогеологически х условия х район а дл я того, чтоб ы наметит ь расчетну ю схему . Таку ю расчетну ю схем у следуе т рассматриват ь ка к рабочу ю гипотез у исследовател я н составлят ь ее д о начал а предварительно й разведки . Расчетна я схем а должн а быт ь заложен а в проект е проведени я работ , чт о повышае т целен а правлепност ь изыскани й и способствуе т их боле е экономичном у проведению . Конечно , пр и необходимост и схема гипотез а може т уточнятьс я в процесс е изыскани й и в отдельны х случая х даж е радикальн о пересматриваться . 3 Следовательно , методик у гидрогеологически х исследований , производящихс я дл я оценк и эксплуатационны х запасо в подзем ных вод , нельз я отрыват ь от методик и оценк и запасов , которо й гидрогеолог , выполняющи й эт и исследования , долже н владет ь в совершенстве . Данна я книг а являетс я вторы м издание м книг и Н . Н . Бинде ман а "Оценк а эксплуатационны х запасо в подземны х вод" , Гос геолтехиздат , 1963 г., нашедше й широко е применени е и быстр о ра зошедшейся . В о второ м издани и дополнен ы и переработан ы глав ы I и II , посвященны е классификаци и запасо в подземны х во д и гра ничны м и начальны м условиям . Значительн о расширен ы вопрос ы методик и опытны х рабо т и определени я расчетны х параметро в (глав а VIII) . Добавлен а нова я глав а (XVII) , в которо й изложе ны основ ы оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д в района х действующи х водозаборов . Глав ы написаны : I -VII , IX, XI - XI V - Н . Н . Биндеманом ; VIII , X, XV, XVI I -Л . С . Язвиным ; XV I - В . Д . Бабушкиным . Глава I КЛАССИФИКАЦИ Я ЗАПАСО В И РЕСУРСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д З а последни е 15-2 0 ле т опубликова н ря д работ , посвящен ных классификаци и запасо в и ресурсо в подземны х вод . Обстоя тельны й обзо р эти х рабо т да н в стать е Ф. М . Бочевер а (1957 ) и книг е Б . И . Куделнн а (1960) . Вс е указанны е классификаци и отличаютс я в сущност и лиш ь больше й или меньше й полното й и детализацией , н о н е содержа т принципиальны х противоречи й в отношени и понимани я самог о предмет а классификации . Вмест е с те м в ни х наблюдаетс я чрез вычайна я пестрот а и несогласованност ь терминологи и и опреде лени й понятий , что приводи т к затруднения м в использовани и классификаци й ка к в научны х работах , та к и н а практике . Основно й причино й это й несогласованност и являетс я прежд е всег о неправильна я и произвольна я трактовк а поняти й "запасы " и "ресурсы " подземны х вод . Предельн о четк о различи я эти х поняти й был и сформулирован ы Ф. П . Саваренским : "Правильне е говорит ь не о "запасах " подземны х вод , а о "ресурсах " подзем ных вод , понима я по д эти м термино м обеспечени е в водно м ба ланс е данног о район а поступлени я подземны х во д и оставля я з а термино м "запасы " лиш ь определени е тех количест в воды , кото ры е находятс я в данно м бассейн е ил и сло е независим о о т поступ лени я вод ы и расхода , а в зависимост и от его емкости" . В конц е сороковы х годо в терми н "ресурсы " бы л незаслуженн о отвергну т и замене н термино м "динамически е запасы" , что и при вел о к стирани ю различи я поняти й "ресурсы " и "запасы " в гид рогеологическо й литератур е и путаниц е в терминологии . Терми н "динамически е запасы " являетс я неудовлетворительны м и дол же н быт ь отвергну т по следующи м соображениям . Слов о "запас " в русско м язык е означае т запасенное , собранно е дл я будущег о использования . Та к называемы е "динамически е запасы" , выра жающи е питани е подземны х вод , н е накоплен ы заране е и н е яв ляютс я вмест е с те м "резервом" , та к ка к пр и эксплуатаци и под земны х во д в перву ю очеред ь ориентируютс я н а их использова ние, счита я резерво м запасы , накопленны е в пласте , а не питани е водоносног о горизонта . Запас ы подземны х во д и их возобновлени е питание м (ресурсы ) с логическо й и физическо й точе к зрени я поняти я принципиальн о 5 разные , что находи т сво е отчетливо е выражени е в размерност и этих величин : запас ы выражаютс я массо й (приближенн о - объе мом ) воды , а их возобновление-расходо м воды . Различи я запасо в и ресурсо в подземны х во д находя т выра жени е в принципиальн о разно м их изменени и при эксплуатации . Природны е запас ы подземны х во д пр и эксплуатаци и обязательн о уменьшаются , та к ка к пр и откачк е всегд а происходи т понижени е уровн я вод ы и, следовательно , т о ил и ино е уменьшени е ее масс ы в водоносно м горизонте . Наоборот , естественны е ресурс ы подзем ных во д пр и эксплуатаци и н е тольк о н е уменьшаются , н о в ряд е случае в увеличиваются . Понижени е напор а подземны х во д в пла сте при откачк е може т вызват ь подто к вод ы и з рек , уменьшит ь испарени е с поверхност и грунтовы х вод , вызват ь ил и усилит ь перето к вод ы и з выш е и ниж е расположенны х водоносны х горизон то в чере з относительн о слаб о проницаемы е слои , окна . Таки м об разом , пр и эксплуатаци и водозаборо в запас ы подземны х во д уменьшаются , а ресурс ы возрастают . Подземна я вода , пригодна я дл я использовани я в народно м хозяйстве , являетс я полезны м ископаемым . Рассматрива я подзем ну ю вод у с это й точк и зрения , необходим о сформулироват ь то общее , чт о свойственн о запаса м тверды х и жидки х полезны х иско паемых , и т е различия , которы е межд у ним и имеются . Общност ь поняти я "запас " дл я тверды х полезны х ископаемы х и вод ы заключаетс я в следующем : объе м (масса ) гравитационно й воды , ка к и масс а твердог о полезног о ископаемого , выражае т их запасы ; объе м водоносног о пласт а аналогиче н объем у породы , содержаще й руду ; коэффициен т водоотдач и - содержани ю руд ы в породе ; соста в подземны х во д - состав у руды . Месторождени е любог о полезног о ископаемог о всегд а та к ил и инач е ограничено . Влияни е внешне й среды , проявляющеес я на граница х тел а полезног о ископаемого , принципиальн о разно е дл я тверды х полезны х ископаемы х и воды . В месторождения х тверды х полезны х ископаемы х влияни е окружающе й сред ы н а запас ы полезног о ископаемог о проявляетс я крайн е медленно , в "геологиче ских" темпа х (процесс ы выветривания , метаморфиз м и т. п.) и при добыч е полезног о ископаемог о влияни е эти х процессо в може т не учитываться . Наоборот , влияни е окружающе й сред ы на за пас ы подземны х во д проявляетс я весьм а быстро ; он о передаетс я водоносном у горизонт у чере з его границ ы и чере з них же , в сво ю очередь , водоносны й горизон т влияе т н а окружающу ю среду . Характе р граничны х услови й обусловливае т степен ь возобновляе мостн запасов , а изменени я эти х услови й в о времен и вызываю т соответственны е изменени я величин ы запасо в подземны х вод . Друго е отличи е запасо в подземны х во д от запасо в тверды х полезны х ископаемых , такж е связанно е с подвижность ю воды , за ключаетс я в том , что запас ы подземны х вод , которы е предпола [аетс я использовать , завися т о т способност и поро д проводит ь 6 вод у и передават ь изменени я напора . Пр и прочи х равны х усло вия х из водоносног о горизонт а можн о получит ь вод ы те м больше , чем больш е водопроводимост ь пласта , т. е. произведени е коэф фициент а фильтраци и на мощность . Пласт ы водоносног о галеч ник а и песка-плывун а могу т содержат ь равны е объем ы гравита ционно й воды , т. е. равны е запасы , однак о дл я получени я тог о ж е количеств а вод ы из галечнико в потребуютс я значительн о меньше е числ о скважи н и меньши е понижени я в них . Таки м образом , гид родинамически е свойств а пласт а имею т огромно е значени е пр и характеристик е запасов , определя я технико-экономическу ю целе сообразност ь их использовани я в народно м хозяйстве . Запас ы и ресурс ы подземны х во д можн о подразделит ь п о их генезис у н а следующи е виды : 1) естественны е запас ы и ресурсы ; 2) искусственны е запас ы и ресурсы ; 3) привлекаемы е ресурсы . Е с т е с т в е н н ы е з а п а с ы - масс а гравитационно й вод ы в пласт е в естественны х условиях . Т а част ь это й массы , котора я може т быт ь извлечен а из напорног о водоносног о горизонт а з а сче т упруги х свойст в вод ы и горны х поро д бе з осушени я пласта , на зываетс я упругим и запасами . Пр и оценк е запасо в подземны х во д дл я водоснабжени я (пресны е воды ) запас ы удобне е выражат ь н е массой , а объемо м воды , та к ка к численн о значени я единиц ы мас сы и объем а вод ы в это м случа е достаточн о близки . В тако й при ближенно й трактовк е естественны е запас ы равн ы сумм е объем а воды , заключенно й в пласт е (эт и запас ы иногд а называю т "емко стными") , и объем а воды , извлекаемо й в напорны х условия х бе з осушени я пласт а ("упруги е запасы") . Величин а последни х по сравнени ю с емкостным и запасам и обычн о составляе т дол и про цента . Е с т е с т в е н н ы е р е с у р с ы водоносног о горизонт а - эт о его питани е в естественны х условиях . Питани е следуе т рассматриват ь ка к алгебраическу ю сумм у поступлени я вод ы (инфильтраци я ат мосферны х осадков , фильтраци я и з рек , перетекани е из выш е и ниж е расположенны х горизонтов ) и расходовани я ее (з а сче т испарени я вод , отток а в выш е и ниж е расположенны е горизонты) . Естественны е ресурс ы находя т сво е выражени е в расход е поток а подземны х вод . И с к у с с т в е н н ы е з а п а с ы подземны х вод-эт о их объе м в пласте , образовавшийс я в результат е орошения , подпор а водо хранилищами , искусственног о заводнени я пласт а (магазиииро вание) . И с к у с с т в е н н ы е р е с у р с ы подземны х во д - питани е водоносны х горизонто в пр и фильтраци и из канало в и водохранилищ , па площадя х орошения , пр и целенаправленны х мероприятия х по усилени ю их питания . Искусственны е ресурсы , ка к и естественные , имею т размерност ь расхода . П р и в л е к а е м ы е р е с у р с ы - усилени е питани я подзем ны х вод , вызванно е образование м депрессионны х вороно к пр и 7 эксплуатаци и водозаборо в (возникновени е ил и усилени е фильтра ции и з рек , увеличени е питани я грунтовы х во д атмосферным и осадкам и вследстви е уменьшени я испарени я с поверхност и грун товы х во д пр и удалени и их зеркал а о т поверхност и земли) . Пр и эксплуатаци и подземны х во д используютс я в то й ил и ино й мер е вс е перечисленны е выш е вид ы ресурсо в и запасо в подземны х вод . В отношени и эксплуатационны х запасо в и ресурсо в подзем пых вод , по сложившимс я условиям , терминологи я отличается . Определени е поняти я эксплуатационны х запасо в регламентирует ся официально й инструкцие й Государственно й комиссие й по за паса м полезны х ископаемы х (ГКЗ) . Э к с п л у а т а ц и о н н ы е з а п а с ы подземны х во д - количе ств о подземны х вод , которо е може т быт ь получен о рациональ ным и в технико-экономическо м отношени и водозаборным и соору жениям и пр и заданно м режим е эксплуатаци и и пр и качеств е воды , удовлетворяюще м требования м в течени е всег о расчетног о срок а водопотребления . Количеств о воды , о которо м иде т реч ь в при веденно м выш е определении , рекомендуетс я выражат ь расходо м воды . Следовательно , строг о говоря , реч ь иде т н е о б эксплуата ционны х запасах , а о б эксплуатационны х ресурса х водоносног о горизонта . С термино м эксплуатационны е запас ы можн о согла ситьс я лиш ь с практическо й точк и зрени я - ГК З утверждае т запас ы полезны х ископаемы х (подавляюща я их част ь - тверды е ископаемые , гд е терми н "запасы " являетс я точным) , а н е ресурсы . Терми н " э к с п л у а т а ц и о н н ы е р е с у р с ы " применяетс я при прогнозны х оценка х в регионально м плане , ка к характери стик а потенциальны х возможносте й эксплуатаци и подземны х во д в том ил и ино м крупно м регионе . уравнением : Q 4 = Qc+ - + Q" + " Г + Q m О, 1) где Q1-эксплуатационные запас ы (ресурсы) ; Qe - естественны е ресурсы ; Ve - естественны е запасы ; Q n -искусственны е ресурсы ; Г,г - искусственны е запасы ; Q n - привлекаемы е ресурсы ; t - врем я эксплуатации . Эксплуатационны е запас ы (ресурсы ) по возможном у срок у их использовани я могу т быт ь обеспеченным и н а неограниченно е врем я и обеспеченным и тольк о н а определенны й сро к эксплуата ции, принимаемы й обычн о равны м срок у амортизаци и водозабор а (25-3 0 лет) , а при оценк е прогнозны х ресурсо в в регионально м план е - порядк а 50-10 0 лет . s Относительно е значени е компоненто в балансовог о уравнени я изменяетс я в зависимост и от времен и эксплуатаци и подземны х во д и сопутствующи х технически х мероприятий . Естественны е ресурс ы (Qe) и естественны е запас ы (V7 ) неза висим ы от деятельност и человека , пр и это м с течение м времен и значени е использовани я естественны х запасо в уменьшаетс я и пр и /-VOO второ й чле н уравнени я (1,1) обращаетс я в нуль . Искусственны е ресурс ы и запас ы управляютс я инженерно й деятельность ю человека , поэтом у они могу т изменятьс я в про цесс е эксплуатации . Пр и периодическо м заводнени и поверхностны м стоко м емко стей, сформированны х откачко й ("подземны е водохранилища") , значени е искусственны х запасо в (Vu) в водно м баланс е може т оказатьс я весьм а существенны м независим о о т длительност и период а эксплуатации , та к ка к врем я расходовани я эти х запасо в незначительн о (обычн о мене е года) , посл е чего он и восстанавли ваются . Привлекаемы е ресурс ы (Q n ) в процесс е эксплуатаци и водоза бор а увеличиваютс я в связ и с росто м депрессии , создаваемо й откачко й и вызывающи м усилени е питани я подземны х во д из поверхностны х во д и из атмосферы . Есл и величин а привлекаемы х ресурсо в с течение м времен и становитс я близко й к расход у водо забор а (Q.,), то движени е подземны х во д практическ и стабилизу ется и водозабо р оказываетс я обеспеченны м ресурсам и на неогра ниченны й сро к эксплуатации . Примерам и таки х услови й могу т служит ь водозаборы , заложенны е вблиз и рек , а такж е водоза боры , в зон е влияни я которы х пр и понижени и уровн я грунтовы х во д испарени е с их поверхност и уменьшаетс я н а величину , близ ку ю к дебит у водозабора . Естественны е запас ы и ресурсы , искусственны е запас ы и ресурс ы и запасы , привлекаемы е в процесс е эксплуатаци и водоза борног о сооружения , являютс я элементам и приходно й част и вод ног о баланса , определени е которы х имее т важно е значени е пр и регионально й оценк е эксплуатационны х ресурсо в подземны х вод . Дл я оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д н а отдельны х участка х водоносног о горизонт а определят ь эт и элемен ты водног о баланс а в большинств е случае в не т необходимости , та к ка к при расчета х эксплуатационны х запасо в современным и гидродинамическим и методам и эти элемент ы учитываютс я сово купно . Глава II НАЧАЛЬНЫ Е И ГРАНИЧНЫ Е УСЛОВИ Я ВОДОНОСНЫ Х ПЛАСТО В Оценк а эксплуатационны х запасо в н а то м ил и ино м участк е распространени я водоносног о горизонт а заключаетс я в определе нии величин ы допустимог о понижени я уровн я вод ы в скважинах , пр и которо м обеспечиваетс я извлечени е е е н а поверхност ь с тре буемы м дебито м и качество м неограниченн о долго е врем я ил и в течени е определенног о срока . Есл и эт о услови е в процесс е экс плуатаци и соблюдается , т. е. уровен ь водь , в скважина х н е пони жаетс я д о подошв ы водоносног о пласт а и не превышае т глубины , при которо й вод у можн о извлекат ь н а поверхност ь насосами , то эксплуатационны е запас ы являютс я обеспеченными . Дл я оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д необхо дим о знат ь распределени е напоро в в пласт е ил и систем е пластов , если они взаимосвязан ы (начально е условие) , и зако н взаимодей стви я межд у окружающе й средо й и водоносным и горизонтам и (граничны е условия) . З а начально е услови е принимаетс я распределени е напоро в в водоносно м пласт е и н а его граница х к момент у начал а эксплуа тации . Пр и расчета х эксплуатационны х запасо в подземны х во д обычн о принимается , что движени е подземны х во д непосредствен но пере д эксплуатацие й водозабор а был о установившимся . Тако е допущени е в большинств е случае в н е приводи т к существенны м дл я практик и ошибкам , поскольк у изменени я напоро в подземны х вод при эксплуатаци и значительн о больше , че м в естественны х условиях , п ПОТОМ У естественным и колебаниям и уровн я можн о пренебрегать . Лиш ь в тех гидрогеологически х условиях , которы е характеризуютс я значительным и амплитудам и колебани й уровн я подъемны х аод (приречны е зоны , карстовы е районы , конус ы выноса,-. учет естественног о режим а подземны х во д обязателен . В качеств е исходны х данны х при опенк е запасо в в эти х случая х следует' принимат ь положени е низки х (меженных ) уровне й воды . Граничны е услови я определяю т основны е наиболе е принципи альны е закономерност и режим а подземны х вод . В естественны х еедовня л изменени я во времени , происходящи е на граница х пла ста (изменени е инфильтраци и атмосферны х осадков , уровне й полы в реках) , обусловливаю т режи м подземны х вод , которы й являетс я ка к б ы отражение м изменяющихс я услови й н а границах . Ю Пр и эксплуатаци и подземны х во д внутр и пласт а возникае т ново е гранично е условие , выражающеес я расходо м вод ы (водоза бор ы с заданны м дебитом ) ил и понижение м (водозабор ы с за данны м динамически м уровнем) . Дат ь прогно з изменени я в о вре мен и понижени я уровн я вод ы в скважина х (есл и зада н деби т водозабора ) ил и изменени я дебит а (есл и задан ы динамически е уровни ) можн о тольк о тогда , когд а известн ы граничны е услови я водоносног о пласта . Так , есл и водоносны й плас т примыкае т д б Рис, 1. к реке , то пр и эксплуатаци и подземны х во д чере з некоторо е вре м я происходи т стабилизаци я понижени й уровне й вод ы в скважи на х водозабора . Если , наоборот , водоносны й плас т оконтуре н в план е выходам и водоупорны х пород , то движени е подземны х во д к водозабор у имее т резк о выраженны й неустановившийс я ха ракте р и чере з некоторо е врем я посл е начал а эксплуатаци и мо же т произойт и истощени е водоносног о горизонта . Значени е учет а граничны х услови й пр и оценк е эксплуатацион ных запасо в подземны х во д можн о иллюстрироват ь следующи м примером . Допустим , что имеютс я дв а междуречья , тождественны е по геологически м условия м (рис . 1 и 2) . Долин ы ре к вскрываю т на порны й водоносны й горизонт , перекрыты й в предела х междуречь я водоупорны м пластом . Различи е сравниваемы х участко в заклю чаетс я лиш ь в том , что н а одно м из них (см . рис. 1) уровн и вод ы в ограничивающи х река х А и Б разны е (Hx и H2), приче м Ii2 * i \ J Рис. 4. Схема условий на нижней границе водоносного пласта. 1 ->ронен ь грунтовы х вод : 2 - пьезометрически й уровен ь артезна>км1 \ вод : -У - направлени е перетекани я подземны х вод чере з стаболронииа с мып слой ны е вод ы залегаю т относительн о глубоко , а выш е лежи т сло й непроницаемы х поро д (та к называемы е межпластовы е безнапорны е воды) . Н а нижне й границ е (подошве ) водоносног о пласт а (рис . 4) могу т быт ь следующи е условия : 1) подстилающи й плас т практи чески непроницае м (водоупор , участо к /) ; 2) подстилающи й плас т 14 слаб о проницаем , приче м по д ни м залегае т водоносны й горизонт , iiano p в которо м меньш е напор а в грунтовы х водах , вследстви е чего возможе н отто к вод ы сверх у вни з чере з относительн о слабо пропинаему ю подошв у (участо к //) ; 3) т е ж е условия , н о напо р в нижележаще м водоносно м горизонт е больше , вследстви е чег о происходи т восходяще е движени е вод ы и питани е грунтовы х во д чере з подошв у пласт а (участо к III) . Рассмотри м граничны е услови я водоносны х пластов , к кото ры м приурочен ы напорны е воды . Есл и кровл я и подошв а пласт а сложен ы выдержанным и водоупорами , т о питани е водоносног о Ряс. 5. Схема питания и разгрузки подземных вод ! -MiOne.!,, бе чы:!"!'Ш" \ пил: 2 ньезометричгекн и уровен ь на порных вод горизонт а може т происходит ь тольк о в области , гд е водоупорна я кровл я выклиниваетс я п водоносны й плас т имее т свободну ю поверхность , а разгрузк а - тольк о в зоне , гд е долин ы ре к проре заю т водоупорну ю кровл ю (рис . 5) . Есл и пласт , к котором у приурочен ы напорны е воды , отделяетс я о;выше и нижеследующи х водоносны х горизонто в слабопрони ч.аемымп слоями , т о происходи т перетекани е вод ы и з одног о пла ста в друго й по д влияние м разност и напоров . Н а рис . 6 показан а взаимосвяз ь водоносны х горизонтов , и з которы х / имее т свобод ну ю поверхность , а II и III являютс я напорными . Рассмотри м граничны е услови я пласт а II. Н а его верхне й гра ниц е в предела х у частк а В С происходи т прито к вод ы и з вышеле жащи х грунтовы х вод , свободна я поверхност ь которы х выше , чем пьезометрическа я поверхност ь напорны х во д пласт а II. Н а участк е .1 5 грунтовы е вод ы подпитываютс я напорным и водам и и з гори зонт а II. Горизон т III, имеющи й боле е высоку ю пьезометрическу ю поверхность , н а протяжени и всег о участк а AC подпитывае т II водоносны й горизонт . Пр и эксплуатаци и водозабор а вследстви е понижени я напор а на те х участках , гд е водоносны й горизон т в естественны х усло вия х получа л питани е путе м перетекания , он о усилится , а там , гд е происходи л отток , последни й уменьшитс я или даж е заменитс я питанием . 15 Соотношени е напоро в п о вертикал и имее т важно е значени е н е тольк о ка к факто р питани я водоносног о горизонта , но и ка к условие , определяюще е химически й соста в подземны х во д экс плуатируемог о водоносног о горизонта . Есл и выш е ил и ниж е экс плуатируемог о водоносног о горизонт а залегаю т вод ы повышен но й минерализации , т о перетекани е вод ы пр и соответствующи х соотношения х напоро в в этажнорасположенны х горизонта х може т привест и к ухудшени ю качеств а вод ы в водозаборе . A B С Рис. 6. Схема взаимосвязи водоносных горизонтов / - уровен ь грунтовых вод (ALV); 2 - пьезометрически й уровень напорны х вод горизонт а II (AIIJV1); 3~ пьезометриче ский уровень напорны х вод горизонта III (M2Af2); 4 - направлени е перетекани я подземны х вод чере з слабопрони цаемы е слои ГРАНИЧНЫ Е УСЛОВИЯ В ПЛАН Е Есл и депрессия , вызываема я эксплуатацие й водозабора , рас пространяетс я д о грани ц водоносног о пласт а в план е (контуро в пласта) , т о эт и границ ы оказываю т влияни е н а эксплуатационны е запас ы подземны х вод . Однак о даж е пр и длительно й эксплуата ции н а расстояни и о т водозабор а порядк а 10 и очен ь редк о 20 - 2 5 км понижени я уровне й вод ы очен ь малы . Поэтом у во многи х случая х пр и расчета х эксплуатационны х запасо в влияние м гра ни ц можн о пренебреч ь и рассматриват ь плас т ка к практическ и неограниченный . Типизаци я граничны х услови й производитс я по признак у постоянств а ил и изменени я напор а и расход а подземны х во д н а гра ниц е в условия х эксплуатации . Пр и это м принимается , что есл и границ ы пласт а находятс я "в бесконечности" , расхо д вод ы и на по р н а граница х пр и эксплуатаци и водозабор а н е изменяются . Есл и водоносны й плас т ограниче н поверхностны м водотоко м или водоемом , с которы м подземны е вод ы имею т непосредствен 16 ну ю гидравлическу ю связь , т о напо р н а границ е пласт а опреде ляетс я положение м горизонт а вод ы в реке , озер е и н е изменяетс я пр и эксплуатаци и водозабора . Подобног о род а границ а называ етс я границе й с постоянны м напоро м (Я -const) , приче м слов о "постоянный " в данно м случа е над о понимат ь н е в смысл е неиз менност и напор а в о времен и (напо р меняетс я пр и изменения х горизонт а рек и ил и озера) , а в смысл е ег о независимост и о т работ ы водозабора . Расхо д поток а н а границ е водоносног о пласт а пр и эксплуатаци и може т изменятьс я н е тольк о по величине , н о и п о знаку . Так , есл и в естествен ных условия х пото к грунтовы х во д бы л направле н к реке , т о пр и эксплуатаци и водозабор а може т возникнут ь течени е в противоположно м направле нии - от рек и вглуб ь берега . Друго й ти п границ ы ха рактеризуетс я примыкание м водоносног о пласт а к водо упорны м породам . В эти х условия х по д влияние м откачк и напо р на границ е водоносног о пласт а буде т понижаться , н о расхо д подземны х во д н а гра ниц е не изменитс я ( Q = const) . Представи м себе, что с водо упорног о цокол я из водонос ного горизонт а А стекае т вода , поступающа я в водоносны й горизон т В, не имеющи й гидрав Рис. 7. Схема водоносного горизонта с постоянным расходом на границе 1 - уровен ь грунтовы х во д в пласт е В д о экс плуатации ; 2 - то ж е при эксплуатации ; 3 - уровен ь грунтовы х во д в пласт е А лическо й связ и с горизонто м А (рис . 7) . Совершенн о ясно , что откачк а из водоносног о горизонт а В не може т изменит ь расход а пото ка на его границе . Пр и отсутстви и приток а и з вышерасположенног о горизонт а постояны й расхо д вод ы н а границ е пласт а раве н нулю . Это т "частный " случа й являетс я самы м распространенны м в при роде , та к ка к обычн о расхо д вод ы на водоупорно й границ е очен ь ма л и им можн о пренебречь . Тип граничны х услови й оказывае т решающе е значени е н а про цес с формировани я депрессионно й воронки . Перво е время , пок а понижени е уровн я н е распространилос ь д о грани ц пласта , послед ни е практическ и не оказываю т влияни я н а формировани е депрес сионно й воронк и и он а развиваетс я та к же , ка к в неограниченно м пласте . С течение м времен и влияни е грани ц пласт а вс е боле е уси ливается , приче м он о принципиальн о различно , есл и границам и являютс я рек и (услови е постоянств а напора ) ил и водоупорны е пород ы (постоянств о расхода) . Есл и водоносны й плас т ограниче н рекой , с которо й подземны е вод ы гидравлическ и связаны , то пр и распространени и депресси и 17 подземны х во д д о границ ы пласт а чере з коротко е врем я происхо ди т практическа я стабилизаци я уровне й вод ы в скважина х водо забора . Сравнива я эт и услови я с теми , которы е имею т мест о в не ограниченно м водоносно м пласте , легк о убедиться , чт о первы е яв ляютс я боле е благоприятными , та к ка к рек а ограничивае т рос т депрессии . В неограниченно м поток е депресси я распространялас ь бы вс е дале е и далее ; уровн и вод ы в скважина х с постоянны м дебито м непрерывн о снижалис ь бы и оказалис ь ниже , че м в ус ловия х пласта , ограниченног о рекой . В случа е контакт а водоносно го пласт а с водоупорным и поро дами , пр и эксплуатаци и подзем ны х вод , стабилизаци я депресси и не наступае т и скорост ь пониже ни я уровн я в о времен и оказы ваетс я больше , че м в пласт е неограниченны х размеров . Пред стави м себе , чт о на некоторы й момен т времен и депресси я рас пространилас ь д о водоупорно й Рис. 8. Схема осушения неограниченного и ограниченного водоносных пластов 1 - зон а осушени я в условия х неограни ченног о пласта ; 2 - зон а дополнительног о осушенн я пласта , вызванна я влияние м водонепроницаемо й границы ; 3 - непроница емы й конту р границ ы А (рис . 8) . Пр и отсут стви и это й границ ы плас т осу шалс я б ы ка к в област и межд у скважино й и сечение м Л , та к и з а ее пределами . Прито к вод ы в скважин у обеспечивалс я б ы осу шение м зон ы M w N . Есл и точк а А находитс я на водоупорно м контур е пласта , т о и з зон ы N вод а не поступает , в связ и с че м пр и то м ж е расход е увеличиваетс я отбо р вод ы и з зоны , находящейс я межд у скважино й и контуро м Л . Поэтом у снижени е уровн я вод ы в водоносно м пласт е буде т про исходит ь быстрее , че м в неограниченно м пласт е (дополнительн о буде т осушен а зон а P ) . В некоторы х гидрогеологически х условия х пр и эксплуатаци и водозабор а изменяютс я и расход , и напо р поток а н а границе . Та ки е услови я свойственны , например , конуса м выноса , сложенны м в верхне й част и склон а преимущественн о галечниками , а в ниж ней - мелкозернистыми , суглинистым и породами . Подземны е вод ы в галечника х испытываю т подпо р и н а контакт е с суглин кам и выходя т источник и (рис . 9) . В процесс е эксплуатаци и водозабора , расположенног о вблиз и выход а источников , деби т последни х буде т постепенн о уменьшать ся , т . е. расхо д поток а н а границ е окажетс я переменным , пр и это м напор , соответствующи й отметк е выход а источников , сохранится . Однак о чере з некоторо е врем я источник и могу т иссякнуть ; рас хо д н а границ е стане т равны м нулю , а напо р буде т падат ь в о вре мени . Таки м образом , эксплуатаци я подземны х во д конус а вы 18 нос а сопровождаетс я изменение м н а границ е ка к расхода , та к и напор а подземны х вод . В рассмотренны х выш е схема х положени е границ ы водонос ног о пласт а в план е оставалос ь неизменным . Боле е сложны м слу чае м являетс я перемещени е контур а питани я водоносног о гори зонт а по д влияние м эксплуатации . Дл я пример а рассмотри м следующи е условия . Грунтовы е вод ы зандровы х и древнеаллюви альны х равни н залегаю т н а небольшо й глубине . Уровен ь грунто Рис. 9. которо м удалени и от ре к достигае т поверхност и земли , гд е про исходи т заболачивани е междуречь я (рис . 10) . В это й област и движени е грунтовы х во д в горизонтально м направлени и практи чески отсутствует , выпадающи е осадк и периодическ и повышаю т их уровень , которы й зате м снов а понижаетс я вследстви е испаре ния . Следовательно , питани е грунтовы х во д з а многолетни й перио д на это м участк е равн о нулю , и точк а А може т считатьс я находя щейс я н а контур е питани я грунтовог о потока , направленног о к реке . Пр и работ е водозабор а границ а област и питани я водонос ного горизонт а переместитс я от точк и А к точк е В и уровен ь грун товы х во д в зон е AB окажетс я н а глубинах , гд е испарени е с поверхност и грунтовы х во д практическ и невозможно . Эт о вызове т увеличени е питани я водоносног о горизонт а атмосферным и осад ками , однак о услови я н а границ е н е изменятся : напо р и расхо д (равны й нулю ) останутс я тем и же , чт о д о эксплуатаци и водо забора . Приведе м друго й приме р перемещени я границ ы питания . Водо упорно е лож е водоносног о пласт а имее т небольшо й укло н и вы 19 ходи т на поверхност ь земл и (рис . 11) . Положени е уровн я подзем ны х во д определяетс я равновесие м межд у величино й питани я водоносног о горизонт а и его естественны м расходо м п о пласту . Поскольк у понижени е уровн я вод ы в водозабор е обязательн о приводи т к увеличени ю уклон а поток а п о сравнени ю с естествен Рис. 10. ны м уклоном , то расхо д водозабор а уж е н е може т компенсиро ватьс я питание м водоносног о пласт а атмосферным и осадкам и и плас т начне т осушаться , приче м границ а буде т перемещатьс я Рис. 11. в направлени и к водозабору . Че м меньш е уго л наклон а водо упора , те м больш е смещени е границы . Одновременн о с переме щение м границ ы происходи т уменьшени е напор а (Н 2 <Н { ) , чем это т случа й и отличаетс я о т предыдущего . В табл . 1 приведен ы характерны е тип ы грани ц в плане . Работ а водозабор а може т находитьс я по д влияние м одной , нескольки х или все х границ , оконтуривающи х област ь распростра нени я водоносног о пласта . Пр и это м выделяетс я нескольк о основ ны х типовы х схе м граничны х условий . 1. Н а работ у водозабор а оказывае т влияни е тольк о одн а гра ница , остальны е границ ы удален ы з а предел ы возможног о влия ни я откачки , а поэтом у рассматриваютс я ка к находящиес я "в бесконечности" . Таки е пласт ы называютс я полуограниченными . При меро м може т служит ь случа й расположени я скважи н вблиз и рек и 20 Таблица 1 Положени е грани ц Изменение напора и расхода на границе при эксплуатации Рисуно к Неподвижны е Напор и расход постоянные (неограниченный пласт) Напор постоянный, расхо д изменяющийся Напор изменяющийся, расход постоянный 7 Напор н расхо д изменяющиеся 9 Перемещающиеся Напор и расход постоянные 10 Напор изменяющийся, расход постоянный 11 пр и большо й ширин е междуречья , сложенног о водопроницаемым и породами . 2. Режи м работ ы водозабор а зависи т о т влияни я дву х боле е ил и мене е параллельны х границ , остальны е дв е границ ы рассмат риваютс я ка к "бесконечн о удаленны е о т водозабора" , которы й располагаетс я ка к б ы в полос е (отсюд а и названи е эти х гранич ны х услови й пласт-полоса) . Таки е услови я свойственны , например , нешироки м междуречьям , когд а по д влияние м откачк и депресси я распространяетс я д о обеи х ограничивающи х рек . 3. Пр и работ е водозабор а ег о влияни е распространяетс я д о все х грани ц водоносног о пласта . Эт а расчетна я схем а являетс я схемо й ограниченног о пласта , приче м конту р пласт а рассматри ваетс я в перво м приближени и ка к круговой . Примеро м могу т слу жит ь небольши е артезиански е структур ы горноскладчаты х обла сте й брахисинклинальног о типа , когд а пр и эксплуатаци и водоза бор а депресси я може т охватыват ь вес ь водоносны й пласт . Есл и услови я н а все х граница х одинаковые , то таки е границ ы называютс я однородными , есл и различны е - разнородными . Во доносны й пласт , приуроченны й к междуречью , ограниченном у реками , служи т примеро м однородны х границ . Водоносны й гори зон т в аллювиальны х отложения х террасы , примыкающе й с од ной сторон ы к водоупорны м коренны м породам , с друго й - к реке , имее т разнородны е границы . Услови я н а граница х водоносног о пласт а выражаю т взаимо связ ь подземны х вод , движущихс я в пласте , с окружающе й сре до й - атмосферой , выше и нижерасположенным и водоносным и горизонтами , рекам и и др . Однак о н а режи м подземны х во д в рай он е водозабор а оказываю т влияни е н е тольк о границ ы пласта , иногд а достаточн о удаленные , н о и степен ь неоднородност и пла ст а в зон е влияни я откачк и и з водозабора . В некоторы х случая х неоднородност ь стол ь существенна , чт о в предела х водоносног о пласт а необходим о производит ь соответствующе е районировани е и выделят ь границы , которы е в отличи е от рассмотренны х ране е внешни х грани ц можн о называт ь внутренними . Изменени е водопроводимост и в одни х случая х происходи т боле е ил и мене е постепенн о (фациальны е изменения) , и в это м 21 случа е определени е положени я внутренне й границ ы пласта , раз деляюще й дв е област и фильтрации , оказываетс я довольн о услов ным . В о многи х случаях , однако , граница , н а которо й происходи т изменени е величин ы водопроводимости , выражен а очен ь четк о (например , на контакт е аллювиальны х отложени й дву х речны х террас , водопроницаемост ь которы х существенн о отличается) . Неоднородны м може т быт ь и соста в подземны х вод . Част о в предела х одного , достаточн о однородног о п о фильтрационны м свойства м водоносног о пласта , минерализаци я подземны х во д резк о изменяетс я в разрез е и плане . Таки е услови я свойственны , например , морски м побережьям , линза м пресны х во д в пустынны х областях , аллювиальны м отложения м доли н в аридны х областях , имеющи х временны е водотоки . Особенность ю эти х внутренни х гидрохимически х грани ц являетс я и х подвижность . Положени е поверхносте й раздел а пресны х и высокоминерализованны х под земны х во д имее т весьм а большо е значени е дл я оценк и эксплуа тационны х запасо в подземны х во д н а участк е расположени я во дозабора , та к ка к пр и ег о эксплуатаци и положени е границ ы раз дел а може т существенн о изменятьс я и угрожат ь качеств у воды , используемо й дл я водоснабжения . Глава III ОБЩА Я ХАРАКТЕРИСТИК А МЕТОДО В ОЦЕНК И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д Оценк а эксплуатационны х запасо в подземны х во д заключаетс я в получени и доказательст в возможност и эксплуатаци и подземны х во д пр и заданно м дебит е водозабор а в течени е определенног о срок а его работ ы ил и неограниченн о долго е время . Эт а задач а в конечно м итог е сводитс я к прогноз у понижени й динамически х уравнени й вод ы в скважина х водозабора . Оценк а эксплуатационны х запасо в подземны х во д произво дитс я гидродинамическими , гидравлическим и и балансовым и ме тодами . О ц е н к а з а п а с о в г и д р о д и н а м и ч е с к и м и м е т о д а м и заключаетс я в расчета х п о соответствующи м формулам , выведенны м из основны х уравнени й математическо й физик и и тео ретическо й гидродинамики . Исходны е дифференциальны е уравне ни я и получаемы е и з них формул ы являютс я достаточн о строгим и с физическо й и математическо й точе к зрения . Дифференциальны е уравнени я гидродинамик и являютс я одно временн о и динамическим и и балансовыми , поэтом у существую ще е у некоторы х гидрогеолого в мнение , что формул ы гидродина мик и якоб ы не учитываю т балан с подземны х во д и, следовательно , не могу т служит ь дл я опенк и возобновляемое (tm) запасов , являетс я неправильным . Дифференциальны е уравнени я гидродинамик и учитываю т сопротивлени я движени ю вод ы в пласт е и водны й балан с в каж до м бесконечн о мало м элемент е потока , а пр и интегрировани и уравнени й - в поток е в цело м в предела х заданны х границ . Выдели м в поток е подземны х во д в предела х депрессионно й кривой , формирующейс я пр и откачк е из галере и неограниченно й длины , элемен т длино й dx (рис . 12) . В это т элемен т справ а чере з гран ь А поступае т расхо д q\, слев а чере з гран ь В вытекае т вод а с расходо м / / Рис. 13. Схема откачки в неограниченном пласте Окружност ь с крестикам и - кругово й контур , величин а понижени я уровн я н а которо м при откачк е на момен т t равн а нулю ; стрелкам и указан о направлени е естествен ного поток а рекам и ил и одно й рекой , независим о от того , получае т л и водо носны й горизон т питани е инфильтрацие й атмосферны х осадко в ил и оно отсутствует . Допустим , чт о в предела х междуречь я происходи т питани е грунтовы х во д инфильтрацие й атмосферны х осадко в (рис . 14) . Представи м себе , что по оси междуречь я параллельн о рекам , ограничивающи м междуречье , заложен а горизонтальна я галерея . Пр и равны х отметка х уровне й вод ы в река х деби т галере и н а еди 25 ниц у ее длин ы с дву х сторо н п о формул е Г . Н . Каменског о (1943 ) выразится : q = + (Ill, 2 ) П о уравнени ю Г. Н . Каменског о величин ы w и k связан ы сле дующе й зависимостью : w = (III, 3 ) гд е he - превышени е уровн я грунтовы х во д на д водоупоро м в середин е междуречь я в естественны х условиях . Рис. 15. Подстави в выражени е ш из (III , 3) в (III , 2) , получим : q = k h ± -J h ^ . (Ill , 4 ) Таки м образом , величин а инфильтрационног о питани я (ш ) в формул у (III , 4) , п о которо й производитс я расче т эксплуата ционны х запасов , н е входит . Эт о питани е "автоматически " учиты ваетс я положение м естественног о уровн я грунтовы х во д (Zze). Дей ствительно , есл и бы питани е отсутствовало , т о в предела х между речь я поверхност ь грунтовы х во д был а б ы горизонтально й (Hc = Ii]) и деби т галере и соответственн о бы л бы меньше . Приведе м друго й пример . Допустим , чт о пото к подземны х во д разгружаетс я реко й (рис . 15) . Дл я упрощени я вывод а примем , чт о водоносны й горизон т напорный . Параллельн о берег у рек и н а расстояни е I от нес заложен а галерея , деби т которо й по формул е Дюпю и дл я напорны х во д выражается : q = + (Ill, 5) 26 Вырази в H0 ка к разност ь напор а He в естественны х условия х и понижени я пр и откачк е S и сдела в соответствующу ю подста новк у в формул у (III , 5) , получим : q = km H1-He+ S И- He+S / \ ПОСКОЛЬК У He-Hl H-Hi I х где / - укло н естественног о потока , то выражени е расход а можн о переписат ь следующи м образом : km i H~ + i + -J q = kmS(~\1 + 4х ",) . (Ш, 6) Таки м образом , величин а уклон а потока , характеризующег о его расхо д в естественны х условиях , сокращаетс я и в выражени е расход а галере и н е входит , та к ка к он а уж е учитываетс я величи ной напор а подземны х во д д о эксплуатаци и (He). Отсутстви е явно й связ и межд у величино й естественног о рас ход а подземног о поток а и эксплуатационным и запасам и подзем ны х во д пр и расчета х последни х методам и динамик и подземны х во д объясняетс я тем , чт о положени е пьезометрическо й ил и свобод но й поверхност и подземны х во д в естественны х условия х уж е вы ражае т величин у их питания , пр и это м совершенн о определенн о и* однозначно . Таки м образом , н е провод я специальн о пр и расчет е эксплуатационны х запасо в определени я величи н расход а подзем ног о поток а в естественны х условия х и инфильтраци и атмосфер ны х осадков , м ы учитывае м эт и фактор ы формировани я запасо в по положени ю уровн я подземны х во д в естественны х условиях . Принципиальн о по-ином у следуе т подходит ь к оценк е рол и расход а естественног о поток а подземны х во д в тех случаях , когд а готонссны й плас т ограниче н водоупорным и породам и (1960) . Рассмотрим , например , следующу ю схем у (рис . 16) . Подзем ны е вод ы приурочен ы к пескам , гд е имеетс я пото к грунтовы х вод , к крутопадающем у пласт у известняков , ограниченном у слабо нронииаемым и сланцами . Пр и эксплуатаци и водоносног о гори зонт а в известняках , гидравлическ и связанног о с грунтовым и во дам и в песках , депресси я може т опуститьс я ниж е кровл и извест няков . В эти х условия х пото к грунтовы х во д перехватываетс я водозаборо м и отто к их ниж е водозабор а прекращается . Расхо д естественног о подземног о поток а в данны х условия х увеличивае т эксплуатационны е запасы , т. е. понижени я уровне й вод ы в сква жина х буду т меньше , че м рассчитанны е бе з учет а восполнени я запасо в водоносног о горизонт а эти м потоком . Таки м образом , в рассмотренны х условиях , помим о определени я начальног о уров 27 н я подземны х во д д о эксплуатаци и (# е ) , необходим о оценит ь естественны е ресурс ы водоносног о горизонта , определя я их гидро динамическим и (п о расход у естественног о потока ) ил и балансо вым и методами . В отношени и гидродинамически х методо в иногд а высказыва ютс я крайни е точк и зрения . Так , некоторы е считают , чт о природ ны е услови я стол ь сложны , что н е поддаютс я математическом у отображению , и поэтом у применени е гидродинамически х методо в являетс я абстракцией , уводяще й на с от природы . Есл и встат ь н а эту точк у зрения , то пришлос ь б ы отказатьс я о т возможност и Рис. 16. прогнозироват ь изменени я уровне й вод ы в скважина х водозабор а в процесс е эксплуатации , бе з чего нельз я доказат ь обеспеченност ь эксплуатационны х запасо в в о времени . С друго й стороны , имее т мест о и чрезмерна я переоценк а гидродинамически х методов , обусловленная , возможно , подкупающи м значение м точност и применяемог о математическог о аппарата . Высоку ю точност ь и теоретическу ю обоснованност ь форму л динамик и подземны х во д нельз я отождествлят ь с реально й точность ю оценк и эксплуатационны х запасо в по эти м формулам . Пр и применени и теоретически х форму л природны е услови я весьм а схематизируютс я и, в частности , принимаетс я постоянств о коэффи циент а фильтраци и в о все й област и фильтраци и н а площади , из меряемо й иногд а десяткам и квадратны х километров , упрощаютс я и реальны е форм ы грани ц пласта . Контур ы пласт а в план е при нимаютс я либ о прямолинейными , либ о круговыми . Применени е гидродинамически х методо в бе з сочетани я с дру гим и приемам и расчет а не може т обеспечит ь полну ю достовер ност ь прогнозов , несмотр я н а теоретическу ю обоснованност ь са ми х расчетны х формул . Существенно е повышени е точност и оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д гидродинамическим и методам и може т быт ь достигнут о применение м моделировани я фильтраци и н а ана логовы х машина х (электроинтеграторы , мето д ЭГДА , гидроин тегратор) . В это м случа е можн о учест ь изменени е водопроводи 28 .MOCTii пласт а дифференцированн о по площади , отобразит ь конфи гураци ю грани ц пласта , т. е. боле е полн о и правильн о учест ь реальны е гидрогеологически е условия , чем эт о возможн о пр и рас чета х по аналитически м формулам , связанны х с значительно й "идеализацией " природно й обстановки . Моделирование , выпол ненно е н а основ е данны х предварительно й разведки , способствуе т повышени ю целенаправленност и детально й разведки , позволяе т выделит ь наиболе е перспективны е участк и дл я заложени я водо заборов . Моделировани е весьм а эффективн о такж е дл я решени я та к называемы х обратны х задач , т. е. определени я гидрогеологиче ски х параметро в пласт а (коэффициенто в водопроводимости , пьезопроводности , уровнепроводности , перетекания , инфильтраци и и испарения) , основываяс ь н а данны х о положени и депрессионно й поверхност и и ее изменения х в о времени . Применени е моделировани я целесообразн о пр и сложны х гид рогеологически х условиях . В просты х условия х оценк у эксплуа тационны х запасо в можн о производит ь с достаточно й дл я прак тик и точность ю по соответствующи м формула м гидродинамики . Г и д р а в л и ч е с к и е м е т о д ы р а с ч е т а э к с п л у а т а ц и о н н ы х з а п а с о в подземны х вод , широк о использу я эмпири чески е приемы , основываютс я непосредственн о н а данны х опыта . Эмпирически е формулы , применяемы е пр и гидравлически х реше ниях , должн ы правильн о отражат ь физически й смыс л явлени я и соответствоват ь теории . Гидравлик а рассматривае т движени е подземны х во д осредненно , обобщенно . Так , например , связ ь меж ду дебито м и понижение м уровн я вод ы пр и откачк е и з скважин ы зависи т от сопротивлени й движени ю вод ы в пласте , в призабой ной зоне , в фильтр е и в труб е скважины . Учест ь по соответствую щи м формула м теоретическо й гидродинамик и влияни е каждог о из эти х факторо в принципиальн о возможно , н о полученны е результат ы могу т оказатьс я далеким и от действительност и вслед стви е трудност и определени я исходны х параметров . Горазд о на дежнее , ка к эт о и делаетс я н а практике , определят ь зависимост ь понижени я от дебит а непосредственны м опыто м - откачко й и з скважин ы пр и разны х дебитах , т. е. воспользоватьс я гидравличе ски м методом . Определяемы е пр и опытны х откачка х значени я эмпирически х параметро в позволяю т прогнозироват ь понижени я уровне й приме нительн о к эксплуатационны м дебитам . Гидравлически е метод ы применяютс я такж е дл я расчето в взаимодействующи х скважин , пр и это м наблюдаемы е пр и опыт ных откачка х "срезки " уровне й в соседни х скважина х являютс я боле е надежно й осново й дл я прогнозо в их величин ы в условия х эксплуатации , че м расчет ы срезо к по теоретически м формула м пр и усредненно м значени и коэффициент а фильтраци и дл я всег о участк а водозабор а и област и его влияния , что был о в сво е врем я правильн о подчеркнут о М . Е . Альтовски м (1947) . Неоднородност ь 29 пласта , всегд а наблюдающаяс я в природе , оцениваетс я гидравли ческим и методам и результативно , интегрированно . Гидравлическим и методам и нельз я установит ь обеспеченност ь восполнени я эксплуатационны х запасо в подземны х вод , та к ка к экстраполяционны е формул ы н е включаю т величин , характери зующи х балан с потока . Поэтом у гидравлическим и методам и мож н о оценит ь эксплуатационны е запасы , лиш ь применя я их совме стн о с гидродинамическим и ил и балансовым и методами . Б а л а н с о в ы е м е т о д ы р а с ч е т а з а п а с о в п о д з е м н ы х в о д основан ы н а том , чт о объе м воды , извлеченно й водо заборо м з а то т ил и ино й сро к ег о эксплуатации , раве н сумм е объемо в воды , полученно й з а счет : а ) отбор а вод ы и з естествен ны х запасов ; б ) частичног о перехват а водозаборо м расход а есте ственног о потока ; в ) увеличени я питани я водоносног о горизонта , вызванног о эксплуатацией . Кака я част ь естественны х запасо в и расход а естественног о по ток а буде т использован а водозабором , а такж е нескольк о уве личитс я питани е водоносног о горизонт а пр и ег о эксплуатации , по балансовом у уравнени ю определит ь невозможно . Ка к отмечалос ь выше , пр и решени и задач и методам и гидро динамик и балан с поток а учитываетс я в каждо м бесконечн о мало м элемент е потока . Есл и гидродинамическо е уравнени е решаетс я в конечны х разностях , то эт и элемент ы имею т конечны е размеры , но остаютс я очен ь малым и по сравнени ю с размерам и участка , н а которо м рассматриваетс я движени е подземны х вод . Реша я задач у аналитическим и методам и ил и численны м интегрирование м (конечны е разности) , можн о определит ь понижени я уровне й в лю бо й точк е водоносног о пласт а (в то м числ е в скважинах ) н а лю бо й момен т времени . Пр и применени и собственн о балансовог о метод а уж е не т эле ментов : балан с участк а рассматриваетс я в цело м п о поступле ни ю и расходовани ю вод ы н а ег о границах . Следовательно , ба лансовы й мето д позволяе т судит ь лиш ь о средне й дл я всег о балансовог о район а величин е изменени я уровн я подземны х вод , а не прогнозироват ь понижени я уровне й вод ы в скважина х водо забора . Вмест е с те м балансовы й мето д позволяе т дат ь характеристик у восполнени я запасо в з а счет естественны х ресурсо в водоносног о горизонта , что особенн о важн о пр и оценк е эксплуатационны х за пасо в водоносны х горизонтов , имеющи х небольшу ю област ь пи тания . Есл и пр и оценк е эксплуатационны х запасо в подземны х во д н а отдельны х участка х (что и рассматриваетс я в наше й работе ) ба лансовы е метод ы играю т подчиненну ю роль , т о пр и регионально й оценк е эксплуатационны х ресурсо в подземны х во д он и приобре таю т существенно е значение . В сложившихс я условия х расстоя ни я межд у водозаборам и подземны х вод , ка к правило , превы шаю т удвоенны е величин ы практическ и измеримы х радиусо в пм 30 тани я водозаборов , которы е поэтом у работаю т н е тольк о бе з взаимодействия , н о и характеризуютс я остающимис я межд у ним и большим и неиспользуемым и "целиками" . Поэтом у пр и оценк е эксплуатационны х запасо в н а отдельны х участка х тольк о в неко торы х случая х возникае т необходимост ь сопоставлени я дебит а водозабор а с величино й восполняемост и запасов . Пр и непрерывно м увеличени и потребност и в вод е в наше й стран е уж е сейча с со все й острото й возникае т необходимост ь пер спективно й оценк и эксплуатационны х ресурсо в в регионально м план е (дл я отдельны х водоносны х горизонтов , отдельны х есте ственнонсторически х и административно-хозяйственны х районо в и дл я стран ы в целом) . Пр и регионально й оценк е эксплуатационны х ресурсо в подзем ных во д значени е балансовы х методо в очен ь велико . Есл и отбо р вод ы н а отдельны х участка х буде т в сумм е превосходит ь эксплуа тационны е ресурс ы подземны х во д в о все й област и распростране ни я водоносног о горизонта , то эксплуатационны е запас ы н а от дельны х участка х окажутс я необеспеченными . Пр и оценк е эксплуатационны х запасо в балансовым и методам и нельз я ориентироватьс я тольк о н а использовани е естественны х ре сурсо в подземны х вод . Действительно , есл и считат ь допустимы м использовани е тольк о естественны х ресурсо в подземны х вод , то эт а возможност ь гаран тирован а на неограниченны й сро к и пр и одновременно м извлече нии част и естественны х запасо в подземны х вод , накопленны х з а геологическ и долго е время . Пр и сработк е запасо в и х восполняе мост ь н е тольк о н е уменьшается , но, ка к правило , усиливается : пр и понижени и уровн я подземны х во д возникае т ил и увеличива етс я питани е из ре к и озер , а также , чт о особенн о важн о дл я райо нов с аридны м климато м (Средня я Азия , Казахстан) , уменьшаетс я расходовани е грунтовы х во д н а испарение . Использовани е естественны х запасо в подземны х во д позволяе т в о многи х района х отказатьс я н а долги е год ы о т крупны х едино временны х капиталовложени й н а строительств о гидротехнически х сооружени й (плотин , каналов ) дл я водоснабжени я и орошения . К использовани ю естественны х запасо в подземны х во д следуе т подходит ь в принцип е та к же , ка к к использовани ю запасо в дру гих полезны х ископаемы х - угля , железа , нефт и и др . Увеличени е добыч и эти х ископаемы х справедлив о рассматриваетс я ка к до стижени е народног о хозяйства , а сработк у естественны х запасо в подземны х во д некоторы е специалист ы почему-т о считаю т недопу стимыми . Межд у те м положени е с запасам и подземны х вод , не сомненно , лучше , че м с запасам и други х полезны х ископаемых . Есл и чере з какое-то , весьм а отдаленно е врем я запас ы нефт и ил и желез а буду т выработаны , т о подземны м вода м эт о никогд а н е угрожает , и челове к всегд а сможе т получит ь т у воду , котора я по ступае т в водоносны й горизон т в област и его питания . Обяза тельны м условие м пр и это м являетс я сохранени е тако й мощност и 31 водоносног о горизонта , пр и которо й обеспечиваетс я работ а водо заборны х скважин . М ы сочл и необходимы м остановитьс я н а вопроса х использова ни я запасо в подземны х во д с цель ю показать , с одно й стороны , важност ь применени я пр и их регионально й оценк е балансовы х ме тодов , с друго й - предостереч ь от необоснованны х спасени й экс плуатироват ь отдельны е водозабор ы с расходами , сумм а которы х превосходи т величин у естественны х ресурсо в водоносног о гори зонта . В последне м случа е н а основ е применени я гидродинамиче ски х методо в можн о определить , в течени е каког о времен и (исчисляемог о обычн о десятилетиям и и столетиями ) водозабо р може т работат ь с расходами , значительн о превосходящим и естественны е ресурс ы подземны х вод . Вс е рассмотренны е метод ы оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д (гидродинамические , гидравлические , балансовые ) имею т и достоинств а и недостатки , поэтом у нельз я ограничивать с я применение м тольк о одни х и з них , а следуе т применят ь их совместно . Наиболе е эффективн о одновременно е применени е гидравличе ски х и гидродинамически х методов . Гидравлическим и методам и определяютс я понижени я уровне й вод ы в скважина х и в зон е их влияния , которы е зате м пересчитываютс я применительн о к наме ченны м эксплуатационны м дебита м скважин . С помощь ю гидро динамически х методо в эт и понижения , соответствующи е длитель ност и опытно й откачки , могу т быт ь экстраполирован ы в о времен и н а вес ь сро к эксплуатаци и водозабора . В данно м случа е погреш ност ь от усреднени я гидрогеологически х параметро в горазд о меньше , та к ка к в большинств о формул , п о которы м рассчиты ваютс я изменени я понижени й в о времени , величин а коэффициен т а фильтраци и входи т по д знако м логарифма , а н е в перво й сте пени, ка к пр и расчет е сами х понижений . Пр и применени и гидравлически х методо в совместн о с балан совым и деби т водозабор а рассчитываетс я отдельн о от восполнени я запасов , и требуетс я лиш ь соблюдени е равенств а (баланса ) эти х величи н в отличи е от гидродинамически х методов , рассматриваю щи х прито к к водозабору , движени е вод ы в пласте , осушени е пласта , усилени е питани я ка к едины й процесс , изменяющийс я в о времени . Следовательно , совместно е использовани е балансовы х и гидравлически х методов , вообщ е говоря , мене е эффективно , чем сочетани е гидродинамически х и гидравлически х методов . Однак о в тех случаях , когд а гидрогеологически е параметр ы пласт а недо статочн о определенн ы (например , в карсте) , боле е целесообразн о совместно е применени е гидравлически х и балансовы х методов . Наконец , в особ о сложны х гидрогеологически х условиях , пр и незначительны х размера х област и питания , резк о выраженно й не равномерност и питани я в о времени , небольшо й величин е есте ственны х запасо в подземны х вод , целесообразн о совместно е при менени е все х методов . Примеро м таки х услови й могу т служит ь 32 "сухие " долин ы Казахстана , имеющи е поверхностны й сто к в коротки й перио д паводк а и пр и это м н е кажды й год . Выбо р метод а оценк и эксплуатационны х запасо в зависи т н е тольк о от гидрогеологически х условий , но и от степен и изученност и эти х условий , определяюще й категори ю запасов . Дл я обосновани я запасо в по промышленны м категория м (А, В ) расчет ы должн ы производитьс я комплексны м методом , т. е. с одновременны м сочетание м гидравлически х методо в с гидроди намическим и ил и с балансовыми . Последне е допустим о тольк о в тех случаях , когд а защищаема я цифр а запасо в заведом о меньш е естественны х ресурсо в водоносног о горизонта . В особ о сложны х условиях , ка к указывалось , необходим о совместно е применени е всех методов . Запас ы п о категори и C i могу т обосновыватьс я применение м одног о из перечисленны х методо в н а основ е данны х о б удельны х дебита х отдельны х скважин , гидродинамически х расчето в по ори ентировочны м значения м гидрогеологически х параметров , п о ори ентировочно й величин е питани я водоносног о горизонт а в есте ственны х условия х и др . Глава IV ГИДРОДИНАМИЧЕСКИ Е МЕТОД Ы Оценк а эксплуатационны х запасо в подземны х во д гидродина мическим и методам и сводитс я к расчет у понижени й уровне й вод ы в скважина х водозабор а пр и заданно м дебит е скважин . Эксплуатационны е запас ы могу т рассчитыватьс я н а практи ческ и неограниченно е врем я использовани я ил и н а определенны й сро к амортизаци и водозабора . В перво м случа е расчет ы произво дятс я по формула м установившегося , в о второ м - неустановив шегос я движени я подземны х вод . Вс е боле е ил и мене е крупны е водозабор ы состоя т и з несколь ки х скважин , работающи х в условия х взаимног о влияния . Поэтом у оценк а эксплуатационны х запасо в производитс я с учето м взаимо действи я скважин . Расче т взаимодействующи х скважи н основы ваетс я н а метод е наложени я течени й (суперпозиции) . Сущност ь этог о метод а применительн о к рассматриваемо й задач е заключа етс я в том , что из напоро в естественно й пьезометрическо й поверх ност и подземны х во д вычитаютс я понижения , обусловленны е откачко й из скважин , что и определяе т напор ы в условия х эксплуа тации . В соответстви и с теорие й Форхгеймер а понижени е уровн я вод ы в скважин е (S ) слагаетс я и з понижени я (S 0 ) пр и работ е ее ка к одиночно й (т. е. бе з взаимодействия ) и сумм ы понижени й (SAS) , вызванны х работо й други х скважи н водозабора , оказываю щи х влияни е н а данну ю скважину . S = S 0 H A S 1 M S 2 + . . . + ^ ) . (IV , 1) Понижения , вызванны е откачко й и з други х скважин , инач е называютс я срезкам и уровня . Действительно , сумм а эти х понижени й ка к б ы срезае т естественны й статически й уровен ь в скважине , находящейс я в зон е влияни я откачк и из други х сква жин . Поэтом у понижени е уровн я в скважине , работающе й в условия х взаимодействи я (S) , должн о быт ь больше , чем в отдельн о работающе й скважин е (S 0 ) н а величин у сумм ы срезо к (2AS) . Формировани е депрессионно й воронк и подземны х вод , а сле довательно , и метод ы расчет а понижени й уровне й вод ы в сква жина х завися т от граничны х услови й водоносног о пласта . 34 НЕОГРАНИЧЕННЫ Й ВОДОНОСНЫ Й ПЛАСТ Есл и плас т однороден , то понижени е напор а подземны х во д в неограниченно м пласт е распространяетс я с равно й скорость ю по все м направления м от скважины , и з которо й производитс я откачка . Ma кажды й данны й момен т изолини и пониже ний имею т ви д концентри чески х окружностей , цент ро м которы х являетс я сква жина . Эт о положени е спра ведлив о не тольк о дл я бас сейн а подземны х вод , но и дл я поток а подземны х вод . Асимметричност ь депрес сионно й воронк и в поток е подземны х во д обусловлен а тольк о тем , чт о начальны е напоры , от которы х отсчи тываютс я понижения , раз личны . Допустим , чт о д о откач ки гидроизопьез ы распола галис ь так , ка к эт о показа но на рис . 17. Н а некоторы й момен т времен и посл е на чал а откачк и произошл о понижени е напора , которое , ка к указывалось , не зави сит от направлени я и укло на естественног о поток а (см . рис . 17, а). Есл и карт у гидроизопье з совместит ь с карто й изолини й пониже ний, то, вычита я и з отмето к I J X X ^ J ' ^ Ж Рис. 17. Схема наложения течений откачке из скважины при напоро в в естественны х условия х величин ы пониже ний пр и откачке , получи м ря д точек , п о которы м мож но построит ь гидроизопьез ы а - поток подземны х во д в естественны х услойиях , б - пото к подземны х вод , возмущен ный откачкой . 1 - гидронзопьез ы в естест венны х условиях ; 2 - направлени е поток а подземны х вод ; 3 - лини н равны х понижени й уровне й вод ы прн откачке ; 4 - гидроизопьез ы в процесс е откачк и в условия х откачк и (см . рис. 17,6) . Таки м образом , асимметри я депрессионно й воронк и являетс я следствие м сложени я дву х тече ний - естественног о поток а и понижени й пр и откачке , которы е не завися т от естественног о поток а и определяютс я та к же , ка к дл я бассейн а подземны х вод . Независимост ь понижени й напоро в от направления , уклон а и расход а естественног о поток а позволяе т применят ь вс е формулы , выражающи е деби т скважин , в равно й 35 мер е ка к в бассейне , та к и в поток е подземны х вод , чт о был о дока зан о в прошло м столети и Н . Е . Жуковски м (1948) . Депрессионна я воронк а непрерывн о увеличиваетс я в о времени , та к ка к уклон ы потока , вызванног о откачкой , всегд а больш е ук лон а естественног о потока . Рассмотри м дв а случая - откачк у и з скважин , происходящу ю пр и постоянно м понижени и уровн я вод ы в них , и откачк у с по Рис. 18. . _ _ _ стоянны м расходом . Допустим , депрессия , вызванна я откачкой , про изводящейс я с постоян ны м понижением , чере з некоторо е врем я распро странилас ь д о точк и А (рис . 18) . Укло н естест венног о поток а меньш е уклона , образующегос я внутр и воронк и депрес сии , поэтом у прито к вод ы из област и питани я к точк е А всегд а меньше , че м отто к о т не е в направлени и к скважине . Поэтом у развити е депресси и н е може т ограничитьс я точко й А; в процесс е откачк и границ а депресси и должн а последовательн о распространятьс я д о точе к Ai и A2 и т. д . Рос т радиус а влияни я умень шае т укло н поток а внут р и воронки , поэтом у де би т скважин ы непрерыв н о уменьшаетс я в о вре мени . Пуст ь откачк а произ водитс я с постоянны м дебитом , приче м депрес Рис. 19. си я распространилас ь д о точк и А (рис . 19) . Перемещени е ее к точк е A 1 обязательн о вызове т дополнительно е понижени е уровн я вод ы в скважине , та к ка к в противно м случа е деби т скважин ы долже н бы л бы уменьшитьс я вследстви е уменьшени я градиента , чт о не соответствовал о бы услови ю постоянств а дебита . Рассмотри м особенност и формировани я депрессионно й воронк и в безнапорны х и напорны х водах . Есл и водоносны й плас т имее т свободну ю поверхность , то раз вити е депрессионно й воронк и обязательн о сопровождаетс я осушение м водоносног о пласта . Че м больш е водопроводимост ь пласта , выражающаяс я произ ведение м коэффициент а фильтраци и горны х поро д и мощност и пласта , те м быстре е распространяетс я влияни е откачки . Наоборот , чем больш е водоотдач а пород , те м депресси я развиваетс я медлен 36 нее, та к ка к при то м ж е объем е откачанно й вод ы объе м осушен ног о пласт а меньше . Эт и закономерности , непосредственн о выте кающи е из дифференциальног о уравнени я неустановившегос я дви жени я подземны х вод , давн о подмечен ы н а практике . Так , напри мер , известно , что радиус ы влияни я пр и откачка х и з водоносны х пластов , сложенны х крупнозернистым и песками , больше , че м и з пласто в мелкозернисты х песков . В скальны х породах , проницае мы х по трещинам , общи й объе м которы х очен ь ма л по сравнени ю с объемо м пласта , депресси я расте т значительн о быстрее , чем пр и откачка х из водоносны х песков , галечнико в и други х рыхлы х пород , проницаемы х п о пора м и обладающи х большо й водоотдачей . Способност ь пласт а передават ь изменени я уровн я подземны х во д со свободно й поверхность ю выражаетс я та к называемы м коэф фициенто м уровнепроводност и (%) , величин а которог о пропор циональн а водопроводимост и пласт а и обратн о пропорциональн а водоотдач е пород : Это т парамет р входи т в о вс е уравнени я неустановившегос я дви жени я подземны х во д со свободно й поверхностью . Есл и выразит ь k в м/сутки, hcv в метрах , т о размерност ь коэф фициент а уровнепроводност и м2/сутки (р. - величин а безразмер ная ) . Значени я коэффициенто в уровнепроводност и водоносны х гори зонтов , используемы х дл я водоснабжения , обычн о выражаютс я порядко м нескольки х тыся ч квадратны х метро в в сутки . Так , на пример , есл и грунтовы е вод ы приурочен ы к аллювиальны м пескам , имеющи м коэффициен т фильтраци и 10 м/сутки и коэффициен т во доотдач и 0,20, т о пр и мощност и водоносног о пласт а 30,0 м коэф фициен т уровнепроводност и состави т -Q2 0 ^ =150 0 м2/сутки. Че м больш е вод ы поступае т в скважин у з а сче т осушени я пласта , т. е. че м больш е используютс я естественны е запас ы под земны х вод , те м медленне е увеличиваетс я радиу с влияни я откачк и в о времени . Пр и откачк е из напорны х во д осушени я пласт а н е происходит , и скорост ь развити я депресси и регулируетс я иным и процессами . Есл и бы вод а и пород а водоносног о пласт а был и бы абсолютн о несжимаемыми , а кровл я и подошв а напорног о водоносног о гори зонт а абсолютн о непроницаемыми , то всяко е изменени е напора , вызванно е откачкой , распространялос ь б ы по водоносном у пласту , ка к в твердо м теле , т. е. со скорость ю звук а (практическ и мгно венно) . Пр и это м понижени е напор а подземны х во д в зон е влия ни я откачк и оказалос ь бы практическ и равны м понижени ю напор а в скважине , из которо й производитс я откачка , т. е. градиент ы по тока , питающег о скважину , был и б ы равн ы нул ю и скважин а 37 чере з коротко е врем я перестал а б ы дават ь воду . Н а само м деле , хорош о известно , чт о пр и откачк е и з напорны х во д депрессионна я кривая , хот я и развиваетс я горазд о быстрее , че м пр и откачк е и з безнапорны х вод , подобны х явлени й никогд а н е наблюдается . Представи м себ е пит ь большо й длин ы и з материала , н е спо собног о растягиватьс я пр и натяжении . Есл и потянут ь з а оди н коне ц нити , т о ее друго й коне ц практическ и мгновенн о передви нетс я н а т у ж е величину . Есл и нит ь сделан а и з упругог о мате риал а (например , из резины) , т о пр и приложени и усили я он а бу де т растягиваться , друго й коне ц начне т передвигатьс я с некото ры м запозданием , те м большим , че м больш е упругост ь нити . Аналогично е явлени е происходи т и пр и откачк е и з скважин . Вод а пр и понижени и давлени я в пласте , вызванно м откачкой , раз уплотняется , вмест е с те м понижени е давлени я вызывае т упруго е расширени е пород , по д влияние м чег о вод а ка к б ы выдавливаетс я и з пласт а в скважину . Таки м образом , возникае т своеобразны й "упругий " режи м подземны х вод , теори ю которог о наиболе е полн о и всесторонн е разработа л В . Н . Щелкаче в (1948) . Упруги е свойств а вод ы и горны х пород , определяющи е неуста новившеес я движени е подземны х во д в напорны х условиях , учи тываютс я коэффициенто м пьезопроводности , т. е. коэффициенто м скорост и распространени я давления , которы й связа н с .характе ристикам и упруги х свойст в вод ы и горно й породы , водоносног о пласт а следующе й зависимостью : " = ро-Ао, (IV , 3 ) ^VjB+ не гд е а - коэффициен т пьезопроводности ; Р - пористост ь пласт а (дл я трещиноваты х поро д - отноше ни е объем а трещи н к объем у породы) ; Pb - коэффициен т объемно й упругост и воды ; P c коэффициен т объемно й упругост и горны х пород , слагаю щи х водоносны й пласт . Коэффициен т р в характеризуе т способност ь вод ы изменят ь объе м пр и изменени и давления . П о данны м В . Н . Щелкачева , з J J L t A . L ' S 1 ООО ООО м ' т. е. пр и понижени и давлени я н а 1 я объе м вод ы увеличиваетс я в предела х о т 2,7 д о 5 миллионны х доле й своег о первоначальног о объема . Значени я коэффициент а упругост и горны х пород , пр и отнесе ни и ег о к 1 м изменени я давления , по В . Н . Щелкачеву , имею т следующи й порядо к величины : R A 3 J t 2 А (tm) 1 ООО ООО ' м • 38 Коэффициент ы и имею т разност ь 1 /м, коэффициен т филь трация - м/сутки, а пористост ь - величин а безразмерная , поэтом у размерност ь коэффициент а пьезопроводности , ка к эт о ясн о и з фор м\'л ы (IV , 3), - M2ICIJTKU, Т. е. т а же , что и коэффициент а уровне проводности . Сопостави м значени я коэффициенто в пьезопроводност и и уров непроводности , задавшись , например , следующим и данными : коэф фициен т фильтраци и пласт а 10 м/сутки, ег о мощност ь 50 м, пори стост ь 0,40, водоотдач а 0,25. Зададимс я наибольшим и значениям и коэффициенто в упругости : Pb = S-IO h s -^; Рс = 2 . IO" 6 L . Тогд а п о формул е (IV , 3) коэффициен т пьезопроводност и вы разится : а = "0:46-5:10-?+ 2VT0K 2 500000 Mi-сутки, а коэффициен т уровнепроводност и п о формул е (IV , 2) . CLy = ^rJ0 = 200 0 M2/су тки. Таки м образом , коэффициен т пьезопроводност и превосходи т коэффициен т уровнепроводност и в о мног о раз , чем и объясняетс я значительн о больша я скорост ь развити я депрессионны х вороно к в напорны х вода х п о сравнени ю с безнапорными . Значени я коэф фициенто в пьезопроводности , характерны е дл я водоносны х гори зонтов , используемы х дл я водоснабжения , обычн о лежа т в преде ла х IO 5 IO 7 м2!сутки, коэффициенто в уровнепроводност и IO3-^ -TIO4 M2jcyTKU. Зависимост ь понижени я уровн я вод ы в любо й точке , находя щейс я в сфер е влияни я откачк и из скважины , в условия х напор ны х во д выражаетс я следующе й формулой ; S = - ( 4Kkm -E-I--LI2 Aat (IV, 4 ) гд е S - понижени е напор а в расстояни и г от ос и скважины , и з которо й производитс я откачка , чере з врем я t о т начал а откачки ; E i - обозначени е интегрально й показательно й функции . Значени я функци и E u имеюще й отрицательны й знак , приведе н ы в приложении . Эт а функци я являетс я обратно й п о отношени ю к логарифмическо й и убывае т с увеличение м значени я аргумент а f'i ( -4оТ~) ' к а к э т 0 видн о из табл . 2. Пр и мало м значени и аргумент а функци я Ei може т быт ь заме нен а логарифмической : = l n ^ a t - o v , 5 ) 39 г' Aaf -EI. ( Таблица 2 ш ) 0 O1Ol 0,1 1 10 OO OO 4,038 1,823 0,219 0,000004 О В это м случа е формул а (IV , 4) приобретае т вид : s = W l " ' Ч а ! - (IV , 6 ) Погрешност ь определени я понижени я в скважин е пр и тако й за - T2 г 2 мен е пр и =^O,1 составляе т 5,7% , а пр и =^O1Ol н е пре восходи т 0,25 % (рис . 20) . Дл я само й скважины , из которо й производитс я откачка , г = Го, гд е г 0 -радиу с водоприемно й част и (фильтра ) скважины . Величин а чрезвычайн о мал а и уж е чере з нескольк о мину т откачк и выражаетс я миллионным и долям и единицы , поэтом у здес ь уж е с самог о начал а откачк и действуе т логарифмически й зако н понижени я уровня , выражаемы й формуло й (IV , 6) . Вблиз и скважин ы уж е с самог о начал а откачк и образуетс я область , непрерывн о расширяющаяс я в о времени , гд е крива я деп рессии имее т то т ж е вид , чт о пр и установившемс я движени и (ло гарифмическа я кривая) . Н о и в это й зон е фильтраци я н е являетс я установившейся , та к ка к депрессионна я крива я перемещаетс я в о времен и параллельн о само й себ е по мер е понижени я динамиче ског о уровн я вод ы в скважине . Это т ви д движени я называетс я квазистацио н арным . г2 Пр и длительно й эксплуатаци и услови е ^ t <0, 1 соблюда ется н а расстояниях , заведом о превышающи х длин у участк а водо забора , т. е. движени е дл я всей област и водозабор а носи т квазп стацнонарны й характе р и кривы е депрессии , определяющи е срезк и уровне й вод ы пр и взаимодействи и скважин , близк и к лога рифмическим . В табл . 3 приведен ы значени я расстояни й г в километрах , в предела х которы х эт о услови е соблюдается . Врем я от начал а эксплуатаци и водозабор а принят о 10 00 0 суто к (27-2 8 лет) . Таблиц а 3 показывает , что в условия х напорны х во д в о всех случая х формул а (IV , 6) оказываетс я применимой , та к ка к рас стояни я межд у крайним и скважинам и водозабор а никогд а н е вы 40 ражаютс я десяткам и километров . Он а применим а такж е и дл я безнапорны х вод , особенн о учитывая , чт о н а расстояни и несколь ких километро в абсолютна я величин а понижени я уровн я очен ь мала . Так , например , есл и расстояни е о т скважин ы (г ) даж е вдво е превосходи т величину , приведенну ю в табл . 3, то ошибк а пр и при менени и формул ы (IV , 6) н е существенна . Таблица 3 Тип водоносного Характерные значения коэффициентов , м'2 / су тки горизонта Г, KM уровнепроводност и пьезопроводност и в У а Безнапорные воды 1 000 <2, 0 10 000 - <6, 3 Напорные воды - 100 000 <2 0 - 1 00000 0 <6 3 10 000 000 <20 0 Рассмотри м наиболе е "невыгодный " случай , приня в мало е зна чени е коэффициент а уровнепроводност и а у =100 0 м2/сутки и боль шо е расстояни е г = 400 0 м. П о формула м (IV , 4) и (IV , 6) вычис ли м понижени е в это й удаленно й точк е относительн о понижени я SQ В скважине , из которо й производитс я откачка . Радиу с сква жин ы го приме м равны м 0,1 м, врем я эксплуатаци и 10 00 0 суток . Понижени е в скважин е вырази м по формул е (IV , 6) , подста ви в r = rQ. П о точно й формул е (IV, 4) : с ~~£i\4at) i = , U i i - = 0.0326 ; по приближенно й формул е (IV , 6) : . 2,25а/ а - ^ 2 : S , "2,25at In Го Относительна я погрешност ь пр и расчета х по приближенно й 0 0326 формул е (IV , 6) значительна я ( 00149 =2,1) , н о абсолютна я не велика . Так , пр и понижени и в центрально й скважин е 10 м, аб солютна я величин а ошибк и состави т 10(0,0326- 0,0149)=0,17 7 м. Така я погрешност ь пр и оценк е эксплуатационны х запасо в н е имее т практическог о значени я и, следовательно , формуло й (IV , 6) 41 можн о пользоватьс я дл я расчето в понижени й уровн я н а длитель ны й перио д эксплуатаци и водозабор а в условия х пласт а "неогра ниченны х размеров " во все х случаях . Понижени е уровн я вод ы (S) по формул е (IV , 6) равн о нул ю XcIbat . в то м случае , есл и - 2 =1 , т. е. логариф м это й величин ы ра Рис. 20. График функции Ei и логарифмической функции / - ::р:;Бйя. рассчитанна я по логарифмическо й зависимости ; 2 - крнзая , рассчитанна я по экспоненциально й зависимост и вен нулю . Обозначи в расстояние , н а которо м эт о услови е соблю дается . г--Rlh получим : R I=2,25at; R =: 1,5 Va t (IV, 7) Есл и вод ы безнапорные , то в формул у (IV , 7) вмест о величин ы коэффициент а пьезопроводност и (а) следуе т подставит ь величин у коэффициент а уровнепроводност и (а у ) . 42 Величин а Rn назван а В . Н . Щелкачевы м (1959 ) приведенны м радиусо м влияни я скважины . Подстави в выражени е Rjl2 в фор мул у (IV , 6) , получим : 5 : Q__ , ] n Rn ^ _ _ Ra (IV , 8) Ar.km г2 Inkrn In т е. известну ю формулу-Дюпюи . Понижени е уровн я вод ы в скважин е определяетс я и з формул ы (IV , 8) пр и подстановк е в не е о _ оо п о формул е (IV , 6) понижени е S 0 такж е стремитс я к бесконечности , т. е. чере з некоторо е врем я уровен ь вод ы в скважин е снизитс я д о подошв ы водоносног о пла ста , посл е чег о деби т скважин ы буде т уменьшаться ; 2) радиу с влияни я непрерывн о увеличивается , и депресси я рас пространяетс я д о грани ц водоносног о пласт а независим о от рас стояния , н а которо м они находятс я от пункт а откачки . Однак о практик а эксплуатаци и водозаборо в показывает , что в о многи х случаях , есл и в работ у н е вводятс я новы е скважины , 43 уровн и вод ы в скважина х водозабор а чере з некоторо е время , по существу , стабилизируются . Практическ и наблюдаемы е радиус ы влияни я даж е очен ь крупны х водозаборо в артезиански х вод , экс плуатируемы х десятилетиями , обычн о н е превышаю т 25-3 0 км, т. е. в нескольк о ра з меньш е значени й приведенны х радиусов , рас считанны х по параметра м упругог о режим а (см . табл . 4) . Таки м образом , имее т мест о определенно е несоответстви е тео рии упругост и режим а с данным и практики . Следуе т заметить , чт о эт о несоответстви е отнюд ь н е обусловливаетс я какими-либ о по грешностям и само й теории . Он о связан о с тем , чт о предпосылки , положенны е в основ у вывод а формул ы (IV , 4) , в некоторы х слу чая х н е отражаю т действительны х природны х условий . Пр и вывод е формул ы (IV , 4 ) допущено , чт о пласты , залегаю щи е непосредственн о в кровл е и в подошв е артезианског о гори зонта , являютс я абсолютн о непроницаемыми . Така я предпосылк а може т быт ь принят а дл я сильн о уплотненны х и находящихс я по д больши м давление м глинисты х слоев , залегающи х н а больши х глу бинах . Артезиански е воды , используемы е дл я водоснабжения , за легаю т н а значительн о меньши х глубина х и разделяющи е и х сло и во многи х случая х нельз я рассматриват ь ка к "абсолютные " водо упоры . Совершенн о с други х позици й к вопрос у формировани я депрес сионны х вороно к в напорны х вода х подоше л А. Н . Мятие в (1947) . Он показал , чт о откачк а вод ы може т вызват ь перетекани е вод ы и з водоносны х горизонтов , залегающи х выш е и ниж е эксплуати руемог о водоносног о горизонта . Слои , разделяющи е эт и водонос ны е горизонты , нельз я рассматриват ь ка к абсолютны е водоупоры . Даж е пр и весьм а малы х значения х коэффициенто в фильтраци и разделяющи х слоев , благодар я разност и напоров , образовавшей ся пр и откачк е н а большо й площад и депрессионно й воронки , фильтраци я чере з разделяющи е сло и може т полность ю обеспе чить деби т скважины . А. Н . Митяе в показал , что областям и питани я напорны х водо носны х горизонто в являютс я н е тольк о краевы е зоны , гд е это т горизон т получае т питани е инфильтрацие й атмосферны х осадко в чере з зон у аэраци и или из рек , а вс я площад ь распространени я водоносног о горизонта , в предела х которо й его напо р меньше , чем в вышележащи х ил и нижележащи х водоносны х горизонтах . Точн о такж е область ю разгрузк и являетс я не тольк о зон а дренировани я подземны х во д в рек и и озера , а вс я территория , гд е напо р в рас сматриваемо м горизонт е больше , чем в смежны х с ни м горизонтах . Пр и разработк е свое й теори и Мятие в приня л з а основ у гипо тезу , высказанну ю Н . К . Гирински м (1938) . П о это й гипотез е пр и значительны х различия х коэффициенто в фильтраци и слое в (в сотн и и боле е раз ) и понижени и напор а в слое , имеюще м зна чительну ю водопроводимость , движени е вод ы в разделяющи х сла бопроницаемы х слоя х происходи т в вертикально м направлении , а в сильнопроницаемо м сло е - в горизонтально м (рис . 21) . 44 Н а основани и теори и Мятиев а - Гиринског о и теори и упру гого режим а дл я одиночно й скважины , Хантуше м (195 6 г.) и дл я линейног о ряд а скважи н Ф. М . Бочеверо м (1960 ) был о получен о решени е задач и неустановившегос я приток а вод ы к скважин е в условия х перетекания , которо е отчетлив о выявляе т относительну ю рол ь перетекани я и упругог о режим а ка к факторов , формирующи х депреесионну ю воронку . f г j T 4 Рис. 21. Схема движения подземных вод в условиях перетекания 1 - уровен ь грунтовы х вод ; 2 - пьезометрически й уровен ь напорног о горизонт а д о эксплуатации ; 3 - пьезометрически й уровен ь напорног о горизонт а в процесс е эксплуатации ; 4 - лини и потоко в подземны х вод чере з слабопроницаемы й слой при откачк е Понижени е напор а в одиночно й скважине , и з которо й произво дитс я откачка , чере з врем я t от начал а откачк и составляет : 4 Tikm 21п i f " (IV , 10 ) гд е В - коэффициент , зависящи й о т водопроницаемост и и мощ ност и пластов . Пр и вывод е это й формул ы сделан о допущение , что напор ы в пластах , из которы х вод а перетекае т в данны й (эксплуатируе мый ) водоносны й горизонт , постоянны . Над о заметить , что эт а предпосылк а соблюдаетс я лиш ь в тех случаях , есл и перетекани е компенсируетс я увеличение м питани я смежны х водоносны х гори зонто в (например , возникновение м фильтраци и из ре к и т. п.) . В ины х случая х перетекани е со времене м уменьшается . Есл и перетекани е вод ы происходи т чере з слои , залегающи е выш е и ниж е тог о слоя , из которог о производитс я откачка , т о 45 гд е к - коэффициен т фильтраци и слоя , из которог о произ водитс я откачк а мощность ю т (рис . 22) ; k\ и k2 - коэффициент ы фильтраци и слабопроницаемы х сло ев, лежащи х в кровл е и в подошве ; ти т2 - соответственн о мощност и эти х слоев . Рис. 22. В частно м случае , есл и перетекани е происходи т тольк о чере з кровл ю ил и подошв у водоносног о горизонта , т. е. есл и k 2 = 0 (рис . 23 ) В = V (IV, 12) Первы й чле н в квадратно й скобк е формул ы (IV , 10) н е зави сит от времени , второ й изменяетс я во времени . Поскольк у с росто м времен и t значени е функци и Ei убывае т и чере з весьм а коротко е врем я становитс я близки м к нулю , т о понижени е напор а 46 в скважин е (So) с течение м времен и стремитс я к стабилизаци и и имее т следующе е предельно е значение : S " = T " L l n j T r - C v ' 1 8 ) Сопостави м развити е понижени я уровн я вод ы в скважине , ра ботающе й в условия х упругог о режим а и в условия х перетекания . В перво м случа е понижени е уровн я вод ы должн о неограниченн о возрастат ь в о времени , т . е. наступае т момент , когд а уровен ь вод ы понизитс я д о подошв ы водоносног о пласт а и дальнейша я эксплуатаци я скважин ы приведе т к уменьшени ю ее дебита . Эт о непосредственн о следуе т и з формул ы (IV , 4) , в которо й с возра стание м t значени е функци и E i стремитс я к оо (значени е само й функци и E i отрицательное , поэтом у выражени е в квадратны х скобка х положительное) . В противоположност ь этом у понижени е пр и откачк е в условия х перетекани я стремитс я с течение м времен и к определенном у пределу , величин а которог о зависи т о т первог о слагаемог о квадратно й скобк и в формул е (IV , 10) . Стабилизаци я понижени я уровн я вод ы в скважин е наступае т очен ь быстро , чт о можн о показат ь следующи м расчетом . Допу стим , чт о водоносны й плас т известняков , и з которог о произво дитс я откачка , обладае т мощность ю т - 25 м и характеризуетс я коэффициенто м фильтраци и £=1 0 м/сутки. Выш е и ниж е ег о ле жа т пласт ы глин , имеющи х коэффициент ы фильтраци и k = k 2 = = 0,000 1 м!сутки и мощност ь m i = m 2 = 5 м. Коэффициен т пьезо проводност и водоносног о пласт а a = IO6 м2/сутки, радиу с сква жин ы /0 = 0,1 м. Врем я о т начал а откачк и 3 0 суток . Определи м п о формул е (IV , 11) значени е коэффициент а В: В ~ 7 \ о о о Г ~ 7 ~ о Ж Г ~ 2 5 0 0 м 5 1 5 Вычисли м значени я первог о слагаемог о в квадратно й скобк е формул ы (IV , 10) , определяющег о понижени е уровн я пр и устано вившемс я движении : Второ е слагаемое , зависяще е о т времени , равно : Е ' ( j S ^ ) = e I ( 1 . 2 ) 0 , 1 5 8 . Следовательно , есл и понижени е в рассматриваемо м пример е определят ь с учето м неустановившегос я движения , т о выражени е в квадратно й скобк е равн о 20,4-0,15 8 = 20,24 2 и буде т отличатьс я от рассчитанног о п о установившемус я движени ю (IV , 13) тольк о н а 0,8% , чт о н е имеет , конечно , никаког о практическог о значения . В зон е влияни я откачк и стабилизаци я происходит , естествен 47 но , немног о медленнее , н о и здес ь уж е в течени е первы х месяце в эксплуатаци и движени е становитс я практическ и установившимся . Понижени е уровн я вод ы в точке , находящейс я н а расстояни и г о т скважины , выражаетс я уравнение м (IV , 14) , приведенны м в работ е Ф . М . Бочевер а и Н . Н . Веригин а (1961) : Е^AЛ Г Г (IV , 14) В 2 гд е A)(-g) и K o i - ф у н к ц и и Бессел я соответственн о первог о и второг о род а о т мнимог о аргумент а нулевог о порядка . Первы й чле н фигурно й скобк и определяе т понижени е в усло вия х установившегос я движения , второ й - являетс я поправко й н а время , протекше е о т момент а ввод а скважин ы в работу , пр и это м с возрастание м времен и t он быстр о стремитс я к нулю . Вычисли м значени я первог о и второг о члено в выражени я в фигурно й скобк е формул ы (IV , 14) пр и следующи х данных : рас стояни е д о точки , в которо й определяетс я понижение , г = 250 0 м, врем я о т момент а пуск а скважин ы ^ = 100 суток , коэффициен т fi = 500 0 м, коэффициен т пьезопроводност и a= IO6 м2/сутки. Вс е эт и параметр ы являютс я достаточн о типичными . Расчет ы даю т значени е первог о члена , равно е 1,849, и вто рог о - 0,00467 . Таки м образом , понижение , определенно е с уче то м неустановившегос я движения , отличаетс я о т рассчитанног о п о установившемус я движени ю мене е че м н а 0,3% , чт о н е имее т практическог о значения . Посл е приравнивани я к нул ю второг о член а формул а (IV , 14) приобретае т вид : Обратимс я к формул е (IV , 13) , определяюще й понижени е уровн я в скважине , и з которо й производитс я откачка . Величин а 1,12 В являетс я йекоторы м приведенны м радиусо м питани я (Rn) в известно й формул е Дюпюи . R n 1,125 . (IV , 16) Подстановк а значени я Rn в формул у Дюпю и позволяе т опре делит ь понижени е уровн я вод ы в скважин е в условия х перетека ния , хот я депресси я распространяетс я и дале е окружности , имею ще й радиу с Ra Покажем , что , несмотр я н а это , вмест о формул ы (IV , 15) можн о пользоватьс я формулой , аналогично й формул е Дюпю и и дл я расчет а понижени й в зон е развити я депрессии . s = ^ L < I V > 1 7 > гд е Яп = 1,12 В . 48 Понижени я уровн я вод ы в област и влияни я откачк и п о отно шени ю к понижени ю уровн я вод ы в скважин е составляют : п о строго й зависимост и - и з форму л (IV , 15) и (IV , 13) г Ко ~В S 0 In Rn Го п о приближенно й зависимост и - из форму л (IV , 17) и (IV , 13) InJ?!1 _ г S 0 -InЛ о го Сопостави м величин ы отношени й - дл я широког о диапазо н а значени й В (о т 1000 д о 10 00 0 м), приня в радиу с скважин ы Го = 0,1 м. Результат ы сопоставлени я дл я различны х расстояни й (г ) наблюдательны х скважи н о т скважины , из которо й произво дитс я откачка , приведен ы в табл . 5. Таблица 5 О т н о ш е н и е ( % ) при В = 1000 м Отношение -J-(K ) при в = 10 000 M г и /? п = 1120 м Ra = 11 200 м ь зависимости Н а расстояния х r>Rn формул а (IV , 17) н е применяется , та к ка к принимается , чт о пр и r=l,12f i понижени е равн о нулю . Сле довательно , величин а ошибк и з а пределам и окружности , описан но й эти м радиусом , уменьшаетс я с увеличение м расстояни я от скважин ы и максимально е расхождени е межд у расчетам и п о приближенно й и точно й формулам , ка к показывае т табл . 5, н е превосходи т 3-4 % о т величин ы понижени я в скважине , из кото ро й производитс я откачка . Така я погрешност ь н е имее т практи ческог о значени я и, несомненно , меньше , че м возможна я ошибка , связанна я с допущение м неизменност и коэффициент а фильтраци и 49 в о все й е е област и н а площад и нескольки х квадратны х кило метров . Итак , в неограниченно м пласт е н а коне ц эксплуатационног о период а (обычн о расче т производитс я н а сро к амортизаци и водо забора - 25-3 0 лет ) независим о о т факторов , влияющи х н а фор мировани е депрессионно й воронк и (упруги й режим , перетекание) , кривы е депресси и близк и к логарифмическим . Поэтом у пониже ни е уровн я вод ы в скважин е може т рассчитыватьс я по формул е Дюпюи , счита я в не й з а радиу с (R) приведенны й радиу с влия ни я (Rn). Об е теори и формировани я депрессионно й воронк и исходя т и з достаточн о условны х предпосылок . Пр и расчета х н а основ е теори и упругог о режим а принимаетс я абсолютна я непроницаемост ь кров л и и подошв ы водоносног о пласт а на расстояниях , измеряемы х десяткам и и сотням и километро в от водозабора . Пр и расчетах , ба зирующихс я н а теори и перетекания , пренебрегаетс я уменьшение м напоро в водоносны х горизонтов , расположенны х выш е и ниж е эксплуатируемог о горизонта , вследстви е чего эффек т последнег о в о времен и уменьшается . Межд у те м пр и длительно й эксплуата ции може т произойт и даж е полно е осушени е вышерасположенны х горизонтов , фильтраци я из которы х перво е врем я обеспечивал а деби т водозабора . Наконец , в формула х теори и перетекани я не учитывается , что фильтраци я в разделяющи х глинисты х слоя х на чинаетс я тольк о в то м случае , есл и напорны й градиен т достигае т определенно й величины , называемо й начальны м градиентом . Пр и меньши х градиента х фильтраци я н е происходит , хот я коэффициен т фильтраци и пород ы и не раве н нулю . Формул ы упругог о режим а в сил у предпосылок , положенны х в основ у и х вывода , даю т значени я приведенног о радиус а пита ни я с заведомы м преувеличением . Поэтом у пр и расчета х эксплуа тационны х запасо в п о эти м формула м возможна я ошибк а при води т н е к завышению , а к занижени ю запасов . Учитыва я невысо кую точност ь определени я гидрогеологически х параметро в и схе матизаци ю граничны х условий , допущени е некоторог о "запаса " в расчета х является , безусловно , оправданным . Поскольк у депресси я подземны х во д формируетс я по д влия ние м многи х факторо в (упруги е свойств а вод ы и горны х пород , перетекание , связ ь чере з "окна " с другим и водоносным и горизон тами ) коэффициен т а, определяемы й пр и опытны х откачка х и осо бенн о по данны м эксплуатации , комплексн о отражае т совокуп ност ь влияни я этих факторов . Поэтом у н а практик е он не явля етс я коэффициентом , характеризующи м тольк о упруги е свойств а вод ы и пород , а некоторы м гидравлически м параметром , связы вающи м изменени е напор а вод ы в скважина х со времене м и уста навливаемы м опытом . Ка к указывалось , обще е понижени е уровн я вод ы в скважин е (S) слагаетс я из понижени я пр и работ е ее ка к одиночно й (S 0 ) и сумм ы срезо к (2Д5) , вызываемы х эксплуатацие й други х сква 50 жи н водозабора . Понижени е пр и одиночно й работ е скважин ы определяетс я по формул е (IV , 9) , срезк а о т каждо й скважин ы - п о формул е (IV , 8) . Есл и водозабо р состои т и з нескольки х сква жин , т о формул у (IV , 8) целесообразн о записат ь следующи м об разо м : гд е Qi •- деби т скважин ы с номеро м i, вызывающи й срезк у kjni i - соответственн о коэффициен т фильтраци и и мощност ь водоносног о пласт а в скважине , вызывающе й срезку ; г< - расстояни я межд у скважиной , в которо й определя етс я срезка , и скважиной , котора я вызывае т срезку . Есл и коэффициент ы фильтраци и и мощност и пласт а н а уча стк е водозабор а изменяютс я незначительно , т о можн о их усеред нить , определи в средне е значени е эти х параметро в (k cp > m c p ) , Тогд а н а основ е форму л (IV , 9 ) и (IV , 18) : S z = ' ^ k L m ' №с у " • In Ru ( Q • In r 0 + Q 1 • In T1 + + Q , I n r 2 + . . . + Q n -Inr n )] , (IV, 19 ) гд е Qcam суммарны й деби т все х взаимодействующи х скважи н водозабора ; Q - деби т скважины , дл я которо й рассчитываетс я понижени е уровн я вод ы (S) ; Qu Q-2> . . Q" дебит ы скважин , вызывающи х срезк и и нахо дящихс я соответственн о н а расстояния х г ь г2 , .. . г п о т скважины , в которо й определяетс я понижение . В условия х безнапорны х во д формул а (IV , 18) приобретае т вид : Д 5 И 2 A S i ) = ^ I n ^ f гд е H i - мощност ь водоносног о пласт а д о откачк и в скважине , вызывающе й срезку . Отсюд а L S i = H i Y H f - 4 ' l n T f ( l V ' 2 0 ) Дл я скважины , работающе й ка к одиночная , вмест о AS i прини маетс я So, а вмест о п - г0 . Определя я понижени е уровн я вод ы в скважин е пр и работ е е е ка к одиночно й и срезк и уровне й по формул е (IV , 20) , находи м п о формул е (IV , I) понижени е уровн я в скважин е в условия х взаи модействия . 5) Расче т понижени я и срезо к уровн я по формул е (IV , 20) и и х последующе е суммировани е возможн ы тольк о пр и большо й мощ ност и водоносног о горизонт а и мало м количеств е взаимодействую щи х скважин . В боле е обще м случа е расчет ы понижени я в безна порны х пласта х следуе т проводит ь п о формуле : S 0 = ^ } / ' ^ ^ [ Q c y M l n / ? n ( Q l n r 0 + Q 1 l n r 1 + . . . + Q n l n O ] . (IV,21 ) Следуе т заметить , что к расчета м срезо к по формул е (IV , 20 ) целесообразн о прибегат ь лиш ь в те х исключительны х случаях , когд а водозабо р буде т эксплуатироватьс я с весьм а большим и понижениями , превышающим и половин у мощност и водоносног о пла ста . Обычн о дл я расчето в срезо к уровне й в условия х безнапорны х во д можн о пользоватьс я боле е просто й формуло й дл я напорны х во д (IV , 8) , чт о можн о доказат ь сопоставление м следующи х рас четов . Определи м срезк у от работ ы скважин ы н а расстояни и ti = 40 0 м пр и следующи х данных : деби т Qi=IOO O мъ\сутки\ коэф фициен т фильтраци и Zs=IO м/сутки; приведенны й радиу с влияни я A n = 200 0 м ; радиу с скважины , в которо й определяетс я понижение , г 0 = 0,1 м. Расчет ы произведе м пр и мощностя х водоносног о гори зонт а # = 3 0 м и H = 2 0 м. В перво м случа е понижени е уровн я вод ы в само й скважин е (So) по формул е (IV , 20 ) состави т 5,8 м, в о второ м 10,7 м. Данны е расчето в сведен ы в табл . 6. н, м S 0 , м Таблица 6 AS1 м, по формулам S 0 H (IV , 8) I (IV . 20) 30 5,8 0,1 9 0,86 0,85 20 10,7 0,6 4 1,32 1,28 Таки м образом , даж е пр и понижения х в скважине , достигаю щи х половин ы мощност и водоносног о пласта , срезк а уровн я н а расстояни и 40 0 м, рассчитанна я по формула м напорны х (IV , 8) и безнапорны х (IV , 20) во д отличаетс я всег о лиш ь н а нескольк о сантиметров , что, конечно , не имее т практическог о значения . Приведенны е выш е формул ы дл я расчет а понижени й в о взаи модействующи х скважина х справедлив ы пр и любо м расположе ни и скважин . Есл и длин а участк а расположени я водозабор а превосходи т ши рин у н е боле е чем в 3- 4 раза , приче м скважин ы распределен ы по площад и боле е ил и мене е равномерно , то тако й водозабо р мож н о рассматриват ь ка к "большо й колодец" . Обычн о дл я определени я радиус а большог о колодц а применя етс я мето д приравнивани я площади , н а которо й расположе н водо 52 забор , к площад и равновеликог о круга . Радиу с большог о колодц а принимаетс я равны м радиус у этог о круга . Вычисленны й таки м образо м радиу с большог о колодц а н е учитывае т числ а скважи н водозабор а и оказываетс я существенн о завышенным . Выражени е радиус а "большог о колодца " получен о 3 . Д . Фа репголь ц методо м Форхгеймер а дл я различног о числ а скважи н (от 5 д о 25) , расположенны х по сетк е и эксплуатируемы х с рав ным и дебитами . Принима я понижени е в "большо м колодце " рав ны м понижени ю в центрально й скважин е сетки , 3 . Д . Фаренголь ц получил а выражени е дл я радиус а "большог о колодца " (г к ) : гд е ср Го п F коэффициент , зависящи й о т числ а скважи н водозабора ; радиу с скважин ; -числ о скважи н водозабора ; площад ь водозабора . Величин а У г0 мал о влияе т н а приведенны й радиу с "большог о колодца " и бе з сколько-нибуд ь существенно й дл я практик и погрешност и можн о принят ь Го = 0,1 м . В это м случа е формул а радиус а "большог о колодца " приобре тае т вид : гк = а у F' п-1 (IV, 22 ) гд е а - коэффициент , зависящи й от числ а скважин ; F •- площад ь водозабор а в м 2 . Значени я коэффициент а в зависимост и от числ а скважи н при веден ы в табл . 7. Таблица 7 5 0,42 9 0,46 25 0,47 OO 0,56 Есл и скважин ы водозабор а расположен ы п о одно й лини и н а равны х расстояния х дру г от друг а и эксплуатируютс я с равны м дебитом , то понижени е уровн я вод ы в скважина х этог о ряд а можн о определить , замени в такж е реальны й ря д скважи н некоторы м "больши м колодцем" , деби т которог о раве н суммарном у дебит у скважин . Дл я определени я понижени я уровн я вод ы в скважине , распо лагающейс я в середин е ряд а (здес ь понижени е наибольшее) , величин а радиус а большог о колодц а (г к ) може т быт ь определен а п о формул е Н . Н . Веригин а (1961) : 1 гд е X - расстояни е межд у скважинами ; п - нечетно е числ о скважи н ряда ; Ф - функция , зависяща я о т числ а скважи н ряда . Эт у формул у можн о преобразоват ь следующи м образом . гд е I - длин а ряда , / = Х(п-1) . Значени я функци и ф приведен ы в табл . 8. ^ i v 2 з > I п j п Y I Таблица <У 3 1,0 13 5 1,32 15 7 1,67 17 9 2,03 19 11 2,39 21 Значени я коэффициент а а показан ы н а рис. 24, coci аилоппо м применительн о к различны м расстояния м межд у скважинами , выраженны м в метрах , и различном у числ у скважин . Пр и состав лени и график а радиу с скважи н приня т r 0 = 0,1 м (изменени е этог о радиус а практическ и не влияе т на величин у а). Вычисли в радиу с большог о колодц а (/'.;), расчет ы понижени й водозабор а производятс я по формул е (IV , 9) , пр и приняти и Г о = Гк . Приведе м приме р расчет а радиус а большог о колодца . Допу стим , что длин а лини и водозабор а / = 5000 м, числ о скважи н п=11 , расстояни е межд у ним и X = 500 м. П о график у (рис . 24) д = 0,11. Следовательно , оадну с большог о колодц а г,{ - а-1 ~ = 0,11 -500 0 = 550 м. ПОЛУОГРАНИЧЕННЫ Е ВОДОНОСНЫ Е ПЛАСТЫ E c HI участо к водозабор а располагаетс я вблиз и одно й из гра ни ц пласга . а остальны е границ ы находятс я н а расстояниях , пре вышающи х влияни е откачки , т о плас т можн о рассматриват ь ка к пол\ограниченный . Пок а депресси я н е распространилас ь д о гра Hiin пласта , формировани е воронк и происходи т ка к в неограниченно м пласте . Границ а пласта , ка к ука зывалось , може т характери зоватьс я постоянство м на пор а (когд а н а границ е про текае т река , находитс я озе ро и т, п.) ил и постоянство м расход а (границ а - водо \норны е породы) . ГРАНИЦ А С ПОСТОЯННЫ М НАПОРО М Представи м себе , что в пласт е неограниченны х раз меро в заложен ы дв е сква жины , приче м и з одно й производитс я откачка , а в дру ги о производитс я пали в во; ш с тем ж е дебитом . В 0,01 результат е взаимодействи я ni x скважи н создаетс я гидродинамическо е поле , особенность ю которог о яв ляетс я то, что на лини и AB , Рис. 24. перпендикулярно й лини и ALV, соединяюще й скважины , естествен ный напо р подземны х во д не изменится . Лини я AB дели т отрезо к Д?.У попола м (рис . 25) . Действительно , эффек т понижени я уровня , ;;|лзва)шы й откачкой , в любо й точк е н а лини и AB буде т компен сироватьс я точн о таки м ж е эффекто м повышени я уровня , об\словленног о нагнетание м вод ы в другу ю скважину . Следова ;<,мь-ю, гпдронзопьез а AB може т рассматриватьс я ка к бере г реки , горизон т вод ы в которо й пр и эксплуатаци и водозабор а н е изме ните?!. Наличи е рек и ил и озера , гидравлическ и связанны х с водонос ным горизонтом , ограничивае т развити е депресси и и поэтом у через весьм а коротко е врем я понижени е уровн я вод ы в скважин е стабилизируется . Поэтом у расчет ы понижени я в данны х условия х должн ы производитьс я по формула м установившегос я движения . Понижени е напор а в скважин е (S 0 ) равн о понижению , кото ро е вызван о откачко й из не е (S 0 ') , з а вычето м тог о повышени я напор а (ДН) , которо е обусловлен о наливо м вод ы в воображае му ю скважину , находящуюс я о т не е н а расстояни и 21 (I - рас стояни е д о реки) . П о формула м (IV , 9) А и (IV , 8) , подстави в в по следню ю г = 21, имеем : С / O 0 Q 2%km • In Rn. Го ' д # = _Q • In Rn 2~km 21 • Вычита я второ е выра жени е и з первого , полу чим : ° о - ° 0 Д Я = -Y Q Am R ^ m r 0 - In Rn -[In 21] ил и о _ _ Q _ 2Ttkm \ П ~ . (IV , 24 ) Рис. 25. В условия х безнапор ны х во д понижени е в скважин е пр и е е работ е ка к одиночно й определя етс я п о формуле : H А тIn 2 / . -R Го (IV , 25 ) Это т ж е метод , называемы й методо м "зеркальны х отображе ний", применяетс я и дл я расчет а систем ы взаимодействующи х скважин . Допустим , чт о скважин ы А и Б заложен ы н а расстояния х о т рек и соответственн о / и Zb приче м расстояни е межд у скважинам и составляе т гг (рис . 26) . Требуетс я определит ь понижени е уровн я вод ы в скважин е А пр и совместно й эксплуатаци и обеи х скважин . Расхо д в скважин е А - Q b скважин е Б- Q1. Помести м з а бере го м рек и воображаемы е скважин ы A1 и B1 н а те х ж е расстояния х от берег а и допустим , чт о в скважин ы производитс я нагнетани е вод ы с расходо м соответственн о Q и Qi . Понижени е уровн я вод ы в скважин е А буде т слагатьс я из понижени я в не й пр и работ е ее ка к одиночно й (S 0 ) и срезки , вызван но й работо й скважин ы Б (AS) . Понижени е S 0 выражаетс я фор муло й (IV , 24) . Срезк а уровн я (AS ) в скважин е А равн а разност и межд у понижение м уровн я (AS) , вызванно м откачко й из скважин ы Б в слу ча е ее заложени я в неограниченно м пласте , и повышение м уровн я вод ы (А# ) пр и нагнетани и в скважин у S i в те х ж е условиях . Величин ы A S и A H можн о выразит ь по формул е (IV , 8) : AS ' = Qi • In 2Tikm А/ / = Q1 2ъкт Rn Г1 ' Яп Pl ' С кв. Б, гд е pi - расстояни е от воображаемо й скважин ы Б\. д о скважин ы А. Таки м образом , срезк а уровн я в скважин е А о т ра бот ы скважин ы Б ] составит : Рис. 26. "О CkS A Q1 / In А _ 1 п Я, Л) = Q1 I n ^ . (IV, 26 ) A S = A S ' А Я = 2Tikin ^ IjI 'Itikm Величин ы срезо к (AS ) в условия х безнапорны х вод , ка к был о показано , можн о рассчитыват ь по это й ж е формуле , выведенно й дл я напорны х вод . Дл я определени я полног о понижени я в скважин е А в усло вия х ее взаимодействи я со скважино й Б следуе т сложит ь пони жени е S 0 и срезк у AS. Есл и водозабо р состои т из нескольки х скважин , то срезк а оп ределяетс я о т работ ы каждо й из ни х по формул е (IVr, 26) , а за те м срезк и суммируются . Есл и коэффициент ы фильтраци и и мощ ност и водоносног о пласт а в предела х участк а изменяютс я незна чительн о и могу т быт ь усреднены , т о н а основ е форму л (IV , 24 ) и (IV , 25 ) полно е понижени е в скважин е (с учето м срезок ) выра зитс я следующи м образом : 2<.£ С р/п С р 21 Q l n ^ + Qiln-^H-Q 2 I n Гг Qnl П P п (IV, 27 ) гд е &ер, т С р - средни й коэффициен т фильтраци и и средня я мощност ь водоносног о пласта ; П, г 2 • • -Ir - расстояни я от скважины , в которо й рассчиты ваетс я понижение , д о влияющи х н а не е сква жин ; Рь р2 • • • Pn - расстояни е о т зеркальн о отображенны х сква жин ; Qi, Q 2 • • • Qn-дебнты скважин , оказывающи х влияни е н а скважину , эксплуатируему ю с дебито м Q , в которо й определяетс я понижени е уровн я воды . 57 Дл я безнапорны х во д . Ql n * Qjl n £ !•... j-QJ n М . (IV, 28 ) Пр и большо м числ е скважи н в водозабор е линейног о тип а рас чет понижени й в скважин е в условия х напорны х во д производитс я по формул е Маскет а - Лейбензона : lv 29 ^ = -Sff-O n Sr 0 + л) • " < > гд е Q - деби т каждо й скважины ; X - расстояни е межд у скважинам и в ряду ; I -расстояни е ряд а от реки . Дл я безнапорны х во д формул а (IV , 29 ) имее т следующи й вид : S = H Y J b S i - (i n J ± + . (IV. 30 ) Важн о заметить , что пр и расположени и водозабор а вблиз и границ ы с постоянны м напоро м (рек а и др. ) величин а радиус а ниченног о пласта . ГРАНИЦ А С ПОСТОЯННЫ М РАСХОДО М Рассмотри м наиболе е част о встречающийс я случай , когд а н а границ е расхо д подземны х во д настольк о незначителен , что може т быт ь приравне н нулю . Представи м себе , чт о и з дву х скважин , заложенны х в неогра ниченно м пласте , в условия х бассейн а подземны х во д произво дитс я одновременна я откачк а с одинаковы м расходом . Тогд а в зон е влияни я откачк и расположени е гидроизопье з и лини й токов подземны х во д буде т симметричн о относительн о лини и ABt расположенно й по лини и ток а и секуще й перпендикулярн о отре зо к AlAr в его середин е (рис . 27) . Есл и по ос и симметри и AB рас положит ь тонку ю непроницаему ю пластину , разделяющу ю водо носны й пласт , то гидродинамическа я сетк а движени я совершенн о н е изменится , и эт а пластин а н е повлияе т па понижени я уровне й вод ы в скважина х при откачке . Поэтом у така я непроницаема я пластин а може т рассматриватьс я дл я каждо й из скважин ы какводоупорна я граница , приче м одн а из скважи н являетс я реаль ной , друга я - воображаемой . Следовательно , расче т понижени я уровн я вод ы в скважин е пр и наличи и водоупорно й границ ы сво дитс я к расчет у дву х взаимодействующи х скважин , из которы х одновременн о ведетс я откачк а воды . Понижени е напор а в скважин е буде т слагатьс я из пониже ния , которо е имел о бы мест о в случа е работ ы это й скважин ы 58 в неограниченно м пласт е бе з взаимодействи я (S 0 ' ) и дополнитель ног о понижени я (срезки) , обусловленног о работо й воображаемо й скважин ы (AS') . Понижени е S 0 ' определяетс я по формул е (IV , 9) , а срезк а по формул е (IV , 8) . Подстави в в последню ю формул у г = 2, гд е I - расстояни е скважин ы от границ ы AB , получим : Q . S0Ч AS' 2nkm I n f In-? " (IV , 31 ) с - _ 9 2г.кт Г 0 1 jRn2 ZrJ 29 / Дл я безнапорны х во д эт а формул а имее т выражение : V - н Y н1 В отличи е от случая , когд а скважин а расположе н а вблиз и границ ы с постоянны м напоро м (напри мер , вблиз и реки) , гд е дви жени е становитс я чере з которо е врем я установившим ся , пр и водоупорно й грани це понижени е напор а в сква жине , ка к эт о показываю т формул ы (IV , 31) и (IV , 32) , може т неограниченн о воз растать , та к ка к приведен ны й радиу с влияни я (Rn) увеличиваетс я во времени . Следовательно , установив шегос я движени я не насту Q г In - тМ 2 г0 / Рис. 27. (IV, 32 ) пает , н тольк о явлени я перетекани я чере з подошв у и ста , ка к и в неограниченно м пласте , могу т привест и цнп воронк и депрессии . кровл ю пла к стабилиза Понижени е уровн я вод ы в скважине , расположенно й вблиз и водоупорно й границы , пр и прочи х равны х условия х больше , че м в неограниченно м пласте . Так , например , в скважине , имеюще й радиу с фильтр а 0,1 м и находящейс я н а расстояни и 1 км от гра ниц ы пласта , пр и значени и приведенног о радиус а 10 км пониже ни е больше , чем в условия х неограниченног о пласта , н а 15% . Выво д формул ы дл я расчет а понижени й взаимодействующи х скважи н производитс я методо м зеркальног о отображения . Расположи м воображаемы е скважин ы по другу ю сторон у о т границ ы н а те х ж е расстояния х о т нее , что и реальны е скважины . Представи м себе , что вс е эти скважин ы расположен ы в едино м водоносно м горизонте , т. е. разделяющи й их водоупо р отсутству ет, и буде м производит ь одновременну ю откачку , соблюда я усло 59 вие , чт о деби т каждо й реально й и соответствующе й ей отобра женно й скважин ы равны . В результат е взаимодействи я межд у группо й реальны х и воображаемы х скважи н пройде т водораз дельна я линия . Поскольк у н а водораздел е укло н поток а раве н нулю , то, следовательно , здес ь имеетс я то ж е условие , чт о и пр и примыкани и водоносног о пласт а к водоупор у (расхо д раве н нулю) . Срезк а уровн я (AS ) слагаетс я и з срезки , обусловленно й влия ние м откачк и из реально й (AS x ) и из воображаемо й (AS" ) сква жин , т. е. AS=^AS'+AS " ил и н а основ е формул ы (IV , 8) : 4 S ' = 5 a i r ( l n ^ + l n T ) = 5 a " ' l n ^ r - <1V> 3 3 > гд е r i - расстояни е скважины , в которо й определяетс я срезка , д о реально й скважины , вызывающе й срезк у и имеюще й деби т Qi; Pi - то же , д о воображаемо й скважины . Посл е определени я п о формул е (IV , 33 ) срезо к о т каждо й скважин ы обще е понижени е в скважин е рассчитываетс я путе м сложени я сумм ы срезо к с понижение м в само й скважине , опреде ляемог о по формул е (IV , 31) в напорны х вода х или по формул е (IV , 32 ) в безнапорны х водах . Пр и мало й изменчивост и коэффи циенто в фильтраци и и мощносте й пласт а можн о пользоватьс я их средним и значениям и и определят ь обще е ( с учето м срезок ) понижени е в скважин е по формул е (IV , 34) , в которо й срезк и про суммированы . S = Wpm c p [2QcyM In Rn-(Q In 2г 0 / -I Q 1 In rlPl + f Qi In r 2 p 2 + .. . + Qn In гп Р п )] . (IV, 34 ) Дл я безнапорны х во д S = H- YH1 ±. PQcsh In Ra (Q In 2r0 1 ~ Qi In r iP i 4 Qj I n г-,о-, • . . . + Q j n r ^ a : (IV, 35 ) ВОДОНОСНЫЙ ПЛАСТ-ПОЛОСА Движени е подземны х во д к скважине , заложенно й в пласте , ограниченно м параллельным и в план е контурам и (пласт-полоса) , носи т сложны й характер . Перво е время , пок а депресси я н е рас пространилас ь д о грани ц пласта , прито к вод ы к скважин е проис ходи т практическ и та к же , ка к в неограниченно м пласте , зате м постепенн о влияни е грани ц усиливается . Есл и границ ы водоупор ные , т о поток , которы й вблиз и скважин ы являетс я радиальным , 60 уж е н а расстоянии , примерн о равны м ширин е полосы , приближа етс я к плоскому . Время , чере з которо е влияни е обеи х грани ц должн о учиты ватьс я по Ф . М . Бочевер у (Г959) , выражается : * > 0,5 -f, (IV, 36 ) гд е t - время ; В - ширин а полосы . Вырази в параметр ы t и а (IV , 7) чере з величин у приведен ног о радиус а (^ n = 1,5}/ at), получим : B = O M R n ^ R n . (IV , 37 ) Таки м образом , влияни е обеи х грани ц становитс я заметным , когд а приведенны й радиу с примерн о раве н ширин е полос ы водо проницаемы х пород . Дл я напорны х во д пр и характерно м значени и коэффициент а пьезопроводност и порядк а IO6 м2/сутки пр и ширин е полос ы 1 км влияни е грани ц сказываетс я уж е чере з 0, 5 суток , пр и Ширине полос ы 10 км - чере з 5 0 суток , а в условия х безнапорны х во д пр и коэффициент е уровнепроводност и 5IO 3 м2/сутки соответственн о чере з 100 и 10000 суток . Следовательно , в безнапорны х вода х границ ы начинаю т оказыват ь влияни е лиш ь чере з весьм а дли тельно е время . Та к что при ширин е полос ы порядк а нескольки х километро в их влияни е може т н е учитываться . Есл и н а работ у водозабор а оказываю т влияни е дв е границы , принци п вывод а форму л остаетс я те м же , что и пр и одно й грани це, - применяетс я мето д зеркальны х отображени й и последую ще е суммировани е понижени я в скважин е со срезками , вызывае мым и откачко й из други х скважи н водозабора . Однак о выво д форму л дл я расчет а понижени й оказываетс я боле е сложным , та к ка к воображаемы е (зеркальн о отраженные ) скважин ы должн ы рассматриватьс я зате м в условия х влияни я дру г н а друга , т. е. в сво ю очеред ь должн ы отображатьс я и т. д. ГРАНИЦ Ы С ПОСТОЯННЫ М НАПОРО М Примеро м гидрогеологически х условий , характеризующихс я постоянство м напор а н а границ е водоносног о пласта , являютс я относительн о нешироки е междуречья , сложенны е водопроницае мым и породами . Ка к отмечалось , пр и непосредственно й гидрав лическо й связ и подземны х во д с реко й откачк а из скважи н сопро вождаетс я стабилизацие й уровне й вод ы в скважина х чере з отно сительн о коротко е время . Эт о характерн о дл я случая , когд а во доносны й плас т ограниче н рекам и с дву х сторон . Поэтом у про гно з понижени й в скважин е н а длительны й перио д эксплуатаци и производитс я по формула м установившегос я движения . 6 1 Понижени я напоро в в скважинах , заложенны х в междуречье , определяютс я по формула м А. В. Романова . Понижени е напор а в одиночн о работающе й скважин е составляет : 2 L K(I1-I2) 2-km In • COS - * • яг(| 21 (iv , 38; гд е L - ширин а междуречья ; U и /г-соответственн о расстояни я скважин ы д о рек , огра ничивающи х междуречь е (рис . 28) . ш ш ш Рис. 28. Сопостави м понижени е напор а в скважине , расположенно й в середин е междуречья , с те м понижением , которо е имел о бы мест о при ограничени и поток а одно й рекой , т. е. в полуограниченно м потоке . Дл я этог о приме м в формул е (IV , 24 ) расстояни е д о рек и равны м половин е ширин ы междуречь я (J=-^r) . В это м случа е различи е понижени й в условия х полуограниченног о пласт а и пла ста-полос ы достигае т максимум а и отношени е понижени й в сере дин е междуречья , рассчитанно е с учето м влияни я обеи х грани ц (Sn ) и тольк о одно й границ ы (Si) , составит : •bi -• !п - in-±2!f . • ''o Приня в радиу с скважин ы г0 = 0,1 м, а расстояни е д о ре к 1000 м, по указанно.м у отношени ю получи м -^"-=0.95 . Таки м образом , i влияни е дву х грани ц пр и расположени и одиночно й скважин ы да ж е в середин е междуречь я очен ь .мало отличаетс я о т влияни я одно й границ ы (в рассмотренно м случа е на 5% ) и може т н е учи тываться . Есл и водозабо р состои т из большог о числ а скважин , располо женны х в ряду , параллельно м долина м рек , то понижени е в сква жина х водозабор а (кажда я из них работае т с дебито м Q ) состав ляет : 62 дл я напорны х во д дл я безнапорны х во д S = H - (IV, 40 ) Сопостави м понижени я уровне й вод ы в скважина х в условия х междуречь я и в полуограниченно м пласте , соответственн о выра жаемы е формулам и (IV , 39) и (IV , 29) , пренебрега я пр и это м значение м первог о член а в скобк е (In- А -) , ка к малы м п о z~rо сравнени ю со вторы м членом . Буде м считат ь величин у I i равно й расстояни ю водозабор а д о ближайше й реки , ограничивающе й меж дуречь е (I i = I) . Тогда , подели в выражени е (IV , 39) на (IV , 29) , получим : S(IV , 39 ) J 1 5 (IV, 29) ~ 1 L ' Следовательно , пр и эксплуатаци и подземны х во д водозабо рам и линейног о тип а неограниченно й длины , влияни е второ й гра ниц ы довольн о существенно . Так , есл и водозабо р расположе н по оси междуречь я (I1 = f ), то понижени е в скважина х буде т вдво е меньше , че м н а то м ж е расстояни и в потоке , ограниченно м одно й рекой . Г1о мер е приближени я водозабор а к одно й из ре к эт о раз личи е сглаживается , и если , например , водозабо р находитс я от рек и н а расстоянии , равно м одно й десято й ширин ы междуречья , то понижени я уровне й водозабор а составя т 90 % от понижени я в полуогранпченно м потоке . Рассмотренны е случа и (одн а скважин а и ря д скважи н неогра ниченно й длины ) являютс я предельными . Пр и расчета х пониже ний в группово м водозабор е можн о пользоватьс я формуло й (IV , 38) , счита я в ней величин у г0 радиусо м "большог о колодца" , определяемог о по формула м (IV , 22 ) или (IV , 23) . ГРАНИЦ Ы С ПОСТОЯННЫ М РАСХОДО М Наиболе е рациональны м являетс я расположени е скважин ы посередин е полосы , та к ка к в это м случа е пр и прочи х равны х усло вия х понижени е уровн я буде т наименьшим . Дл я расчет а эксплуатационны х запасо в предстазляе т интере с определени е понижени я уровн я вод ы в скважин е н а достаточн о длительны й перио д ее работы , соответствующи й срок у амортиза ционног о период а водозабор а (порядк а 20-3 0 лет) . Дл я эти х услови й понижени е уровн я вод ы в скважин е буде т таки м же , ка к в одно й из скважи н ряд а "бесконечной " длины . Н а рис . 29 изо браже н тако й ряд . Линии , направленны е перпендикулярн о ряд у 63 скважи н MN и проходящи е чере з середин ы расстояни й межд у ними , являютс я граничным и линиям и токов , отделяющим и зон у влияни я одно й скважин ы о т другой . Эт о ка к б ы тончайши е водо упорны е перегородки . Дл я одно й отдельн о взято й скважин ы ряд а эт и перегородк и можн о рассматриват ь ка к поверхност и дву х во доупорны х пластов , ограничивающи х полос у водопроницаемы х пород . Понижени е уровн я вод ы в скважин е "бесконечного " ряд а в ус - словия х установившегос я движени я по формул е Маскет а - Лей - бензон а выражается : s = Tasr( l n -55 7 + T ) ' <'v.4i ) гд е / - расстояни е д о контуро в питания , находящихс я о т сква жин ы в равно м удалени и в об е стороны ; В - ширин а полос ы водопроницаемы х пород , равна я расстоя ни ю межд у скважинам и "бесконечног о ряда" . Пр и отсутстви и фиксированны х контуро в питани я и неограни ченной длин е полос ы величино й I следуе т считат ь некотору ю при веденну ю величину , характеризующу ю "дальност ь действия " ли нейног о водозабор а (L1 1 ), изменяющегос я во времени . Таки м образом , формул а (IV , 41 ) може т быт ь записан а в сле дующе м виде : S = ^ L + ^ ) - OV, 42 ) В условия х безнапорны х вод : S = H - + f ) . (IV, 43 ) Первы й член в скобка х форму л (IV , 42 ) и (IV , 43) выражае т сопротивлени е в зон е А, примыкающе й к скважине , гд е происхо ди т искривлени е лини й токов . Второ й член характеризуе т сопро 6 4 тивлени е в зон е В, гд е движени е являетс я фактическ и плоским , т. е. лини и токо в в план е параллельн ы дру г друг у (см . рис . 29) . Пр и длительно й работ е скважи н и распространени и депресси и н а значительно е расстояни е понижени е в скважин е в основно м определяетс я те м сопротивлением , которо е пото к испытывае т в об ласт и плоско-параллельног о движени я (зон а В). Зависимост ь приведенно й длин ы влияни я от времен и може т быт ь найден а и з сопоставлени я уравнени й неустановившегос я и установившегос я движени я плоског о потока . Перва я задач а имее т решени е в теори и теплопроводност и (Лыков , 1952) . Есл и пользо ватьс я гидрогеологическим и обозначениями , то понижени е уровн я вод ы в галере е в условия х напорны х во д выражаетс я OV , 44 ) гд е q - постоянны й прито к к галере е н а единиц у ее длин ы с дву х сторон . Это т прито к по формул е Дюпю и дл я установившегос я движе ни я составляет : 2 kmS L п (IV, 45 ) Приравнива я расход ы в формула х (IV , 44) и (IV, 45) , найде м выражени е дальност и действи я линейног о водозабор а Ln = -У^ 7UV a t ^ \ , \ 2 5 Vat • (IV , 46 ) Подстави в эт о значени е Ln в формул у (IV , 42) , получим : S = 2wnkml (\ ' п2л -Гц ^ 1+ ^ Ва д . av . 47 ) Сопостави м величин ы приведенног о радиус а (Rn) в условия х радиальног о поток а и приведенно й дальност и действи я линейног о водозабор а (L n ) в плоско м потоке , воспользовавшис ь формулам и (IV , 7) и (IV, 46) : Rn 1, 5 Vai L n 1,12 5 Y~at' 1.32. Таки м образом , н а то т ж е момен т времен и t о т начал а откачк и е е влияни е в радиально м поток е распространяетс я дальше , чем в плоском . Однак о влияни е приведенног о радиус а н а понижени е уровн я вод ы в водозабор е в радиально м поток е значительн о мень ше , че м в плоском , та к ка к в радиально м поток е понижени е за виси т о т логарифм а Ru (IV , 8) , а в плоско м пр и длительно й экс плуатаци и пропорциональн о величине : L (IV, 45) . Следовательно , при прочи х равны х условия х понижени е уровн я вод ы в скважине , заложенно й в пласте-полосе , происходи т горазд о 6 5 быстрее , чем в неограниченно м пласте . Объясняетс я эт о тем , чт о в неограниченно м пласт е вод а притекае т к скважин е со все х сторон, а в пласте-полос е фрон т питани я скважин ы сильн о суже н и дл я обеспечени я тог о ж е дебит а скважин ы понижени е в ней должн о быт ь больш е и увеличиватьс я во времен и быстрее . Боле е общи й случа й расположени я скважин ы в пласте-полос е рассмотре н Ф . М . Бочеверо м (1959) , которы м получен а следую ща я формула : с Q / , --0,165 . 3,55/а Л ", , 5 = I , п пГ ^ в " I ' О V. 48 ) r0 sin -g гд е I -расстояни е скважин ы от ближайше й водоупорно й грз ницы . Пр и расположени и скважин ы посередин е полосы : , В . 7 . 1 . Tt J = -?,; sin-g = si n -у = 1. Тогд а формул а (IV , 48 ) обращаетс я в формул у (IV , 47) , котора я соответствуе т частном у случа ю расположени я скважин ы н а рав ны х расстояния х от грани ц полосы . Обычн о в предела х полос ы водозабо р состои т и з нескольки х скважин , располагающихс я в ряд , пересекающи й пласт-полос у перпендикулярн о е е границам . Рас чет понижени й в скважина х производитс я в это м случа е такж е по формула м (IV , 42 ) и (IV , 43) пр и приняти и в ни х з а величин у В среднег о расстояни я межд у скважинам и ряда . РАЗНОРОДНЫ Е ГРАНИЦ Ы Пласт-полос а може т имет ь разнородны е границы : н а одно й и з них расхо д поток а пр и эксплуатаци и водозабор а н е изменяетс я (обычн о он може т быт ь приня т равны м нулю) , а н а друго й - изменяется , но напо р сохраняетс я постоянным . Таки е услови я свой ственны , например , подземны м вода м в речны х террасах , сложен ны х песчаным и отложениями , вложенным и в водоупорны е корен ны е породы . Тогд а н а границ е с последним и соблюдаетс я усло вие Q = cons t = 0, а на друго й границе , очерченно й русло м реки , # = eons t (рис . 30) . Пр и работ е водозабор а в эти х условия х чере з непродолжитель но е время , безусловн о меньшее , чем срок , н а которы й рассчиты ваютс я эксплуатационны е запасы , движени е практическ и стабили зируется . Поэтом у расчет ы понижени й уровн я производятс я по формула м установившегос я движения . Понижени е уровн я вод ы в одиночно й скважин е по формуле , предложенно й Н . А. Огильв и (1951) , выражается : 8V=zS^i '1п • 1.13Д , п (B-I) ' 6G гд е В - ширин а полос ы водопроницаемы х пород ; I - расстояни е скважин ы о т реки . Дл я безнапорны х во д эт а формул а имее т вид : S0=H- Q In IilM . Pfcr 71 ~ itk Го L l g 2В (IV, 50): Влияни е водоупорног о контур а н а понижени е невелико . Так, , есл и ширин а полосьГЮО О м и скважин а расположен а в 100 м от водоупорно й границы , то понижени е в не й пр и прочи х равны х ус ловия х тольк о н а 15% больше , чем пр и отсутстви и это й границы. . Рис. 30. Пр и заложени и скважин ы посередин е полос ы наличи е водоупор ной границ ы практическ и н е влияе т н а понижение . Формул ы (IV , 49) и (VI , 50) пр и очен ь мало м расстояни и сква жин ы о т водоупорно й границ ы оказываютс я недостаточн о точным и и значительн о завышаю т величин у понижени я уровня . Так , при I-^B , cig' 1 - ^ >-0, а поскольк у ctg 0 = oo, то S->o о . В действи тельност и ж е пр и расположени и скважин ы у самог о водоупор а понижени е в ней буде т тольк о вдво е больше , чем пр и отсутстви и водоупора . ВОДОНОСНЫ Й ПЛАСТ, ОГРАНИЧЕННЫ Й КРУГОВЫМ КОНТУРОМ Любо й водоносны й плас т имее т замкнуты е в план е границ ы . Однак о пр и относительн о небольши х (п о сравнени ю со всей пло щадь ю распространени я водоносног о горизонта ) размера х район но й депресси и водозабор а удаленны е границ ы мал о влияю т на эксплуатационны е запас ы и пр и их оценк е можно : а ) пренебреч ь влияние м все х грани ц (неограниченны й пласт) , б) учитыват ь тольк о одн у границ у (полуограниченны й пласт) , в ) учитыват ь дв е границ ы (пласт-полоса) . 67 Пр и небольшо й площад и распространени я водоносног о гори зонт а н а формирование , депрессионно й воронк и чере з некоторо е врем я в о вс е больше й мер е начинаю т влият ь вс е границ ы водо носног о пласта . Пр и это м в большинств е случае в реальны й конту р водоносног о пласт а можн о заменит ь некоторы м круговы м конту ром , радиу с которог о (RK) определяетс я путе м приравнивани я площад и распространени я водоносног о горизонт а (F) к площад и равновеликог о круга : /? к = = 0,56 5 У'Р . (IV, 51 ) Контур , ограничивающи й водоносны й пласт , може т характе ризоватьс я весьм а разнообразным и гидрогеологическим и условия ми, предельным и случаям и которы х являются : а ) контур , н а которо м напо р подземны х во д може т рассмат риватьс я ка к постоянный , н е изменяющийс я по д влияние м водо забор а (например , расположени е водозабор а н а острове , н а уча стк е межд у русло м рек и и дугообразн о изогнуто й старицей) ; б) водоносны й плас т оконтуре н водоупорным и породам и и н а граница х пласт а расхо д подземны х во д раве н нул ю (например , небольши е мульды , ограниченны е выходам и слабопроницаемы х пород) . ГРАНИЦ А С ПОСТОЯННЫ М НАПОРО М Понижени е уровн я вод ы в скважине , заложенно й в центр е уча стка , ограниченног о круговы м контуро м питания , практическ и устанавливаетс я чере з коротко е время . Понижени е уровн я вод ы в скважин е определяетс я по класси чески м формула м Дюпюи : дл я напорны х во д ^ = H g t ' " * ' ov . 52 ) дл я безнапорны х во д S 0 = н - y j r JO • In . (IV, 53 ) ГРАНИЦ А С ПОСТОЯННЫ М РАСХОДО М Пр и водоупорны х граница х водоносног о пласт а движени е под земны х во д к скважин е имее т резк о выраженны й неустановив шийс я характе р и понижени я в скважин е непрерывн о возрастаю т во времени . Пр и длительно й работ е скважины , расположенно й в центр е мульды , величин а понижени я в зон е ее влияни я може т быт ь определен а по формул е Маскета : S = cIitkm In R и 2 at RK2 _3_ 4 (IV, 54 ) 68 гд е г - расстояни е о т скважин ы д о точки , в которо й определя етс я понижени е S . Соответственн о дл я безнапорны х во д 5 = (IV , 55 ) Важн о обратит ь внимани е н а то, что врем я (/ ) входи т в фор мул у (IV , 54) в перво й степени , а н е по д знако м логарифма , ка к в формулу , соответствующу ю условия м неограниченног о пласт а (IV , 6) . Следовательно , понижени е уровн я вод ы в пласте , огра ниченно м водоупорным и породами , происходи т значительн о бы стрее , че м в неограниченно м пласте , та к ка к поступлени е вод ы к скважин е в связ и с развитие м депресси и може т происходит ь тольк о з а счет сработк и естественны х запасо в в предела х пло щади , ограниченно й водоупорны м контуром . Дл я определени я понижени я уровн я (So) вод ы в скважине , и з которо й производитс я откачка , в формула х (IV , 54 ) и (IV , 55 ) над о положит ь S = S0; г = г0. Формул а (IV , 54) посл е это й подстановк и и раскрыти я скобо к преобразуетс я Ф. М . Бочеверо м следующи м образом : Q Q i n W | Qat . . s O = • l n + ЧШй • ( I V ' о 6 ) Перво е слагаемо е выражае т понижени е в скважин е по фор мул е Дюпю и в условия х установившегос я движени я при радиус е питани я 0,47 Rk. Обозначи м его S x . Второ е слагаемое , обозначен но е S" , выражае т уменьшени е объем а вод ы в пласт е пр и эксплуа тации , в чем можн о убедиться , есл и рассмотрет ь услови я безна порны х вод . В это м случа е в формул е (IV , 56 ) вмест о коэффи циент а пьезопроводност и а следуе т поставит ь коэффициен т уров k-Iirp непроводност и ау = -. Приня в m = hcр, получим : ° - nkmR'j ~ Qt ' , гд е F - площад ь распространени я водоносног о горизонта . Qt представляе т собо й общи й объе м вод ы (F) , откачанно й з а врем я t, поэтому : S " = ^ . (IV, 58 ) Величин а представляе т собо й понижени е уровня , которо е боле е или мене е равномерн о по площад и распространени я водоносног о горизонта , та к ка к в данны х условия х депрессионны е 69 кривы е перемещаютс я во времен и параллельн о себ е (квазистацио нарны й режим) . Обще е понижени е в скважин е составляе т S 0 = S 7 -I-S" , что схематичн о показан о н а рис . 31. Понижени е S' обусловлен о те м сопротивлением , которо е пре одолеваетс я пр и движени и вод ы по пласт у к скважине , пониже ни е S" - осушение м пласт а (безнапорны е воды ) ил и изъятие м вод ы пр и упруго м режим е (напорны е воды) . В некоторы х гидрогеологически х условия х это т процес с пони жени я уровн я подземны х во д може т сильн о замедлитьс я и даж е приостановиться , т. е. дви жени е стане т установив шимся . Например , есл и во доносны й пласт , из которог о откачиваетс я вода , нахо дитс я в гидравлическо й свя з и с потоко м грунтовы х вод , которы й в естественны х условия х проходи л "транзи том" , т о пр и образовани и депресси и это т пото к час тичн о ил и полность ю може т привлекатьс я к водозабор у Рис. 31. (см . рис . 16) . В эти х усло виях , есл и деби т водозабор а не превышае т естественног о расход а потока , т о чере з некоторо е врем я наступае т стабилизаци я уровне й вод ы в скважинах . Подобно е ж е явлени е имее т мест о в те х случаях , когд а уро вен ь грунтовы х во д располагаетс я н а тако й небольшо й глубине , что испарени е с поверхност и грунтовы х во д в естественны х усло вия х был о равн о питани ю их атмосферным и осадками . Пр и обра зовани и депресси и испарени е с поверхност и грунтовы х во д умень шитс я ил и прекратитс я и, следовательно , возникне т питани е водо носног о горизонт а инфильтрацие й атмосферны х осадков . Есл и отбо р вод ы не превосходи т величин ы этог о питания , то чере з некоторо е врем я произойде т стабилизаци я уровне й вод ы в скважи на х водозабора . Следуе т имет ь в виду , что стабилизаци я понижени й в рассмот ренны х выш е случая х объясняетс я равенство м отбор а вод ы из скважи н увеличени ю питани я водоносног о горизонт а пр и эксплуа тации . Есл и усилени я питани я водоносног о горизонт а пр и обра зовани и депрессионно й воронк и н е происходит , т о независим о от расход а естественног о поток а стабилизаци и понижени й н е насту пает . Глава V ГИДРАВЛИЧЕСКИ Е МЕТОД Ы Пр и определени и эксплуатационны х запасо в гидравлически е метод ы применяютс я дл я установлени я зависимост и понижени я в скважин е о т е е дебит а и расчет а взаимодействи я скважин . КРИВЫ Е ДЕБИТ А Деби т скважин ы и понижени е уровн я вод ы в не й связан ы функционально й зависимостью . В гидрогеологическо й литератур е понижени е обычн о рассматриваетс я ка к аргумент , а деби т - ка к функция , что был о правильно , когд а н е существовал о насосов , способны х поднимат ь вод у с большо й глубины . В эти х случая х задавалис ь понижением , лимитированны м предело м всасывани я насоса , и определял и соответствующи й ем у деби т скважины . В на стояще е врем я в связ и с широки м применение м глубинны х насо сов положени е радикальн о изменилось . Поэтом у пр и расчета х сле дуе т задаватьс я дебито м скважин ы ка к элементо м эксплуатацион ны х запасо в подземны х во д и определят ь соответствующе е ем у понижени е динамическог о уровн я вод ы в скважине . Эт о н е тольк о правильн о по существ}', н о и удобне е дл я расчетов , та к ка к дл я того, чтоб ы рассчитат ь деби т скважин ы в условия х взаимодей стви я пр и заданны х понижениях , был о б ы необходим о кажды й ра з решат ь совместн о стольк о уравнений , скольк о скважи н в зо дозаборе , что практическ и невозможн о бе з применени я машин ной математики . П о приведенны м соображения м величин у дебит а скважин ы следуе т рассматриват ь ка к аргумент , а понижени е - ка к ег о функцию . Кривы е дебита , выражающи е зависимост ь понижени я о т де бита , строятс я по данны м опытны х откачек , производящихс я ми нимумо м с двум я дебитами , и экстраполируютс я дл я определени я понижени я в скважин е пр и запроектированно м дебите . Уравнени я кривы х дебит а в напорны х и безнапорны х вода х нескольк о отли чаются . В напорны х водах , ка к эт о следуе т из формул ы Дюпюи , понижени е увеличиваетс я пропорциональн о дебиту , т. е. удельны й деби т - величин а постоянная . Определени е эксплуатационног о 7 1 ,понижени я (S 3 ) пр и эксплуатационно м дебит е (Q 3 ) связан о сле дующе й зависимость ю с понижение м (S ) и дебито м (Q ) пр и опыт ной откачке : 5 , = ^ 5 . (V , 1 ) Теоретическа я зависимост ь межд у понижение м и дебито м учи тывае т тольк о сопротивлени е движени ю вод ы в водоносно м пла сте, происходяще е пр и ламинарно м режиме , н о л е принимае т в о внимани е потер и напор а в ствол е скважины , гд е движени е тур булентно , а такж е возможност ь возникновени я турбулентност и в фильтр е и в призабойно й зоне . Исход я из того , чт о в одно й об ласт и движени я вод ы проявляетс я ламинарны й режим , а в дру гой - турбулентный , Дюпю и был а предложен а следующа я эмпи рическа я формул а дл я построени я криво й дебит а в условия х на порны х вод : S = aQ + bQ\ (V, 2 ) гд е а и b - эмпирически е параметры , определяемы е пр и опыт ны х откачках . Парамет р а ка к б ы выражае т "долю " участи я ламинарног о движения , парамет р b - турбулентног о движени я в обще м рас ход е воды . С увеличение м дебит а скважин ы рол ь турбулентног о движени я относительн о возрастает , что учитываетс я формуло й (в о второ м слагаемо м величин а Q входи т в квадрате) . Пр и Ь - 0, т. е. когд а в о все й област и фильтраци и движени е ламинар ное, зависимост ь дебит а о т понижени я оказываетс я линейной , чт о соответствуе т теоретическо й формул е Дюпю и дл я напорны х во д (V, 1). Чтоб ы построит ь криву ю дебит а и экстраполироват ь ее д о за данног о расхода , следуе т определит ь в формул е (V, 2) параметр ы а и Ь. Дл я этог о необходим о имет ь данны е о понижения х S i и S 2 при дву х расхода х Qi и Q2, что позволяе т составит ь дв а уравне ни я по формул е (V, 2) , решени е которы х дае т значени я парамет ров а и 6: U = -^9-BQ,; (V , 3 ) S-z S 1 "=jTt=-Q-;-- 4 > Дл я уменьшени я возможно й ошибк и при экстраполяци и пони - жени я н а больши й (эксплуатационный ) деби т оди н и з расходо в пр и опытно й откачк е долже н быт ь максимальны м дл я насоса , ко торы м производитс я откачка . Весьм а прос т и нагляде н графоаналитически й мето д построе ни я криво й дебит а по уравнени ю (V, 2) , предложенны й М . Е . Аль 72 товски м (1940) . Раздели в об е част и уравнени я н а Q, получи м уравнени е прямой : = а+ bQ. (V, 5 ) П о данны м откачек , произведенны х пр и дву х дебитах , вычис ляютс я отношения -Q, т. е. величины , обратны е удельны м деби там . Зате м строитс я график , по ос и ордина т которог о откладыва S/Q Рис. 32. ютс я значени я , а по оси абсцис с значени я Q (рис . 32) . Чере з полученны е точк и проводитс я прямая , начальна я ординат а кото ро й выражае т парамет р Q, а танген с угл а P раве н значени ю пара метр а Ь. Вычислят ь значени я эти х параметро в нет , однако , необ ходимости . Дл я определени я понижени я пр и проектно м дебит е достаточн о продолжит ь пряму ю д о точки , соответствующе й этом у дебиту , найт и значени е -j?-* по шкал е ордина т и зате м вычис Vs ЛИТ Ь Sg . Приведе м приме р расчета . Допустим , что пр и опытны х откач ка х с дебито м Qi = 5 л/сек и Q 2 = 8 л/сек понижени я соответствен н о был и S i = 2 м и S 2 = 4 М. Требуетс я определит ь понижени е уров н я пр и дебит е 15 л/сек. Вычисляе м 4 S 2 отношения--= V l ь £ p = -g-=0,5 . Наноси м эт и точки , имеющи е координат ы ( 5 и 0,4) и ( 8 и 0,5) н а графи к (см . рис . 32) и проводи м чере з ни х прямую , продолжа я которую , находим , что эксплуатационном у дебит у 15 л/сек соответствуе т отношени е =0,74 . Следовательно , по 73 нижени е уровн я вод ы в скважин е пр и расход е 15 л/сек составит : S 3 = 15-0,74 = 11,1 м. В условия х безнапорны х во д зависимост ь межд у дебито м и понижение м выражаетс я теоретическо й формуло й Дюпюи : п nkS(2H-S) R In Го гд е Эт у формул у можн о преобразоват ь следующи м образом : Q = mS - nS%, I n A Го Tlk In Го Пр и опытны х откачка х с двум я расходам и Qi и Q2 и соответ ственн о понижениям и S i и S 2 получи м дв а уравнения , реша я которы е совместно , определи м параметр ы т и п: Qi Q2 m = -~ + raS,. (V , 8) Реша я квадратно е уравнени е (V, 6) относительн о S , получ и м: (V, 9) П о этой формул е можн о определит ь понижени е в скважине , задавшис ь эксплуатационны м дебитом . Формуло й (V, 6) не учитываютс я возможност ь возникновени я турбулентност и движени я вод ы в призабойно й зон е (особенн о пр и больши х понижениях) , сопротивлени е фильтр а скважин ы и потер н напор а в ствол е скважин ы пр и откачке . Исключительн о боль шо е внимани е н а криву ю дебит а може т оказат ь неоднородност ь пласта , та к ка к при осушени и пласт а изменяютс я н е тольк о его мощность , но (пр и неоднородност и его в вертикально м направле нии ) и средне е значени е коэффициент а фильтрации . Есл и водопроницаемост ь пласт а с глубино й убывае т (рис . 35, в), т о при углублени и депресси и средне е значени е коэф фициент а фильтраци и уменьшается , та к ка к осушаетс я наиболе е 74 водопроницаема я - верхня я - зона . Таки е услови я характерны , например , дл я пласто в и массиво в скальны х пород , трещинова тост ь которы х с глубино й затухает . В эти х случая х прогнозируе мо е понижени е уровн я вод ы в скважин е окажетс я больше , чем определенно е по теоретическо й формул е пр и приняти и пласт а од нородны м (см . рис . 33, а). Если , наоборот , водопроницаемост ь с глубино й увеличивается , то пр и осушени и пласт а средне е зна чени е коэффициент а фильтраци и возрастае т и прогнозируемы е понижени я уровн я окажутс я преувеличенным и (см. рис . 33, б) . Та ки е услови я характерн ы дл я аллювиальны х отложени й речны х террас , которы е обычн о в свое й верхне й част и сложен ы супесям и и мелкозернистым и песками , т. е. относительн о слабопроницаемым и породами , а в нижне й - крупно зернистым и гравелистым и песками , и з которы х в основно м и питаетс я скважина . Д о те х по р пок а уровен ь вод ы в скважин е не снизитс я д о подошв ы слабо проницаемог о слоя , крива я де бит а близк а к той , котора я свой ственн а напорны м вода м (пони жени е пропорциональн о дебиту) . Следовательно , пр и экстрапо ляци и криво й дебит а в безнапор ны х вода х по теоретическо й фор мул е могу т возникат ь ошибки , имеющи е разны й знак . В связ и с эти м дл я построени я кривы х дебит а в безнапорны х водах , в тех случаях , когд а имеютс я основани я считат ь водоносны й плас т существенн о неоднородны м в Рис. 33. Кривые дебита скважин а - пр и однородност и пласта : б - пр и увеличени и водопроницаемост и с глу биной ; в - пр и уменьшени и водопро ницаемост и с глубино й вертикально м направлении , опытны е откачк и следуе т производит ь sie с двумя , а с трем я понижениями . В эти х ж е случая х целесооб разн о (особенн о в закарстованны х породах ) производит ь зональ ные опытны е откачк и ил и исследоват ь водопроницаемост ь методо м резистивнметрин . Экстраполяци ю данны х опытны х откаче к дл я построени я криво й дебит а можн о производит ь лиш ь на таку ю глубину , пр и которо й уровен ь вод ы в скважин е не падае т ниж е подошв ы слоя , водопроницаемост ь которог о боле е ил и мене е постоянна . В случаях , когд а наблюденна я крива я дебит а значительн о отклоняетс я от теоретической , можн о пользоватьс я эмпирическим и зависимостям и (Альтовскнй , 1940) . В условия х относительн о однородног о пласт а в безнапорны х вода х допустим а экстраполяция , н е превышающа я в 1,5-2 раз а максимальны й дебит , достигнуты й пр и опытны х откачках . В на порны х вода х преде л возможно й экстраполяци и повышаетс я д о 2,4- 3 раз . РАСЧЕТ ВЗАИМОДЕЙСТВИ Я СКВАЖИ Н Расче т срезо к уровне й пр и взаимодействи и скважи н п о фор мула м гидродинамик и пр и значительно й неоднородност и пласт а може т приводит ь к существенны м ошибка м пр и оценк е эксплуа тационны х запасов . Допустим , что скважин а А, и з которо й производитс я откачка , заложен а н а участке , н а которо м водопроницаемост ь поро д мень ше, чем н а участке , гд е заложен а скважин а Б (рис . 34, а) . Пьезо метрическа я кривая , рас считанна я по теоретиче ско й формул е по данны м о коэффициент е фильтра ции , определенно м в скважин е А, на некото ры й момен т времен и дол жн а занят ь положени е MN, а величин а срезк и в скважин е Б - составит е AS . В действительности , вследстви е больше й водо проницаемост и пласт а в зон е скважин ы Б пьезо метрическа я крива я рас положитс я выш е (лини я MJVI) и истинна я срезк а Рис. 34. Срезка уровней при откачках при неоднородности пласта / - уровен ь подземны х во д д о откачки ; 2-крива я депрессии , рассчитанна я по теоретическо й формуле ; 3 - фактическа я крива я депресси и (AS a ) окажетс я меньш е рассчитанно й п о теорети ческо й формуле . Эт о объясняетс я тем , что средне е значени е коэффициент а фильтраци и в зон е влияни я откачк и больше , че м определенно е опытно й откачко й из скважин ы А. Поскольк у коэф фициен т фильтраци и входи т в знаменател ь формул , по которы м определяютс я срезк и уровней , т о преуменьшени е коэффициент а фильтраци и в расчета х приводи т к завышени ю срезки . Есл и ж е откачк а производитс я из скважин ы Б , то . наоборот , действительна я срезк а в скважин е А больше , чем определенна я из предпосылк и однородност и пласт а (см. рис. 34, б) . Пр и большо м количеств е скважи н возможност ь ошибк и пр и определени и срезо к возрастает . В связ и с эти м предложени е М . Е . Альтовског о (1947 ) рассчитыват ь взаимодействи е скважи н по срезкам , непо средственн о наблюдаемы м пр и опытны х откачках , в некоторы х случая х являетс я целесообразным . Ка к указывалось , понижени е уровн я вод ы в скважин е группо вог о водозабор а слагаетс я из понижени я (S 0 ) , обусловленног о откачко й из это й скважин ы пр и работ е ее ка к одиночной , и сумм ы понижени й (срезок) , вызванны х работо й остальны х скважи н во 76 дозабор а (формул а (IV , 1). Величин а S 0 определяетс я по криво й дебит а применительн о к проектном у дебит у скважин . Срезки , на блюдаемы е пр и откачка х и з други х скважин , влияющи х н а дан ну ю скважину , должн ы быт ь увеличен ы во стольк о раз , в о сколь ко проектны е дебит ы эти х скважи н больш е дебито в пр и опытны х откачках . Допустимост ь тако й линейно й экстраполяци и и дл я без напорны х во д был а показан а ранее . Таки м образом : S = S 0 + A S 1 ^ + A S 2 ^ + .. . + AS"-gb , (V, 10) гд е AS b AS2... ASn - понижени я (срезки ) пр и опытны х откач ках ; Qi' , Qz • • • Q'n - дебит ы скважи н пр и опытны х откачках , вызвавши е эт и срезки ; Qi, Q2... Qn - проектны е дебит ы тех ж е скважин . Расче т взаимодействи я скважи н гидравлически м методо м до пусти м в те х случаях , когд а пр и опытны х откачка х достигнут а практическа я стабилизаци я уровней , что наблюдается , например , н а участках , расположенны х неподалек у о т рек , озе р и т. п. Есл и стабилизаци я н е наступила , то применени е гидравличе ског о метод а дл я расчет а взаимодействи я скважи н може т приве сти к существенном у преуменьшени ю прогнозируемы х понижени й в условия х длительно й эксплуатаци и водоносног о горизонта . В та ки х условия х расчет ы понижени й п о гидравлическом у метод у тре бую т внесени я поправо к н а изменени е уровне й вод ы в о времен и ил и контрольны х расчето в восполнени я запасо в подземны х во д балансовым и методами . Глава VI СОВМЕСТНО Е ПРИМЕНЕНИ Е ГИДРАВЛИЧЕСКИ Х И ГИДРОДИНАМИЧЕСКИ Х МЕТОДО В Ка к отмечалось , гидравлически е метод ы прогноз а понижени й уровн я вод ы в скважина х пр и эксплуатаци и наиболе е полн о и сум марн о учитываю т неоднородност ь водоносног о пласта , сопротивле ни е пр и поступлени и вод ы в скважину , явлени я турбулентности , что и являетс я основны м достоинство м эти х методов . Однак о гидравли ческим и методам и нельз я определит ь дополнительного , иногд а очен ь значительног о понижени я в скважина х водозабора , которо е обусловлен о развитие м депрессионно й воронк и в о времени . Эт а задач а може т быт ь решен а тольк о н а основ е расчето в по соответст вующи м формула м гидродинамики . Совместно е применени е гидравлически х и гидродинамически х методо в являетс я весьм а эффективным . Определя я величин у понижени й непосредственны м опытом , а ее изменени е во времен и по теоретически м формулам , м ы добиваемс я уменьшени я возмож ной погрешност и прогноза . Необходим о отметить , что судит ь о понижения х уровне й вод ы в скважин е в условия х длительно й эксплуатаци и непосредственн о по величинам , измеряемы м пр и опытны х откачка х с последующе й экстраполяцие й в о времени , можн о тольк о в те х случаях, ' когд а граничны е услови я пр и эксплуатаци и остаютс я тем и же , чт о и при опытны х откачках . Есл и во врем я опытно й откачк и депресси я не успел а распространитьс я д о грани ц водоносног о пласта , а пр и длительно й эксплуатаци и их влияни е окажетс я существенным , то экстраполяци я в о времен и понижений , установленны х при опыт ны х откачках , приведе т к ошибк е прогноза , зна к которо й зависи т от тип а грани ц пласта . В тех случаях , когд а депресси я распро странитс я д о рек и и снижени е уровне й практическ и прекратится , экстраполяци я по времен и данны х опытны х откаче к дас т преуве личенны е значени я действительны х понижени й в условия х экс плуатации . Наоборот , есл и водоносны й плас т ограниче н водоупор ным и породами , т о понижени я напоро в буду т происходит ь боле е быстрым и темпами , чем эт о можн о был о б ы предполагат ь по дан ны м опытны х откачек . 78 РАСЧЕТ ПОНИЖЕНИ Я В СКВАЖИНЕ , РАБОТАЮЩЕЙ БЕ З ВЗАИМОДЕЙСТВИ Я Понижени е в скважине , работающе й бе з взаимодействи я (S 0 ) , по Ф. М. Бочеверу , можн о выразит ь так : S 0 = S 0 H V , (VI, 1) гд е S 0 ' -понижение , определенно е по криво й дебит а дл я задан н о г о эксплуатационног о дебит а Q3 ; S 0 " - дополнительно е понижени е з а врем я о т окончани я опытно й откачк и д о конц а срока , н а которы й рассчиты ваютс я эксплуатационны е запасы . Определе н ие величин ы оо производитс я по данны м опытны х откаче к с использование м теоретически х зависимосте й понижени й о т времени . Н а основ е формул ы (IV , 6) можн о написат ь следующи е одно типны е уравнения : Z 1 = Qon \-nkm • I n 2,25а*! Го2 2,25 Z 2 = Qon 4 Kkm • I n г?" Qon 2,25 at, 4 Tikm • I n Лг гд е Z1 - понижени е уровн я вод ы в скважин е н а момен т времен и t\ от начал а опытно й откачки ; Z 2 - т о ж е чере з врем я t2 в конц е опытно й откачки ; Z 3 - понижение , которо е б ы имел о мест о в скважин е н а коне ц период а эксплуатаци и есл и б ы он а происходил а с те м ж е дебито м (Qon) , чт о и пр и опытно й откачке . Совместно е решени е эти х уравнени й с трем я неизвестным и (km, а и Z3 ) дает : Z 9 Z 2 = ( Z 2 Z 1 ) - (VI, 2) где разност ь (Z 3 - Z 2 ) выражае т увеличени е понижени я в сква жин е н а коне ц период а эксплуатаци и по сравнени ю с тем , кото ро е был о в конц е опытно й откачк и (деби т скважин ы то т же , что при опытно й откачке) . Понижени я уровне й прям о пропорциональн ы дебитам , поэтому : ^ V = = T T - о а 3> /С-э - /O2 Vo n гд е Q 3 - эксплуатационны й деби т скважины . И з (VI , 2) и (VI , 3) следует : Пр и подстановк е в формул у (VI , 1) выражени я оо получи м понижени е в скважин е пр и работ е ее ка к одиночно й н а коне ц период а эксплуатаци и t t z l l t • (VI, 5) РАСЧЕТ СРЕЗОК УРОВНЕЙ Допустим , что пр и опытно й откачк е из скважин ы с дебито м Qon чере з врем я t2 в друго й скважин е произошл о понижени е уровн я подземны х во д AZ2 . Есл и б ы откачк а производилас ь с дебито м Q9, пр и которо м предполагаетс я эксплуатироват ь скважину , т о срезк а (AS' ) з а эт о ж е врем я был а б ы больш е наблюдаемо й в о стольк о раз , в о скольк о эксплуатационны й деби т скважин ы больш е дебит а опытно й откачки . Следовательно : A S f = ^ A Z 2 . (VI, 6) Vo n З а врем я эксплуатаци и срезк а увеличитс я н а величин у AS" , величин а которо й може т быт ь определен а по формуле , аналогич но й формул е (VI , 5) : гд е AZJ - срезка , наблюденна я пр и опытно й откачк е чере з врем я 11 о т ее начала ; AZ2 - т о ж е врем я t2 (коне ц опытно й откачки ) Срезк а уровн я н а коне ц период а эксплуатаци и (^э) составит : A S = A S ' + AS" = +р vo n AZ2+(AZ2-AZ1) ^ E f f (VI, 8) Обще е понижени е в скважин е определяетс я по формул е (IV , 1) : S = S 0 + AS 1 H-AS 2 +... + AS", гд е индекс ы 1, 2,...,п соответствую т номера м скважин , откачк и из которы х вызываю т срезк и уровн я в данно й скважине . Формул у (VI , 8) можн о применят ь дл я расчето в A S тольк о в те х случаях , когд а разност ь понижени й в скважине , н а котору ю оказывае т влияни е откачк а из друго й скважин ы (AZ 2 - AZ 1 ) до 80 статочн о заметн а и може т быт ь измерен а боле е ил и мене е точно . Дл я удаленны х скважи н эт о далек о н е всегд а возможно . В та ки х случая х расче т величин ы A S долже н производитьс я ины м путем . В условия х квазистационарног о движени я пьезометрически е кривы е непрерывн о понижаются , оставаяс ь параллельным и дру г другу . Следовательно , приращени е срезк и в о времен и (AS' ) равн о приращени ю понижени я з а эт о врем я (So") в скважине , вызы вающе й срезку . Поэтом у A S = AS'+S 0 " . (VI, 9) Величин а AS ' определяет с я п о формул е (VI , 6) , величи н а S"o - п о формул е (VI , 4) . Приведе м приме р расчет а понижени я уровн я вод ы в скважин е пр и совместно м при менени и гидравлическог о и гидродинамическог о методов . Скв.1 Рис. 35. Пр и разведк е артезиански х во д пробурен о тр и разведочно эксплуатационны х скважины , расположенны е в угла х треуголь ник а н а расстояниях , показанны х н а схем е (рис . 35) . Высот а на пор а на д кровле й 4 0 м. Проектны й деби т каждо й скважин ы 20 л/сек. Скважин ы последовательн о опробован ы опытным и откачкам и в течени е 3 суто к с дебито м 15 л/сек. В табл . 9 приведен ы данны е о понижения х уровн я вод ы в сква жин е 1 в процесс е откачки . Таблица 9 Время, сутки Понижение , м 0,5 6,00 1,5 6,35 3,0 6,60 В табл . 10 приведен ы наблюденны е понижени я уровн я вод ы (срезки , м ) в скважин е 1, вызванны е откачкам и и з скважи н 2 и 3. П о криво й дебит а эксплуатационном у дебит у (20 л/сек) соответствуе т понижени е So' = 9,0 м. Определяе м по формул е (VI , 5) понижени е в скважин е 1 н а коне ц эксплуатационног о периода , принятог о /2 = 10 00 0 суто к (окол о 2 7 лет ) пр и работ е это й скважин ы ка к одиночной . S , = 9. 0 + * (6.6 0 - 6,35 ) ' ^ 0 3 T 1 ' 1 3 = 12,9 2 ж . 81 Таблица 10 Понижения уровня, м Время от начала откачки, сутки от работы скважины 2 AZ1 дг. от работы скважины 3 дг, 1,5 h 3.0 1,77 1,99 1,46 1,65 Срезк и от работ ы скважи н 2 и 3 определяе м по формул е (VI , 8) : от работ ы скважин ы 2 A-S'; = I 0 15' 1,99 ( \ QQ 1 7 Л jg_10 ОООIg 3 = 6,1 0 М; о т работ ы скважин ы 3 20 Ig 10 ООО - I g 3 ASa = 15 1,6 5 + ( 1,65 1,46) I g 3 I g 1,5 = 5,1 6 м . Обще е понижени е в скважин е 1 определяе м по формул е (VI , 1) ка к сумм у понижени я в это й скважин е пр и работ е е е ка к одиноч ной и срезо к уровня , вызванны х эксплуатацие й скважи н 2 и 3. S = S 0 + AS 2 + AS 3 = 12,92 + 6,10 + 5,1 6 = 24,1 8 м . Рассчитанно е понижени е (окол о 24-2 5 м) меньш е напор а на д кровле й (4 0 м), т. е. в течени е эксплуатаци и осушени я пласт а н е произойдет . Есл и сделат ь аналогичны е расчет ы дл я / э = 36 50 0 суто к (10 0 лет) , то величин а понижени я в скважин е 1 окажетс я 25,84 м, т. е. возрастё т лиш ь н а 25,84-24,1 8 24,18 100 = 6,9% . Таки м ж е образо м могу т быт ь рассчитан ы понижени я уровне й в скважина х 2 и 3. ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПО АНАЛОГИИ Ориентировочно е суждени е о б эксплуатационны х запаса х под земны х вод , отвечающе е требования м к их оценк е по низки м ка тегория м запасо в (С ь C 2 ) , можн о получит ь по аналоги и с дру гими , боле е детальн о изученным и участками , в частности , по которы м был и утвержден ы запас ы по промышленны м категория м (А, В) . Исключительну ю ценност ь ка к анало г имею т такж е дан ны е о работ е крупны х (групповых ) водозаборов . Опы т эксплуата ции таки х водозаборо в учитывае т в совокупност и влияни е все х факторов , о т которы х завися т эксплуатационны е запас ы и, в ча 82 стности , влияни е фактор а времен и н а понижени е уровне й вод ы в скважина х водозабора . Следуе т подчеркнуть , чт о суждени е по аналоги и допустимо , есл и сопоставляемы е участк и однотипн ы п о граничны м условия м (ти п контуро в пласта , услови я питани я и др.) , т. е. качественн о сходны , а различи я межд у участкам и тольк о количественны е (на пример , отличаютс я коэффициент ы фильтрации , мощност и водо носног о пласта , напоры , расстояни я д о рек и и т. п.) . Пр и примерн о равны х площадя х и числ е скважи н сопостав ляемы х участко в понижени я уровне й вод ы в скважина х прибли женн о могу т быт ь рассчитан ы по следующи м формулам : дл я напорны х во д ~ _ ~ Qukim1 (VI, 10) дл я безнапорны х во д Sli=Mn- У H 1 * S l V H t S 1 ) ^ . . (VI, 11) Vl f f I l Индексо м I обозначен ы параметры , относящиес я к участку , ко торы й служи т аналогом , а индексо м II-параметр ы к участку , дл я которог о даетс я оценк а эксплуатационны х запасов . Формул ы (VI , 10) и (VI , 11) отвечаю т условия м установив шегос я движения . Однак о в о многи х случая х пр и эксплуатаци и водозаборо в стабилизаци и уровне й вод ы в скважина х не наступае т вследстви е расширени я районно й депрессионно й воронк и в о вре мен и ил и увеличени я суммарног о дебит а водозабор а по мер е ввод а новы х скважин . Есл и продолжительност ь эксплуатаци и водозабора , которы й предполагаетс я использоват ь ка к анало г пр и оценк е эксплуата ционны х запасо в н а ново м участке , меньш е срока , н а которы й рассчитываютс я запасы , то к наблюдаемом у понижени ю (S 1 ) пр и расчета х по формула м (VI , 10) и (VI , 11) должн а быт ь прибав лен а величин а Sj" , выражающа я увеличени е понижени й уровне й вод ы з а врем я от момент а обследовани я водозабор а д о срока , н а которы й рассчитываютс я эксплуатационны е запасы . Эт о допол нительно е понижени е определяетс я по формуле : гд е /0 - срок , н а которы й рассчитываютс я запасы ; U врем я в течени е которог о водозабо р работае т с бо ле е или мене е постоянны м расходо м Q c p ; / э и i i - считаютс я от момента , когд а водозабо р введе н в дей ствие . Есл и расхо д водозабор а з а последне е врем я существенн о уве личился , то з а величин у Q o p можн о приближенн о принимат ь сред 83 ни й расхо д з а последни е 1-2 год а эксплуатации . Величино й /1 в формул е (VI , 2) в это м случа е считаетс я некоторо е приведенно е время , определяемо е из выражения : - Qc p ' гд е V - общи й объе м воды , откачанны й и з водозабор а з а вс е врем я его эксплуатации . В это м случа е определени е понижени я Si " по формул е (VI , 12) дае т некоторы й "запас" , оправданны й ориентировочны м характе ро м расчета . Пр и расчет е эксплуатационны х запасо в в формул ы (VI , 10) и (VI , 11) вмест о величин ы S t следуе т подставит ь сумм у S 1 H-S/' . Работ а водозабора , которы й предполагаетс я использоват ь ка к аналог , должн а быт ь тщательн о изучена . П о архивны м данны м устанавливаетс я деби т водозабор а по года м и строитс я соответ ствующи й графи к расход а вод ы в о времени . Н а большинств е круп ны х водозаборо в таки е данны е имеются . Сложне е обстои т дел о с данным и о понижения х уровне й вод ы в скважина х водозабора . Он и имеютс я лиш ь н а отдельны х водозаборах , н а которы х был и своевременн о организован ы наблюдени я з а режимо м подземны х вод . Н а момен т обследовани я водозабор а эти данны е можн о получит ь непосредственны м измерение м динамически х уровне й вод ы в скважинах . Пр и это м отметк и статически х уровне й должн ы быт ь установлен ы по архивны м материалам . Величино й S i в формула х (VI , 10) и (VI , 1! ) следуе т считат ь величин у понижени я в центрально й част и депрессии . Водопроводимост ь пласт а (/^m 1 ) можн о определит ь по фор мул е Дюпюи , рассматрива я участо к водозабор а ка к большо й колоде ц и задаваяс ь вероятно й величино й радиус а влияния . Боле е точно эт о определени е може т быт ь выполнено , есл и вн е участк а водозабор а по 2- 3 луча м заложен ы наблюдательны е скважин ы (расчет ы k{m{ в это м случа е производятс я такж е п о формул е Дю пюи по пара м наблюдательны х скважин) . Определени е проводимост и пласт а н а ново м участке , дл я ко торог о определяютс я эксплуатационны е запасы , производитс я по данны м опытны х откачек . Глава VII БАЛАНСОВЫ Е МЕТОД Ы Пр и расчета х балансовым и методам и принимается , чт о экс плуатационны е запас ы являютс я обеспеченным и пр и соблюдени и следующег о равенства : Q 9 = Q e + ^ , гд е Q 9 эксплуатационны е запасы ; (VII, 1) Q e естественны е ресурс ы подземны х вод ; V - естественны е запас ы подземны х вод ; а - дол я использовани я естественны х запасов ; t - время , н а которо е рассчитываютс я эксплуатационны е запасы . И з формул ы (VII , 1) вытекает , что эксплуатационны е запас ы обеспечен ы н а неограниченн о долги й сро к использовани я (t-*-oо), есл и они н е превышаю т естественны е ресурс ы подземны х вод . Коэффициен т использовани я естественны х запасо в (а) обычн о принимаю т в предела х 0,3-0,5 . Балансовым и методам и нельз я определит ь понижени й в сква жина х водозабора , та к ка к убыл ь вод ы пр и эксплуатаци и отно ситс я усереднеин о ко всем у балансовом у району , а н е к участк у водозабора . Поэтом у балансовы е метод ы применяютс я тольк о в сочетани и с гидравлическим и или гидродинамическим и методами . Деби т водозабор а и восполнени е запасо в пр и применени и ба лансовы х методо в рассчитываютс я отдельн о и независимо , требу етс я лиш ь получени е доказательст в равенств а (баланса ) эти х ве личин , что и принимаетс я з а критери й обеспеченност и эксплуата ционны х запасов . Дл я сопоставлени я дебит а водозабор а с естественным и запа сам и и обеспеченность ю их восполнени я необходим о знат ь кон тур ы распространени я водоносног о горизонт а и области , в предела х которо й лини и токо в подземны х во д пр и эксплуатаци и бу ду т направлен ы к водозабору . Есл и эт а област ь охватывае т вес ь водоносны й горизонт , то границ ы площад и распространени я гори зонт а являютс я одновременн о контурам и балансовог о района . Таким и условиям и характеризуются , например , небольши е арте 85 зиански е бассейн ы подземны х во д горноскладчаты х структур , конус а выноса , аллювиальны е отложени я "сухих " долин , заложен ны х в непроницаемы х коренны х породах . Есл и област ь питани я водозабор а меньш е площад и распространени я водоносног о гори зонта , то установлени е грани ц балансовог о район а являетс я до статочн о условным . ОЦЕНК А ЕСТЕСТВЕННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д Естественны е запас ы подземны х во д •- эт о объе м вод ы в пора х и трещина х водоносног о пласта , способно й вытекат ь по д дей ствие м сил ы тяжест и (гравитационна я вода) . Естественны е запас ы артезиански х во д в течени е длительног о времен и остаютс я практическ и постоянными . Запас ы грунтовы х вод , имеющи х боле е тесну ю связ ь с атмосферо й и поверхностным и водам и суши , изменяютс я в течени е год а и з а многолетни й перио д в зависимост и от метеорологически х и гидрологически х факторов , формирующи х запас ы эти х вод . Поэтому , ка к эт о показа л М . Е . Альтовский , необходим о различат ь максимальны е запас ы (пр и наиболе е высоко м положени и зеркал а грунтовы х вод) , ми нимальны е (пр и наиболе е низко м положени и зеркала) , средние , а такж е запас ы различно й обеспеченност и в том смысле , в како м эти м понятие м пользуютс я гидрологи . Ка к известно , естественны е запас ы (V e ) подземны х во д рас считываютс я по формуле : V e = ^ l Z 0 , (VII, 2) гд е V0 - объе м водоносног о пласта . Определени е объем а водоносног о пласт а обычн о н е встречае т затруднений , та к ка к пр и гидрогеологически х исследования х можн о установит ь его распространени е и мощность . Правильност ь оценк и естественны х запасо в подземны х во д в основно м зависи т от точност и определени я водоотдачи . Определени е водоотдач и поро д являетс я трудно й задаче й и отсутстви е ее удовлетворительног о решени я являетс я главны м пре пятствие м пр и оценк е естественны х запасо в подземны х вод . Существующи е метод ы определени я водоотдач и горны х поро д подразделяютс я па : 1) лабораторные ; 2) основанны е н а наблюдения х з а режимо м грунтовы х вод ; 3) основанны е н а опытны х откачках . Лабораторны е метод ы применим ы тольк о дл я определени я во доотдач и песков , пр и это м нарушени е естественно й структур ы песк а пр и загрузк е его в лабораторны й прибо р може т существен но искажат ь результат ы определения . Водоотдач а може т быт ь определен а по данны м наблюдени й з а режимо м грунтовы х во д с достаточно й дл я практик и точностью , 86 есл и расхо д подземны х во д выражаетс я не чере з коэффициент ы фильтраци и горны х пород , а определяетс я непосредственны м изме рение м (Биндемаи , 1952) . Дл я период а (обычн о зимнего) , когд а питани е грунтовы х во д практическ и прекращаетс я и происходи т сработк а их естественны х запасов , водоотдач а може т быт ь опреде лен а по уравнению : ^ = T F b (V" , 3) где Qe - средни й расхо д подземног о поток а в зон е разгрузк и з а врем я t\ AV0 - объе м пласта, осушенног о з а это время. Величин а AV0 определяетс я по данны м о понижени и зеркал а грунтовы х вод , дл я чего должн ы быт ь организован ы наблюдени я з а их режимо м в област и распространени я водоносног о горизон та . Площадь , в предела х которо й определяетс я величин а AV7 , ограничиваетс я водоразделам и (Ai и A2) грунтовы х во д (рис . 36) . В тех случаях , когд а водоупорно е лож е подземног о поток а ле жи т выш е уровн я ре к и пото к разгружаетс я источниками , выхо дящим и в склонах , расхо д Q e може т быт ь установле н непосред ственн о замерам и дебито в источников . Есл и подземны й пото к вы ходи т в реку , то об этой величин е можн о судит ь по увеличени ю расход а рек и на участк е выклинивани я подземног о потока . Дл я этог о выш е и ниж е участк а реки , к котором у направле н подземны й сток, оборудуютс я гидрометрически е створы , н а которы х ведутс я систематически е наблюдени я з а расходо м реки . Разност ь расхо дов рек и н а эти х створах , усередненна я з а врем я t, выражае т величину QeСледуе т отметить , что боле е ил и мене е надежны е дан ные можн о получит ь тольк о в тех случаях , когд а приращени е рас хода рек и соизмерим о с е е расходом . Описанны й мето д имее т известны е преимуществ а по сравнени ю с методо м Г. Н . Каменског о (1943) , которы м был о предложено , пользуяс ь уравнение м неустановившегос я движени я грунтовы х во д 8 7 в конечны х разностях , определят ь водоотдач у н а балансово м уча стк е в период , когд а питани е грунтовы х во д прекращается . В тео ретическо м отношени и это т мето д достаточн о обоснован , однак о н а практик е он може т приводит ь к существенны м ошибкам , та к ка к в формулу , которо й пользуютс я дл я расчето в водоотдачи , коэффициент ы фильтраци и и градиент ы поток а входя т в разно стях . Эт о предъявляе т требовани я к точност и определени я коэф фициенто в фильтраци и по расчетном у профил ю балансовог о уча стка . Даж е относительн о небольши е изменени я коэффициент а фильтраци и по профил ю п о отношени ю к его средне й величин е мо гут вызыват ь весьм а существенну ю погрешност ь в определени и водоотдачи . Поэтом у применени е расчето в в конечны х разностя х дл я определени я водоотдач и може т производитьс я лиш ь в слу чая х достаточн о однородног о пласта , приче м коэффициент ы фильтраци и должн ы быт ь определен ы опытным и откачкам и в пре дела х верхнег о и нижнег о элемент а балансовог о участка . П . А. Киселевы м (1951 ) и Н . А. Плотниковы м (1955 ) реко мендуетс я определят ь водоотдач у по скорост и движени я индика тора , загружаемог о в наблюдательну ю скважин у и улавливаемог о в скважине , и з которо й производитс я откачка . Однак о в эти х ус ловия х определяетс я не водоотдач а (емкостна я характеристика) , а активна я пористост ь пород ы (динамическа я характеристика) , что не одн о и то же . Пр и фильтраци и вод ы движени е происходи т чере з вс е сечени е пор , з а исключение м оболоче к прочн о связанно й воды . Пр и осушени и пласт а в стыка х зере н пород ы и особенн о в мелкозер нисты х прослойках , всегд а имеющихс я в осадочны х порода х в сил у услови й их образования , остаетс я капиллярн о подвешен на я вода , котора я зате м частичн о расходуетс я испарением . По этом у водоотдач а песчаны х пород , ка к эт о был о показан о лабора торным и опытам и многи х исследователей , значительн о меньш е активно й пористости . Основны м недостатко м метод а индикаторо в являетс я отсут стви е учет а неоднородност и пласта . Индикато р распространяетс я по отдельны м слоя м и прослоя м с повышенно й водопроницаемо сть ю и по крупны м трещина м во мног о ра з быстрее , чем в "сред нем " по пласту , что не соответствуе т основно й предпосылке , при нято й при вывод е формул ы водоотдачи . Особенн о эт о относитс я к трещиноваты м породам . Ка к известн о из гидравлики , скорост ь движени я вод ы в тре щин е пород ы пропорциональн а квадрат у ее ширины . Следова тельно , в трещин е ширино й 1 мм вод а буде т двигатьс я в 100 ра з быстрее , чем в трещин е ширино й 0,1 мм. Межд у те м объе м воды , вытекани е которо й характеризуе т водоотдач у породы , в сравни ваемы х трещина х отличаетс я тольк о в 10 раз . Таки м образом , возможна я ошибк а пр и определени и водоотдач и по скорост и фильтраци и настольк о значительна , что индикаторны й мето д не може т рассматриватьс я даж е ка к приближенный . 88 Наиболе е достоверн о величин а водоотдач и горны х поро д мо же т быт ь определен а н а основ е наблюдени й з а понижение м уров ней вод ы в наблюдательны х скважина х пр и опытны х откачка х (Биндеман , 1962) . Это т метод , имеющи й строго е теоретическо е обо снование , очен ь прос т и доступен . О н примени м дл я услови й без напорны х вод , гд е эксплуатаци я водозаборо в приводи т к осушени ю пласта , т. е. к сработк е естественны х запасов . Наблюдени я з а уров не м вод ы в процесс е откачк и производятс я в дву х скважинах , рас положенны х по луч у и находящихс я н а расстояния х п (ближня я скважина ) и г2 (дальня я скважина ) от центральной , понижени я уровне й в которы х обозначи м соответственн о S i и S 2 . Есл и производит ь откачк у с постоянны м дебито м Q, то пони жени е уровн я вод ы в наблюдательно й скважин е чере з некоторо е врем я t о т начал а откачк и составит : ()_ _ , 2,2Шср1 S = S f гсрc 1 " ^ • (V"' 4 ) гд е hcр - средня я мощност ь водоносног о пласта . И з формул ы (VII , 4) водоотдач а (р.) выражается : 1 2,2bkhcpt AnkhcpS1 n fi = In - Q . (VII, 5) Ка к отмечалось , пр и откачк е из скважин ы с постоянны м рас ходо м образуетс я область , концентрическ и распространяющаяс я с течение м времени , в которо й уровн и подземны х во д понижаютс я с той ж е скоростью , что и в скважине , и з которо й производитс я откачка . Поэтом у разност ь уровне й в наблюдательны х скважина х чере з некоторо е врем я оказываетс я постоянной , хот я движени е продолжае т оставатьс я неустановившимся , поскольк у уровн и по нижаются . Пр и это м тип е движения , названны м В . Н . Щелкач е вы м квазистационарным , применим ы формул ы установившейс я фильтрации . Выража я величин у Khcv по формул е Дюпюи , полу чим : г2 ^p= ^"Дт - (vn'6) Подстави в выражени е Kh c p в формул у (VII , 5) , посл е соот ветствующи х алгебраически х преобразовани й получим : 2S , Qt / Г 1 \S>-S2 ^ = O 8 2 4 T ^ r a (77 ) < V I 1 ' 7 > Обозначи в безразмерну ю величин у 2S , 8 9 формул у (VII , 7) можн о представит ь в следующем , удобно м дл я расчето в виде : ^ TfH^rss-• < VI 1 ' 8> Tn Коэффициен т дл я различны х значени й определяетс я по ко в по данны м опытно й откачки : Q=IOO O м?/суткщ t = 2 суток ; наблюдательны е скважин ы располагаютс я н а расстояния х /*i = 2 5 м и г2 = 5 0 м; понижени я уровне й вод ы в ни х н а коне ц от качк и соответственн о был и S i = 1,5 м и S 2 = 0,9 м. Вычисляе м 5 15 г S ^ S T = Т,5-0,9 " ^ 2 ' 5 ' П о график у (см . рис . 37 ) п р и - 2 - = 1 50 2 ' 1 = "25" = 2 находи м соответствующе е значени е {3 = 0,0077. П о формул е (VII , 8) имеем : Водоотдач а поро д являетс я емкостно й характеристико й поро ды , поэтом у он а н е може т зависет ь н и от мощност и пласта , н и от коэффициент а фильтрации , что ясн о показываю т формул ы (VII , 7) и (VII , 8) , в которы е указанны е параметр ы н е входят . Следовательно , любы е погрешности , которы е могл и б ы возникнут ь при определени и коэффициент а фильтраци и и средне й мощност и водоносног о пласта , изменяющихс я в о времен и вследстви е осуше ни я пласта , н е влияю т н а величин у водоотдачи , есл и ее определят ь по изложенном у выш е методу . Вс е величины , входящи е в фор мул ы (VII , 7) и (VII , 8)--расстояни я д о наблюдательны х сква жин , расхо д скважины , понижени е уровне й в скважина х и врем я опытно й откачк и - определяютс я очен ь прост о и достаточн о точно. Предлагаемы й мето д определени я основываетс я н а то м ж е уравнени и (IV , 6) , которы м пользуютс я дл я расчет а коэффициен та уровнепроводност и (а у ) с последующи м вычисление м р из вы ражени я Khc о ^ = Tа l - ^ v i 1 ' 9 ) В формул е (VII , 9) вс е величин ы считаютс я постоянными . В действительност и ж е средня я мощност ь водоносног о пласт а пр и откачк е в условия х безнапорны х во д непрерывн о изменяетс я (уменьшается ) по мер е осушени я пласта . Следовательно , в фор мул е (IV , 6) , п о которо й определяетс я понижени е уровн я вод ы в зон е влияни я откачки , величин а hcр сам а зависи т от понижения , а не являетс я константой . 90 Рис. 37. Допущени е постоянств а средне й мощност и водоносног о пласт а при определени и коэффициент а уровнепроводност и вполн е оправ дано , та к ка к пр и расчета х понижени й уровне й вод ы в скважина х парамет р ау входи т в формул у по д знако м логарифма , а потом у и неточност ь его определени я н е имее т практическог о значения . Инач е обстои т дел о пр и определени и коэффициент а водоотда чи, которы й входи т в формул у (VII , 5) по д знако м логарифма . Пр и расчет е |л даж е небольши е погрешност и в значени и Я с р весьм а ощутим о сказываютс я н а величин е ji. Поскольк у естественны е за пас ы подземны х во д прям о пропорциональн ы водоотдач е (VII , 2) , то ошибк а в ее определени и приводи т к тако й ж е ошибк е пр и оценк е эти х запасов . Чт о касаетс я выбор а расстояни й д о наблюдательны х скважи н и продолжительност и откачки , то , учитыва я размер ы зоны , гд е движени е подземны х во д к скважин е можн о рассматриват ь ка к квазистационарное , расстояни е д о дальне й наблюдательно й сква жин ы (r 2 ) пр и длительност и опытно й откачк и окол о 2 суто к можн о принимат ь дл я песчаны х поро д 25-3 0 м, а дл я скальны х (трещиноватых ) - 50-7 0 м; ближня я наблюдательна я скважин а располагаетс я примерн о посередин е межд у дальне й и централь но й скважинами . В трещиноваты х порода х желательн о имет ь дв а луч а наблюдательны х скважин : оди н в направлени и преобладаю ще й трещиноватости , друго й перпендикулярн о ему . Откачк у сле дуе т производит ь с постоянны м расходом , н е допуска я измене ний дебит а боле е 10% о т средне й величины . Откачк у можн о пре кратить , когд а разност ь понижени й уровне й вод ы (но н е сам и понижения ) в наблюдательны х скважина х стабилизуетс я во вре мени. ОЦЕНК А ЕСТЕСТВЕННЫХ РЕСУРСОВ ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д Естественны е ресурс ы подземны х во д можн о оценит ь либ о по питани ю водоносног о горизонт а инфильтрацие й атмосферны х осад ко в и поглощени ю вод ы из рек , либ о по расход у поток а подземны х вод. Последни й мето д имее т несомненно е преимуществ о по сле дующи м соображениям . Питани е водоносног о горизонт а осуществляетс я н е тольк о инфильтрацие й атмосферны х осадко в и поглощение м поверхност ног о стока , по и путе м перетекани я из выше и нижерасположен ны х водоносны х горизонто в чере з относительн о слабопроницаемы е сло и вследстви е разност и напоро в в водоносны х горизонтах . В об ласт и распространени я водоносног о горизонт а може т происходит ь н е тольк о его пополнение , но и расходовани е вод ы ка к путе м перетекани я в смежны е водоносны е горизонты , та к и путе м испа рения . П о приведенны м соображения м оценк а ресурсо в подзем ны х во д по величин е питани я атмосферным и осадкам и ил и по поглощени ю поверхностног о сток а може т приводит ь в одни х слу 92 чая х к занижени ю естественны х ресурсов , в други х - к их завы шению . Пр и оценк е естественны х ресурсо в по расход у поток а подзем ны х во д питани е и расходовани е подземны х во д в области , распо ложенно й выш е створа , в которо м определяетс я расход , учиты ваетс я по совокупности , интегрирование . Расхо д естественног о потока , измеренны й в зон е разгрузк и подземны х вод , характеризуе т естественны е ресурс ы водоносног о горизонт а в целом . Отношени е этог о расход а (в л/сек) к площад и распространени я водоносног о горизонт а (в км2) называетс я мо дуле м подземног о стока . ОПРЕДЕЛЕНИ Е РАСХОД А ПОТОК А П О ДАННЫ М О КОЭФФИЦИЕНТ Е ФИЛЬТРАЦИ И ВОДОНОСНОГ О ПЛАСТ А Ка к известно , расхо д подземног о поток а выражаетс я форму лой : Q e = ^ + **?'../ , (VII.10 ) гд е ku k2- средни е коэффициент ы фильтраци и пласт а в дву х поперечны х сечения х потока , расположенны х пер пендикулярн о направлени ю движени я вод , т. е. по линия м равног о напор а (гидронзогипса м ил и гид роизопьезам) ; Wi и W2-площади эти х сечений ; I - средни й напорны й градиен т (уклон ) поток а межд у расчетным и сечениями . ' = (VII, 11) гд е АН - разност ь напоро в подземны х во д в расчетны х сечениях ; /-расстояни е межд у этим и сечениями . Есл и коэффициент ы фильтраци и пород , мощност и водоносно го пласт а и уклон ы поток а существенн о изменяютс я по его фрон ту, то обще е сечени е поток а следуе т разделит ь н а элементы , в предела х которы х характеристик и можн о принят ь боле е пл и мене е постоянными . Расче т расход а производитс я по формул е (VII , 10) дл я каждог о выделенног о элемента , а зате м элементар ны е расход ы суммируются . Определени е коэффициенто в фильтраци и производитс я методо м опытны х откачек . Напорны е градиент ы поток а устанавливаютс я по карт е гидроизогип с и гидроизопьез . Площад и поперечног о сечени я поток а определяютс я планиметрирование м гидрогеологиче ски х разрезов . Есл и значени я коэффициенто в фильтраци и изме няютс я по вертикали , то по каждо й из эти х вертикале й вычисля етс я средневзвешенно е значени е коэффициента , которо е и прини маетс я в дальнейши х расчетах . Наиболе е точны м являетс я расче т расход а поток а по профи ля м водопроницаемости , т. е. пр и выделени и н а профил е изоли ниям и средни х значени й коэффициенто в фильтраци и дл я опреде ленны х зон . Это т мето д целесообразн о применять , например , дл я Есл и плас т однородны й и мощност ь его изменяетс я в неболь ши х пределах , то : Q e =M c p S/ , (VII. 12) гд е h C p -средня я В - ширин а мощност ь потока ; фронт а потока . Расхо д поток а прям о пропорционале н коэффициент у фильтра - ции, значени е которого , ка к показывае т практика , существенн о изменяетс я н а весьм а коротки х расстояниях . В связ и с эти м рас чет поток а по формула м (VII , 10) и (VII , 12) може т имет ь доста точну ю дл я практик и точност ь лиш ь дл я отдельны х сравнительн о небольши х участков , н а которы х произведен ы детальны е разведоч ны е работ ы и опытны е откачки . ОПРЕДЕЛЕНИ Е РАСХОД А ПОТОК А П О СКОРОСТ И ЕГ О ДВИЖЕНИ Я Скорост ь движени я вод ы в пора х ил и трещина х пород ы опре деляетс я путе м введени я индикатор а в скважин у и наблюдени й з а изменение м его концентраци и в друго й скважине , расположен ной ниж е по потоку . Расхо д потоко в определяетс я по формуле : Q e = ^ f f l ' (VII, 13) •Го гд е P 0 - активна я пористост ь (ил и коэффициен т трещиноватости ) породы ; о; - площад ь поперечног о сечени я потока ; U - средня я скорост ь движени я вод ы в пора х ил и трещина х породы . Активна я пористост ь рыхлы х поро д равн а разност и межд у пористость ю пород ы и содержание м в ней связанно й (пленочной ) воды . С увеличение м крупност и части ц пород ы одновременн о уменьшаетс я ка к пористост ь (вследстви е возрастани я неоднород ности состава) , та к и содержани е связанно й вод ы (вследстви е уменьшени я удельно й поверхност и частиц) , поэтом у активна я пористост ь в песка х разно й крупност и и гравелисты х отложени й отличаетс я мал о и находитс я обычн о в предела х 0,30-0,35 . Коэффициен т трещиноватост и (скважности ) скальны х поро д изменяетс я в весьм а широки х предела х (от тысячны х доле й единиц ы д о 0,10) . 94 Определени е расход а поток а по скорост и ег о движени я имее т ря д недостатков , основным и из которы х являютс я следующие : 1) дл я трещиноваты х поро д это т мето д неприменим , та к ка к многообрази е размеро в трещи н и неравномерност ь скоросте й дви жени я вод ы в ни х н е позволяю т рассматриват ь движени е инди катор а ка к характеризующе е средню ю скорост ь движени я вод ы в пласте , что необходим о дл я применени я формул ы (VII , 13) ; 2) участок , н а которо м производитс я опыт , имее т размер ы несоизмерим о малы е с размерам и фронт а поток а (ширин а потока , несущег о индикато р межд у загрузочно й скважино й и наблюда тельной , меньш е дву х диаметро в скзажины , т. е. практическ и не превосходи т 0, 5 м) ; 3) пр и движени и индикатора , особенн о пр и малы х скоростя х фильтрации , существенно е значени е имею т сорбци я и диффузи я индикатора ; 4) скорост ь движени я подземны х во д в большинств е случае в незначительн а (например , в песк е пр и коэффициент е фильтраци и 15 м1сутки пр и характерны х дл я подземны х во д уклона х подзем ног о поток а порядк а 0,001 и активно й пористост и 0,30 скорост ь движени я подземны х во д составляет : ^=Qg Q '0,001=0,0 5 м/сутки). Таки м образом , есл и скважин ы расположит ь даж е весьм а близк о дру г от друг а (например , н а расстояни и 1 м), опы т долже н продолжатьс я н е мене е 2 0 суток , приче м характеристик а расход а поток а был а бы получен а дл я крайн е малог о участка . Следовательно , определят ь естественны й расхо д поток а под земны х во д по скорост и их движени я нецелесообразно . ОПРЕДЕЛЕНИ Е ЕСТЕСТВЕННЫ Х РЕСУРСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д ИЗМЕРЕНИЕ М РАСХОД А И Х ПОТОК А В ЗОН Е ДРЕНИРОВАНИ Я В тех случаях , когд а в речны х долина х водоупорно е лож е по ток а подземны х во д располагаетс я выш е горизонт а рек и ил и это т пото к разгружаетс я источникам и на контакт е со слабопроницае мым и породам и (например , в нижне й част и конусо в выноса) , рас хо д поток а можн о определит ь непосредственным и измерениям и дебито в источников . Наблюдени я з а режимо м источнико в следуе т производит ь н е мене е года . В те х случаях , когд а водоносны й горизон т разгружаетс я не посредственн о в реку , дл я определени я естественны х ресурсо в подземны х во д можн о применят ь гидрологически е методы , которы е имею т дв е модификации : а ) расче т по разност и расходо в реки , дренирующи х водонос ный горизонт , замеренны х н а дву х гидрометрически х створах ; б) расче т по метод у расчленени я гидрограф а реки . Определени е расход а подземног о поток а по результата м на блюдени й з а расходо м ре к н а дву х гидрометрически х створа х основан о н а том , что в период ы отсутстви я поверхностног о сток а 95 (например , зимой ) приращени е расход а н а участке , ограниченно м гидрометрическим и створами , равн о величин е подземног о питани я рек , т. е. расход у подземног о потока . Это т мето д имее т следующи е ограничения : 1) питани е рек и со сторон ы берега , противоположног о тому , дл я которог о опреде ляетс я расхо д подземног о потока , отсутствуе т ил и може т быт ь установлен о независимо ; 2) рек а дренируе т тольк о оди н водонос ны й горизонт ; 3) питани е происходи т из другог о горизонт а (на пример , нижележащего) , то он о може т быт ь принят о н а участк е межд у створам и постоянным ; 4) приращени е расход а рек и н а уча стке, ограниченно м гидрометрическим и створами , значительн о и отличаетс я о т расход а рек и в верхне м створ е н а величину , в нескольк о ра з превышающу ю возможну ю погрешност ь измерени я расход а рек и гидрометрическим и приборами . Указанны й мето д особенн о примени м в карстовы х районах , гд е сто к небольши х ре к и ручье в формируетс я в основно м з а счет выклинивани я подземног о потока . Пр и это м ввид у значительны х изменени й расход а подземны х во д в о времен и наблюдени я з а стоком ре к должн ы быт ь достаточн о длительным и (н е мене е года , а дл я характеристик и многолетни х изменений , обычн о подчиняю щихс я периодическо й закономерности , в течени е нескольки х лет) . Одновременн о желательн о вест и наблюдени я з а режимо м кар стовы х во д по скважинам , расположенны м в област и распростра нени я водоносног о горизонта . Определени е естественны х ресурсо в грунтовы х во д н а основ е анализ а гидрограф а рек и был о впервы е применен о в 1887- 1888 гг. В . Г. Шуховым , Е . ККнорр е и КЭ. Лембк е пр и рабо та х по проектировани ю Московског о городског о водопровод а в Мытищах . В летню ю засух у и зимой , когд а рек а питаетс я з а счет дренировани я подземны х вод , ее расхо д выражае т естествен ны е ресурс ы подземны х вод . Очевидно , что таки м образо м опре деляетс я минимальна я величин а эти х ресурсов , та к ка к в перио ды прекращени я питани я грунтовы х во д их сто к в рек и меньше , чем в средне м з а год . Определени ю естественны х ресурсо в подземны х во д по вели чине питани я ре к посияще н ря д исследовании , обзо р которы х содержитс я в работа х Б . И . Куделпп а (1949, I960) . И м предло жен о анализироват ь гидрогра ф рек и с привлечение м данны х по режим у грунтовы х во д в прибрежно й зоне , т. е. решат ь задач у оценк и естественны х ресурсо в подземны х во д комплексны м методом . Приращени е расход а па том пли ином участк е в меженны й перио д характеризуе т расхо д подземны х во д тольк о в это т период . Име я данны е об изменения х мощносте й поток а и градиен то в по наблюдения м з а режимо м грунтовы х вод , можн о опреде лит ь величин у подземног о сток а в други е период ы года . В о врем я паводко в величин а подземног о сток а може т имет ь отрицательно е значение , та к ка к в прибрежно й зон е образуетс я укло н подзем ного поток а от реки в глуб ь берега . 96 Основно е достоинств о метод а Б . И . Куделин а заключаетс я в том , что расхо д поток а подземны х вод , выражающи й их естественны е ресурсы , определяетс я непосредственно , а н е чере з коэф фициен т фильтраци и водоносног о пласта . Возможны е ошибк и пр и определени и расход а рек и обычн о не превосходя т 5-10% , в то врем я ка к пр и выбор е среднег о значени я коэффициент а фильтра ции или величин ы инфильтраци и дл я большог о район а можн о ошибитьс я в нескольк о раз . Однако , есл и в район е имеетс я нескольк о водоносны х горизонтов , то отнесени е величин ы подзем ног о сток а к том у ил и ином у водоносном у горизонт у являетс я весьм а условным , особенн о в те х случаях , когд а разветвленна я систем а притоко в рек и дренируе т боле е высок о расположенны е горизонты , част о маломощны е и н е представляющи е интерес а дл я водоснабжения . Мето д Б . И . Куделин а в основно м применяетс я дл я региональ ной оценк и естественны х ресурсо в подземны х вод , та к ка к дае т некотору ю усредненну ю дл я большо й площад и величин у их пита ния , и поэтом у являетс я с это й точк и зрени я весьм а ценным . Дл я определени я естественны х ресурсо в н а отдельны х участка х водо носног о горизонт а (чт о рассматриваетс я в наше й работе ) исполь зоват ь это т метод , ка к правило , н е представляетс я возможным , та к ка к размер ы зон ы влияни я водозабор а обычн о несоизмерим о мал ы по сравнени ю с площадью , дл я которо й эти м методо м оп ределяетс я величин а естественны х ресурсов . ОПРЕДЕЛЕНИ Е ЕСТЕСТВЕННЫ Х РЕСУРСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д П О ВЕЛИЧИН Е ПИТАНИ Я ВОДОНОСНОГ О ГОРИЗОНТ А АТМОСФЕРНЫМ И ОСАДКАМ И Есл и водоносны й горизон т получае т питани е инфильтрацие й атмосферны х осадков , то его естественны е ресурс ы выражаются : Qe = WF 1 (VII, 14) где W -инфильтраци я атмосферны х осадко в н а единиц у пло щад и зеркал а водоносног о горизонт а в единиц у времени ; F - площад ь област и питани я водоносног о горизонта , опре деляема я по гидрогеологическо й карте . Непосредственно е определени е величин ы W производитс я в ли зиметрах . Однак о распространени е лизиметрически х наблюдени й на вс ю област ь питани я може т быт ь сделан о тольк о очен ь услов но, та к ка к поглощени е атмосферны х осадков , зависи т от целог о ряд а факторов : микрорельеф а (в о впадина х инфильтраци и зна чительн о больше , чем н а возвышения х рельефа) , растительности , характер а почвенног о покров а и глубин ы залегани я грунтовы х вод . Покровны е образовани я част о представлен ы суглинками , н а границ е которы х с подстилающим и их боле е проницаемым и поро дам и могу т образовыватьс я капиллярноподвешенны е воды , зате м испаряющиеся . 97 Длительност ь лизиметрически х наблюдени й н е укладываетс я в обычны е срок и изысканий , межд у те м тольк о многолетни е на блюдения , проведенны е пр и это м в различны х гидрогеологиче ских , геоморфологически х и геоботанически х условиях , могу т дат ь боле е ил и мене е надежны е результаты . Поэтом у вполн е естествен но , чт о лизиметрически е метод ы н е нашл и применени я в практик е изысканий , производящихс я дл я оценк и эксплуатационны х запа со в подземны х вод . Други м методо м определени я величин ы инфильтраци и явля ютс я расчет ы п о формула м установившегос я и неустановившегос я движени я грунтовы х вод , предложенны е Г. Н . Каменски м (1943) . Есл и известн ы уровн и 3 вод ы в тре х скважинах , рас положенны х по направле ни ю поток а грунтовы х вод , т о в условия х установивше гос я движени я W-- h-?- Л, ~ L - х Рис. 38. L (Vll, 15 ) обозначени я н а рис. 38. Есл и скважин ы расположен ы н а равны х расстояниях , т. е. X=-TT , то Лз2). Перепише м эт о выражени е в следующе м виде : Wx = k h£- hf - k 2х (VII, 16) (VII, 17) Лева я част ь уравнени я (VII , 17) выражае т количеств о воды , поступающе й в единиц у времен и путе м инфильтраци и н а поверх ност ь грунтовы х во д в предела х участк а длино й х. Права я част ь уравнени я представляе т собо й разност ь расход а притекающи х к балансовом у участк у и оттекающи х от нег о подземны х вод . Формул а (VII , 17) соответствуе т услови ю однородност и пла ста . В случа е неоднородност и пласт а в горизонтально м направле нии он а должн а быт ь записан а следующи м образом : /г,2 -A1 ь /г,- h, Wx=Iz l 2х Л" 2х ' (VII, 18) гд е k\ - коэффициен т фильтраци и пласт а н а участк е скважи н 1 и 2; ki i - т о ж е н а участк е скважи н 2 и 3. 98 Величин а инфильтрации , есл и е е определят ь по формул е (VII , 18) , пропорциональн а разност и расходов , поэтом у дл я е е расчет а требуетс я весьм а высока я точност ь определени я коэффи циенто в фильтрации , что може т быт ь показан о н а примере . Допустим , что в скважинах , находящихс я на расстояни и л-= 100 м дру г о т друга , превышени я уровне й грунтовы х во д на д водоупоро м выражаются : hi = 9,2 м; Zi2=IO1O м\ ft3=ll,0 м. Коэф фициент ы фильтраци и ^ = 1 5 м/сутки, ^ n =1 0 м/сутки (эт и значе ни я удовлетворяю т уравнени ю криво й депрессии) . Расче т по фор мул е (VII , 18) дае т величин у инфильтрации : W= 0,00 1 м/сутки, т. е. 36 5 мм/год. Есл и произвест и тако й ж е расче т по формул е (VII , 16) пр и средне м значени и коэффициент а фильтраци и k = - - = = 12,5 м/сутки, то получи м W = - 0,003 5 м/сутки. Н а основани и этог о можн о был о б ы ошибочн о заключить , что водоносны й гори зон т не тольк о лише н инфильтрационног о питания , а , наоборот , с его поверхност и происходи т убыл ь вод ы путе м испарения , вы ражающаяс я величино й 1,27 м/год. Средне е значени е коэффициент а фильтраци и (12, 5 м/сутки) в рассмотренно м пример е отличаетс я о т крайни х значени й (10 и 15 м/сутки) тольк о н а 20% , что лежит , вообщ е говоря , в преде ла х точност и определени я этог о коэффициент а даж е пр и хорош о проведенны х опытны х откачках . Эт о показывает , что даж е сравни тельн о небольши е и трудн о учитываемы е на практик е изменени я проницаемост и пласт а оказываю т огромно е влияни е н а определяе му ю величин у питани я грунтовы х во д [W ) и могу т приводит ь н е тольк о к неточным , но и к абсурдны м выводам . Поэтом у приме нят ь формул у установившегос я движени я подземны х во д дл я рас чето в их питани я атмосферным и осадкам и рекомендоват ь нельзя . Наблюдени я з а режимо м грунтовы х во д позволяю т применят ь дл я расчет а W формул ы неустановившегос я движения , в конеч ны х разностя х предложенны е Г. Н . Каменски м (1943) . В это м случа е возможна я ошибк а от незнани я ил и недостаточн о точног о учет а неоднородност и пласт а пр и определени и W мене е суще ственна , че м пр и расчета х по формул е установившегос я движения . Величин а W определяетс я по формуле : ^ ^ H W ^ + ^ S A / ) , (VII, 19) гд е Ah - изменени е уровня , происходяще е з а отрезо к времен и At-, Ax -расстояни я межд у сечениям и 1-2 и 2-3 . Остальны е обозначени я т е же , что в формул е (VII , 16) . Представи м формул у (VII , 19) в развернуто м вид е пр и раз личны х коэффициента х фильтраци и на участка х 1-2 ( k = k\) и 2- 3 (k = k n ) : 9 9 + ^ г ' 1 * . . ^ ) (V" . 20 , Выражени е в скобка х в формул е (VII , 20 ) представляе т собо й разност ь расходо в воды , оттекающе й о т балансовог о участк а и притекающе й к нему . В отличи е о т формул ы установившегос я движени я эт а разност ь пр и неустановившемс я движени и входи т в формул у н е множителем , а слагаемым . Абсолютно е значени е первог о слагаемог о в формул е (VII , 20 ) в период ы резког о повышени я уровн я грунтовы х во д значительн о больше , че м второго . Поэтом у неточност ь определени я коэффициенто в филь траци и пласт а в эти х условия х н а определяему ю величин у пита ни я грунтовы х во д влияе т меньше . Основно е значение , ка к эт о ясн о и з формул ы (VII , 20) , имее т точност ь определени я водоот дач и (ц) . Повышени е уровн я грунтовы х во д происходи т в основно м посл е снеготаяни я и може т рассматриватьс я ка к мер а величин ы питания . К этом у вывод у можн о прийти , есл и в формул е (VII , 20 ) в соответстви и с высказанным и соображениями , считат ь второ е слагаемо е равны м нулю . В это м случа е W^tAh. At ' (VII j 21 ) гд е Ah - наблюдаемо е повышени е уровн я грунтовы х во д посл е снеготаяни я з а врем я At. Расче т инфильтраци и по формул е (VII , 21 ) дае т нескольк о преуменьшенно е значени е величин ы W, та к ка к н е учитывае т по нижение , связанно е с оттоко м вод ы в направлени и к естественны м дрена м - рекам , озера м и т. п. Величин у отток а можн о прибли зительн о учесть , есл и считат ь ег о таки м же , ка к и в предшест вующи й зимни й период . Пр и это м услови и расче т инфильтраци и следуе т производит ь п о формуле : г = " " + , ( vn , 22 ) гд е Лг - величина , н а котору ю уровен ь грхнтовы х во д снизилс я з а врем я At з а счет отток а по водоносном у пласту . Величин а Д г може т быт ь определен а по график у режим а грун товы х во д (рис . 39) . Лини я снижени я уровн я з а врем я t0 , равно е времен и повышени я уровн я грунтовы х вод , должн а быт ь продол жен а д о точки , соответствующе й максимум у уровня . Величин а Az выражаетс я длино й ab . Пр и пользовани и предлагаемы м методо м необходим о учиты ват ь следующи е соображения . Повышени е уровн я грунтовы х во д зависи т н е тольк о от коли честв а просочившейс я воды , но и о т разност и приток а и отток а вод ы в рассматриваемо м сечени и водоносног о пласта . Есл и б ы депрессионна я крива я был а прямо й линией , т. е. разност ь приток а и отток а был а равн а нулю , то был о б ы совершенн о безразлично , в како м сечени и определят ь величин у инфильтрации . В действи тельност и депрессионна я крива я в условия х инфильтраци и явля етс я выпукло й криво й (эллипсом) , поэтом у в каждо м сечени и отто к из данног о элемент а к расположенном у ниж е по поток у больше , чем прито к к нем у из вышерасположенног о элемента . Че м ближ е к реке , дренирующе й грунтовы е воды , те м больш е разност ь эти х расходо в и те м меньш е пр и прочи х равны х условия х повы шени е уровн я по д влияние м инфильтрации . T ЯнВпрь Фебрам Мирт /впредь Май \Июм /lkpcm L*. -t1O ^-Ls lO/чJ*-> "J Рис. 39. Н а водораздельно м участк е грунтовы х во д повышени е их уров - ня по д влияние м инфильтраци и достигае т максимума , та к ка к разност ь приток а и отток а близк а к нул ю (поверхност ь во д почт и горизонтальная) . Повышени е уровн я грунтовы х во д зависи т о т глубин ы их за легани я от поверхност и земли , котора я пр и весьм а близко м за легани и лимитируе т его повышение . Ка к отмечалос ь авторо м (1960) , н а некоторо й глубин е повышени е уровн я грунтовы х во д по д влияние м инфильтраци и достигае т максимума , а зате м по мер е увеличени я глубин ы амплитуд ы колебани й уменьшаютс я вследстви е регулирующе й рол и зон ы аэрации . Амплитуд а коле бани й характеризуе т питани е пр и тако й глубин е залегания , гд е ее величин а являетс я максимальной . Исход я и з эти х соображений , рекомендуетс я определят ь вели чину питани я водоносног о горизонт а пр и соблюдени и следующи х условий : а ) н а участках , гд е поверхност ь грунтовы х во д близк а к горизонтальной , т. е. вдал и от рек ; б) пр и глубина х залегани я грунтовы х во д в конц е зимнег о период а порядк а 2- 4 м. 101 Величин а инфильтрационног о питани я грунтовы х во д по изло женно й методик е всегд а буде т определен а с некоторы м преумень шением , т. е. восполнени е запасо в грунтовы х во д оцениваетс я до статочн о осторожно . Действительно : 1) поверхност ь грунтовы х во д никогд а н е бывае т идеальн о горизонтальной ; 2) наблюденно е повышени е уровн я може т и н е оказатьс я максимальным ; 3) отто к грунтовы х во д в перио д повышени я уровн я всегд а нескольк о больш е отток а в предвесенни й период , т. е. величин а Az опреде ляетс я с некоторы м занижением . Есл и режи м грунтовы х во д характеризуетс я н е тольк о весен ни м подъемом , н о и повышениями , связанным и с инфильтрацие й дождевы х осадков , то дл я каждог о период а подъем а уровн я грун товы х во д должн ы быт ь произведен ы аналогичны е расчеты , а за те м величин ы (Ah + Az) просуммированы . Среднегодова я вели чин а инфильтраци и може т быт ь определен а по формуле : W= у. 4 I g f - Mjcymm. (VII, 23 ) Толщин а сло я воды , просачивающейс я в водоносны й горизон т в те чени е год а (у), выражается : у = IOOOfi 2 + Az) мм. (VII, 24 ) В формула х (VII , 23 ) и (VII , 24 ) величин ы Ah и Az выражен ы в метрах , В некоторы х случая х (например , дл я сопоставлени я подзем ног о и поверхностног о стоков ) целесообразн о выражат ь величин у питани я подземны х во д модуле м подземног о стока : Mn= 0,0317у , (VII, 25 ) гд е Ma - модул ь подземног о сток а с 1 км2 в л/сек. Приме р расчет а величин ы питани я грунтовы х во д з а годич ны й период . Н а рис . 4 0 приведе н графи к колебани й уровн я грун товы х во д в наблюдательно й скважин е (райо н Ленинграда) . Водоносны й горизон т приуроче н к послеледниковы м мелко зернисты м пескам , глубин а его залегани я 1,5-2,0 м от поверх ност и земли . Величин а недостатк а насыщени я н е определялась . Учитывая , что дл я мелкозернисты х песко в эт а величин а обычн о находитс я в предела х 0,10-0,15 , приме м р = 0,12. В течени е год а Таблица И ',сутки 0054 0017 0024 наблюдалис ь тр и период а повышени я уровн я грунтовы х вод : в апреле-мае , в июле-август е и во второ й половин е октября . Н а график е пунктиро м показан ы линии , характеризующи е подземны й сто к в те периоды , по кото ры м определен ы значени я А/г + Аг. В табл . 11 приведе ны величин ы инфильтраци и з а эт и периоды , определен ны е по формул е (VII , 22) . Таки м образом , в пери од, следующи й з а снеготая нием , инфильтраци я состав лял а 5,4 мм/сутки, в о врем я лет н их дожде й 1,7 мм/сутки, а осень ю увеличилас ь д о 2,4 мм/сутки. Годово е питани е грунто вы х во д атмосферным и осадкам и п о формул е (VII j 24 ) составляет : у = 10 ООО • 12 (0,9 0 + 0,3 5 + 4-0,30) = 186 мм. Модул ь подземног о стока по формул е (VII , 25) : M n = 0,0317-18 6 = = 5, 9 л/сек с 1 км1. Изложенна я методик а определени я пнфильтрацн онног о питани я грунтовы х во д дае т возможност ь опре. делит ь минимальное , т. е. гарантированно е значени е величин ы питания . В это м ее преимуществ о пере д методо м расчето в в конеч ны х разностях , гд е в сил у невозможност и достаточн о точн о учест ь фильтрацион ну ю неоднородност ь пласта , w'ungodA юушэмшо WW1 щрйOQ о U ая. т е или ины е ошибк и неизбежны , приче м зна к их остаетс я неизве стным . Друго е преимуществ о этог о метод а заключаетс я в том , что дл я оценк и питани я подземны х во д можн о использоват ь большо е числ о наблюдательны х скважин , размещенны х н а площад и в раз 103 личны х условиях , тогд а ка к расчет ы в конечны х разностя х можн о производит ь лиш ь н а балансовы х участках , н а которы х опытным и откачкам и определен ы коэффициент ы фильтрации . ОПРЕДЕЛЕНИ Е ЕСТЕСТВЕННЫ Х РЕСУРСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д П О ВЕЛИЧИН Е ПОГЛОЩЕНИ Я ПОВЕРХНОСТНОГ О СТОК А Поглощени е вод ы из ре к в некоторы х случая х являетс я основ ны м источнико м питани я подземны х вод . Особенн о типичн ы в это м отношени и район ы распространени я карста , в которы х нередк о рек и полность ю поглощаются . В горны х долинах , н а участка х их расширения , происходи т поглощени е вод ы из реки , а зате м мощ ны й подрусловы й пото к внов ь выходи т в рек у пере д участко м сужени я долины . Дл я определени я величин ы питани я подземны х во д н а реках , из которых , суд я по общи м гидрогеологически м условиям , воз можн о питани е водоносног о горизонта , оборудуетс я нескольк о гидрометрически х створов . П о разност и расходо в вод ы в эти х створа х можн о судит ь о величин е потер ь вод ы из реки , т. е. о питани и подземны х вод . Наблюдени я н а гидрометрически х створа х необходим о произ водит ь ка к миниму м в течени е года , а пр и большо й изменчивост и сток а - в течени е нескольки х лет . Глава VIII ОПРЕДЕЛЕНИ Е ОСНОВНЫ Х РАСЧЕТНЫ Х ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИ Х ПАРАМЕТРО В Основным и параметрам и водоносног о пласт а пр и оценк е экс плуатационны х запасо в гидродинамическим и методам и являютс я коэффициент ы фильтрации , пьезопроводности , уровнепроводност и и приведенны й радиу с влияния . В некоторы х случая х дл я напор ны х водоносны х горизонто в целесообразн о определят ь коэффи циен т водопроводимости , по д которы м понимаетс я произведени е коэффициент а фильтраци и н а мощност ь водоносног о пласта . Эт о возможн о потому , что в расчетны е формул ы дл я напорны х во д входи т непосредственн о произведени е коэффициент а фильтраци и н а мощность . В зависимост и о т гидрогеологически х услови й тре буетс я определят ь в одни х случая х тольк о коэффициен т фильтра ции, в други х - коэффициен т фильтраци и совместн о с коэффици енто м пьезопроводност и или коэффициенто м уровнепроводности . Ограничитьс я тольк о определение м коэффициент а фильтраци и можн о в случаях : 1) расположени я водозабор а вблиз и водотоко в и водоемов , с которым и подземны е вод ы имею т гидравлическу ю связь , та к ка к пр и это м услови и довольн о быстр о наступае т установившеес я дви жение ; 2) наличи я безнапорны х водоносны х горизонтов , заключенны х в песках , гравийно-галечны х отложениях , проницаемы х по порам , та к ка к в эти х порода х водоотдач а изменяетс я в небольши х пре дела х и коэффициен т уровнепроводност и може т быт ь вычисле н непосредственн о но формул е (IV , 2) ; 3) применени я метод а аналогии . Коэффициен т фильтраци и совместн о с коэффициенто м уровне проводност и (пьезопроводности ) определяетс я во все х случаях , есл и эксплуатаци я водозабор а буде т происходит ь в условия х неустановившегос я движени я и коэффициен т уровнепроводност и н е може т быт ь определе н по формул е (IV , 2) . т. е.: а ) пр и эксплуа таци и водозаборо м напорног о водоносног о горизонт а вдал и от его грани ц (неограниченны й пласт ) ил и горизонта , ограниченног о непроницаемым и контурами ; б) пр и эксплуатаци и водозаборо м безнапорног о водоносног о горизонта , приуроченног о к трещинова ты м породам . 105 В некоторы х случая х в напорны х водоносны х горизонтах , кро м е указанны х расчетны х параметров , следуе т определят ь коэф фициен т перетекания . Определени е этог о коэффициент а целесо образн о тогда , когд а расчет ы по упругом у режим у приводя т к вы вод у о необеспеченност и запасов , а литологическо е строени е слои сто й толщ и и соотношени е напоро в таково , что имеютс я основани я предполагат ь возможност ь перетекани я (например , есл и водонос ны е горизонт ы разделен ы маломощным и слоям и песчаны х гли н ил и трещиноваты х мергелей , аргиллитов , особенно , есл и эт и раз деляющи е сло и выклиниваютс я и в ни х имеютс я та к называемы е "окна") . Кром е того , перетекани е следуе т учитыват ь такж е в те х случаях , когд а прито к вод ы из другог о водоносног о пласт а мо же т существенн о ухудшит ь качеств о вод ы намеченног о к эксплуа таци и горизонта . Следуе т такж е отметить , чт о та к ка к перетекани е приводи т к установившемус я режиму , вмест о коэффициент а перетекани я може т быт ь непосредственн о определе н приведенны й радиу с влия ни я (Ru). Наиболе е точн о эт и параметр ы могу т быт ь получен ы в резуль тат е проведени я опытны х рабо т - откаче к и наблюдени й з а вос становление м уровня . П о своем у назначени ю откачк и подразде ляютс я н а пробные , опытны е и опытно-эксплуатационные . П р о б н ы е о т к а ч к и производятс я дл я предварительно й оценк и водоносност и вскрытог о горизонт а и качеств а подземны х вод . Цель ю опытны х откаче к является : 1) установлени е зависимост и дебит а скважин ы от понижени я уровн я вод ы в ней (крива я дебита) ; 2) определени е коэффициенто в фильтраци и и водопроводимо сти водоносны х горизонтов ; 3) определени е коэффициент а пьезопроводност и ил и уровне проводности ; 4) определени е приведенног о радиус а влияния ; 5) определени е величи н срезо к уровн я в предела х участк а воз можног о расположени я водозабор а пр и совместно й работ е экс плуатационны х скважин ; 6) определени е та к называемог о "внутреннег о сопротивления" , возникающег о по д влияние м фильтр а скважин ы и процессов , про текающи х в призабойно й зоне . О п ы т н о э к с п л у а т а ц и о н н ы е откачк и проводятс я в особ о сложны х гидродинамически х и гидрохимически х условия х дл я определени я возможны х изменени й динамическог о уровн я и качеств а вод ы во врехмени. Таки е откачк и следуе т проводит ь пр и отсутстви и постоянны х источнико в восполнения . Методик а откаче к (выбо р тип а откачк и - одиночна я ил и кустовая , количеств о и положени е наблюдательны х скважин , продол жительност ь откачек , количеств о понижений , их последователь ность ) определяютс я целевы м назначение м откачки , стадие й про ведени я рабо т и гидрогеологическим и условиями . Последни е определяю т режи м движени я подземны х во д пр и опытны х откач ках , в зависимост и о т особенносте й которог о назначаютс я основ ны е методически е положени я проведени я откачек . РЕЖИ М ДВИЖЕНИ Я ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д ПРИ ОПЫТНЫХ ОТКАЧКАХ Процес с развити я депрессионно й воронк и в о врем я опытно й откачк и являетс я достаточн о сложным , та к ка к формировани е де прессионно й поверхност и происходи т по д воздействие м ряд а фак торов , важнейшим и и з которы х являютс я осушени е пласт а (в без напорны х водах ) ил и влияни е упругог о режим а ( в напорны х водах) . Однак о даж е пр и непродолжительны х откачка х с постоян ны м дебито м (порядк а нескольки х суток ) в зоне , окружающе й скважину , режи м движени я подземны х во д приобретае т квазиста ционарны й характер , т. е. кривы е депресси и перемещаютс я парал лельн о дру г другу , а поэтом у расчет ы коэффициент а фильтраци и могу т производитьс я по формула м установившегос я движения . Размер ы зоны , в которо й практическ и наступил о квазистацио нарно е состояние , завися т от литологическог о состав а водовме щающи х пород , гидравлическог о характер а горизонт а и продол жительност и откачки . Так , пр и продолжительност и откаче к 1-2 суто к радиу с это й зон ы колеблетс я о т 20 д о 100 м в безнапорны х вода х и о т 20 0 д о 1500 м в вода х напорных . Пр и длительны х откачках , которы е про изводятс я дл я прогноз а понижени й уровн я в эксплуатационны х скважина х во времени , размер ы воронк и депресси и становятс я стол ь значительными , что в некоторы х случая х н а ее формирова ни е начинаю т оказыват ь существенно е влияни е процесс ы перете кани я из ниже и вышележащи х горизонто в и границ ы водонос ног о пласт а в плане . Процесс ы перетекани я приводя т к стабилизаци и понижени я в центральны х и наблюдательны х скважинах , влияни е ж е грани ц пласт а може т быт ь различным . Есл и скважин а расположен а бли з реки , то происходи т быстра я стабилизаци я уровня ; пр и непрони цаемо м контуре , наоборот , скорост ь понижени я уровн я во времен и возрастает . И з анализ а режим а движени я подземны х во д пр и откачка х ясно , что требовани е в любы х гидрогеологически х условия х про изводит ь откачк у д о установившегос я дебит а и понижени я явля етс я совершенн о необоснованным , та к ка к во многи х случая х стабилизаци я уровн я пр и постоянно м дебит е ил и стабилизаци я дебит а пр и постоянно м уровн е може т произойт и чере з десятк и лет . Поэтом у мнени е о том , что откачку , котора я был а прекращен а д о стабилизаци и уровней , следуе т считат ь "некондиционной" , оши бочно . Кром е того , нужн о учитывать , что тольк о откачк а пр и неустановившемс я режим е може т дат ь обоснованны е данны е дл я прогноз а развити я депрессионно й воронк и во времени . 107 МЕТОДИК А ОТКАЧЕК ПРОБНЫ Е ОТКАЧК И И з целевог о назначени я пробны х откаче к (предварительна я оценк а водоносност и вскрыты х горизонто в и качеств а воды ) сле дует , что они проводятс я дл я выбор а водоносны х горизонто в и участко в дл я проведени я разведочны х работ . Эт и откачк и прово дятс я из одиночны х скважи н с одни м понижение м уровн я н а поисково й стади и и в некоторы х случая х н а стади и предваритель ной разведки . Продолжительност ь пробны х откаче к составляе т 1- 3 смены . ОПЫТНЫ Е ОТКАЧК И Опытны е откачк и являютс я основны м видо м гидрогеологиче ски х работ , проводящихс я н а стади и предварительно й и деталь ной разведк и подземны х вод . Опытны е откачк и подразделяютс я н а откачк и и з одиночны х скважи н и кустовые . Последни е обла даю т рядо м преимущест в пере д одиночными , та к ка к позволяю т исключит ь влияни е фильтр а скважин ы и призабойно й зоны . Фильт р вноси т дополнительно е сопротивление , процесс ы суффози и в призабойно й зон е могу т привест и к увеличени ю водопроницае мости , а процесс ы уплотнени я грунт а пр и бурени и - к уменьше нию водопроницаемости . Неуче т эти х факторо в може т существен но повлият ь н а величин у определяемы х параметров . Поэтому , дл я решени я большинств а перечисленны х выш е за да ч целесообразне е проводит ь кустовы е откачки . Исключени е составляю т тольк о откачки , которы е проводятс я дл я определени я зависимост и межд у дебито м и понижением , а н а стади и предва рительно й разведк и - откачк и дл я определени я коэффициент а фильтрации , та к ка к н а это й стади и н е нужн а больша я точност ь в определени и коэффициент а фильтрации . В опубликованно й лите ратур е (Тененбаум , Гринбаум ; 1965) имеютс я рекомендаци и об отказ е от наблюдательны х скважи н пр и откачках , проводимы х с цель ю определени я коэффициент а фильтрации . Однак о эт и реко мендаци и получен ы н а основани и анализ а материало в очен ь небольшог о количеств а откаче к и не учитываю т также , что кусто вы е откачк и позволяю т охарактеризоват ь коэффициен т фильтра ции на значительн о больше й площади , чем одиночные . Кром е того , следуе т имет ь в виду , что, ка к показывае т практика , пра вильны й расче т коэффициент а пьезопроводности , сопротивлени я фильтр а скважин ы и призабойно й зон ы и срезк и уровн я при при менени и гидравлическог о метод а оценк и эксплуатационны х запа сов подземны х во д можн о произвест и тольк о пр и наличи и наблю дательны х скважин . Таки м образом , н а стади и детально й разведки , ка к правило , должн ы проводитьс я кустовы е откачки , причем , в качеств е наблю дательны х должн ы по возможност и использоватьс я пробуренны е 108 н а участк е разведочны е и разведочно-эксплуатационны е скважины . Особенн о эт о относитс я к глубокозалегающи м артезиански м во доносны м горизонтам , гд е бурени е специальны х наблюдательны х скважи н стои т очен ь дорого . Пр и проектировани и наблюдательны х скважи н следуе т учи тывать , что имеющиес я в литератур е (Веригин , 1962) рекоменда ции о расположени и наблюдательны х скважи н обязательн о п о лу чам , нормальны м к направлени ю поток а ил и совпадающим и с ним , являютс я неверными . Количеств о луче й и их положени е опреде ляетс я тольк о степень ю однородност и водоносног о горизонта , гра ничным и условиям и и схемо й водозабора . В однородны х пластах , когд а водозабор ы располагаютс я н а большо м удалени и от гра ни ц водоносног о горизонта , достаточн о имет ь оди н лу ч и з 2- 3 наблюдательны х скважин , расположенны х по лини и заложени я водозаборны х скважин . Пр и расположени и водозабор а у рек и расстояни е межд у центрально й и наблюдательно й скважинам и в луче , параллельно м реке , н е должн о превышат ь расстояни я о т скважин ы д о реки . Дан ны е о б изменени и уровн я в наблюдательны х скважинах , располо женны х н а то м ж е расстояни и д о реки , что и центральна я сква жина , позволяю т рассчитыват ь параметр ы бе з учет а естественны х колебани й уровня , та к ка к амплитуд а колебани я в обеи х скважи на х одинаковая . Второ й лу ч наблюдательны х скважи н пр и разведк е прибреж ны х водозаборо в целесообразн о расположит ь по направлени ю от водозабор а к реке . Тако е ж е направлени е луч а желательн о имет ь и в то м случае , есл и границ а пласт а представлен а не рекой , а кон такто м с другим и отложениями . И , наконец , в трещиноваты х породах , част о обладающи х ани зотропным и фильтрационным и свойствами , желательн о имет ь дв а луч а наблюдательны х скважи н - по основном у направлени ю тре щииоватост и н перпендикулярн о этом у направлению . Расстояни е межд у наблюдательными скважинам и и продол жительност ь опытны х откаче к взаимосвязаны . Наблюдательны е скважин ы следуе т располагат ь таки м образом , чтоб ы они , во-пер вых, оказалис ь в зон е квазистационарно й фильтрации , что в зна чительно й мер е облегчае т расче т гидрогеологически х параметров , во-вторых , чтоб ы абсолютны е величин ы понижени й уровн я в них был и достаточн о велики . Есл и принят ь условие , что понижени е в перво й наблюдатель ной скважин е должн о составлят ь н е мене е 20% , а во второ й н е мене е 10% от понижени я в центрально й скважине , то дл я назна чени я расстояни й д о наблюдательны х скважи н можн о руковод ствоватьс я таблице й 12. Расположени е наблюдательны х скважи н н а рекомендуемы х расстояния х позволяе т охарактеризоват ь сравнительн о большу ю зону . Однак о в те х случаях , когд а понижени е в центрально й сква жин е невелико , а следовательно , и понижени я в наблюдательны х 109 Таблица 12 .Максимальное расстояние, м Породы скважин ы 1 скважины 2 Мелко и среднезернисты е песк и Напорны е 80 150 Безнапорны е 10 15 Крупнозернисты е песк и Напорны е 200 450 Безнапорны е 15 30 Гравийно-галечниковы е отложе - Напорны е 200 450 ния Безнапорны е 25 40 Трещиноваты е пород ы Напорны е 80 150 Безнапорны е 30 50 скважина х и особенн о их изменени я в о времен и крайн е малы , ре комендуетс я закладыват ь ещ е одн у наблюдательну ю скважин у в непосредственно й близост и о т центрально й н а расстояни и 8 - 10 ж в безнапорны х горизонта х и 25-3 0 м напорных . В безнапор ны х водоносны х горизонта х большо й мощност и в те х случаях , когд а расстояни я д о наблюдательны х скважин , приведенны е в табл . 12, меньш е величин ы мощност и водоносног о горизонта , дл я определени я значени я "внутреннег о сопротивления " целесо образн о имет ь такж е наблюдательну ю скважину , расположенну ю от центрально й н а расстоянии , равно м мощност и горизонта . Пр и рекомендованны х расстояния х межд у скважинам и опытну ю от качк у дл я определени я коэффициент а фильтраци и можн о прово дит ь в напорны х вода х в течени е одни х суток , а в безнапорны х - в течени е дву х суток . Однако , есл и учест ь возможну ю неоднород ност ь пласта , продолжительност ь откачк и следуе т нескольк о уве личить , приня в ее в безнапорны х горизонта х трое-четвер о суток , в напорны х двое-тро е суток . Дл я определени я коэффициент а пьезопроводност и (уровнепроводности ) продолжительност ь откачк и должн а быт ь нескольк о увеличена , в связ и с тем , чт о в это м случа е необходим о имет ь данны е п о изменени ю уровн я во вре мени . Дл я получени я данны х дл я расчет а коэффициент а пьезо проводност и (уровнепроводности ) откачк у в напорны х горизон та х следуе т проводит ь в течени е трех-пят и суток , а в безнапор ны х пяти-десят и суток , пр и это м откачк а може т быт ь закон чена раньше , есл и в течени е одних-дву х суто к н е буде т проис ходит ь изменени я уровн я в скважина х при постоянно м дебите . Приведенна я выш е продолжительност ь откаче к являетс я ори ентировочной . В каждо м конкретно м случа е следуе т корректиро ват ь продолжительност ь опытны х откачек , исход я и з целевог о назначени я и режим а движени я подземны х вод . Хороши м спосо бо м анализ а являетс я построени е в о врем я откачк и график а зави симост и S=f(\gt). Откачк а должн а проводитьс я с постоянны м максимальны м дл я данног о насос а дебитом . В о врем я откачк и допускаетс я от Н О клонени е от этог о дебит а н е боле е чем н а 10%Насосно е оборудо вани е следуе т подбират ь таки м образом , чтоб ы обеспечивалос ь понижени е в центрально й скважин е по крайне й мер е н а 3- 4 м. Замер ы уровне й проводятс я во врем я откачк и первы е дв а час а чере з 10 минут , последующи е двенадцат ь часо в чере з ча с и дале е д о конц а откачк и чере з два-тр и часа . Посл е окончани я откачк и обязательн о должн ы быт ь прове ден ы наблюдени я з а восстановление м уровня . Замер ы уровн я про водятс я с о следующим и интервалами : первы е пятнадцат ь мину т чере з минуту , дале е в течени е час а чере з пят ь минут , зате м чере з час . Количеств о понижени й уровн я зависи т о т целевог о назначе ни я откачек . Опытны е откачк и с нескольким и понижениям и уров ня следуе т проводит ь тольк о в тех случаях , когд а цель ю откачк и являетс я установлени е зависимост и дебит а скважин ы от пониже ни я уровн я в ней . Кром е того , откачк у с двум я понижениям и целесообразн о проводит ь и дл я определени я коэффициент а фильтра ции безнапорны х водоносны х горизонтов , приуроченны х к трещи новаты м порода м в целя х установлени я характер а изменени я фильтрационны х свойст в с глубиной . Однак о эт о имее т смыс л тольк о в то м случае , когд а имеетс я возможност ь создат ь боль ше е понижение , равно е 40-50 % мощност и водоносног о гори зонта , и обеспечит ь достаточн о значительну ю разниц у в величи на х понижений . Откачк и дл я установлени я зависимост и межд у дебито м и понижение м следуе т проводит ь н а дв а понижени я уровня , а в без напорны х водоносны х горизонтах , приуроченны х к трещиноваты м породам , - некотору ю част ь откаче к н а тр и понижени я уровня . К этом у вывод у авто р прише л на основани и анализ а данны х 5 0 опытны х откачек , проведенны х в самы х разнообразны х гидро геологически х условия х (артезиански е бассейн ы платформенног о тип а и горноскладчаты х областей , водоносны е горизонт ы в отло жения х речны х долин , конуса х вынос а и пролювиальны х шлей фах ) с трем я понижениям и уровня , при которы х наблюдалас ь криволинейна я зависимост ь межд у дебито м и понижение м (Язвин , 1965) . Отметим , что сопоставительны е результат ы расчето в де бито в по данны м указанны х откаче к с двум я и трем я пониже ниям и уровн я при понижениях , в два-тр и раз а превышающи х понижени я при опытны х откачках , показал и в абсолютно м боль шинств е случае в расхождени е н е боле е 10% . Аналогичны е результат ы получилис ь и пр и проверочны х рас четах , когд а по данны м дву х понижени й определялс я дебит , соот ветствующи й третьем у понижению , и это т деби т сравнивалс я с фактическим . Таки е проверочны е расчет ы был и сделан ы дл я 2 5 откачек , в которы х максимально е понижени е в 1,5-2,0 раз а превышал о опытное . Расхождени е межд у рассчитанны м и фактически м деби том в сем и случая х н е превысил о 3% , в пят и - составил о о т 3 д о 111 5% , в десят и - от 5 д о 10% , в двух - 10-11 % и тольк о в одно м случа е - 23% . Интересно , что это т единственны й случа й прихо дитс я н а мергельно-мелово й безнапорны й водоносны й горизонт , т. е. н а безнапорны й горизон т в трещиноваты х породах , гд е водо проводимост ь с глубино й уменьшается . Использованно е в анализ е количеств о опыто в (50 и 25 ) пр и полученно м распределени и отклонени й показало , что в 90-97 % случае в расхождени е в определени и дебито в пр и откачк е с двум я понижениям и по сравнени ю с откачко й с трем я понижениям и составляе т мене е 10% . Таки м образом , приведенны е выш е цифр ы красноречив о гово ря т о том , что проведени е откаче к н а тр и понижени я уровн я дае т уточнени я величи н дебит а в предела х точност и гидрогеологически х расчето в Поэтом у дл я установлени я зависимост и дебит а о т понижени я необходим о и достаточн о в большинств е случае в про водит ь откачк у н а дв а понижени я уровня . Одн о и з понижени й должн о быт ь максимальн о возможным , второ е н е мене е чем в два-тр и раз а меньш е максимальн о возможног о и вмест е с те м н е мене е одног о метра . В случае , есл и пр и увеличени и понижени я буде т наблюдатьс я увеличени е удельног о дебита , откачк у н а меньше м понижени и следуе т повторить , предварительн о добив шис ь восстановлени я статическог о уровня . Ка к отмечалось , пр и проведени и откаче к из безнапорны х горизонто в в трещиноваты х порода х некоторо е их количеств о сле дуе т проводит ь н а тр и понижени я дл я определени я изменени я ха рактер а трещиноватост и с глубино й *. Большо е значени е пр и проведени и откаче к с двумя-трем я понижениям и имее т последовательност ь понижений . Откачк у во все х случая х следуе т начинат ь с меньшег о понижения . Эт о связан о с тем , что пр и переход е о т большег о понижени я уровн я н а мень ше е происходи т восстановлени е уровня , вызванно е уменьшение м дебита . В таки х случая х наблюдаетс я временна я стабилизаци я уровня , вызванна я уменьшение м дебита , что в некоторы х случая х приводи т к совершенн о неправильны м вывода м о б установив шемс я режим е движени я подземны х вод . ОПЫТНО-ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Е ОТКАЧК И Опытно-эксплуатаиионны е откачк и из одно й ил и нескольки х скважи н следуе т проводит ь тольк о в сложны х гидрогеологиче ских условиях . В просты х гидрогеологически х условиях , которы е могу т быт ь легк о представлен ы в вид е расчетно й схемы , прово * Мы специально подробно остановились на вопросе о количестве понижений, так ка к практик а рассмотрени я отчетов в ГК З показывает , что очень част о при изыскания х проводятс я откачки с трем я понижениями уровн я там , где это совсем не определяетс я целевым назначением откачек. Это приводит к излишним затрата м государственны х средств. 12 дит ь опытно-эксплуатационны е откачк и нецелесообразно . Пр и проектировани и опытно-эксплуатационны х откаче к в сложны х гидрохимически х условия х следуе т имет ь в виду , что в большин ств е случаев , даж е пр и очен ь близко м расположени и контур а ми нерализованны х или загрязненны х во д в план е от водозабора , врем я передвижени я этог о контур а измеряетс я годами . Поэтому , опытно-эксплуатационны е откачк и с цель ю установлени я опытны м путе м возможног о изменени я качеств а подземны х во д следуе т проводит ь тольк о пр и наличи и опасност и подсос а минерализован ны х во д в вертикально м разрез е или в случа е расположени я во дозабор а в близко м (нескольк о соте н метров ) расстояни и от реки , несуще й загрязненны е воды . В это м случа е по направлени ю от водозабор а к рек е долже н быт ь пробуре н ря д наблюдательны х скважин . Опытно-эксплуатационны е откачк и должн ы проводитьс я с одни м максимальн о возможны м дебитом , близки м к проектному . Продолжительност ь их составляе т один-два , а иногд а и несколь ко месяцев . РАСЧЕТ КОЭФФИЦИЕНТОВ ФИЛЬТРАЦИИ , ВОДОПРОВО Д ИМОСТИ, УРОВНЕПРОВОДНОСТ И И ПЬЕЗОПРОВОДНОСТ И Расчет ы коэффициент а фильтраци и могу т проводитьс я п о фор мула м ка к установившегос я движения , та к и по формула м неуста новившейс я фильтрации . Коэффициен т пьезопроводност и (уров непроводности ) рассчитываетс я тольк о по формула м неустановив шейс я фильтраци и подземны х вод . РАСЧЕ Т КОЭФФИЦИЕНТ А ФИЛЬТРАЦИ И П О ФОРМУЛА М УСТАНОВИВШЕЙС Я ФИЛЬТРАЦИ И В то м случае , есл и в зон е расположени я наблюдательны х скважи н наступи л квазистационарны й режим , коэффициен т филь траци и можн о определят ь по известны м формула м Дюпю и дл я установившегос я движения . Пр и откачк е из одиночно й скважин ы в формул е Дюпю и з а радиу с влияни я следуе т считат ь его при веденну ю величину , зависящу ю о т времени . Эти формул ы дл я совершенны х скважи н следующие . При напорных водах: дл я центрально й скважин ы 0.366Q Ig Го_ , mS, (VIII, 1) дл я центрально й и наблюдательно й скважи н 0,366 Q Ig к го . Tn(S0-Sl) ' (VIII, 2) 13 дл я д в у х н а б л ю д а т е л ь н ы х с к в а ж и н 0,366Q Ig K- м (VIII, 3 ) т ( S 1 S2) При безнапорных водах: дл я центрально й скважин ы 0,73 0 I g A К= - • ^ (2H S0) S0 ' дл я центрально й и наблюдательно й скважи н (VIII, 4 ) 0,73*3 Ig K= "о (VIII, 5 ) (2H S0-S1) (S 0 S1) дл я дву х наблюдательны х скважи н 0,73 Q Ig Г о K= (2Н - S1 S2) (S1 S2) • (VIII, 6 ) В приведенны х формула х S 0 , Si , S2 - понижени е уровн я соответственн о в центрально й и в перво й и второ й на блюдательны х скважинах ; гх и г2 - расстояни е о т перво й и второ й наблюдательны х скважи н д о центральной . Пр и значения х //т>0, 1 (/ - длин а рабоче й част и фильтра , т - мощност ь водоносног о горизонта) , чт о пр и изыскания х дл я водоснабжени я являетс я наиболе е часты м случаем , формул ы (VIII , 1-6) могу т применятьс я и дл я несовершенны х скважин . Дл я этог о в ни х Н . Н . Веригины м (1962 ) введен а поправк а н а несовершенство . В результат е формул ы принял и следующи й вид . При напорных водах: дл я центрально й скважин ы 0,366 Q K Ig Rn 0,21760 mS0 (VIII, 7 ) дл я центрально й и наблюдательно й скважи н 0.366Q К Ig Z l + 0,217 (£0 Го m(S0- S1) S1) (VIII, 8 ) 114 дл я дву х н а б л ю д а т е л ь н ы х с к в а ж и н 0,366 Q Г IgI L + 0,217 ( S 1 у ] При безнапорных водах: дл я центрально й скважин ы (VIII, 9 ) 0.73 Q i g R. L 0,217S,о K = '"( 2 H-S0) S0 (VIII, 10) дл я центрально й и наблюдательно й скважи н 0,73 Q Ig J r L +0,21 7 (S 0 -S i ) К (2H- S0- S1) (S0- S1) (VIII, 11) дл я дву х наблюдательны х скважи н 0,73 Q Ig Л +0,217(6 , - S 2 ) К (2H-S1-S2) (S1-S2) (VIII, 12 ) В формула х (VIII , 7-12 ) Ij0, Sh & - величин ы фильтрацион ны х сопротивлений , со ответственн о учиты вающи е несовершен ств о центральной , пер во й и второ й наблюда тельны х скважи н п о степен и вскрытия , а в центрально й скважин е такж е влияни е конст рукци и фильтрово й ча сти и др . Величин а So складываетс я из дву х составляющи х (3/4 ' и So")So' - определяе т несовершенств о скважин ы п о степен и вскрытия , a ^ 0 " - влияни е конструкци и фильтрово й част и и други х техниче ски х причин . Величин а So', Sb Ь находятс я по таблиц е 13 в зависимост и о т отношени я длин ы рабоче й част и фильтр а центрально й скважин ы (I) к мощност и водоносног о горизонт а (т ) и мощност и водонос ног о горизонт а к величин е г. Пр и определени и Sor величино й г сле дуе т считат ь радиу с центрально й скважин ы (/*0); пр и определени и Si и S2 - соответственн о расстояни я от перво й и второ й наблюда тельно й скважи н д о центрально й (гх и г 2 ) . Пр и определени и величин ы S Для безнапорны х водоносны х горизонто в мощност ь водоносног о горизонт а (H ) уменьшаетс я н а половин у понижени я в центрально й скважине . В то м случае , есл и 115 Таблица 13 100 200 500 1000 2000 2,8 53,8 69,5 79,6 90,9 4,5 17,7 21,8 24,9 28,2 6,5 7,86 9,64 11,0 12,4 2,67 3,24 4,01 4,58 5,19 0,528 0,664 0,846 0,983 1,12 фильт р центрально й скважин ы незатопленный , ег о длин а (/ ) уменьшаетс я н а половин у длин ы осушенно й част и фильтра . Несовершенств о наблюдательны х скважин , есл и он и располо жен ы н а расстояниях , примерн о равны х ил и превышающи х мощ ност ь водоносног о горизонта , очен ь незначительн о и ег о можн о н е учитывать . Приведенны е в таблиц е 13 значени я 5 используютс я пр и рас положени и рабоче й част и фильтр а у кровл и ил и подошв ы пласта . Пр и расположени и фильтр а внутр и пласт а величин ы ка к пока зан о в работ е Ф . М . Бочевер а (1961) , следуе т уменьшат ь пр и Ijm = 0, 3 н а 1,5, при Ifm = O,5 н а 0,7. Величин а наиболе е точн о може т быт ь рассчитан а по дан ны м кустовы х откачек . Приведенны е выш е формул ы справедлив ы дл я неограничен ны х пластов . Однако , ка к показан о Н . Н . Веригины м (1962) , при рекомендованны х расстояния х межд у центрально й и наблюдатель ным и скважинам и эти формул ы обеспечиваю т достаточну ю точ ност ь при определени и коэффициент а фильтраци и и дл я полуогра ниченног о пласта . Ка к уж е выш е был о указано , формул ы (VIII , 7-12 ) приме няютс я дл я расчето в коэффициенто в фильтраци и пр и //т>0,1 . Есл и отношени е длин ы фильтр а к мощност и водоносног о гори зонт а меньш е 0,1, дл я расчет а следуе т пользоватьс я формулами : а ) пр и расположени и фильтр а у кровл и и подошв ы пласт а 0,3660 Ig Ы 7 / К = - r ° ; (VIII, 13) б ) при расположени и фильтр а в средне й част и пласт а 0,366 Q Ig K = Js0 -0 . (VIII, 14) Формул ы (VIII , 13, 14) заимствован ы и з работ ы Н . Н . Вери гин а (1962) . П о его предложени ю дл я расчет а коэффициент а фильтраци и в безнапорны х горизонта х в Случа е незатопленног о 116 фильтр а длин а фильтр а должн а быт ь уменьшен а н а половин у по нижени я в скважине . Следуе т сделат ь одн о важно е замечани е п о расчет у коэффи циент а фильтрации . Обычн о пр и расчета х коэффициент а фильтра ции по данны м опытны х откаче к с нескольким и понижениям и уровн я определяетс я средня я ег о величин а (ка к среднеарифметиче ско е и з все х определений) . Эт о совершенн о неверно , та к ка к раз личны е коэффициент ы фильтраци и пр и разны х понижения х по лучаютс я в связ и с неодинаковым и значениям и сопротивлени й пр и движени и вод ы в призабойно й зон е и внутр и скважины , а такж е из-з а недоучет а проявлени й неустановившегос я режим а фильтрации . Дел о в том , что, есл и перехо д с одног о понижени я н а друго е происходи т бе з восстановлени я уровня , н а величин у второг о пони жени я накладываютс я процесс ы восстановлени я ил и дополнитель ног о понижения , вызванног о уменьшение м ил и увеличение м де бита . Кром е того , ка к правило , откачк а пр и разны х понижения х имее т различну ю продолжительность , а дл я расчет а коэффициен т а фильтраци и беретс я понижени е в конц е откачки , чт о дае т несо поставимы е результаты . Поэтому , дл я определени я расчетног о зна чени я коэффициент а фильтраци и следуе т проводит ь сопостави тельны е расчет ы по наблюдательны м скважина м и по формула м неустановившейс я фильтрации . Пр и проведени и одиночны х отка че к определени е следуе т проводит ь по первом у (меньшему ) пони жению . Учитыва я точност ь замеров , следуе т добиваться , чтоб ы величин а этог о понижени я был а н е меньш е одног о метра . ОПРЕДЕЛЕНИ Е КОЭФФИЦИЕНТО В ФИЛЬТРАЦИ И ВОДОПРОВОДИМОСТИ , ПЬЕЗОПРОВОДНОСТ И И УРОВНЕПРОВОДНОСТ И ПО ФОРМУЛА М НЕУСТАНОВИВШЕЙС Я ФИЛЬТРАЦИ И Метод ы определени я коэффициенто в фильтраци и и пьезопро водност и по данны м опытны х откаче к пр и неустановившемс я дви жени и нашл и широко е применени е в нефтяно й практик е ка к в Со ветско м Союзе , та к и з а рубежом . Эт и методы , основанны е н а использовани и формул ы (IV , 6) дл я определени я понижени я уровн я пр и работ е скважин ы с постоянны м дебитом , стал и широк о применятьс я пр и гидрогеологически х исследованиях . Ка к был о г2 показано , эт а формул а применим а пр и <0,1 . Дл я услови й напорны х во д формул а (IV , 6 ) следующи м образом : с Q t 2,25 а , Q 1 , 5 = l n T * - l n t Пр и переход е к десятичны м логарифма м с 0,183Q , 2,25а , 0.183Q , , S=-KiT-lS-H H клГ £ преобразуетс я (VIII, 15 ) (VIII, 16) 117 Есл и принят ь ^ I g I 1 = ^ ; (viii , 17) 0 ^ 8 I 0 -=C , (VIII, 18) т о формул а (VIII , 8) принимае т следующи й вид : 5 = Л + (VIII, 19) т. е. зависимост ь S f ( l g t ) выражаетс я уравнение м прямо й линии . Есл и н а полулогарифмическо й бумаг е построит ь график , н а ос и абсцис с которог о откладыват ь логарифм ы времени , а н а оси ордина т понижени я уровня , т о получи м пряму ю с угловы м коэф фициенто м С и с начально й ординато й А (рис . 41) . Коэффициен т С определяетс я п о формуле : c = T i f c > i k - № 2 0 > Взя в значени е А непосредственн о с график а (см . рис . 41 ) и определи в С по формул е (VIII , 20) , можн о рассчитат ь K m и а по формулам : K m = 0 A ^ Q . (VIII, 21 ) Ig а = 21g г - 0,3 5 + ~ . (VIII, 22 ) Есл и определени я проводятс я п о центрально й скважине , то в фор мул е (VIII , 22 ) величино й г следуе т считат ь радиу с скважины ; есл и ж е определени я проводятс я по наблюдательно й скважине , то г - расстояни е от центрально й скважин ы д о наблюдательной . Определени е коэффициенто в фильтраци и и уровнепроводност и при опробовани и безнапорны х водоносны х горизонто в выполняетс я та к же , ка к и при опробовани и напорны х горизонтов , с той раз ницей , что вмест о график а S = f(\gt) строитс я графи к S(2H-S) = = /(lgO . Это т графи к такж е выражаетс я прямо й линией , уравне ни е которо й имее т ви д S(2H-S) = A H-Clg* ; (VIII, 23 ) 118 C = 0 ^ . (VIII, 25 ) Ка к и в напорны х водах , величин а А определяетс я длино й отрезка , отсекаемог о н а ос и ордина т (рис . 42) . Коэффициен т С определяетс я по формул е ^ S-2 (2TI - S2) - QH - ^i) АЖТ Igf 2 -Ig A ' IViil , ZOJ Коэффициент ы фильтраци и и уровнепроводност и могу т быт ь рассчитан ы пр и известны х Л и С по следующи м формулам : K=0JWQ. (УП1 2 7 ) Ig Oy = 21 g г 0,3 5 + 4 . (VIII, 28 ) Есл и понижени е уровн я (S ) составляе т н е боле е 15-20 % о т первоначально й мощност и водоносног о горизонта , то дл я безна порны х горизонто в можн о определят ь параметры , ка к дл я напор ных , пользуяс ь графико м S = f(Igt), с достаточно й дл я практик и точностью . Приведенны е выш е формул ы служа т дл я определени я пара метро в по совершенны м скважинам . Пр и обработк е результато в опытны х рабо т по несовершенны м скважина м методик а остаетс я прежней , н е меняютс я такж е формул ы (VIII , 21) и (VIII , 27) дл я определени я коэффициент а водопроводимост и и фильтрации . Не скольк о изменяютс я тольк о формул ы (VIII , 22) и (VIII , 28 ) дл я определени я коэффициент а пьезопроводност и и уровнепроводно сгп, которы е принимаю т следующи й вид : Ig а = 21g г - 0,3 5 -f 4 - 0,434; ; (VIII, 29 ) 119 I g а у = 21 g г - 0,3 5 + ~ - 0,434? , (VIII, 30 ) гд е I - величин а гидравлическог о сопротивлени я з а счет несовер шенств а скважины . Величин а £ определяетс я та к же , ка к и пр и расчета х по фор мула м установившейс я фильтрации . Дл я наблюдательны х сква жи н он а очен ь незначительн а и практическ и е ю можн о пренебречь . Н а графика х S = f (Igt) и $(2Н-S) =f (\gt ) обычн о выделя ютс я тр и участк а (см . рис . 41) . Н а первоначально м участк е точк и график а н е ложатс я н а пряму ю линию . Это т перио д соответствуе т значени ю r2/4at>0,\, когд а логарифмическа я зависимост ь межд у понижение м уровн я и времене м н е действует . Н а участк е (III ) происходи т отклонени е график а от прямо й линии , чт о може т быт ь объяснен о влияние м грани ц пласта . По этом у дл я определени я параметро в следуе т использоват ь тольк о средню ю прямолинейну ю част ь график а (II) , приче м пр и раз брос е точе к нужн о проводит ь усредненну ю прямую . Пр и построени и графико в S~f (Igt) и S(2H-S)=f(Igt) пони жени е уровн я и врем я принимаютс я в наиболе е удобны х размер ны х измерения х (понижени е в метра х ил и сантиметрах , врем я в минутах , часах , сутках) , необходим о тольк о помнить , чт о раз мерност ь коэффициент а пьезопроводност и (уровнепроводности ) зависи т о т размерносте й понижени я и времени , выбранны х пр и построени и графика . Так , есл и понижени е измерялос ь в метрах , а врем я в сутках , т о размерност ь коэффициент а пьезопроводност и буде т выражен а в м2/сутки, есл и 5 в м, a t в мин, то а соответ ственн о в м 2 /мин . Размерност ь ж е величин ы Km, определяемо й по формул е (VIII , 21 ) зависи т тольк о о т размерност и дебита . Так , есл и деби т измеряетс я в м3/сутки, т о размерност ь коэффициент а водопроводи мости буде т в м2/сутки, есл и деби т - в м31час, т о размерност ь коэффициент а водопроводимост и - в м2/час. Графи к S = f(\gt) можн о строит ь в любо м удобно м масштабе . Пр и обработк е данны х опытны х откаче к н а практик е може т быт ь разно с точек . Поэтом у пр и построени и график а следуе т прово дит ь усредненну ю пряму ю и дл я определени я С брат ь значени я S и Ig / в дву х любы х точка х полученно й прямой . Определени е параметро в следуе т проводит ь такж е по резуль тата м наблюдени й з а восстановление м уровня . Необходим о отме тить, что восстановлени е уровн я част о дае т боле е качественны е результаты , чем откачка , та к ка к в первы й перио д откачк и деби т обычн о сильн о колеблетс я из-з а неравномерно й работ ы насос ног о оборудовани я в пусково й перио д (особенн о пр и откачк е эр лифтом) . Процес с восстановлени я н е зависи т от технически х при чин, а поэтом у може т дат ь боле е точны е результаты . Пр и определени и параметро в по данны м восстановлени я уров ней методик а обработк и результато в аналогичн а изложенно й выш е 120 методик е обработк и данны х откачки , тольк о вмест о понижени й берутс я повышени я уровней , отсчитываемы е о т уровней , замерен ны х пере д прекращение м откачки . Пр и это м з а величин у дебит а принимаетс я деби т пере д прекращение м откачки . Пр и определени и параметро в по данны м наблюдени й з а вос становление м уровн я необходимо , чтоб ы выдерживалис ь следую щи е соотношения : t2 -: hit,, (VIII, 31 ) в которы х to - врем я от начал а д о прекращени я откачки ; t\ - момен т времени , которы й може т быт ь использо ва н в качеств е начально й точк и пр и построени и график а S = f(\gt); I 2 - момен т времени , которы й може т быт ь приня т в ка честв е конечно й точк и этог о графика . Величин ы 11 и t2 отсчитываютс я от начал а откачки . Эт и соотношени я следуе т выдерживать , та к ка к в противно м случа е може т быт ь допущен а существенна я ошибк а из-з а не учет а процессо в развити я понижени я посл е прекращени я откачки . Наиболе е точны е результат ы дае т определени е коэффициенто в пьезопроводност и по наблюдательны м скважинам . Эт и скважин ы необходим о располагат ь на расстояниях , указанны х в табл . 12, максимальн о используя , особенн о в напорны х горизонтах , разве дочны е скважины . Пр и кратковременны х откачка х при определени и параметро в по данны м наблюдени й з а изменение м уровн я в удаленны х сква жинах , когд а величин а r 2 /4af>0,l , дл я расчет а параметро в сле дуе т пользоватьс я непосредственн о формуло й (IV , 4) , та к ка к графоаналитически й мето д в эти х случая х неприменим . Есл и известн о дв а значени я понижени я уровн я (S i и S 2 ) н а дв а соответствующи х момент а времен и (^i и t2) пр и откачке , про водимо й с постоянны м дебитом , то из формул ы (IV , 4) можн о получит ь следующе е выражени е (VIII, 32 ) Определени е а производитс я подбором . Дл я этог о нужн о за датьс я нескольким и значениям и а и определит ь по формул е (VIII , 32) величин у пр и заданны х а. Посл е этог о строитс я ^ 1 графи к зависимост и -J- -f(a) и по график у определяетс я то зна чени е а, которо е соответствуе т отношени ю -^J-, полученном у по данны м откачки . 121 Коэффициен т водопроводимост и пр и найденно м значени и а определяетс я п о формуле : ^ = 4 ^ ( 4 3/4 ) - (V j l 1 ' 33 ) Дл я удобств а расчето в В . М . Шестако в предложи л выбират ь значени я понижени й уровне й S i и S 2 н а момен т времен и tx и t2, отличающиес я дру г о т друг а в а ра з ( t 2 =at\ ) , где : " = 1 , 5 ; 2,0 ; 2,5 ; 3,0 . Дл я таки х соотношени й В . М . Шестаковы м (1962 ) составле н графи к зависимост и величин ы J о т величин ы X, гд е Зна я величин у Si '' L - (VI" . 34 ) по графика м (рис . 43 ) можн о определит ь "X" и по формул е (VIII , 35 ) рассчитат ь коэффициен т пьезопро водности : в - Х - (VIII , 35 ) Коэффициен т водопроводимост и определяетс я по формул е (VIII , 33) . Описанна я методик а определени я коэффициенто в фильтраци и и пьезопроводност и относитс я к исследования м н а внов ь разве дуемы х участках . В о многи х случая х в связ и с задачам и расши рени я действующи х водозаборо в необходим о проводит ь опреде лени я параметро в н а участка х водозаборов , гд е многолетня я экс плуатаци я привел а к практическ и установившемус я режиму . В таки х условия х останавливаетс я одн а и з скважи н водоза бора , в которо й ведутс я наблюдени я з а восстановление м уровня . Наблюдени я з а уровне м ведутс я и в други х скважина х водозабора , которы е должн ы работат ь с те м ж е дебитом , что и д о организа ции наблюдени й в опытно й скважине . Повышени е уровн я отсчи тываетс я от уровней , замеренны х пере д остановко й опытно й сква жины . Эт и уровн и условн о принимаютс я з а статические . Пр и вы бор е скважи н дл я опыт а нужн о убедиться , что их конструкци я позволяе т замерят ь в них динамически е уровн и и поддерживат ь постоянны е дебиты . Срок и наблюдени й и частот а замеро в таки е же , ка к и при проведени и опыто в н а внов ь разведуемы х участках . Н е рекомендуетс я останавливат ь сраз у нескольк о скважин , та к ка к эт о сильн о затрудни т обработк у результато в опыта . Таки е опыт ы проводятс я и по други м скважина м водозабора , приче м наиболе е желательн а остановк а высокодебитны х скважин . Примеры расчета . П р и м е р 1. Определит ь коэффициент ы водопроводимост и и пьезопроводност и по данны м опытно й откачк и 122 и з совершенно й скважин ы пр и напорно м водоносно м пласт е п о данны м табл . 14. Откачк а проводилас ь с постоянны м дебитом . Q = 1200 м3/сутки\ радиу с центрально й скважин ы r 0 = 0,1 м\ расстояни е д о наблюда тельно й скважин ы г = 100 м. Строитс я графи к зависимост и So = f(IgO и S i =f(Igf) . S 0 и S i выражен ы в метрах , t - в часа х (рис . 44) . С график а снимаютс я значени я А: п о центрально й сква жин е 6,4; п о наблюдательно й скважин е 0,9. Определяе м С по формул е (VIII , 20 ) по понижения м и вре мен и дл я дву х точе к график а ( М и N дл я центрально й скважин ы и дл я точе к Mx и N1- дл я на блюдательной ) : S M " Рис. 43. График зависимости соотношения понижений уровня от коэффициента пьезопроводности Рис. 44, дл я центрально й скважин ы Т д -~1,2~ ~ 1 ' дл я наблюдательно й скважин ы с - Т 4 - 1,2 - 1 • Следовательно , и по центрально й и по наблюдательно й сква жина м получен ы одинаковы е значени я параметр а С. П о формула м (VIII , 21 ) и (VIII , 22 ) определяе м коэффициен ты водопроводимост и и пьезопроводности . Коэффициен т водопро зодимости : Av m = 0,183-1200 у ^ = 2п 2п 0п у . /сутки. Коэффициен т пьезопроводности : 123 Таблица 14 Врем я посл е начала откачки t, час Понижени е ) ровня в центральной скважин е S u , . м Понижение уровн я в наблюдательной скважине S1 , м Время после начала откачки i, час Понижени е уровня в центральной скважин е S 0 j м Понижени е уровня в наблюдательной скважин е S1 , м 7,1 2 1,60 7,4 2 1,9 0 7,5 4 2,0 4 7,7 0 2,18 7,7 5 2,2 4 7,8 2 2,3 1 дл я наблюдательно й скважин ы I g a = 21g 100 - 0,3 5 + -^ j = 4,55 ; а = 3,5 8 • IO4 м21час~ 8, 5 • IO5 м2/сутки; дл я центрально й скважин ы Iga = 21 g 0, 1 - 0,3 5 + 3/4 = 4,05 ; " = 1 , 1 2 • IO4 м2 час = 2,7 • IO5 м2,'сутки. Определени е коэффициент а пьезопроводност и по центрально й скважин е вследстви е возможног о влияни я призабойно й зон ы яв ляетс я мене е надежным . П р и м е р 2. Определит ь коэффициент ы фильтраци и и уров непроводност и водоносны х трещиноваты х известняков . Водоносны й горизон т имее т свободну ю поверхность . Мощност ь водоносног о горизонт а 2 0 м. Опытна я откачк а проводилас ь с по стоянны м дебито м 1000 м3/сутки. Уровн и в о врем я откачк и заме рялис ь в наблюдательно й скважине , расположенно й в 7 0 ж от центральной . Результат ы откачк и приведен ы в табл . 15. Таблица 15 Врем я о т начал а откачк и t, сутки Понижени е уровн и в на блюдательно й скважин е S , м Врем я о т начал а откачк и t. cv тки Понижение уровня в наблюдательной скважине S, м 0, 5 0,3 7 6 1 ,2 8 1 0,60 7 1,3 4 2 0 ,8 2 8 1,4 0 3 0,9 9 9 1,4 5 4 1,11 10 1,4 9 5 1,20 Строи м графи к S(2H-S)=f(\gt) (рис . 45) . Предварительн о составляе м вспомогательну ю табл . 16. Использова в дл я обработк и прямолинейну ю част ь графика , определяе м А - 20,5. П о формул е (VIII , 26 ) в точка х M и N : C = 57, 5 - 38, 4 1,0 - 0,48 " 36,6 ; s(ZH-s) _ _ 0.366 Q _ 0,36 6 • 1000 К - с - 36, 6 = 10 Mjсутки-, Ig a y = 21g 70-0,351 90 S 1 36, 6 • 3,90 ; а у - 794 3 м 2 ) с у т к а м IO 3 M2IcyniKii. Приведенны е выщ е формул ы касалис ь обра ботк и данны х опытны х рабо т в случаях , когд а откачк а проводилас ь и з одно й скважины . Н а практик е част о могу т встретитьс я случаи , когд а Рис. 45. параметр ы требуетс я определит ь пр и совместно й работ е несколь ки х скважи н (например , н а действующи х водозаборах , в которы х одновременн о включаютс я ил и останавливаютс я нескольк о сква жин , ил и пр и проведени и группово й откачки) . Таблица 16 t, сутки 0, 5 S) 48 Ig t -0, 3 Разбере м случа й группово й откачк и и з дву х скважин , заложен ны х в напорно м водоносно м горизонт е н а расстояни и г дру г о т друга . Откачк а и з скважин ы 2 началас ь чере з врем я t\ посл е на чал а откачк и и з скважин ы 1. Деби т скважин ы 1- Q b скважин ы 2- Qi , радиус ы скважи н г0 . Наблюдени я з а понижение м уровн я проводилис ь п о скважин е 1. Составляе м обще е уравнени е дл я понижени я в скважин е 1. Полно е понижени е S н а момен т времен и t(t>ti) буде т склады ватьс я и з понижения , вызванног о действие м само й скважин ы 1 и срезк и уровня , образованно й в результат е работ ы скважин ы 2. Qi 1 п 2,25 a t Q2 2,25 л (t - Z1) (VIII, 36 ) JnRm 1П П?~ ~ 4 л/{т In В о второ й чле н это й формул ы подставляетс я врем я (t - 11) , та к ка к скважин а 2 был а включен а чере з врем я tx посл е начал а откачк и из скважин ы 1. Эт о уравнени е можн о преобразоват ь следующи м образом : гд е о Qx 4Лж"К,т . 2,25 а , , 2,25 а , , . . In -т + In t f а In 1a In (t (VIII, 37 ) Г ил и s = = Qi 4nf(m In Го'Г Q1 Qi I n ^ M ' (VIII, 38 ) (VIII, 39 ) Замени в натуральны е логарифм ы десятичными , получим : Есл и принят ь 0,183Q i Km ( 2 , 2 5 ^ S го""г.2-а i g t ( t t , r (VIII, 40 ) 0,183(?! , (2,25*)°+*_ _ . Km г_<о"?2г" - Л 1 > 0,1830! Km C 5 ; \gt{t-txY = \gtn, (VIII, 41 ) (VIII, 42 ) (VIII, 43 ) получи м зависимость , одиночно й скважины : аналогичну ю зависимост и пр и откачк е из S = A , + C1 \gtn. (VIII, 44 ) Поэтом у определени е параметро в можн о проводит ь та к же , ка к и пр и одиночно й откачке , графоаналитически м способом . Дл я этог о строитс я графи к зависимост и S = / (Ig^ n ) , приче м Ig(^ n ) рассчитываетс я по формул е (VIII , 43) . Графи к представляе т собо й пряму ю лини ю с угловы м коэф фициентом , равны м Ci, и отрезко м Ax , отсекаемы м н а ос и орди нат . Ci можн о определит ь п о формула м (VIII , 20) и (VIII , 26) , подставля я в ни х Ig^ n вмест о Ig/ . Зна я Ax и C b коэффициент ы водопроводимост и и пьезопроводност и рассчитываю т по форму лам , полученны м из зависимосте й (VIII , 41 ) и (VIII , 42) : K m = MMQi . (VIII, 45 ) 21g г 0 +2 а Ig г ( а + 1) . 0,35 + Al Iga = V ^ 1 --1--. (VIII, 46 ) П р и м е р 3. Определит ь коэффициент ы водопроводимост и (Km ) и пьезопроводност и по данны м группово й откачки . Откачк а проводилас ь и з дву х скважин . Деби т скважин ы 1 1256 Mz/сутки, скважин ы 2, расположенно й н а расстояни и г = 5 0 м от скважин ы 1, 62 8 M3I сутки. Откачк а и з скважин ы 2 началас ь чере з 12 часо в посл е начал а откачк и из скважин ы 1. Результат ы наблюдени й з а уровне м по скважин е 1 (радиу с это й скважин ы г о = 0,1 м) приведен ы в табл . 17. Таблица 17 Время от начала откачки t, Понижение уровня сутки в скважине 1 S, м 1 11,1 2 2 11,7 5 3 12,0 7 5 12,4 7 Определяе м lg/ " по формул е (VIII , 43) : \gtn=\gt(t-t,f = \gt-\-*\g(t-t{). Дл я расчет а составляе м табл . 18. Таблица 18 (t ti) 0,1 5 0 , 1 5 0,08 8 0,38 8 0,2 0 0,6 8 0,32 6 1,02 6 Строи м графи к (рис . 46 ) зависимост и S=^f(Igtn)-, и з график а Л = П , 3. П о формул е (VIII , 20) определяе м Ci в точка х MhN: г -и . 9 8 11,86 0,12 1 П0 ,А6 - П0,^5 Q j Определяе м коэффициент ы водопроводимост и и пьезопровод утки; 21 g 0,1 + 2 • 0,51 g 5 0 - 1,5 • 0,3 5 + Ig a = ^ J i i = 5,74 ; а = 5, 5 • IO5 м21сутки. Рис . 46 . Пр и работ е большег о количеств а скважи н формул ы в обще м случа е буду т имет ь следующи й вид : Ig t" = Ig t ( t - . . . { t t n ) \ (VIII, 47 ) = (VIII, 48 ) 21g r"+2a! Ig n+. .. 2an lg r"-(l+ 3 l + . • • a")-0,35+ A Ig a = . 1+ а 1 .. . + а я (VIII, 49 ) гд е 1, 2,...,п ; го - радиу с опытно й скважины ; г 1, г2,...,гп - расстояни е о т скважин ы с номерам и 1, 2,.. . п д о опытно й скважины ; 128 гд е Q - деби т опытно й скважины ; Qi, Q2, • • • Qn- деби т скважи н с номерам и 1, 2, ...,п. Расчетны е точк и дл я определени я Ig^ n и построени я график а зависимост и S = f (Igtn) следуе т брат ь дл я моменто в времени , пре вышающи х врем я от начал а откачк и д о пуск а ил и остановк и последне й скважины . О Q3 Рис . 47 . Пр и изыскания х подземны х во д в района х действующи х водо заборо в дл я определени я параметро в могу т быт ь использован ы данны е эксплуатации . В связ и с тем , что деби т водозабор а в о вре мен и меняется , дл я расчет а параметро в изменени я дебит а схема тичн о нужн о представит ь в вид е ступенчатог о график а (рис . 47) . Пр и изменения х дебит а по ступенчатом у график у дл я расчет а параметро в може т быт ь использован а методика , аналогична я ме тодике , применяемо й по группово й откачке . Дл я этог о выбираю т нескольк о расчетны х периодо в tn и дл я каждог о и з ни х п о фор мул е (VIII , 47 ) находя т Igtn, коэффициент ы си, а,2,...,ап, входя щи е в формул у (VIII , 47) , определяютс я п о следующи м зависи мостям : X,- V-I Q>- Qi . Q, ' Qi--QL. Q1 ' Qn- Qn-1 Qi (VIII, 50 ) гд е Qi - первоначальны й деби т скважины , Q2, Q3, • • • Qn - дебит ы скважи н соответственн о в момент ы времен и tu t2, tn-i изменени я дебит а (см. рис. 47) . Посл е этог о строитс я графи к зависимост и S = f(\gtn) и опре деляютс я параметр ы график а А и В . Коэффициен т водопроводимост и рассчитываетс я по формул е (VIII , 48) , а коэффициен т пьезопроводност и - п о формуле : 2(l+ a i +... a "_Olgr-( l + a,+.. . + a/I_O-0,35+ А . Iga = -1-+3/4.--+-^ ' tn-1. Эт а ж е методик а може т быт ь применен а и дл я определени я параметро в из одиночно й скважины , есл и деби т пр и откачк е в связ и с техническим и условиям и не остаетс я постоянным . ОПРЕДЕЛЕНИ Е ПРИВЕДЕННОГ О РАДИУСА ВЛИЯНИ Я Величин а приведенног о радиус а влияни я (Rn) определяетс я различным и способам и в зависимост и от режим а движени я под земны х вод . Есл и режи м движени я неустановившийся , то приведенны й радиу с влияни я определяетс я п о формул е (IV , 7) : Rn-1,5 Vat. Есл и ж е пр и проведени и опытны х откаче к произошл а стаби лизаци я уровня , т о приведенны й радиу с влияни я можн о опреде лит ь по данны м откачк и по формул е Дюпю и I g R n = a s ^ : ! I i g r i ' (VIII, 52 ) где S i и S 2 - понижени е в перво й и второ й наблюдательны х скважинах ; п и /*2 - расстояни е этих скважи н д о центральной . Однак о следуе т учитывать , что в некоторы х случая х представ лени е о стабилизаци и являетс я кажущимс я и связанны м с несовер шенство м наши х измерительны х приборов , та к ка к скорост и понижени я уровне й в скважина х со времене м резк о уменьшаются . В табл . 19 показано , ка к должн о был о бы изменятьс я понижени е уровн я вод ы в скважине , из которо й ведетс я откачка , и н а рас стояния х 100 и 300 м от не е (при коэффициент е пьезопроводност и с = IO6 м2/сутки)'. И з табл . 19 видно , что в первы е 12 часо в посл е начал а откачк и понижени е в опытно й скважин е достигае т 86 % от понижени я в конц е откачки , в то врем я ка к в следующи е 12 часо в оно уве личиваетс я лиш ь н а 3% , т. е. скорост ь изменени я уровн я умень 130 Таблица 19 Время от начала откачки, сутки Понижение уровня от понижения на конец десятых суток , % в центральной скважин е в скважин е на расстоянии 100 м в скважин е на расстоянии 300 м 0, 5 86 61 4 6 1 8 9 7 0 5 8 " 2 9 3 7 9 7 1 5 9 7 9 1 8 7 10 100 100 100 шаетс я боле е чем в 30 раз . Така я ж е закономерност ь характерн а и дл я наблюдательны х скважин . Так , н а расстояни и 300 м пони жени е чере з 12 часо в посл е начал а откачк и меняетс я н а 46% , а в следующи е 12 часо в всег о н а 12% , т. е. и в это м случа е скорост ь изменени я уровн я уменьшаетс я в 4 раза . В дальнейше м изменени е уровн я становитс я ещ е меньшим . Пр и малы х абсолютны х значения х понижени й (особенн о в на блюдательны х скважинах ) чере з сравнительн о небольшо е врем я изменени я понижени й становятс я таким и малыми , что н е могу т быт ь замерен ы самым и чувствительным и уровнемерами . Отсюд а делаетс я неправильны й выво д о якоб ы установившемс я движени и и дальнейши е расчет ы водозаборо в проводятс я по формула м установившегос я движения , принима я наблюденны й радиу с де пресси и з а стабильный , что може т существенн о занизит ь величин у срезо к уровн я п тем самы м завысит ь эксплуатационны е запасы . Поэтом у пр и проведени и опытно й откачк и необходим о уста новить , являетс я ли стабилизаци я действительно й ил и кажущейся . Дл я этог о нужн о провест и контрольны й расче т понижени я уровн я па момен т предполагаемо й стабилизации , определи в пред варительн о коэффициент ы водопроводимост и и пьезопроводност и но первом у период у откачки , выражаемом у на график е S (Igt) прямо й линией , или по данны м о восстановлени и уровня . Зате м по формул е Дюшо и (IV , 8) , подстави в в нее значени е приведенног о радиус а при неустановившемс я движении , вычисленног о по фор мул е (IV , 7) , определяетс я понижени е уровня , соответствующе е времен и проведени я опыта . Есл и наблюденно е понижени е буде т меньш е рассчитанного , можн о сделат ь выво д о наличи и местног о питани я и истинно й стабилизаци и и определит ь по данны м откачк и приведенны й радиу с влияни я по формул е (VIII , 35) . В то м случае , есл и наблюденно е понижени е уровн я буде т боль ш е рассчитанног о по формула м неустановившегос я движени я или примерн о равн о ему , стабилизаци я являетс я кажущейся , связан ной с несовершенство м измерительно й техники . Приме р расчета . И з напорног о водоносног о горизонт а был а проведен а опытна я откачк а с постоянны м дебито м 80 0 м3/сутки: 13 г из скважин ы радиус а 0,1 м. Наблюдени я з а уровне м велис ь по центрально й и дву м наблюдательны м скважинам , расположен ным н а расстояни и 50 и 100 м о т центральной . Результат ы откачк и приведен ы в табл . 20. Таблица 20 Время от начала откачки t, ч Понижение уровня в центральной скважин е S 1 м Понижение уровня в наблюдательной скважине 1 S l j м Понижени е уровня в наблюдательной скважин е 2 S.2, м 2 5,1 7 1,4 6 1,0 5 4 5,3 3 1,6 2 1,2 1 6 5,4 2 1,7 1 1,3 0 8 5,4 6 1,7 5 1,3 4 1 0 5,4 9 1,7 8 1,3 7 1 2 5,5 1 1,8 0 1,3 9 1 6 5,5 4 1,8 3 1,4 2 2 0 5,5 6 1,8 5 1,4 4 2 4 5,5 6 1,8 5 1,4 4 2 8 5,5 7 1,8 6 1,4 5 3 2 5,5 7 1,8 6 1,4 5 3 6 5,5 8 1,8 7 1,4 6 4 0 5,5 8 1,8 7 1,4 6 4 4 5.5 S 1,8 7 1,4 6 4 8 5,5 8 1,8 7 1,4 6 Уровн и в последни е 14 часо в н е изменились , поэтом у откачк а был а прекращена . Результат ы наблюдени й з а восстановление м уровн я показан ы в табл . 21. Таблица 21 Бремя Повышение Врем я t, Повышение Время t, Повышение MlIH уровня S, M мин уровня 5 , м мин уровня S, M 1 3,79 9 4,4 5 2 5 4,7 6 2 4,0 0 1 0 4,4 8 3 0 4,8 1 <)•> 4,1 2 1 1 4,5 1 35 4,8 6 4 4,2 1 1 2 4,5 4 4 0 4,9 0 5 4,2 7 1 3 4,5 6 4 5 4,9 3 6 4,33 1 4 4,58 5 0 4,9 6 7 4,38 1 5 4,GO 55 4,9 9 S 4,41 20 4,69 60 5,0 2 С цель ю установлени я характер а стабилизаци и (истинно й ил и кажущейся ) строи м графи к зависимост и 5 = /(Igf ) дл я криво й восстановлени я (рис . 48) и определяе м коэффициент ы водопро водимост и и пьезопроводности . И з график а получае м А = 3,79. 132 П о формул е (VIII , 20) определяе м С в точка х M и N : 4,4 8 - 4,3 4 _ 0,1 4 С- 1,0 - 0,8 0, 2 0,70 . Определяе м коэффициент ы водопроводимост и и пьезопровод ност и по формула м (VIII , 21 ) и (VIII , 22) : " 0,183-800 0 1 Л -> 0,7 Ig a = 21g 0, 1 - 0,3 5 + JV79 0,7 3,06 ; а = 1150 м'-jмин = 1150 • 1440 = 1,6 5 • 10е M111CymKii. П о найденном у значени ю а и Km определяе м понижени е на коне ц опытно й откачк и / = 48 час (2 суток) : Rn = 1,5 \ at = 1,5 I Тбо • Т0,г ~2 = = 272 0 м \ • Q S = 1 1П Rn 800 _ , 2720 2'km г 6,-2 8 • 21 9 1 0, 1 = 0.61 • 10,2 = 6,2 2 м • Замеренно е понижени е 5 = 5,58 м, 3 т. е. на 64 см меньше , чем рассчи танное , исход я из предпосылк и сохранени я неустановившегос я режи ма . Следовательно , стабилизаци я являетс я истинной . Поэтом у формуло й (VIII , 52) можн о пользо ватьс я дл я определени я приведенног о радиуса : __ l,871g 100 - l,461g 50 I g ^ n = 1,87 - 1,46 R n 1170 м. 3,0 7 Изложенны й выш е прие м определени я характер а стабилизаци и може т дат ь боле е ил и мене е точны е результат ы лиш ь пр и боль ши х абсолютны х значения х понижени я и малы х колебания х де бит а пр и откачках . В о все х случая х пр и определени и характер а стабилизаци и в основно м нужн о исходит ь из оценк и природны х условий , устанавлива я существовани е источнико в дополнительног о питания , приводящи х к стабилизаци и (влияни е реки , перетека ни я и т. д.) . 133 ОПРЕДЕЛЕНИ Е ВНУТРЕННЕГО ФИЛЬТРАЦИОННОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ Ка к отмечалось , величин а фильтрационног о сопротивлени я центрально й скважин ы (Io) складываетс я из дву х составляющих , определяющи х несовершенств о по степен и вскрыти я водоносног о пласт а и влияни е конструкци и фильтрово й част и скважины . Величин а S0', характеризующа я несовершенств о по степен и вскры тия , определяетс я по таблиц е 12. Величин у | 0 " , определяющу ю влияни е конструкции , Ф . М . Бочеве р и В. С. Алексее в (1965 ) предложил и определят ь ка к разност ь межд у величинам и £0 и S0*Величин а S0 може т быт ь определен а по данны м кустово й откачк и с двум я наблюдательным и скважинами . Посл е преобразовани я выражения , приведенног о в работ е (1965) , можн о дл я расчет а получит ь просты е формулы : ' " = 4 . 6 ( ! 3/4 1 ^ ^ Tij - (VIU. 53 ) Пр и большо м количеств е наблюдательны х скважи н Ф. М . Бо чеве р и В. С. Алексее в рекомендую т использоват ь графоаналити чески й метод , заключающийс я в построени и и обработк е график а A S = S m S i Дл я построени я график а берутс я разност и понижени й п о все м пара м скважин , включа я центральную . Графики , построенны е в координата х AS - I g ~ + L , представляю т прямы е линии . Пр и rI этом прямые , построенны е п о дальни м наблюдательны м скважи нам , проходя т чере з начал о координат . Прямые , построенны е п о центрально й и наблюдательно й скважине , отсекаю т н а оси орди на т отрезок . Есл и определит ь дл я полученны х прямы х углово й коэффициен т В1 и начальну ю ординат у Au можн о рассчитат ь величин ы К>п и Ii по формула м KViu - -° ' -g-Q ; (AVMIIIfI, 041 4) ( v l l b 5 5 ) Углово й коэффициен т B1 определяетс я по координата м дву х тюбы х точе к график а п о формул е В ^ i J A i ^ L s ^ L I (УШ . 56 ) ^ ^ I"*I. ri-1 Следуе т имет ь в виду , что изложенна я выш е методик а опре делени я показател я несовершенств а So може т применятьс я тольк о в относительн о однородны х пластах . Глава XIII СТАДИ И ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИ Х ИССЛЕДОВАНИ Й И КАТЕГОРИ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д Гидрогеологически е исследования , производящиес я дл я выяв лени я и оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х вод , разде ляютс я н а следующи е стадии : поисковы е работы , предваритель на я разведк а и детальна я разведка . ПОИСКОВЫЕ РАБОТЫ Поисковы е работ ы служа т дл я выявлени я участко в с водонос ным и горизонтами , перспективным и дл я получени я требуемог о количеств а вод ы соответствующег о качеств а и по возможност и вблиз и от водопотребителя . В хорош о изученны х районах , гд е пер спективны е участк и можн о выделит ь по имеющимс я гидрогеологи ческим материала м эти работ ы не проводятся . Поисковы е работ ы включаю т в себ я гидрогеологически е съемк и масштаб а 1:5(1000-1:20 0 000, геофизически е работы , буровы е и горны е работы , опытны е и лабораторны е работы , наблюдени я з а режимо м подземны х во д и др . Эт и работ ы проводятс я на перспек тивны х участках , намечаемы х по общи м гидрогеологически м соображения м (мелкомасштабны м гидрогеологически м картам , геологически м картам , различны м описаниям , одиночны м буровы м скважина м и пр.) . Гидрогеологическа я съемк а проводитс я тольк о пр и отсутстви и по район у рабо т полноцепны х гидрогеологически х кар т соответ ствующег о масштаба . В крупны х артезиански х бассейна х и района х глубоког о погружени я подземны х во д конусо в вынос а гидрогеологическа я съемк а при поиска х не производится . Методик а выполнени я гидрогеологически х съемо к изложен а в соответствующи х методиче ских руководства х (Маккавеев , Рябченков ; 1961) . Геофизически е работ ы должн ы предшествоват ь бурени ю поисковы х скважин . Н а стади и поиско в геофизически е работ ы произво дятс я дл я выявлени я древни х погребенны х долин , тектонически х зон, зон интенсивно й трещиноватости , карста , определени я глубин ы залегани я подземны х во д и степен и их минерализации , опре делени я рельеф а водоупорны х пород , подстилающи х водоносны е горизонт ы и др . 135 В степных , полупустынны х и пустынны х района х дл я поиско в неглубоки х пресны х во д применяютс я геоботанически е исследова ния . Бурени е поисковы х скважи н проводитс я с цель ю вскрыти я и опробовани я в отдельны х точка х подземны х вод , дл я выяснени я в общи х черта х услови й залегания , распространени я и строени я водоносны х горизонтов , а такж е дл я предварительног о суждени я о возможност и использовани я подземны х вод . Опытны е работ ы н а стади и поиско в заключаютс я в основно м в проведени и пробны х откаче к из одиночны х скважи н дл я срав нительно й оценк и водопроводимост и пласто в ил и массиво в гор ны х поро д н а различны х участка х изучаемо й территории . И з водоносны х горизонтов , имеющи х практическо е значение , прово дятс я опытны е откачки . П о данны м поисковы х рабо т даютс я характеристик и перспек тивны х участко в дл я постановк и н а ни х предварительно й разведк и и общи е соображени я о б условия х эксплуатаци и подземны х вод . ПРЕДВАРИТЕЛЬНА Я РАЗВЕДК А Предварительна я разведк а подземны х во д производитс я с цель ю выбор а участко в (ил и участка ) расположени я водозаборо в дл я постановк и н а ни х в дальнейше м детально й разведки . Эт и участк и выбираютс я с учето м требовани й к количеств у и качеств у подземны х во д в зависимост и о т назначени я и согласовываютс я с водопотребителе м ил и проектно й организацией , а в случа е раз В хорош о изученны х районах , ресурс ы подземны х во д кото ры х заведом о превышаю т потребность , предварительна я разведк а не производится , а участо к водозаборо в дл я детально й разведк и выделяетс я по имеющимс я гидрогеологически м материалам . Н а основани и данны х предварительно й разведк и долже н быт ь произведе н предварительны й подсче т эксплуатационны х запасо в подземны х во д по все м разведанны м участкам . Предварительна я разведк а грунтовы х и неглубоки х напорны х во д заключаетс я в бурени и разведочны х скважи н дл я уточнени я геологическог о разрез а участка , услови й залегания , мощност и и состав а водоносны х поро д и разделяющи х их толщ , уровне й и рас пределени я напоров , химическог о состав а подземны х вод . В до полнени е к бурово й разведке , та к ж е ка к н а стади и поисков , в не которы х случая х целесообразн о производит ь геофизическу ю раз ведку . Дл я изучени я химическог о состав а подземны х во д произво дятс я сокращенны е и полны е химически е анализы , а такж е опре делени я содержани я вредны х компоненто в (медь , цинк , свинец , мышьяк , радиоактивны е элементы , фтор , фено л и др.) . Должн а быт ь такж е дан а характеристик а бактериологическог о состав а воды . 136 Дл я выяснени я услови й питани я подземны х во д производитс я изучени е их режим а по характерны м поперечникам . Гидрометрически е работ ы проводятс я во все х случаях , когд а поверхностны е вод ы буду т участвоват ь в восполнени и эксплуата ционны х запасо в подземны х вод . В результат е их проведени я должн а быт ь получен а характеристик а питани я водоносног о го ризонт а в различны е период ы года . ДЕТАЛЬНА Я РАЗВЕДК А Детальна я разведк а производитс я с цель ю изучени я участко в (ил и участка ) расположени я водозаборов , обеспечивающег о окон чательну ю оценк у эксплуатационны х запасо в подземны х вод , по лучени е материало в дл я проектировани я водозаборны х сооруже ни й и расширени е действующи х водозаборов . Есл и по данны м поисковы х рабо т ил и имеющихс я материало в можн о выделит ь участо к с благоприятным и технико-экономиче ским и и гидрогеологическим и условиями , позволяющим и получит ь подземны е вод ы соответствующег о качеств а в количестве , заве дом о превышающе м потребность , детальна я разведк а може т про изводитьс я бе з предварительно й разведки . Н а стади и детально й разведк и проводятс я т е ж е вид ы работы , что и пр и предварительно й разведке . Буровы е скважин ы закла дываютс я в основно м применительн о к намеченно й схем е водо забора . Большинств о скважи н должн о имет ь диаметры , позволяю щи е использоват ь их дл я эксплуатации . Опытны е откачк и пр и детально й разведк е являютс я главны м видо м работ . Откачкам и должн ы быт ь уточнен ы значени я гидро геологически х параметро в водоносны х пластов , характе р зависи мост и межд у дебито м и понижение м уровн я воды , а такж е вели чин срезо к дл я расчето в взаимодействи я скважин . Н а участка х эксплуатируемы х водозаборо в должн ы быт ь орга низован ы наблюдени я з а режимо м их работы , а такж е заложен ы соответствующи е наблюдательны е скважин ы дл я установлени я глубин ы и грани ц в план е депрессионно й воронки , вызванно й экс плуатацией . КАТЕГОРИИ ЗАПАСО В Государственно й комиссие й по запаса м полезны х ископаемы х (ГКЗ ) разработан а классификаци я эксплуатационны х запасо в подземны х во д (1962) . П о это й классификаци и эксплуатационны е запас ы подземны х во д подразделяютс я н а четыр е категори и А, В, Ci и C 2 . Отнесени е запасо в к то й ил и иной категори и произво дитс я в зависимост и от степен и разведанност и подземны х вод , изученност и их качеств а и услови й эксплуатации . 137 К а т е г о р и я А - запасы , разведанны е и изученны е с деталь ностью , обеспечивающе й полно е выяснени е услови й залегания , строени я и величи н напор а водоносны х горизонтов , а такж е филь трационны х свойст в водовмещающи х пород ; выяснени е услови й питани я водоносны х горизонто в и возможност и восполнени я экс плуатационны х запасов ; установлени е связ и оцениваемы х подзем ны х во д с водам и други х водоносны х горизонто в и поверхност ным и водами . Качеств о подземны х во д изучен о с достоверностью , обеспечи вающе й возможност ь использовани я их по заданном у назначени ю н а расчетны й сро к водопотребления . Эксплуатационны е запас ы подземны х во д н а участк е проекти руемог о водозабор а определен ы по данны м эксплуатации , опыт но-эксплуатационны х ил и опытны х откачек . К а т е г о р и я В - запасы , разведанны е и изученны е с деталь ностью , обеспечивающе й выяснени е основны х особенносте й усло вий залегания , строени я и питани я водоносны х горизонтов , а так ж е установлени е связ и подземны х вод , запас ы которы х опреде ляются , с водам и други х водоносны х горизонто в и поверхност ным и водами ; определени е приближенног о количеств а естествен ны х водны х ресурсо в ка к источнико в восполнени я эксплуатацион ных запасо в подземны х вод . Качеств о подземны х во д изучен о в тако й мере , котора я позво ляе т установит ь возможност ь использовани я их дл я заданног о назначения . Эксплуатационны е запас ы подземны х во д н а участк е проекти руемог о водозабор а определен ы по данны м опытны х откаче к или по расчетно й экстраполяции . К а т е г о р и я Ci - запасы , разведанны е и изученны е с де тальностью , обеспечивающе й выяснени е в общи х черта х строения , услови й залегани я и распространени я водоносны х горизонтов . Качеств о подземны х во д изучен о в тако й мере , котора я обес печивае т предварительно е решени е вопрос а о возможност и их использовани я по заданном у назначению . Эксплуатационны е запас ы подземны х во д определен ы по дан ным пробны х откаче к из единичны х разведочны х выработок , а такж е по аналоги и с существующим и водозаборам и ил и примы кающим и участками , по которы м запас ы подземны х во д тог о ж е водоносног о горизонт а определен ы по категория м А и В. К а т е г о р и я C 2 - запасы , установленны е н а основани и об щих геолого-гидрогсологическн х данных , подтвержденны х опробо вание м водоносног о горизонт а в отдельны х точках , либ о по ана тогип с разведанным и участками . Качеств о подземны х во д определен о по пробам , взяты м в отдельны х точка х водоносног о горизонта , либ о по аналоги и с изученными участкам и тог о ж е горизонта . Эксплуатационны е запас ы подземны х во д определен ы в пре 138 дела х выявленны х благоприятны х структу р и комплексо в водо вмещающи х пород . Утверждени е запасо в п о категори и А и В дае т прав о н а состав ление проекто в водоснабжени я и выделени е капитальны х вложе ний н а строительств о новы х и реконструкци ю действующи х водо заборов , приче м запас ы по категория м А должн ы составлят ь н е мене е 50% . В отдельны х случая х с разрешени я ГК З это т про цен т може т быт ь снижен . Н а участка х с особ о сложным и гидро геологическим и условиями , гд е выявлени е запасо в подземны х во д по категори и А в процесс е разведк и нецелесообразно , та к ка к потребовал о б ы проведени я весьм а значительног о объем а разведоч ны х Ii опытны х работ , допускаетс я проектировани е и выделени е капитальны х вложени й н а баз е категори и В. В классификаци и эксплуатационны х запасо в указывается , чт о при определени и перспекти в увеличени я отбор а вод ы путе м расши рени я водозаборо в должн ы такж е учитыватьс я запас ы по кате гори и С;. Оценк а эксплуатационны х запасо в по это й категори и в основно м преследуе т цел ь выявлени я площаде й дл я проведени я п дальнейшем , когд а в это м возникае т необходимость , соответ ствующи х разведочны х рабо т дл я выявлени я запасо в по боле е высоки м категориям . Запас ы по категория м А и В требую т проведени я детально й разведки , запас ы по категори и Ci обосновываютс я данным и пред варительно й разведк и и поисковы х работ . Пр и подсчет е эксплуа тационны х запасо в по категори и C 2 можн о использоват ь обзор ны е (мелкомасштабные ) карты , руководствуяс ь общим и сообра жениям и о баланс е подземны х во д в то м или ино м районе , и учи тыват ь в качеств е аналого в данны е по боле е разведанны м пло щадям . Глава XIII ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д В АРТЕЗИАНСКИ Х БАССЕЙНА Х ПЛАТФОРМЕННОГ О ТИП А Крупны е артезиански е бассейн ы платформенног о тип а играю т значительну ю рол ь в водоснабжени и многи х городо в и промыш ленны х предприятий . В Советско м Союз е н а использовани и под земны х во д артезиански х бассейно в основан о водоснабжени е та ких крупны х городов , ка к Киев , Харьков , Курс к и др . Почт и вс е город а Московско й област и снабжаютс я водо й каменноугольны х отложени й Подмосковног о артезианског о бассейна , приче м дебит ы отдельны х водозаборо в достигаю т десятко в и даж е сотен тыся ч кубометро в в сутки . В ССС Р наиболе е крупным и артезианским и бассейнам и явля ютс я Подмосковный , Днепровско-Донецки й и Западно-Сибирский . Отличительным и чертам и эти х бассейнов , которы е следуе т учитыват ь пр и производств е гидрогеологически х исследовани й и оценк е эксплуатационны х запасо в подземны х вод , являются : 1) значительна я площад ь распространени я водоносны х пла стов, измеряема я десяткам и и сотням и тыся ч квадратны х кило метро в (например , площад ь распространени я юрског о водоносног о горизонт а в Днепровско-Донецко й впадин е составляе т 30 000 км2); 2) развити е в бассейна х комплекс а "этажных " водоносны х горизонтов , ка к правило , разделенны х выдержанным и слабопро ницаемым и породами ; 3) мощност ь водоносны х горизонтов , особенн о в центральны х частя х бассейнов , достигае т большо й величины , измеряемо й нередк о сотням и метро в (например , обща я мощност ь водоносны х горизонто в в каменноугольны х отложения х н а территори и Под московног о бассейн а составляе т 250-30 0 м)\ 4) значительна я глубин а залегани я водоносны х горизонтов , закономерн о увеличивающаяс я пр и движени и от областе й ппта пи я к центральны м частя м бассейна ; 5) больши е величин ы напоро в на д кровле й водоносны х пород (десятк и и сотни метров) , увеличивающиес я на д кровле й от краевы х к центральны м частя м бассейна ; в областя х питани я и дренировани я подземны е вод ы обычн о имею т свободну ю поверх ность ; 6) больши е расстояни я от центральны х часте й бассейн а д о внешни х областе й питани я - выходо в водоносны х пласто в н а по 140 верхност ь (например , выход ы каменноугольны х поро д н а северо западной , западно й и южно й граница х Подмосковног о бассейн а находятс я н а расстояни и 300-35 0 км от Москвы) ; 7) ка к правило , наличи е гидрохимическо й зональност и под земны х вод , характеризующейс я увеличение м минерализаци и под земны х во д с глубиной ; 8) огромны е естественны е запас ы подземны х вод . Перечисленны е особенност и - развити е комплекс а водоносны х горизонтов , перекрыты х слабопроницаемым и породами , больши е расстояни я д о внешни х областе й питания , больши е глубин ы зале гани я - являютс я основным и факторами , обусловливающим и динамик у подземны х во д артезиански х бассейно в и определяю щим и упруги й водонапорны й режи м фильтрации . Однак о представлени я о том , что артезиански е горизонт ы имею т област и питани я и разгрузк и тольк о в места х выход а во доносны х поро д н а поверхност ь опровергнут ы имеющимс я фак тически м материалом . Н а динамик у подземны х во д артезиански х бассейно в большо е влияни е може т оказыват ь наличи е местны х областе й питани я и разгрузки , образовани ю которы х способствую т следующи е факторы : 1) крупные , глубоковрезанные , част о переуглубленны е речны е долины , оказывающи е дренирующе е влияни е н а пьезометрическу ю поверхность ; 2) "окна " в кровл е пласта , чере з которы е може т быт ь привле чен дополнительны й прито к из вышележащи х грунтовы х горизон то в и даж е поверхностны х водотоков , могущи е иметь , с одно й стороны , положительно е значени е (создани е областе й местног о питания) , с друго й стороны , вредны е последстви я (загрязнени е пл и заеолонени е эксплуатируемы х артезиански х вод) ; 3) процесс ы перетекани я чере з слабопроницаемы е лож е и кровл ю пласто в (песчаны е глины , мергели , трещиноваты е поро ды ) из выше и нижележащи х водоносны х горизонтов . Ка к показывае т фактически й материал , в большинств е случае в дл я верхни х горизонто в артезиански х бассейно в градиент ы вер тикально й фильтраци и очен ь незначительн ы (ка к правило , мень ше единицы) , н о в отдельны х случаях , особенн о пр и эксплуата ции, могу т достигат ь значительны х величин . Пр и все м многообрази и природны х факторов , определяющи х динамик у подземны х во д в артезиански х бассейнах , можн о вы делит ь определенны е расчетны е схем ы по типа м граничны х усло вий . Г р а н и ч н ы е у с л о в и я в . р а з р е з е : 1) водоносны й плас т изолирова н от выше и нижележащи х водоносны х горизонто в мощ ным и слоям и водоупорны х глинисты х отложени й (напорны е "гра диент ы вертикально й фильтраци и очен ь малы , перетекани е чере з слабопроницаемы е перекрыти я практическог о значени я н е имеет) ; 2) водоносны й плас т связа н с ниже и вышележащим и водо носным и горизонтами , из которы х н а все й площад и распростра 141 нени я пласт а происходи т фильтраци я чере з слабопроницаемы е сло и (напорны е градиент ы вертикально й фильтраци и значи тельны ) ; 3) водоносны й плас т связа н с вышележащим и тольк о чере з "окна" , в частности , чере з древни е долин ы размыва . Граничны е услови я в плане : 1) водозаборны е сооружени я рас положен ы в центральны х частя х бассейна , гд е в зон е влияни я водозабор а отсутствую т водотоки , гидравлическ и связанны е с под земным и водами , и поэтом у плас т може т рассматриватьс я ка к неограниченный ; 2) водозаборны е сооружени я расположен ы вблиз и крупны х водотоков , гидравлическ и связанны х с подземным и водами . В практик е использовани я подземны х во д артезиански х бас сейнов наиболе е част о встречаютс я природны е условия , в кото рых плас т можн о рассматриват ь ка к неограниченны й ил и полу ограниченны й (пр и наличи и связ и с поверхностным и водотоками) . В перво м случа е (неограниченны й пласт ) пр и постоянно м де бит е водозаборны х скважи н происходи т непрерывно е снижени е пьезометрическог о уровн я и развити е воронк и депрессии , во_вто-ром - чере з некоторо е время , когд а возмущени е достигае т реки , происходи т стабилизаци я движения . Схемы , связанны е с наличие м перетекани я чере з слабопрони цаемы й слой , имею т боле е ограниченно е значение . Ка к был о пока зано , процесс ы перетекани я чере з слабопроницаемы е кровл ю и подошв у пласт а изучен ы недостаточно . Д о настоящег о времен и не установлено , пр и каки х градиента х начинаетс я вертикальна я фильтраци я чере з слабопроницаемы е слои . Поэтом у расчет ы эксплуатационны х запасо в с учето м перетекани я следует , ка к отме чалось , проводит ь тольк о тогда , когд а оценк а запасо в по теори и упругог о режим а показывае т необеспеченност ь запасов , а по гид рогеологически м условия м перетекани е возможно . Кром е того, следуе т помнить , что влияни е процессо в перетека ния частичн о учтен о в полученны х опытны м путе м расчетны х параметрах . Дл я схем , связанны х с фильтрацие й чере з "окна" , в настояще е вре.мя трудн о предложит ь какое-нибуд ь универсально е решение , та к ка к и положени е эти х "окон " в плане , и расположени е относительн о водозаборны х сооружени й може т быт ь самы м разнооб разным . Следуе т тольк о учитывать , что "окна " способствую т получени ю дополнительног о количеств а воды , та к ка к вышележащи е горизонт ы в данно м случа е играю т рол ь регулирующе й емкости . Поэтом у расче т по упругом у режиму , бе з учет а "окон" , всегд а дае т некоторы й запа с в вычисленны х понижениях . Оценк а эксплуатационны х запасо в подземны х во д артезиан ских бассейно в должн а производиться , ка к отмечалось , путе м совместног о применени я гидравлическог о и гидродинамическог о методов . В слабоизучениы х района х дл я предварительны х расчетов . 142 а такж е в условия х фильтрационно й однородност и (пр и сравни тельн о близки х значения х удельны х дебитов ) и прямолинейно й зависимост и межд у дебито м и понижение м возможн о применени е гидродинамическог о метода . Оценк а эксплуатационны х запасо в подземны х во д пр и нали чии взаимосвяз и с поверхностным и водотокам и (полуограничен ны й пласт ) рассмотрен а в гл. XV. Дл я наглядност и приведе м приме р оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д эти м методом . Дл я обеспечени я предприяти я питьево й водо й выбра н напор ны й водоносны й горизон т в среднезериисты х песка х мощность ю 30 м и высото й напор а на д кровле й водоносног о пласт а 50-6 0 м . Глубин а статическог о уровн я подземны х во д 20 м . Водоносны й горизон т отделе н от ниже н вышележащи х горизонто в толщам и плотны х глин мощность ю 20 - 25 м каждая . Глинисты е пласт ы выдер жан ы на площад и сотен квадратны х километро в и не содержа т "окон" . С поверхносшым н водотокам и напорны й го CkS. 1 А . // % JL гг .3500м ризон т не связан . Потребност ь предприя ти я в питьево й вод е 60 я/сек. П о данны м други х скважин , использующи х это т водоносны й горизонт , средни й деби т экс скв. г Рис. 49. CftSJ плуатационны х скважи н 20 л/сек. Таки м образом , дл я получени я требуемог о дебит а над о заложит ь тр и скважины . В описываемы х условия х водоносны й плас т може т рассматри ватьс я ка к неограниченный , а расче т эксплуатационны х запасо в производитьс я по формула м упругог о режима . Мест а заложени я скважи н был и выбран ы по топографически м условиям . Расположени е скважи н и расстояни я межд у ним и показан ы на рис. 49. И з каждо й скважин ы произведен ы четырехдневны е откачки , при которы х велис ь наблюдени я за уровне м во все х тре х скважи нах . Откачк и проводилис ь при постоянно м дебит е скважин ы (Q = 15 л/сек). Радиу с фильтро в скважи н г0 = 0,2 м. Кром е четырехдневны х откачек , был и проведен ы откачк и пр и дебит е 8 AjceK в течени е 36 час дл я определени я зависимост и дебит а от пониже ния . Полученна я зависимост ь оказалас ь очен ь близко й к прямо линейной . П о данны м откаче к определен ы коэффициент ы водопроводи мост и и пьезопроводности . Вс е определени я дал и довольн о близ кие результат ы пр и средни х значения х коэффициент а пьезопро водност и а = 2,25 -IO 6 м2/сутки и коэффициент а водопровбдност н Kfп = 220 м21сутки. В связ и с тем , что плас т однороден , расче т эксплуатационны х запасо в производи м гидродинамически м методом . Расчетны й перио д эксплуатаци и приме м г'-10000 суток. 143 Определяе м понижени е в скважин е 1, находящейс я в наихуд ши х условия х (он а расположен а н а боле е близки х расстояния х от остальны х скважин) . Деби т каждо й скважин ы приме м равны м 2 0 л/сек. Расчет ы веде м по формул е дл я неограниченног о пласт а (IV , 19) S = 2 3/4 [QcyM In/?п- (Q l I n r 0 + Q 3 Inr 1 .,+ Q 3 In Г,_з)] , гд е г 1-2-расстояни е межд у скважинам и 1 и 2; т 1_з - т о ж е межд у скважинам и 1 и 3. Та к ка к Q 1 = Q 2 = Q 3 = S p f то 5 = ^km I 31 n Я" " (1 П Г о + 1П 1 П Г1~з)] • Приведенны й радиу с влияни я определи м п о формул е (IV , 7) : Rn= 1,5 Vat= 1,5)/2,2 5 • IO6 IO4 = 2,2 5 • IO5 м. Таки м образом , понижени е в скважин е 1 пр и взаимодействи и с о скважинам и 2 и 3 составит : S = [3i n2 j : 2 5 • IO 5 -(I n 0, 2 + In 30 0 + In 400) ] = 33, 6 м. Та к ка к эт о понижени е н е превосходи т допустимог о (меньш е величин ы напор а на д кровлей , составляющег о 50 м) пр и глубин е динамическог о уровн я от поверхност и земл и 53,6 м, запас ы можн о считат ь обеспеченными . Пр и проведени и гидрогеологически х исследовани й дл я оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д н а отдельны х участка х артезиански х бассейно в платформенног о тип а необходимо : а ) выяснит ь геологическо е строение , определяюще е граничны е условия : количеств о водоносны х горизонтов , их мощност и и глу бины залегания , мощност и разделяющи х пород , наличи е дрени рующи х водотоков , "окоп" , величин ы напоро в на д кровле й водо носны х пластов ; б) исследоват ь химически й соста в подземны х вод ; в) определит ь расчетны е параметр ы - коэффициент ы водо - проводимост и (Km) и пьезопроводност и (а), а также , чт о очен ь важно , зависимост ь межд у дебито м и понижением ; г) пр и взаимодействи и скважи н определит ь величин у срезо к уровня . Пр и оценк е эксплуатационны х запасо в подземны х во д следуе т различат ь исследовани я в хорош о изученны х и слаб о изученны х бассейнах . В хорош о изученны х крупны х артезиански х бассейнах , наприме р в Подмосковно м и Днепцовско-Донецком , гд е действуе т 344 большо е количеств о крупны х водозаборов , осново й дл я выяснени я поставленны х вопросо в должн ы являтьс я вс е имеющиес я мате риал ы по бассейну , в то м числ е обязательн о опы т существующе й эксплуатации . Н а основани и проработк и фондовог о материал а выбираетс я участо к заложени я водозаборны х скважи н и прово дитс я рекогносцировочно е обследовани е выбранног о участк а дл я уточнени я .места заложени я водозаборны х скважин . Учитыва я выдержанност ь геологическог о строени я артезиан ски х бассейнов , в хорош о изученны х района х рекомендуетс я про водит ь бурени е разведочно-эксплуатационны х скважин . Пр и вы бор е мес т заложени я скважи н в о все х случая х следуе т ориентиро ватьс я н а пониженны е участки , гд е глубин а д о статическог о уровн я подземны х во д буде т наименьшей . Расстоя п ия межд у сква жинам и должн ы выбиратьс я с учето м экономически х показателей . С гидродинамическо й точк и зрени я наиболе е целесообразным и яв ляютс я расстояни я в 300-50 0 м, потом у что дальнейше е увели чени е расстояни й дае т обычн о небольшо е уменьшени е срезо к пр и взаимодействии . Количеств о разведочно-эксплуатационны х скважи н опреде ляетс я обще й потребность ю в вод е и возможны м дебито м одно й скважин ы (последни й устанавливаетс я п о фондовы м данным) . И з каждо й скважин ы проводятс я опытны е откачк и и отбира ютс я проб ы па химически й и бактериологически й анализы . П о результата м опытны х откаче к определяютс я коэффициент ы водо проводимости , пьезопроводност и и устанавливаетс я зависимост ь межд у дебито м и понижениями . В особ о сложны х гидрохимически х условиях , когд а существуе т опасност ь подсос а .минерализованны х вод , кром е опытны х отка чек дл я определени я параметро в и срезо к уровня , следуе т про вест и опытно-эксплуатапнопну ю откачк у в течени е 1 -1, 5 месяц а дл я определени я возможны х изменени й качеств а воды . Пр и опенк е эксплуатационны х запасо в следуе т такж е учест ь влияни е проектируемог о пли расширяющегос я водозабор а н а существующи е в радиус е 10-20 км водозаборы , эксплуатирующи е данны й водоносны й горизонт . В слаб о изученны х артезиански х бассейна х первы м этапо м являетс я гидрогеологическа я съемк а масштаб а 1:20 0 000 - ,1:500000 , сопровождающаяс я бурение м поисковы х скважин . По сл е этог о проводитс я предварительна я разведка , заключающаяс я в бурени и одиночны х разведочны х скважин , и производств о попнтервальны х пробны х (в отдельны х случая х опытных ) откаче к с отборо м про б вод ы н а анализ . Посл е проведени я предварительно й разведк и выбираетс я уча сто к дл я детально й разведки , н а которо м производитс я бурени е разведочно-эксплуатационны х скважин , опробуемы х та к же , ка к и в хорош о изученны х районах . Глава XIII ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д В АРТЕЗИАНСКИ Х БАССЕЙНА Х ГОРНОСКЛАДЧАТЫ Х ОБЛАСТЕ Й К синклинальны м структура м горноскладчаты х областе й нередк о приурочен ы артезиански е бассейны , отличающиес я от арте зиански х бассейно в платформенног о тип а относительн о неболь шим и размерам и и в связ и с эти м меньшим и естественным и за пасам и подземны х вод . Артезиански е бассейн ы горноскладчаты х областе й могу т быт ь .подразделен ы н а дв а типа : 1) межгорны е долин ы высокогорны х районов ; 2) синклинальны е структур ы (мульды ) в складчаты х районах , подвергшихс я впоследстви и пенепленизации . Примерам и первы х могу т служит ь Алазанска я и Ферганска я долины , приме ром вторы х - Карагандинска я мульда . Подземны е вод ы межгорны х долин , обрамленны х высоким и хребтами , получаю т обильно е питание . Водоносны е горизонт ы приурочен ы к толща м коренны х горны х пород , образующи м синклинальну ю структуру , и покрывающи м их пролювиальны м обра зования м (чередующиес я сло и галечнико в и суглинков) . Обща я мощност ь водоносны х горизонто в нередк о составляе т сотни мет ров. Значительно е превышени е област и питани я водоносног о гори зонта на д межгорно й равнино й обусловливае т больши е напор ы подземны х вод на д поверхность ю земл и (выражающиес я десят ками , а иногд а боле е 100 м). Напор ы подземны х во д возрастаю т по мер е углублени я в водоносну ю толщу , состоящу ю обычн о из нескольки х этажнорасположенны х водоносны х горизонтов , разде ленных относительн о слабопроиииаемым и слоями . Движени е подземны х вод происходи т в направлени и от гор к межгорно й равнине , причем различи е напоро в по вертикал и одновременн о обусловливае т восходяще е движени е вод ы к поверх ности земли . В района х с жарки м сухим климато м разгрузк а подземны х вод, поднимающихс я с глубин , происходи т в основно м путе м испарени я с капиллярно й кайм ы грунтовы х вод, а в райо нах с влажны м климато м это движени е може т приводит ь к забо лачивани ю поверхност и земли . Подобны е услови я циркуляци и подземны х вод обусловливаю т определенну ю закономерност ь их ми нерализации : она возрастае т по мер е движени я от го р к зон е 146 разгрузки , а в предела х это й зон ы - сниз у ввер х (обращенна я I идрохимическа я зональность) . Гидрогеологически е услови я отдельны х синклинальны х струк ту р (мульд ) древни х равни н и мелкосопочник а существенн о отли чаютс я от гидрогеологически х услови й межгорны х долин . Отсут стви е горног о обрамлени я муль д обусловливае т относительн о небольши е напор ы артезиански х во д на д поверхность ю земли , на порны е градиент ы (уклоны ) поток а от област и питани я к област и разгрузк и меньше , поэтом у услови я дл я циркуляци и подземны х во д мене е благоприятны . Минерализаци я подземны х во д в муль дах , ка к правило , значительн о выше , че м в межгорны х долинах , особенн о в областя х аридног о климата , гд е питани е подземны х во д затруднен о и эксплуатаци я водозаборо в обеспечиваетс я в основно м сработко й естественны х запасов . Наконец , в мульдах , рас положенны х вн е горны х областей , отсутствую т пролювиальны е отложения , обладающи е значительно й водопроницаемостью . Несмотр я н а эти различия , методик а разведк и и оценк и экс плуатационны х запасо в подземны х во д в межгорны х долина х и мульда х имее т мног о общего , та к ка к и т е н други е характери зуютс я небольшим и артезианским и бассейнам и пр и относительн о близк о расположенны х областя х питания . Разведк а и оценк а запасо в подземны х вод , приуроченны х к пролювиальны м отложения м межгорны х долин , производятс я по той ж е методике , что и дл я пролювиальпы х шлейфов , поскольк у геологическо е строени е и гидрогеологически е услови я однотипны . Пр и больши х размера х артезианско й структур ы (площад ь бассейн а нескольк о тыся ч квадратны х километро в и более ) оценк а эксплуатационны х запасо в должн а производитьс я тем и ж е мето дами , что и дл я артезиански х бассейно в платформенног о типа . Дл я относительн о "малых бассейнов , когд а при эксплуатаци и водозабор а депрессионна я воронк а може т распространитьс я д о гра ниц водоносног о пласта , оценк а запасо в имее т сво и особенности . Поисковы е работы , пр и которы х должн ы быт ь выяснен ы основны е черт ы гидрогеологически х услови й межгорно й долин ы ил и мульды , заключаютс я в проведени и гидрогеологическо й съемк и масштаб а 1:50000-1:20 0 000. Дл я небольши х муль д (пр и их длин е и ширин е не боле е 10-1 5 км) съемко й следуе т охватит ь вс ю .мульду. Есл и мульд а имее т значительны е размеры , то площад ь съемк и можн о ограничит ь районо м возможног о влияни я намечае мог о водозабора . Пр и съемк е особо е внимани е следуе т обращат ь н а выяснени е услови й питани я подземны х вод , в частности , н а возможност ь усилени я этог о питани я в случа е снижени я напоро в пр и эксплуата ции. Нередк о в естественны х условия х питани е незначительн о вследстви е близког о залегани я грунтовы х во д от поверхност и и большог о испарени я чере з капиллярну ю кайму . Пр и образовани и депресси и може т произойт и усилени е питани я водоносног о гори 147 зонта , та к ка к уровн и грунтовы х во д в област и питани я снизятс я и испарени е уменьшится . Предварительну ю разведк у пр и съемк е следуе т производит ь по линии , примерн о совпадающе й с направление м падени я пласто в горны х пород . П о этом у направлени ю изменени я состав а и мощ ност и водоносны х пластов , напоров , минерализаци и подземны х во д наибольшие , что позволяе т пр и минимум е разведочны х рабо т установит ь основные , наиболе е характерны е особенност и гидро геологически х услови й района . И з все х разведочны х скважи н про изводятс я пробны е откачки , а из скважин , которы е приходятс я н а участк и возможног о расположени я водозаборов , - опытны е откачки . Посл е проведени я гидрогеологическо й съемк и и предваритель ной разведк и выбираетс я участо к водозабора , н а которо м произ водятс я детальны е разведочны е работы . Н а выбранно м участк е скважин ы целесообразн о бурит ь таког о диаметра , чтоб ы в после дующе м их можн о был о использоват ь дл я эксплуатации . Сква жин ы опробуютс я с помощь ю опытны х откаче к дл я построени я кривы х дебита , определени я срезо к и расчето в гидрогеологиче ских параметро в (коэффициенто в фильтраци и и пьезопроводности ) по обычно й методике . Есл и скважин ы фонтанируют , то н а ни х должн ы быт ь установлен ы регулятор ы (краны , задвижки) , обес печивающи е работ у скважи н с постоянны м расходом . В относительн о небольши х артезиански х бассейна х чере з некоторо е врем я посл е начал а эксплуатаци и депресси я може т рас пространятьс я д о грани ц водоносног о пласт а (д о этог о понижени е происходи т та к же , ка к в пласт е неограниченны х размеров) . С течение м времен и влияни е контуро в вс е боле е усиливается . Есл и в област и питани я подземны х во д протекаю т реки , имеющи е пря мую гидравлическу ю связ ь с подземным и водами , т о эт о приво дит к стабилизаци и понижени й в эксплуатационны х скважинах . В других , боле е част о встречающихся , случая х контуро м водонос ного пласт а служа т водоупорны е породы , тогд а снижени е уровне й в скважина х происходи т с постоянно й скоростью . Границ ы водоносног о пласт а в план е могу т быт ь весьм а слож ными . Пр и схематизаци и их дл я проведени я задач и к расчетном у виду предельным и случаям и можн о считат ь кругово е очертани е границ ы (пласт-круг ) н наличи е дву х параллельны х прямолиней ных грани ц (пласт-полоса) . Перва я схем а (пласт-круг ) соответ ствуе т условию , когд а длин а мульд ы незначительн о (не боле е чем в три-пят ь раз ) превосходя т ширину . В таки х случая х сле дуе т найт и приведенны й радиу с круга , имеющег о ту ж е площадь , что и площад ь распространени я водоносног о горизонта . Втора я схем а (пласт-полоса ) може т быт ь принят а в тех случаях , когд а длин а артезианског о бассейн а значительн о больш е его ширины , что свойственно , например , межгорны м долинам . Оценк а эксплуатационны х ресурсо в производитс я с учето м осушени я пласт а при длительно й эксплуатации . Пр и кругово м 148 контур е питани я и расположени я водозабор а в центрально й част и бассейн а понижени е уровн я вод ы в скважин е пр и ее работ е бе з взаимодействи я можн о определит ь по формул е (IV , 56) . Раздели м числител ь и знаменател ь второг о слагаемог о в это й формул е па коэффициен т пьезопроводност и (а) и представи м nR 2 K=F , где F - площад ь распространени я водоносног о гори зонта . Тогд а формул а (IV , 56) получи т следующе е выражение : лS 1I1n1 -!L Q t O(АC1l Л о- 2-Кш г0 Krn и • ' - . / Величин а Km , по Ф. М . Бочеверу , содер - х а р а к т е р и з у е т /канн е вод ы в единиц е объема , извлекаемо й пр и упруго м режим е фильтрации . Действительно , он а являетс я аналого м водоотдач и поро д в условия х безнапорны х вод, где по формул е (IV , 2) : KJh р Kh, р ел4 ; = !1. ах Следовательно . Я U = / '2К" !In ^ 4Гг3/4 U=L ./• (XV I, 2 )7 Формул а (XI, 2) определяе т понижени е уровн я вод ы в сква жин е в напорны х водах . Пр и эксплуатаци и водозабор а в артези анско м бассейн е небольшог о размер а его деби т обеспечиваетс я не тольк о извлечение м вод ы под действие м упругог о режим а (в обла сти, гд е вод ы напорные) , по и вследстви е осушени я пласт а в зон е питания , гд е воды безнапорные . В связ и с эти м в формул у (XI , 1) вмест о величин ы Km .. над о подсчавпт ь cvmmy к г Н Km сF . а /• я 2 с Q , ".'7Яь- Qt (У1 оч Л0,,- -Г-, г in , 4(Al , О) 2и!\т л, иF" +, Km F\ ' ' где F] - площад ь питани я водоносног о горизонт а (безнапорны е воды) ; F2 - площад ь распространени я водоносног о горизонт а (на порны е воды) ; и - водоотдач а поро д в област и питания . Срезк а уровн я пр и работ е взаимодействующи х скважин , рас положенны х в центрально й част и артезианског о бассейна , опре деляетс я по формуле : A.S ^ Q 1 п ^ d 7 _ j . / МЛ + - • F, гд е г-расстояни е до скважины , откачк а из которо й вызывае т срезк у уровн я в данно й скважине . 149 Приме р расчета . Требуетс я определит ь понижени е уровн я в скважина х водозабора , расположенног о в центрально й част и ма лог о артезианског о бассейн а - мульды . Водоносны й горизон т приуроче н к трещиноваты м порода м и имее т общу ю площад ь распространени я 1200 км2. Област ь пита ни я прослеживаетс я вдол ь краевы х часте й бассейн а в вид е полос ы и имее т площад ь F ,=67 0 км 2 . В центрально й част и бассейна , площад ь которо й F 2 = 53 0 км2, вод ы напорные . Мощност ь водонос ног о горизонт а 5 0 м, высот а напор а на д кровле й пласт а 60 м. Коэффициен т фильтраци и &=1 0 м/сутки, водоотдач а р = 0,05, коэф фициен т пьезопроводност и G =IO 5 м2/сутки. Водозабо р состои т и з тре х скважин , которы е предполагаетс я эксплуатироват ь соответственн о с дебитам и 4000 , 600 0 и 700 0 Mz!сутки, радиу с скважи н г0 - 0,1 5 м. Продолжительност ь экс плуатаци и C=IO 4 суток . Расстояни я межд у скважинам и показан ы в табл . 22. Таблица 22 Расстояние между < кважннами, м c Понижение уровня в скважинах с учетом взаимо действия, м 400 0 30 0 10;) 32, 2 2 6000 30 0 35 0 40, 7 3 700 0 40 0 35 0 46, S Определяе м п о формул е (IV , 51) приведенны й радиу с круга : R k = У ^ y i - 19,6 КМ. Определяе м понижени е в скв . 1, которо е складываетс я из понижени я S i пр и откачк е из это й скважин ы ка к одиночной , и срез ки уровне й AS 2 и AS 3 , вызываемы х соответственн о откачкам и из скважи н 2 и 3. П о формул е (XI , 3) : , 400 0 0.4 7 • 1 9 60( ) . 4 0 0 0 10 " __ _ _ 2 • 3.1 4 • 1 0 • 5 0 0,1 5 1 " " ~~ ' YO • ПО " 53 0 -10 " ~ ~ 1 0 , 1 М ' О.Оо-6/О-10' + j П о формул е (XI , 4) : Л о _ _ 600 0 0 Л ? • 1 9 60 0 600 0 • 10 ' ^ 2 " " 2 • 3,1 4 • 1 0 • 5 0 П "3"0П" "" ~ W 1 . ; 10-50---,30К ) ~ Ь > 2 М > 0,(Ъ-О/0Ю'Н IO j 150 Понижени е в скважин е 1 в условия х ее взаимодействи я со скважинам и 2 и 3, таки м образом , составит : S = 15,1 +8. 2 + 8,9 = 32,2 м. Аналогичн о определяе м понижени я в скважина х 2 и 3 (см . табл . 22) . Ilano p подземны х во д на д кровле й водоносног о пласт а в есте ственны х условия х бы л Oju м. Таки м образом , при эксплуатаци и водозабор а в течени е 10 000 суто к уровн и вод ы в водозаборны х скважина х не снизятс я д о кровл и пласта . Ка к указывалось , если длин а мульд ы значительн о превосхо ди т ее ширину , то расчет эксплуатационны х запасо в производитс я применительн о к схем е пласт-полоса . Понижени е уровн я вод ы в скважин е при работ е ее ка к одиночно й находитс я по формул е (IV , 48) : о _ _ ( ? ( ] Г Г _ 9 Л М , |V>5 | "Л7 \ ^0 ~~ lInkm \ 1П " 'тЛ 'В ' ' V ' v s i n I T ' где В - ширин а полосы , т. е. ширин а мульды : /-расстояни е скважин ы д о ближайше й границ ы мульд ы (границ а образован а водоупорным и породами) . Расчет ы понижени я уровн я в скважина х i руиповог о водоза бора , состоящег о из ряд а скважин , пересекающи х "пласт-полосу" , производятс я по формул е (XV, 3) , а при расположени и ряд а вдол ь полос ы - по формул е (IV , 55) . Применени е этих форму л показан о па примера х в гл. X W Глава XII I ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д В КАРСТОВЫ Х РАЙОНА Х Своеобрази е гидрогеологически х услови й карст а определяе т особенност и методик и их изучени я дл я оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х вод . Пласт ы горны х поро д в района х развити я типичног о карст а в фильтрационно м отношени и крайн е неоднородны . Наряд у с зо нами , водопроницаемост ь которы х чрезвычайн о велика , имеютс я участки , обладающи е ничтожным и коэффициентам и фильтрации . Така я неоднородност ь особенн о характерн а дл я районов , в кото рых карстовы е процесс ы интенсивн о продолжаютс я и в настоя ще е время . В тех случаях , когд а вод а движетс я в закарстованно м массив е отдельным и подземным и водотоками , имеющим и иногд а затрудненну ю гидравлическу ю взаимосвязь , сам о поняти е о филь трации , а следовательно , и о коэффициент е фильтраци и стано вится весьм а условным . Несмотр я на большу ю фильтрационну ю неоднородност ь кар ста, все ж е наблюдаютс я некоторы е общи е закономерности , учет которых необходи м дл я рациональног о выбор а участко в располо жени я водозаборов . Наибольша я проницаемост ь карст а свойственн а зоне , в преде ла х которой происходя т ежегодны е колебани я уровн я подземны х вод. Атмосферны е осадк и просачиваютс я по трещина м с большо й скорость ю и заполняю т емкость , освобожденну ю в предшествую щий период низког о стояни я зеркал а подземны х вод. В зон е коле баний \ровн я воды очень слабомиыералнзоваиы , а потом у явля юк' я активным и растворителям и пород . Уменьшени е водопроницаемост и с углубление м в толщ у закар стоваипы х поро д обусловлен о тем, ч ю в нижни е зон ы проникаю т воды, обогащенны е карбонато м кальция , а потому ка к раствори тель менее активные . Процесс ы растворени я с глубино й постепен но замещаютс я процессам и цементаци и трещин . Во многих слу чая х нижня я границ а зон ы закарстованиы х пород , характеризую щихс я высоко й проницаемостью , являетс я недостаточн о четкой. Обычн о тако й границе й считаю т горизонтальну ю плоскость , соответствующу ю базис у дренировани я подземны х во д эрозионно й сетью (с учетом переуглублени я долин) . Большо е значени е имее т такж е новейша я тектоника , особенн о в горны х районах , гд е ам 152 плитуд а вертикальны х перемещени й достигае т большо й величины . В предела х погруженны х участко в глубин а закарстованност и може т быт ь значительн о больш е глубин ы современног о эрозионног о вреза . Водопроницаемост ь карст а изменяетс я такж е в горизонталь ном направлении . Давн о замечено , что наибольша я водообнль пост ь наблюдаетс я в зонах , примыкающи х к речны м долинам , а при удалени и от ре к закарстованност ь поро д существенн о умень шается . Эт а закономерност ь обусловлен а гем, что в паводк п про исходи т выщелачивани е поро д слабоминерализоваино й речно й водо й при ее фильтраци и в берег а и увеличение м градиенто в поток а в приречны х зонах . Карс т содержи т трещин ы и пустот ы самы х различны х разме ро в - от отдельны х крупны х канало в и пеще р д о тонки х волос ных трещин . Общи й объе м пусто т в карст е составляет , однако , весьм а небольшо й процен т от объем а водоносног о пласт а или массива , поэтом у повышени я уровне й подземны х во д посл е вы падени я осадко в достигаю т значительно й величин ы (иногд а д о 15 20 м), чт о приводи т к резком у увеличени ю напорны х гра диенто в и увеличени ю дебит а источников . Подземны е вод ы карст а немедленн о реагирую т на выпадени е атмосферны х осадко в ил и на изменени я горизонто в вод ы в реках . Эт о обстоятельств о следуе т учитыват ь при определени и исходны х (статических ) уровне й подземны х вод , от которы х производитс я отсче т понижени й при эксплуатации . Одни м из основны х методо в оценк и эксплуатационны х запа сов подземны х вод карст а являетс я балансовы й метод , поэтом у предварительн о гидрогеологическо й съемко й долже н быт ь охва чен вес ь район , в предела х которог о долже н определятьс я балан с подземны х вод . Границам и таког о район а слу жа т контур ы облае т питани я и сток а подземны х вод. Обычн о это долин ы рек, сто к которы х поглощаетс я карстом , и долины , гд е происходи т разгрузк а подземног о потока . Есл и балансовы й райо н имее т значительны е размер ы (порядк а сотен квадратны х километров) , то можн о огра ничитьс я съемко й масштаб а 1:100000 . Пр и небольши х размера х район а или сложно м его строени и съемк а должн а производитьс я в масштаб е 1:5 0 00 0 или 1:2 5 000. Участк и выход а родников , которы е предполагаетс я каптироват ь дл я водоснабжени я или вблиз и которы х намечаетс я заложит ь эксплуатационны е скважины , сле дуе т картироват ь боле е детальн о (в масштаба х 1 : 10000- 1 :5000) . Пр и съемк е необходим о установить : 1) геологическу ю истори ю район а (дл я суждени я о глубин е закарстованност и пород) ; 2) положени е наиболе е раскаретованны х зон, связ ь их с тек тонико й и геоморфологие й района ; 3) положени е участко в наиболе е интенсивног о питани я подземны х во д атмосферным и осадкам и и поверхностным и водото ками ; 153 4) направлени е подземног о поток а и положени е областе й и зон разгрузки , Гидрогеологическу ю съемк у целесообразн о сопровождат ь геофизическим и исследованиям и (электроразведка , сейсморазведка;, которы е могу т дат ь ценны й материа л о распространени и наиболе е закарстоваины х зо н и глубин е карстования . Н а реках , протекающи х чере з район , следуе т организоват ь гидрометрически е наблюдени я з а стоком . Эт и данны е необходим ы дл я составлени я водног о баланс а район а и оценк и восполпяемо сти естественны х запасо в подземны х во д при эксплуатации . Гид рометрически е створ ы должн ы быт ь расположен ы выш е п ниж е участков , гд е по гидрогеологически м данны м предполагаетс я поглощени е вод ы из ре к ил и питани е их подземным и водами . На блюдени я необходим о производит ь миниму м в течени е года , причем важн о установит ь процен т обеспеченност и сток а тог о года , в течени е которог о они выполнялись . Дл я решени я этог о вопрос а следуе т использоват ь гидрометрически е данны е по река м с мно голетни м рядо м наблюдений . Наблюдени я з а режимо м подземны х во д производятс я на источника х и по все м скважинам , которы е бурятс я пр и съемк е и при разведке . Изучени е режим а важн о с нескольки х точе к зре ния . Сопоставлени е изменени й уровне й карстовы х во д и дебито в источнико в во времен и с метеорологическим и данным и позволяе т уточнит ь водобалансовы е расчеты . Так , в период ы выпадени я большог о количеств а осадко в или посл е снеготаяни я по измене нию дебит а источнико в (а в те х случаях , когд а подземны е вод ы дренируютс я рекой , - по изменени ю расход а реки ) можн о полу чить представлени е о величин е коэффициент а инфильтраци и осад ков. Есл и по данны м наблюдени й з а режимо м подземны х во д известны снижени я депрессионны х кривы х в период ы отсутстви я питания , то, зна я деби т источнико в или расхо д рек и з а эт о время , можн о определит ь водоотдач у пласт а или массив а закарстован ных пород , что очен ь важн о дл я оценк и естественны х запасо в подземны х вол. II o данны м о колебания х уровне н подземны х во д можн о судит ь об изменени и отмето к динамически х уровне й вод ы в скважина х водозабор а при эксплуатаци и в характерны е период ы год а (сне готаяние . выпадени е большог о количеств а осадков , прекращени е пптапн я и т. п.) . Наконец , больша я амилпт\д а колебани й уровн я подземны х вод являетс я признаком , указывающи м н а расположе ни е наиболе е проницаемых , собирающи х подземны й сто к карсто вых трактов . Посл е гтронзводства гидрогеологическо й съемк и выбираютс я наиболе е б тагоприятны е дл я размещени я водозаборо в участки . Есл и таки х участко в выявлен о несколько , то н а каждо м из них производятс я предварительна я разведк а и опытны е откачки , посл е чего производитс я окончательны й выбо р участк а (ил и участ ков ) дл я детально й разведки . Учитывая , что закарстованноет ь 154 поро д во .многих случая х уменьшаетс я с удаление м ог реки , дре нирующе м подземны й поток , дл я выбор а участк а целесообразн о заложит ь один-дв а разведочны х поперечник а в направлении , перпендикулярно м долине , и опробоват ь скважин ы с помощь ю опытны х откачек . Наиболе е выгодн о водозабор ы располагат ь в зона х наиболь шее! закарстованност и пород , та к ка к здес ь скважин ы буду т рабо тат ь с меньшим и понижениям и уровня . Сильн о закарстованны е зон ы являютс я естественным и дренами , глубок о врезанным и в масси в и привлекающим и к себ е ка к коллектор ы подземну ю воду из мене е проницаемы х участко в этог о массива . Пересечени е зон повышенно й закарстованност и с поверхность ю земл и отмеча етс я мощным и сосредоточенным и карстовым и источникам и ил и существенны м приращение м расход а реки , дренирующе й подзем ные воды . 3 аложени е водозаборо в вблиз и источнико в пр и про чих равны х условия х наиболе е благоприятно , та к ка к источник и являютс я своег о род а индикаторо м зон повышенно й трещинова тости . Водозабор ы вообщ е целесообразн о приурочиват ь к пониже ния м рельеф а (ложбины , долины , овраги , замкнуты е впадины ) по следующи м соображениям . Обычн о эт и понижени я развиваютс я там , гд е закарстовапноет ь поро д наибольшая , та к ка к процесс ы карстовани я создаю т предпосылк и дл я эрозии , возникновени я провало в поверхност и и т. п. Вмест е с тем к эти м понижения м стекаю т дождевы е п талы е воды , что усиливае т поглощени е осад ко в и вызывае т интенсивно е локально е карстовапие . Выявленны е зон ы наибольше й раскарстованност и поро д пр и детально й разведк е должн ы быт ь оконтурены . Сосредоточени е эксплуатационны х скважи н в предела х таки х зон , несмотр я н а значительно е взаимодействи е скважин , дае т больши й эффек т нежел и увеличени е длин ы водозабор а с захвато м относительн о сла бой рон и да емы х участков . Дл я оценк и эксплуатационны х запасо в подземны х во д карст а применяютс я совместн о гидравлически й и балансовы й методы . Первы й позволяе т определит ь деби т скважин , зависящи й от водо проводнмост и пласта , второ й - восполняемост ь запасов . Чт о ка саетс я гидродинамическог о метода , то его применимост ь ограничи ваетс я условиями , когд а закарстованност ь поро д боле е или мене е равномерна . В таки х случая х принципиальног о отличи я межд у водам и карст а и "обычными " грунтовым и водам и нет и описан на я ,методика оценк и запасо в применим а и дл я карстовы х райо нов. Подземны е вод ы карст а обычн о безнапорные , следовательно , при их эксплуатаци и происходи т осушени е пласта . Водопроницае мост ь поро д по вертикал и сильн о изменяется , поэтом у экстрапо ляци я криво й дебит а применительн о к большем у (эксплуатацион ному ) дебит у може т приводит ь к серьезны м ошибкам . В связ и с эти м опытны е откачк и следуе т по возможност и производит ь 155 с расходом , равны м дебиту , с которы м предполагаетс я эксплуа тироват ь скважин у ил и даж е превышающи м его (учитыва я допол нительно е понижени е пр и взаимодействии) . Есл и по технически м причина м этог о добитьс я откачко й из одно й скважин ы невоз можн о (недостаточна я производительност ь насосов) , то следуе т заложит ь в непосредственно й близост и ещ е одну-дв е скважин ы и вест и откачк у из них одновременно . Коэффициент ы уровнепроводност и закарстованны х поро д обыч но значительн ы (IO 4 -IO 5 м2/сутки), поэтом у эффек т взаимодей стви я скважи н (срезки ) пр и опытны х откачках , производящихс я в течени е нескольки х суток , являетс я достаточн о характерным . Опытны е откачк и по возможност и следуе т приурочит ь к том у период у года , когд а водоносны й горизон т не получае т питани я инфильтрацие й атмосферны х осадков , та к ка к в эт о врем я движе ни е подземны х во д приближаетс я к установившемуся . Пр и оценк е эксплуатационны х запасо в суммарно е понижени е должн о отсчн тыватьс я от самог о низког о положени я статическог о уровня , уста новленног о наблюдениям и з а режимо м подземны х во д н а участк е водозабора . Гидравлически е расчет ы понижени й уровне й вод ы в скважи на х при эксплуатации , основанны е на опытны х откачках , н е ха рактеризую т обеспеченност и эксплуатационны х запасо в в о вре мени. Дл я получени я доказательств а обеспеченност и запасо в дол жн о быт ь оценен о питани е (естественны е ресурсы ) водоносног о горизонт а балансовым и методами . О величин е питани я подземны х во д можн о судит ь ка к по при ходно й част и их баланс а (инфильтраци я атмосферны х осадков , поглощени е вод ы из рек) , та к и по расходно й част и (подземны й сто к в реки , дебит ы родников) . В целя х взаимног о контрол я сле дуе т определит ь об е част и баланса , та к ка к сходимост ь их вели чин служи т подтверждение м правильност и определени я естествен ных ресурсо в водоносног о горизонта . Пр и балансовы х расчета х необходим о возможн о полне е использоват ь данны е о режим е под земны х во д дл я характеристик и изменени я питани я во времени . Есл и райо н имеет типичны й карстовы й релье ф с характерным и замкнутым и формами , способствующим и поглощени ю атмосфер ных осадков , то при отсутстви и водоупорны х слое в в кровл е за карстованны х поро д можн о ориентировочн о считать , что-инфиль траци я п инфлюаци я вод ы составляе т не мене е 50-60 % от коли честв а выпадающи х осадков . Есл и водоносны й горизон т в карст е напорны й н эксплуатаци ю подземны х во д предполагаю т вести бе з осушени я водоносног о пласта , то методик а оценк и эксплуатационны х запасо в та же , что и дл я артезиански х вод . Глава XIII ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д В КОНУСАХ ВЫНОС А И ПРОЛЮВИАЛЬНЫ Х ШЛЕЙФА Х Ma склона х гор широко е распространени е имею т конус ы вы носо в и покров ы (шлейфы) , сложенны е пролювиальным п отложе ниями , к которы м приурочен ы весьм а обильны е водоносны е гори зонты . В эти х района х в направлени и от гор к равнин е можн о вы делит ь нескольк о типичны х зон , резк о отличающихс я по гидро геологически м условия м питания , циркуляци и и разгрузк и подземны х вод . В верхне й част и склон а пролювиальны е отложени я представ лен ы галечниками , имеющим и большу ю водопроницаемость . Эт о основна я област ь питани я подземны х во д з а счет инфильтраци и атмосферны х осадков , поглощени я стекающи х с горны х склоно в временны х водотоков , поглощени я рек, приток а вод ы из коренны х пород . Подземны е вод ы в этой зон е имею т свободну ю поверхность . Следующа я зон а характеризуетс я чередование м слое в галеч нико в и суглинков , причем суглинк и постепенн о за.мещаютс я га лечникам и по мер е движени я от гор к равнине . Едины й водонос ный горизон т в област и питани я расчленяетс я на нескольк о этаж норасположенны х горизонтов . Че м глубж е залегае т водоносны й горизонт , тем боле е затруднен а его разгрузка . Поэтом у по мер е углублени я в толщ у пролювиалыш х отложени й пьезометрически е отметк и подземны х во д возрастают , что вызывае т движени е вод ы не тольк о по простирани ю пластов , но и попере к их сниз у ввер х чере з слабопроницаемы е слои суглинков . Есл и водоносны е горизонт ы выклиниваются , то па контакт е с суглинками , образующим и ка к бы непроницаемы й барьер , про исходи т частична я разгрузк а подземны х во д восходящим и источникам и (рис . 50) . В други х случая х водоносны е горизонт ы рас пространяютс я на большо е расстояни е в предела х предгорно й рав нины, вс е боле е погружаясь . Галечник и замещаютс я песками , мощност ь водоносны х горизонто в уменьшается , минерализаци я воды вс е боле е возрастает . Разгрузк а водоносны х горизонто в в это м случа е происходи т на значительно й площад и путе м восходящег о движени я к поверх ности "земли, гд е происходи т испарени е грунтовы х во д (рис. 51) . Эти гидродинамически е услови я обусловливаю т характерну ю об ращенну ю вертикальну ю зональност ь подземны х во д - их мине 157 рализаци я в верхни х горизонта х и особенн о у-поверхност и земл и значительн о больше , че м в слоях , залегающи х н а большо й глу бине . Подземны е зон ы пролювиальны х отложени й наиболе е целесо образн о использоват ь в предела х зон ы переслаивани я галечни ко в и суглинков . В верхне й част и склон а подземны е вод ы приуро чен ы к весьм а проницаемы м галечникам , н о залегаю т н а большо й Рис. 50. глубине , поэтом у их эксплуатаци я экономическ и нецелесообразна , а в некоторы х случая х при современно м насосно м оборудовани и и техническ и невозможна . С друго й стороны , устройств о водозабор а у подножи я склон а може т оказатьс я такж е нерациональным , учитывая , что по мер е удалени я о т горног о хребт а увеличиваетс я числ о и мощност ь про слое в суглинко в (иногд а он и полность ю слагаю т разрез ) и одно временн о уменьшаютс я коэффициент ы фильтраци и водоносны х слое в (галечник и постепенн о замещаютс я песками) . Вследстви е этог о скважины , несмотр я н а увеличени е напоро в на д поверхно сть ю земли , оказываютс я малодебитными , фильтр ы засоряютс я песком . Гидрогеологически е услови я изменяютс я не тольк о вни з п о склону , н о и вдол ь склона . В конуса х вынос а наибольша я прони цаемост ь свойственн а осево й зоне , к перифери и конус а литологи чески е услови я ухудшаются . Есл и конус ы вынос а слилис ь в еди ны й пролювиальны й шлейф , то по линии , идуще й вдол ь склона , 158 т. е. примерн о по горизонтали , участк и с больше й проницаемость ю чередуютс я с участками , на которы х водопроницаемост ь значи тельн о меньше . Пролювиальны е шлейфы , образовавшиес я в резуль тат е площадног о смыва , характеризуютс я изменчивость ю геоло гическог о строени я в это м направлении . Одно й из главны х зада ч гидрогеологически х изыскани й в райо на х конусо в вынос а являетс я выбо р оптимальног о участк а распо ложени я водозабора . Пр и это м должн ы быт ь принят ы во внима ни е об е указанны е закономерност и - изменени е мощност и и водо проницаемост и пласто в и распределени е напоров . Поисковы е работ ы в данны х района х заключаютс я в проведе нии гидрогеологическо й съемк и масштаб а 1:25000-1:10 0 000. Съемко й должн а быт ь охвачен а вс я площад ь распространени я конус а вынос а и прилежаща я зон а коренны х пород . В предела х про лювиальны х шлейфов , протягивающихс я иногд а н а десятк и кило метро в вдол ь склона , участо к съемк и може т быт ь ограничен . Пр и проведени и гидрогеологическо й съемк и устанавливаются : 1) расположени е конусо в и межконусны х участков ; 2) закономерност и строени я пролювиальны х отложений , рас пределени е водоносны х горизонто в и напоро в подземны х во д по направлени ю вни з по склон у н а разны х глубинах ; 3) границ ы област и питани я подземны х во д атмосферным и осадками , т. е. области , гд е галечник и выходя т на поверхность ; 4) участки , на которы х происходи т поглощени е поверхностног о сток а в пролювиальны е отложения , и характе р питани я водонос ног о горизонт а (непосредственна я гидравлическа я связ ь водото ко в и подземны х во д ил и поглощени е чере з заиленны е русл а в вид е "подземног о дождя") ; 159 5) услови я разгрузк и водоносны х горизонто в (разгрузк а источниками , выходящим и в подошв е склона , разгрузк а испаре нием ) ; 6) водоносност ь коренны х пород , к которы м примыкаю т про лювиальны е отложения , и степен ь участи я их в питани и подзем ны х во д пролювиальны х отложений . Выяснени е основны х закономерносте й гидрогеологически х услови й конусо в вынос а и пролювиальны х шлейфо в требуе т про ведени я довольн о значительног о объем а буровы х рабо т в целя х выбор а участко в дл я последующи х детальны х разведок . Бурени е скважи н следуе т производит ь по направлениям , п о которы м изме нени е гидрогеологически х услови й наиболе е существенно , что позволи т пр и минимум е объем а рабо т получит ь наиболе е эффектив ные результаты . Предварительна я разведк а начинаетс я заложение м створ а скважи н в направлени и от го р к равнине . Н а конуса х вынос а поперечник и следуе т приурочиват ь к их осевы м зонам . Числ о сква жи н в створ е примерн о три-пят ь в зависимост и от размеро в конус а выноса . Зате м по линии , по которо й услови я заложени я водоза бор а представляютс я наиболе е благоприятными , разбуриваетс я ство р скважи н в направлении , перпендикулярно м осевом у створу . Пр и бурени и должн о быт ь установлен о распределени е напоро в подземны х во д в этажнорасположенны х водоносны х горизонтах ; из всех скважи н произведен ы пробны е откачки , а из тех , которы е располагаютс я н а участка х возможног о размещени я водозабо ров, - опытны е откачки . Мощност ь пролювиальны х отложени й очен ь велик а и в о многих случая х измеряетс я сотням и метров . Однак о устройств о водо заборны х скважи н стол ь большо й глубин ы обычн о нецелесооб разно , та к ка к пр и эксплуатаци и сравнительн о неглубок о зале гающи х водоносны х горизонто в возникае т (ил и усиливается ) пере текани е вод ы из глубоки х горизонто в чере з разделяющи е относи тельн о слабопроницаемы е сло и суглинков . Следовательно , боле е глубоки е горизонт ы косвенн о принимаю т участи е в питани и водо забора , и нет необходимост и их эксплуатироват ь непосредственно . В связ и с этим при изучени и гидрогеологически х услови й конусо в вынос а можн о ограничитьс я бурение м скважи н глубино й порядк а 100-200 м, и тольк о в тех случаях , когд а водопроницаемост ь пород на этих глубина х незначительн а и не може т обеспечит ь тре буемы х дебито в скважин , целесообразн о производит ь боле е глу боко е бурение . Пр и оценк е эксплуатационны х запасо в подземны х во д кону сов вынос а и пролювиальны х шлейфо в большо е значени е имею т наблюдени я з а режимо м подземны х вод , на основ е которы х можн о решит ь вопро с о б основны х источника х питани я водоносны х гори зонто в пролювиальны х отложени й (прито к из област и распростра нени я коренны х пород , местно е питание) . Дл я этог о данны е о б изменения х напоро в подземны х во д и дебито в источнико в сопо 160 ставляютс я с метеорологическим и и гидрологическим и данным и и находятс я кореллятивны е связ и межд у ними . Уровн и подземны х во д в пролювиальны х отложениях , имею щи х местно е питание , подвержен ы значительны м колебания м в годово м цикле . Наблюдени я з а режимо м подземны х во д должн ы дат ь представлени е о минимальных , средни х и максимальны х уровнях , а такж е о дебита х источников , что крайн е важн о дл я суждени я о б обеспеченност и эксплуатационны х запасов . Наблю дени я должн ы быт ь поставлены , ка к минимум , по створа м сква жин , расположенны х по направлени ю от го р к равнине , а такж е па источниках . Длительност ь наблюдени й должн а быг ь н е мене е года . Посл е проведени я гидрогеологическо й съемк и и предваритель ной разведк и выбираетс я наиболе е благоприятны й участо к (ил и участки ) дл я производств а на них детально й разведки . Разведочны е работ ы следуе т производит ь применительн о к предполагаемо й схем е размещени я водозабора . Дл я эксплуата ции подземны х во д пролювиальны х отложени й наиболе е рацио нальн о располагат ь скважин ы по линиям , идущи м вдол ь склона , т. е. примерн о по горизонтали . Вначал е разведк а ведетс я с боль шим и расстояниям и межд у скважинам и дл я уточнени я мест а рас положени я водозабора . Посл е производств а предварительно й раз ведк и особы х "неожиданностей " при детально й разведк е предпо лагат ь иет оснований , поэтом у бурени е следуе т производит ь с та ким расчетом , чтоб ы в дальнейше м использоват ь разведочны е скважин ы ка к эксплуатационные . Эт о тем боле е желательно , что скважин ы имею т обычн о значительну ю глубину , а поэтом у ликви даци я их посл е проведени я разведк и нецелесообразна . Дл я определени я длин ы участк а разведочны х рабо т необходи мо сделат ь предварительны е "прикидки " по приводимы м ниж е формулам , задаваяс ь вероятным и значениям и коэффициент а фильтраци и поро д и мощност и водоносног о пласта . В качеств е ориентировк и .могут служит ь данны е пробны х и опытны х откаче к из скважин , пробуренны х при съемк е и п а стади и предварительно й разведки , а такж е учитыватьс я аналоги я с другим и участками . Откачки , производящиес я дл я построени я кривы х дебит а и определени я гидрогеологически х параметров , производятс я по обыч ной методике . Есл и скважин а фонтанирует , то он а -должн а быт ь оборудован а задвижко й или крановы м устройством , обеспечиваю щи м постоянств о дебит а скважины . Величин а понижени я напор а пр и это м определяетс я п о манометру . Опытны е откачк и должн ы производитьс я из скважи н последовательно , с наблюдениям и з а понижениям и уровн я в-други х скважинах , что позволяе т наиболе е точн о определит ь расчетны е параметры . В эти х ж е целя х посл е проведени я откаче к следуе т производит ь наблюдени я з а восста новление м уровня . Методик а оценк и эксплуатационны х запасо в определяетс я типом граничны х условий , которы е в конуса х вынос а и пролювиаль 161 ны х шлейфа х достаточн о сложны . Контуро м питани я отдельног о конус а вынос а могу т считатьс я образовавши е его водотоки , из которы х фильтраци я являетс я основны м источнико м питани я под земны х вод . З а многолетни й перио д средню ю величин у фильтра ции из водотоко в допустим о считат ь примерн о постоянной , хот я изменени я ее в течени е год а могу т быт ь весьм а значительными . Обычн о русл а водотоков , растекающихс я п о конус у выноса , в той ил и иной мер с заилены , поэтом у непосредственна я гидравлическа я связ ь поверхностны х и подземны х во д отсутствуе т и питани е в основно м происходи т путе м просачивани я вод ы чере з зон у аэраци и с неполны м заполнение м пор . Тако е питани е с гидродинамическо й точк и зрени я аналогичн о инфильтраци и атмосферны х осадков . Други м источнико м питани я являетс я прито к вод ы из корен ны х пород , есл и последни е обладаю т значительно й водопроницае мость ю (массив ы закарстованны х пород , зон ы разлом а с повы шенно й трещиноватостью) . Есл и коренны е пород ы имею т значи тельну ю водопроницаемость , соизмериму ю с проницаемость ю про лювиальны х отложений , то пото к можн о считат ь практическ и не ограниченным . В тех случаях , когд а коренны е пород ы слабопро ницаемы , то притоко м из ни х можн о пренебреч ь и рассматриват ь его ка к ограниченны й с постоянны м расходо м н а верхово й гра нице . Низова я границ а поток а выражаетс я либ о выходо м источни ков у подножи я склона , либ о удален а н а значительно е расстоя ние, есл и подземны й пото к продолжае т двигатьс я по водопрони цаемы м слоя м в предела х равнины , постепенн о рагружаяс ь в результат е восходящег о движени я и испарения . Есл и пото к "отжимается " барьеро м суглинков , н а контакт е с которым и выходя т источники , то н а его границ е пр и эксплуата ции водозабор а создаютс я весьм а сложны е граничны е условия . Перво е время , пок а пр и откачк е и з скважи н источник и н е иссякли , услови я н а границ е характеризуютс я постоянство м напор а и из меняющимс я (уменьшающимся ) расходом , а после исчезновени я источнико в •- изменяющимс я (падающим ) напоро м и постоян ством , равны м нул ю расходом . Есл и выходо в источнико в в основани и склон а не т и водонос ны е горизонт ы имею т значительно е распространени е в равнинно й области , то пото к може т рассматриватьс я с низово й границ ы ка к неограниченны й и оценк а эксплуатационны х запасо в производит ся по методике , применяемо й дл я артезиански х бассейнов . Влия ни е друго й границ ы (причленени е пролювиальны х отложени й к коренны м породам ) в эти х условия х мене е существенно . Остановимс я н а схеме , когд а разгрузк а подземног о поток а про исходи т источниками , располагающимис я по лини и контакт а водоносны х слое в с суглинками , образующим и фильтрационны й барьер . Пр и приближени и водозабор а к этом у барьер у услови я работ ы водозабор а ухудшаются , та к ка к лини и токов , огибающи е скважины , сближаются , и поток , поступающи й к скважине , испы 162 тывае т дополнительны е сопротивления . Н а рис . 52 показан о положени е лини и токо в пр и откачк е вод ы из скважин ы в неограни ченно м пласт е (а) и вблиз и водоупорног о барьер а (б) . Че м длинне е ря д скважи н и чем меньш е расстояни я межд у ними , те м эти сопротивлени я больше . Есл и ря д скважи н имее т большу ю протяженност ь (теоретическ и бесконечный) , то при дли тельно м эксплуатаци и водозабор а прито к со сторон ы барьер а прекра титс я и дл я оценк и обеспеченност и эксплуатационны х запасо в можн о исходит ь из предположения , что водозабо р заложе н непосредственн о iu KOiriciATC с барьеро м суглинков . Очевидно . что тако й расче т дае т нижни й преде л эксплуатационны х запасов , та к ка к не учитывае т поступлени я вод ы к торцевы м участ ка м ряда , поэтом у определенны е таки м путе м эксплуатационны е за пас ы CvieflyeT рассматриват ь ка к минимальные . В ряд е случае в при относительн о небольшо й потребно сти в вод е определени е минималь ных эксплуатационны х запасо в до статочн о ка к обосновани е обеспе ченност и требуемог о водопотребл е • ния . Прито к вод ы к "бесконечному " ряд у скважин , заложенны х н а контакт е с водоупором , раве н половин е тог о притока , которы й это т ря д по луча л бы при двусторонне м пита пнп. Рис. 52. Учитыва я это, на основ е формул ы Маскета то к вод ы к каждо й скважин е ряд а выразится : Q = r.kmS -Лейбензон а при к In 2 Ttr ж1 (XIII, 1) + • где X - расстояни е межд у скважинами ; /-расстояни е от водозабор а д о област и питания . Есл и бы забо р вод ы осуществлялс я совершенно й галереей , имеюще й длин у X, то ее расхо д выразилс я бы : k HiSraaX / " (XIII, 2) гд е S r понижени е уровн я вод ы в галерее . 163 И з (XIII , 1) и (XIII , 2) получим : " = £ = ' +-S- P a n ' 3 > Если , например , принят ь расстояни е межд у скважинам и X = 200 м, а диамет р скважи н г0 = 0,1 5 м, то значени я коэффициен т а а выразятся : пр и I= 2 00 0 м а - 1,17; " / = 5 00 0 м а = 1,07; " /= 10 00 0 м а =1,03 . Следовательно , пр и боле е ил и мене е удаленно й област и пита ни я вблиз и барьер а с суглинкам и понижени я уровне й вод ы в га лере е и в скважина х отличаютс я очен ь мало , та к ка к сопротивле ни я вблиз и скважи н относительн о невелик и по сравнени ю со все й область ю фильтрации , гд е пото к являетс я плоским . Принципиально е различи е приток а вод ы к водозабор у в неограниченно м пласт е и в потоке , замыкающемс я барьером , за ключаетс я н е тольк о в том , что в перво м случа е прито к к галере е двусторонний , а в о второ м - односторонний . Барье р играе т и положительну ю роль , та к ка к являетс я ка к б ы подземны м барра жем , препятствующи м отток у вод ы ниж е водозабор а и обеспечи вающи м полны й захва т его водозабором . В само м деле , есл и ря д скважи н заложе н вблиз и барьера , гд е выходя т источники , то пр и каптаж е эти х источнико в расхо д естественног о поток а може т быт ь забра н бе з всяког о понижения . По этому , есл и скважин ы работаю т с те м ил и ины м понижением , осуша я источники , т о понижени е буде т пропорциональн о не эксплуа тационном у расход у скважи н (Q) , а разност и межд у эти м рас ходо м и естественны м расходо м (Qe) , захватываемы м скважино й н а фронт е ширино й X. Поэтом у в формул у (XIII , 1) над о подставит ь вмест о Q раз ност ь Q - Q e . П о формул е Дарс и Q a =ZkmU t (XIII , 4 ) гд е i - укло н естественног о потока . Ка к уж е указывалось , на верхово й границ е поток а могу т имет ь мест о дв а тип а граничны х условий : а ) пролювиальны е отложе ни я примыкаю т к водопроницаемы м коренны м породам ; б) про лювиальны е отложени я примыкаю т к водоупорны м коренны м породам . В перво м случа е пото к може т рассматриватьс я ка к неограни ченны й с верхово й стороны . Сопротивлени я в зоне , примыкающе й к водозабору , пр и длительно й эксплуатаци и очен ь мал ы по срав нени ю с сопротивлениям и в поток е в цело м и н а незначительно м расстояни и от водозабор а пото к сохраняетс я плоским . Поэтом у понижени е уровн я вод ы в скважина х линейног о ряд а неограни 164 ченно й длин ы пр и односторонне м приток е из "бесконечности " може т быт ь выражен о формуло й Дюпю и дл я плоског о поток а с под становко й в не е приведенно й величин ы дальност и действи я гори зонтально й дрен ы (L n ) : S r _Q Qe 1 (XIII , 5 ) km X L ,. И з теори и фильтраци и известно , что в плоско м поток е пр и постоянно м расход е откачиваемо й вод ы приведенна я дальност ь дей стви я дрен ы выражается : Ln = 1,12 Vat . (XIII, 6 ) И з форму л (XIII , 4) и (XIII , 5) получим : 8 ^-= {-ЫT-iYn- (ХШ , 7) Приме р расчета . Дл я получени я 6 0 00 0 мъ/сутки вод ы предпо лагаетс я заложит ь 10 скважи н с расстояниям и межд у ним и X = 30 0 м, радиу с каждо й скважин ы г0 = 0, Ю м. Гидрогеологиче ски е данные : вскрыта я мощност ь пласто в галечник а га= 100 м, коэффициен т фильтраци и & = 50 м/сутки, коэффициен т пьезопро водност и a = IO4 м2/сутки, укло н естественног о поток а / = 0,0015, напо р на д кровле й водоносног о пласт а 4 0 м. Расче т понижени й уровне й вод ы в скважина х требуетс я про вест и н а сро к IO4 суто к (окол о 27 лет) . Находим : по формул е (XIII , 6) I 1 1 = 1,12]Л0 4 I O t = И 20 0 щ по формул е (XIII , 7) S m = (^.TO Oзоб °' 0 0 1 5 ) I 1 2 0 0 = 2 8 м Дл я переход а от понижени я в галере е к понижения м в сква - жина х воспользуемс я формуло й (XIII , 3) : _ 1 4 30 0 " i _ 3 ° 0 I г к а ~ ' 1 >~ 3,1 4 T l 20 0 2 • 3,1 4 • 0, 1 ~ ~ 1 , и £ ) ' Таки м образом , пр и эксплуатаци и водозабор а в течени е 27 ле т напо р на д кровле й водоносног о пласт а (40 м) буде т сниже н н а S = а • Sran = 1,05 • 28 = 29,4 м, т. е. осушени я водоносног о пласт а не произойдет . Пр и расчета х по формул е (XIII , 7) пренебрегаетс я притоко м вод ы к водозабор у з а счет сработк и естественны х запасо в в обла сти питания , гд е подземны е вод ы являютс я безнапорными . Межд у 165 тем пр и значительно й ширин е зон ы питани я этот факто р може т имет ь весьм а существенно е значение . Расче т понижени я уровн я вод ы в галере е с учето м осушени я пласт а в област и питани я можн о производит ь по формуле , аналогично й (XI, 3) : S - (Q-Qe) / , ( Q-Qe) / . m n O1 kml 1 / km т - 1А111' ь ) ' + а In Рис. 53. или, учитыва я (XIII , 4) : 5 г " = ( т а г ~ + \ ' ( х ш ' 9 ) гд е р - водоотдач а поро д в област и питания ; I -расстояни е от лини и водозабор а д о контакт а пролюви я с коренным и породам и (рис . 53) ; i1 - ширин а полос ы област и питания ; I 2 -ширин а зон ы распространени я напорны х вод . Приме р расчета . Требуетс я определит ь понижени е уровне й во ды в скважина х водозабор а линейног о типа , расположенны х вблиз и контакт а водоносног о пласт а с суглинкам и по следующи м данным . Н а расстояни и / = 8000 м от водозабор а пролювпальны е галечник и примыкаю т к водоупорны м коренны м породам . Водо носны й горизон т получае т питани е з а счет поглощени я поверхно стног о сток а и инфильтраци и атмосферны х осадко в в верхне й ча сти шлейфа ; ширин а област и питани я Zi = 2000 м, ширин а област и напорног о движени я I2-GOOO м. Водоотдач а галечнико в р = 0,2, суммарна я мощност ь водоносны х горизонто в в галечника х в зон е напорног о движени я т=10 0 м, коэффициен т фильтраци и галечнико в 50 м/сутки, коэффициен т пьезопроводност и 16 6 ^ = 10 000 м2/сутки. Укло н естественног о поток а 1 = 0,001 , расстоя ни е межд у скважинам и X = 30 0 м, расхо д скважин ы Q = 300 0 MzIcyTKU, радиу с скважин ы r 0 = 0,1 5 м, врем я эксплуата ци и ^=1 0 00 0 суток . П о формул е (XIII , 9) находи м понижени е уровн я вод ы в га лере е I 3000 Л п т \ / о л п п , 10 000 \ о п ^ = (^ШПТО О °' 0 0 1 ) ( 8 0 0 0 + 0.2 • 2000 , 6000 = 2 2 ' 7 V 5 0 • 10 0 г 1 0 0 0 0 / Определяе м п о формул е (XIII , 3) переходны й коэффициен т _ 1 300_ _ _ 300 _ _ •, АО а - 1 ' 3,1 4 • 800 0 Ш 2 ."3,14 • 0,15"~ ~ ' Следовательно , понижени е уровне й вод ы в скважина х чере з Г0 00 0 суто к о т начал а эксплуатаци и составит : S = 1,0 8 • 22, 7 = 24, 5 м. Приведенны е выш е формул ы относятс я к случаю , когд а водо забо р линейног о тип а состои т из большог о числ а скважи н и рас сматриваетс я ка к отрезо к "бесконечного " ряд а скважин . Эт о до пущени е приводи т к преувеличени ю понижени й в скважинах , та к ка к исходи т и з схем ы плоско-параллельного , а н е радиальног о течения , которо е в действительност и имее т мест о н а конечны х уча стка х ряда . Следовательно , есл и понижение , определенно е расче там и по схем е "бесконечного " ряда , н е превышае т допустимог о п о условия м эксплуатации , т о эт о може т рассматриватьс я ка к дока зательств о обеспеченност и запасов . Пр и небольшо м числ е скважи н и значительно м удалени и их от барьер а расче т п о формула м "бесконечного " ряд а може т при водит ь к существенном у преувеличени ю понижени й и в ряд е слу чае в к принципиальн о неправильны м вывода м (например , требо вани ю увеличени я числ а скважи н и удлинени я лини и водозабора) . Боле е точн о в эти х случая х производя т расче т н а основ е формул ы (XIII , 10) : 5 = ^L-PQcy-I n /?"- ( Q In 2r 0 /+Q 1 lnr l P i + . . . + Q w I n г яР п )] , (XIII. 10) гд е QcyM--дебит все х скважи н водозабора ; Q - деби т то й скважины , в которо й определяетс я понижени е уровня ; /-расстояни е это й скважин ы д о водоупорно й гра ницы ; г ь . . . , г п - расстояни е скважин ы д о други х скважи н водо забора , имеющи х соответственн о дебит ы Qi Qn ; р ь . . . , р " - расстояни я д о отображенны х скважин . Расход ы скважи н определяютс я по данны м опытны х откаче к с экстраполяцие й по кривы м дебита . Расчет ы понижени й по формул е (XIII , 10) не учитываю т рас хода естественног о потока , которы й д о устройств а водозабор а про ходи л транзитом , а при эксплуатаци и скважи н благодар я барьеру , образуемом у водоупорным и породами , используетс я водозабором . Поэтом у действительно е понижени е в скважин е 5 буде т нескольк о меньш е вычисленног о по формул е (XIII , 10), что можн о учесть , введ я коэффициен т у, пользуяс ь соотношением : QcyM- Qe Qc (XIII, 11) Ckli; Дл я определени я действи тельног о понижени я уровн я вод ы в скважин е следуе т помно жит ь на это т коэффициен т вели чину понижения , определенног о по формул е (XIII , 10) . Расхо д естественног о поток а определяетс я по формул е Q e = km Bi, (XIII, 12) где В - ширин а фронт а потока ; i - напорны й градиен т (ук лон ) потока . Минимально е значени е шири ны фронт а поток а - эт о длин а ВШ водозабор а по гидроизопьезе , проходивше й чере з участо к в естественны х условиях . Рис . 54. Приме р расчета . Требуетс я определит ь понижени е в тре х взаимодействующи х скважинах , расположенны х вблиз и непрони цаемог о контур а в нижне й част и пролювиальног о шлейфа . Высот а напор а на д кровле й 50 м, мощност ь водоносног о горизонт а т = 50 м, коэффициен т фильтраци и k = 20 м/сутки, радиу с скв а жи н г0 = 0,15 м, продолжительност ь эксплуатаци и /=IO 4 суток . Укло н естествен ного поток а 1 = 0,002, коэффициен т пьезопроводност и а = = 2 • IO4 м21сутки. Дебит ы скважин , их расположени е и расстояни я межд у ним и и д о непроницаемог о контур а приведен ы в табл . 2 3 и на рис. 54. Ширин у фронт а естественног о поток а (В) , перехватываемог о водозабором , приме м равно й длин е лини и водозабор а по гидро изопьезе , т. е. 5 = 800 м. 168 Таблица 23 Скважины Дебаты скважин, Расстояние до непроницаемого Расстояние до других скважин, м кв. 1 Скв, 2 Скв. 3 50 0 80 6 50 0 - 58 4 80 6 58 4 Расстояние до отображаемых скважин, м Скв. 1 Скв. 2 Скв. 3 123 7 120 4 123 7 - 139 3 120 4 139 3 MsllCymKU контура, M С 1 600 0 40 0 2 500 0 80 0 3 800 0 50 0 Qcyu= 600 0 + 500 0 f 8000 = 1900 0 м*;сутки\ Kn = 1,5 VY-' 1 Ot П01 = 2,12 • 104 м. Определяе м понижени е уровн я вод ы в скв . 1 по формул е (XIII , Ю ) 5 = Y7Ji 4 L . 20. 5 0 [2 ' 19 000 -I n 2,12-10 4 -(6000I n 2-0,1 5 • 40 0 + + 500 0 • In 50 0 • 1237 + 800 0 • In 80 6 • 1204)] = 27, 5 м. Определяе м расхо д естественног о поток а по формул е (XIII , 12) Q e = 2 0 • 5 0 . 80 0 • 0,002 = 1600 м? сутки. Вычисляе м по формул е (XIII , 11) коэффициен т у - 1 9 0 0 0 160 0 _ п р 1 19 000 • -и,У1 . Следовательно , действительно е понижени е в скважин е 1 составит : S = 0,91 • 27, 5 = 25, 0 м. Аналогичн о рассчитан ы понижени я в скважина х 2 и 3 (табл . 24) , Таблица 24 Скважины Понижение уровня по формуле (XIII, 10), Действительное понижение уровня, 1 27, 5 25. 0 2 25. 8 23, 6 3 29. 9 27. 1 Наибольша я высот а снижени я уровн я вод ы в скважина х водо забор а составляе т мене е 60 % от высот ы на д кровле й (50 м), т. е. эксплуатационны е запасы , которы е предполагаетс я использоват ь (19 тыс . м31сутки) в эти х условиях , можн о считат ь вполн е обеспе ченными . Расчет ы взаимодействи я скважи н пр и отсутстви и барьер а суглинко в и значительно й водопроводимост и коренны х пород , к которы м прислонен ы пролювиальны е отложения , производятс я при менительн о к схем е неограниченног о пласта , т. е. п о той ж е схеме , что и дл я артезиански х вод . Дл я приближенны х расчето в понижени й в скважина х пр и рас положени и их в ря д пр и равны х дебита х скважи н можн о заменят ь / i \ Рис. 55. Схема областей питания а - област ь питания ; б - область , в которо й подземны е вод ы приобретаю т напо р в расчета х групп у скважи н водозабор а едины м "больши м колод цем" , радиу с которог о определяетс я п о формул е (IV , 23) . Изложенна я методик а оценк и эксплуатационны х запасо в осно вываетс я н а уравнения х неустановившегос я движени я подземны х вод, приче м в этих расчета х н е учитываетс я влияни е некоторы х факторов , ограничивающи х рос т понижени я в о времен и и приво дящи х к практическо й стабилизаци и динамически х уровне й в скважинах . Этим и факторам и являются : 1) перетекани е вод ы чере з относительн о слабопроницаемы е слои из горизонтов , расположенны х выш е и ниж е эксплуатируе мого; 2) значительна я водопроницаемост ь поро д в зон е питания ; 3) расширени е области , из которо й привлекаютс я естествен ны е ресурс ы подземны х вод . Рол ь перетекани я ка к "стабилизатора " депрессионны х воро но к уж е отмечалось . Здес ь ж е м ы лиш ь отметим , что в пролю виальны х отложениях , гд е водоносны е горизонт ы разделен ы суглинками , т. е. породам и неводоупорным и и нередк о выклини вающимися , услови я дл я перетекани я достаточн о благоприятны . Пр и больше й протяженност и зон ы питани я вдол ь горног о хребт а стабилизаци я уровне й вод ы в скважина х може т произойт и 170 по следующе й причине . Когд а депресси я распространитс я д о об ласт и питани я водоносног о горизонта , т о с течение м времен и зона , из которо й вод а движетс я к водозабору , буде т постепенн о рас ширятьс я д о тех пор , пок а не достигне т таки х размеров , пр и которы х деби т водозабор а буде т полность ю компенсироватьс я пита ние м (рис . 55) . Ширин а это й област и (5 Д ) определяетс я выраже нием : (XIII, 13) где qc - расхо д подземног о поток а на единиц у ширин ы его фронта ; QcyM - суммарны й деби т водозабора . Есл и водопроводност ь пласт а в област и питани я значительн о больше , че м в области , гд е водоносны й плас т расчленяетс я про слоям и суглинко в и водопроницаемост ь поро д уменьшается , то н а верхово й границ е поток а може т быт ь принят о услови е постоянств а напора , а област ь питани я рассматриваетс я ка к "река" . Есл и пр и это м границ а поток а находитс я н а большо м расстоя нии от водозабор а (барье р суглинко в отсутствует) , т о понижени е уровн я в водозаборе , рассматриваемо м ка к "большо й колодец" , выразитс я по Форхгеймеру : S = 2 ^ r № I 4 ) гд е I -расстояни е от водозабор а д о област и питания ; г к - радиу с большог о колодца . Глава XIII ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ГРУНТОВЫ Х ВО Д В МЕЖДУРЕЧЬ Е В предела х равни н грунтовы е вод ы распространен ы повсеме стно з а исключение м отдельны х участков , сложенны х н а большу ю глубин у водоупорным и породами . Характерным и чертам и грунтовы х во д являютс я их питани е атмосферным и осадкам и н а больше й част и распространени я водо носног о горизонт а и дрена ж речным и долинам и в предела х той ж е площади . Эт о способствуе т интенсивном у водообмену , благодар я чем у грунтовы е вод ы имею т незначительну ю минерализаци ю (сухой остаток , ка к правило , мене е 1 г/л). В района х аридног о климат а грунтовы е вод ы обычн о сильн о минерализованы , а потом у н е могу т быт ь использован ы дл я хозяйственно-питьевог о водоснабжени я з а исключение м локальны х участков , гд е имеютс я пресны е линзы . Естественны е запас ы и естественны е ресурс ы грунтовы х вод, если их рассматриват ь в регионально м плане , весьм а значи тельны . Так , например , естественны е запас ы грунтовы х во д з зон е распространени я зандровы х и древнеаллювиальны х равни н Евро пейской част и ССС Р составляю т примерн о 2- 3 тыс . км3, а естественны е ресурс ы выражаютс я сотням и кубометро в в секунду . Грунтовы е вод ы широк о используютс я дл я мелког о рассредо точенного водоснабжения . Вмест е с тем н а тех участках , гд е мощ ность и водопроницаемост ь водоносны х пласто в значительны , а услови я возобновлени я запасо в благоприятны , грунтовы е вод ы могут обеспечит ь и крупно е водоснабжени е с расходам и водозабо ров порядк а сотен литро в в секунд у и более . Однак о услови я эксплуатаци и грунтовы х во д мене е благоприятны , чем артезиан ских, та к ка к напо р на д кровлей , ка к правило , отсутствуе т и при эксплуатаци и происходи т осушени е пласта , что лимитируе т понижени я уровне й вод ы в скважинах . Гидрогеологически е исследования , выполняемы е дл я оценк и эксплуатационны х запасо в грунтовы х вод, начинаютс я с гидро геологическо й съемки . Естественным и границам и района , в пре дела х которог о може т распространятьс я влияни е эксплуатаци и водозабора , являютс я реки, дренирующи е грунтовы е воды . В этих граница х и должн а производитьс я гидрогеологическа я съемка , 172 масшта б которо й може т быт ь приня т 1 :5 0 000, а в просты х гид рогеологически х условия х 1:10 0 000-1:20 0 000. Пр и производств е гидрогеологическо й съемк и особо е внима ни е необходим о уделят ь выяснени ю услови й залегани я и питани я грунтовы х вод . Важн о установить , имею т л и водоносны е гори зонт ы гидравлическу ю связ ь с реками , ил и он а отсутствует , та к ка к от этог о зависи т выбо р расчетно й схем ы пр и оценк е эксплуа тационны х запасов . Необходим о выяснит ь также , имеетс я л и связ ь грунтовы х во д с боле е глубок о залегающим и водоносным и горизонтами . Поэтом у пр и бурени и скважин , сопровождающе м съемку , нельз я ограни читьс я доведение м их д о "водоупора" , иногд а достаточн о услов ного , а следуе т пройт и одной-двум я скважинам и это т слой , уста новит ь его мощност ь и состав , а такж е величин у напор а и мине рализаци ю вод ы боле е глубоколежащег о водоносног о горизонта . Есл и последни й имее т высоку ю минерализацию , т о пр и эксплуа таци и грунтовы х во д в некоторы х условия х возможн о ухудшени е их состав а вследстви е фильтраци и чере з "окна " ил и непосред ственн о чере з разделяющи й слабопроницаемы й слой . В област и развити я мощног о комплекс а ледниковы х образова ни й (морены , флювиогляциальны е отложения ) обычн о имею т два-тр и водоносны х горизонта , и з которы х верхни й безнапорный , а други е обладаю т напором , определяемы м условиям и залегани я водоупорны х моренны х суглинков . Водоносны е горизонт ы нередк о выклиниваютс я и вмест е с тем имею т вертикальну ю гидравличе ску ю связ ь чере з древни е долины , заполненны е песчаным и флю виогляциальным и отложениями , чере з окн а в морене , а такж е непосредственн о чере з морену , есл и он а опесчанена . Наиболе е благоприятным и следуе т считат ь т е участки , н а ко торы х имеетс я непосредственна я взаимосвяз ь межд у водоносным и горизонтами . Эксплуатационны е скважин ы целесообразн о закла дыват ь в тех горизонтах , в которы х водопроводимост ь пласт а наибольшая . В эти х случая х депрессионна я воронка , развиваю щаяс я в это м горизонте , работае т ка к пластова я дрена , привле ка я к водозабор у вод у и з други х водоносны х горизонтов , благо дар я чем у движени е быстр о приобретае т установившийс я харак те р и уровен ь в скважина х стабилизируетс я пр и большо м дебит е водозабора . Водопроводимост ь водоносног о пласта , выражающаяс я произ ведение м его мощност и н а коэффициен т фильтраци и горны х пород , являетс я важны м критерие м пр и выбор е участк а расположе ни я водозабора . Поскольк у водопроводимост ь поро д зависи т от гранулометрическог о состав а поро д ил и степен и их трещинова тости , т о характеристик е эти х свойст в должн о быт ь уделен о осо бо е внимание . О б относительно й водопроводимост и пласто в можн о такж е судит ь по удельны м дебита м эксплуатационны х сква жин , имеющихс я в районе , а такж е по данны м пробны х откаче к и з скважин . Минерализаци я грунтовы х во д обычн о незначительна , но иногд а качеств о их ухудшаетс я вследстви е большог о содержа ни я железа . Пр и съемк е должн ы быт ь получен ы данны е о химическо м состав е вод ы в предела х распространени я водоносног о горизонта . Кром е того, учитыва я незащищенност ь грунтовы х во д о т проник новени я те х или иных загрязнени й с поверхност и земли , должн а быт ь получен а характеристик а вод ы в бактериологическо м отно шении. Большо е значени е дл я оценк и питани я грунтовы х во д имею т наблюдени я з а их режимом , которы е должн ы начинатьс я уж е на этап е гидрогеологическо й съемк и и продолжатьс я в процесс е вы полнени я разведочны х работ ; продолжительност ь наблюдени й дол жн а быт ь н е мене е одног о года . Ка к отмечалос ь по данны м эти х наблюдений , можн о оценит ь величин у питани я грунтовы х во д ат мосферным и осадкам и и выбрат ь достаточн о обоснованн о отметк и статически х уровне й грунтовы х вод , о т которы х производятс я отсчеты понижени й их уровне й пр и оценк е эксплуатационны х за пасов . Посл е проведени я съемк и выбираютс я участк и (ил и участок ) возможног о расположени я водозабора , н а которы х производитс я предварительна я разведка . Н а каждо м участк е закладываетс я нескольк о скважин , из которы х производятс я пробны е и опытны е откачк и дл я установлени я кривы х дебит а и определени я коэффи циентов фильтрации . Посл е выполнени я эти х рабо т приступаю т к детально й раз ведк е на наиболе е благоприятны х участках . Учитывая , чт о пр и эксплуатаци и грунтовы х во д происходи т уменьшени е мощност и водоносног о пласт а вследстви е его осушения , взаимодействи е скважи н желательн о свест и д о минимума . Эт о достигаетс я либ о размещение м скважи н по лини и (пр и те х ж е расстояния х межд у скважинам и взаимодействи е их в это м случа е наименьшее) , либ о устройство м нескольки х относительн о небольши х групповы х водо заборов , находящихс я н а значительны х расстояниях , а потом у мал о влияющи х дру г н а друга . Вопро с о целесообразно м тип е водозабор а обычн о решаетс я н а основ е технико-экономически х расчето в (протяженност ь водоводов , числ о и мощност ь насосны х станци й и т. гг.). Скважин ы водозабор а закладываю т обычн о на расстояния х 200-40 0 м дру г от друга . Пр и разведк е большин ств о скважи н буритс я таког о диаметра , которы й обеспечивае т их использовани е в дальнейше м ка к эксплуатационных . Дл я построени я кривы х дебит а из каждо й скважин ы произ водятс я две-тр и кратковременны е откачки , пр и это м одн а с мак симальн о возможны м дебитом , составляющи м н е мене е 50% , а в трещиноваты х порода х - н е мене е 65-75 % предполагаемог о эксплуатационног о дебита . П о данны м опытны х откаче к рассчитываютс я коэффициент ы фильтраци и водоносног о пласта . Определени е эти х коэффициен 174 то в по откачка м из одиночны х скважи н всегд а связан о с влия ние м призабойно п зон ы и сопротивлени я фильтра , поэтом у реко мендуетс я такж е производит ь кустовы е откачк и и рассчитыват ь коэффициен т фильтраци и по пара м наблюдательны х скважин . Эт и откачк и производятс я из двух-тре х скважин , разрез ы которы х яв ляютс я типичным и дл я район а водозабор а и характеризую т неко торы е "средние " условия . Пр и эти х откачка х определяетс я такж е коэффициен т уровнепроводиост и по наблюдения м з а изменение м уровне й вод ы в скважина х во времени . Следуе т заметит ь при этом , что специально е определени е коэф фициент а уровнепроводиост и целесообразн о производит ь в те х случаях , когд а грунтовы е вод ы приурочен ы к трещиноваты м породам , гд е величин а водоотдач и (р ) варьируе т в широки х преде лах . В рыхлы х порода х (песок , галечник) , предел ы изменени я водоотдач и у которы х весьм а незначительны е (от 0,1 5 д о 0,25) , водоотдач а може т приниматьс я равно й 0,2 бе з существенно й дл я практик и погрешности . Понижени е уровн я вод ы в скважине , из которо й ведетс я от качк а с постоянны м дебитом , пропорциональн о величин е In - Го гд е Rn - приведенны й радиу с влияния . П о формула м (IV , 7) и (IV , 2) : R a = 1 , 5 1 / ^ = 1 , 5 j / i ^ E i . (XIV, 1) J Ij Приме м ка к достаточн о характерны е дл я грунтовы х вод , используемы х дл я централизованног о водоснабжения , значени я &=1 0 м/сутки, hep = 30 м. Сро к эксплуатаци и водозабор а /=1000 0 суток , радиу с скважин ы го = 0,10 м. В это м случа е значени я величин ы In'- 1 1 пр и различны х зна Г о чения х водоотдач и р дл я рыхлы х водоносны х поро д показан ы в табл . 25. Таблица 25 ln-Л 0,1 0 11,3 0 0,2 0 10,9 6 0,3 0 10,7 5 Есл и принят ь в расче т средне е значени е р = 0,20, то возмож на я наибольша я погрешност ь пр и определени и понижени я уровн я вод ы в скважин е н е превышае т 3% . Пр и расчета х взаимодей ствующи х скважи н относительна я погрешност ь определени я сре зо к уровне й больш е (може т достигат ь 10-15%) , но абсолютна я 175 ошибк а меньше , та к ка к срезк а составляе т лиш ь небольшу ю дол ю от величин ы понижени я в скважине , и з которо й ведетс я откачка . Учитыва я приведенны е соображения , дл я водоносны х пластов , сложенны х рыхлым и проницаемым и по пора м отложениями , р можн о принимат ь равны м 0,20. В это м случа е Rn= 3,5 Vkh~t. (XIV, 2) Дл я расчет а понижени я в скважине , работающе й бе з взаимо действия , следуе т пользоватьс я формуло й (IV , 20) : Расче т понижени й взаимодействи я скважи н производитс я по формул е (IV , 21) . Есл и скважин ы расположен ы группам и н а нескольки х уча стках , то расче т взаимодействи я межд у участкам и производитс я такж е по формул е (IV , 20) . Пр и это м водозабо р н а каждо м уча стк е рассматриваетс я ка к "большо й колодец " и в расче т вводитс я суммарны й деби т водозабора , приче м величин а г являетс я рас стояние м межд у центрам и "больши х колодцев" . Срезк а уровне й от работ ы други х водозаборов , влияющи х н а данны й водозабор , суммируетс я с понижениями , рассчитанным и дл я нег о бе з учет а этог о влияния . Понижени е уровн я вод ы в скважина х водозабор а п в окру жающе м район е продолжаетс я д о те х пор , пок а депресси я не рас пространитс я д о рек , являющихс я естественным и границам и водо носног о горизонта . Эт а закономерност ь соблюдаетс я и в тех слу чаях , когд а водоносны й горизон т в област и развити я депрессион поп воронк и получае т питани е инфильтрацие й атмосферны х осад ков больше , чем и з нег о отбираетс я вод ы пр и эксплуатации . Принципиальн о ино е положени е создаетс я в тех случаях , когд а под влияние м эксплуатаци и водозабор а питани е грунтовы х во д усиливается . Это возможн о при мало й глубин е залегани я грунто вых во д в естественны х условиях , когд а испарени е с поверхност и капиллярно й кайм ы существенн о уменьшае т инфпльтрацнонно е питани е грунтовы х во д или даж е становитс я ему равным . Таки е услови я свойственны , например , обширны м плоски м равнинам , сложенны м флювиогляциальным п пескам и п елабодрепнрован H U M I I реками . В центральны х зона х широки х междуречи й глубин а залегани я грунтовы х во д обычн о составляе т 2- 3 м, уклон ы поток а ничтож ны, движени е в горизонтально м направлени и практическ и отсут ствует , и накапливаемы е весно й посл е снеготаяни я запас ы грун товы х во д лето м в значительно й мер е ил и полность ю расхо дуютс я н а испарение . В таки х условия х крива я депресси и н е за нимае т своег о "нормального " положения , соответствующег о вели чин е инфильтраци и и коэффициент у фильтраци и пласта , а ка к б ы "срезана " поверхность ю земл и (Биндеман , 1960) . 176 Есл и пр и эксплуатаци и грунтовы х во д их свободна я поверхност ь опускаетс я д о границы , ниж е которо й испарени е практиче ск и отсутствуе т (в зон е избыточног о увлажнени я эт а границ а находитс я примерн о н а глубин е 3- 4 м от поверхност и земли) , тс н а это м участк е усиливаетс я питани е грунтовы х во д инфильтра цие й атмосферны х осадков . Эт о дополнительно е питани е ограни чивае т развити е депресси и ка к в плане , та к и в глубину , благо дар я чем у чере з некоторо е врем я наступае т стабилизаци я уровне н в скважина х водозабора , приче м понижени я уровне й окажутс я меньше , че м рассчитанны е по приведенны м выш е формулам . Есл и вод ы напорные , то независим о о т состав а водоносног о пласт а по данны м опытны х откаче к долже н определятьс я коэф фициен т пьезопроводност и и расче т эксплуатационны х запасо в производитс я по формулам , применяемы м дл я артезиански х во д (пр и условии , чт о в процесс е эксплуатаци и уровен ь вод ы в сква жина х н е опуститс я ниж е водоупорно й кровл и пласта) . Есл и участо к водозабор а располагаетс я н а относительн о небольшо м расстояни и от рек и (меньшем , чем половин а приведен ног о радиуса) , приче м грунтовы е вод ы находятс я в непосред ственно й гидравлическо й связ и с рекой , то расче т эксплуатацион ны х запасо в производитс я по формула м установившегос я движе ния . Глава XIII ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д АЛЛЮВИАЛЬНЫ Х ОТЛОЖЕНИ Й РЕЧНЫ Х ДОЛИ Н Подземны е вод ы аллювиальны х отложени й современны х и древни х речны х долин , выполненны х обычн о рыхлообломочным и водопроницаемым и породами , играю т большу ю рол ь в водоснаб жени и населенны х пункто в и промышленны х предприятий . Реч ны е долин ы можн о подразделит ь н а дв е больши е группы : долин ы ре к горны х областе й и долин ы ре к равнинны х областей . Дл я речны х доли н горны х областе й характерн ы сравнительн о больши е продольны е уклоны , достигающи е нескольк о сотых , и от носительн о мала я ширина . Подземны е вод ы в горны х долина х образую т обычн о подрусловы е потоки , направленны е вдол ь до лин ы параллельн о русл у реки , пр и это м н а некоторы х участка х долин ы (обычн о в расширениях ) происходи т поглощени е речны х вод, н а други х участка х (пере д сужениями ) отмечаетс я выхо д родников . Уклон ы подземног о поток а значительны . В долина х равнинны х ре к вследстви е малог о продольног о ук лон а пото к грунтовы х во д направле н попере к долины . Водоносны е горизонты , приуроченны е к аллювиальны м отло жения м речны х долин , обладаю т рядо м характерны х черт. 1. Водовмещающим и породам и эти х горизонто в являютс я рых лообломочны е отложения , проницаемы е по порам . В долина х рав нинных рек наиболе е распространен ы песчаны е и песчано-граве листые, реж е галечниковы е отложения , приче м крупност ь мате риал а увеличиваетс я с глубиной . Водоносны е отложени я нередк о прикрыт ы суглинкам и и глинами . В о многи х случая х перехо д от боле е крупног о к мене е крупном у материал у резк о выраже н и внутр и водоносно й толщ и выделяютс я дв а сло я - верхний , пред ставленны й супесям и и мелкозернистым и песками , и нижни й (та к называемы й базальны й горизонт) , сложенны й крупнозернистым и пескам и и гравийно-галечниковым и отложениями . Аллюви й горны х рек, ка к правило , сложе н крупнообломочны м материалом , в которо м преобладаю т валуны , галька , гравий , част о с чисты м песком ; распределени е материал а по вертикал и крайн е незаконо мерно . 2. Област и распространени я водоносны х горизонто в в аллюви альны х отложения х имею т большу ю протяженность , несоизмери мую с их шириной . 178 3. Мощност ь аллювиальны х отложени й доли н равнинны х ре к обычн о н е превышае т 20-2 5 м и лиш ь в зона х переуглублени я доли н достигае т нескольки х десятков , а иногд а и соте н метров . В горны х долина х мощност ь аллюви я варьируе т в очен ь широки х пределах . 4. Глубин а залегани я грунтовы х во д о т поверхност и земл и не больша я (н а пойменны х терраса х д о 5 м, н а древни х - о т 10 до 20 м). 5. Водоносны е горизонт ы в аллювиальны х отложения х речны х доли н обычн о имею т свободну ю поверхност ь и тольк о в местах , гд е водоносны е пород ы прикрыт ы относительн о водоупорным и суглинкам и и глинистым и отложениями , наблюдаетс я напо р в не скольк о метров , и лиш ь в исключительны х случая х (древни е до лины ) достигающи й десятко в метров . 6. Режи м грунтовы х во д аллювиальны х отложени й тесн о свя за н с режимо м рек . Динамик у грунтовы х во д аллювиальны х отло жени й речны х доли н определяю т в основно м услови я их взаимо связ и с поверхностным и водам и и подземным и водам и коренны х пород . П о условия м взаимосвяз и подземны х и поверхностны х во д до лин ы можн о подразделит ь н а дв а типа : 1) рек а обладае т постоянны м водотоком , заилени е отсутствует , при эксплуатаци и подземны х во д непосредственна я гидравличе ска я связ ь поверхностны х и подземны х во д н е нарушаетс я (грун товы й пото к н е "отрывается " от реки) ; 2) рек а либ о лишен а постоянног о водотока , либ о обладае т по стоянны м водотоком , н о русл о ее заилено ; пр и эксплуатаци и под земны х во д заилени е може т усилиться , поэтом у подпитывани я водозабор а водам и рек и происходит ь не буде т (крива я депресси и "отрывается " от реки) . Возможе н и промежуточны й тип, когд а русл о рек и заилен о тольк о на отдельны х участках , а на други х участка х связ ь под земны х и поверхностны х во д сохраняется . Гидрогеологически е исследовани я дл я оценк и эксплуатацион ных запасо в подземны х во д аллювиальны х отложени й начинаютс я с поисков , пр и которы х проводитс я гидрогеологическа я съемк а масштаб а 1:25000-1:50000 . Съемко й должн а быт ь покрыт а не тольк о площадь , занята я аллювиальным и отложениями , но и при мыкающи е к ни м област и развити я коренны х пород . Съемк а дол жн а дат ь представлени е о строени и и геологическо й истори и до лины , состав е и условия х залегани я аллювиальны х отложений , характер е распространени я подземны х вод . Очен ь важн о выявит ь древни е долины , переуглубления , а в горны х долина х - сужени я и расширения . Следуе т установить , происходи т ли питани е грун товы х во д аллюви я из коренны х поро д ил и последни е могу т рас сматриватьс я ка к непроницаемые . Особо е внимани е должн о быт ь уделен о исследовани ю естественны х выходо в подземны х вод , ко торы е в горны х долина х являютс я поисковы м критерие м пр и вы 179 бор е участк а водозабора . В засушливы х районах , гд е по мер е удалени я о т рек и пресны е вод ы сменяютс я минерализованными , необходим о установит ь границ у межд у различным и типам и под земны х вод . Одни м из важнейши х вопросо в являетс я установлени е нали чи я ил и отсутстви я гидравлическо й связ и межд у поверхностным и и подземным и водами . В о всех случая х должн ы быт ь собран ы данны е по режим у реки . В районах , гд е рек и н е имею т постоян ног о водотока , должн а быт ь выявлен а продолжительност ь мало водног о периода , в о врем я которог о происходи т сработк а запасо в подземны х вод , и многоводного , когд а происходи т их восполнение . В долина х горны х ре к с небольшим и естественным и запасам и дл я оценк и их восполнени я важн о установит ь расхо д подрусло вог о потока , выдели в участки , гд е происходи т поглощени е речны х вод . Определени е расход а естественног о поток а п о величин е поглощения , т. е. гидрометрическим и методами , боле е точно , че м расче т по формул е Дарси , в связ и со значительным и вариациям и коэффициент а фильтраци и аллювия . Перечисленны е задач и требую т обязательног о применени я пр и съемк е буровы х рабо т дл я уточнени я геологическог о строени я до лины . Посл е проведени я гидрогеологическо й съемк и организуетс я предварительна я разведка , цель ю которо й являетс я уточнени е геологическог о строени я и выбо р участк а дл я детально й раз ведки . Пр и предварительно й разведк е проводитс я бурени е скважи н по поперечникам , секущи м долину , включа я зон у причленени я аллюви я к коренны м породам . В долина х равнинны х ре к реко мендуетс я закладыват ь нескольк о поперечнико в скважи н с при мерным и расстояниям и межд у ним и 1- 3 км. В долина х горны х ре к буровы е створ ы задаютс я пере д участкам и сужени й и ниж е впадени я притоков , а такж е в зон е предполагаемог о поглощени я речног о стока . Дл я увязк и полученны х данны х межд у поперечни кам и бурятс я одиночны е скважины . И з характерны х дл я геоло гическог о разрез а скважи н (н а поперечника х и одиночных ) дол жн ы быт ь произведен ы пробны е и опытны е откачк и дл я опреде лени я удельны х дебито в и коэффициенто в фильтрации . В горны х долина х дл я характеристик и изменени я водопроницаемост и по вертикал и целесообразн о применени е метод а резистивиметрии . Дл я уменьшени я объем а буровы х рабо т и уточнени я мес т за ложени я скважи н пере д выполнение м буровы х рабо т рекомен дуетс я провест и электропрофилировани е ил и электрозондирова ние. Эт и геофизически е исследовани я особенн о эффективн ы пр и поиска х древни х погребенны х долин , к которы м нередк о приуро чен ы значительны е запас ы подземны х вод . Дл я решени я вопрос а о связ и грунтовы х во д с поверхностным и необходим о провест и нескольк о откаче к и з скважин , расположен ны х н а расстояни и 10-1 5 м о т реки . Наблюдательны е скважин ы пр и эти х откачка х должн ы быт ь пробурен ы непосредственн о 180 у русл а рек и н а обои х берегах . Кром е того , необходим о поставит ь годичны е наблюдени я з а режимо м подземны х вод , заложи в нескольк о створо в наблюдательны х скважи н попере к долины . Н а горны х река х в места х возможног о поглощени я должн ы быт ь обо рудован ы временны е гидрометрически е пост ы выш е и ниж е пред полагаемог о участк а поглощени я дл я годичны х наблюдени й з а уровнем, расходо м и химически м составо м речны х вод . Детальна я разведк а должн а проводитьс я применительн о к предполагаемо й схем е размещени я водозабора . Целесообразн о производит ь бурени е разведочно-эксплуатационны х скважин , рас положенны х приблизительн о в тех ж е точках , что и эксплуатаци онны е скважины . И з все х скважи н необходим о провест и опытны е откачк и дл я определени я криво й дебит а и коэффициент а фильтра ции пр и максимальн о возможно м дебите . Н а некоторы х участках , характеризующихс я высоко й водопроницаемостью , следуе т про вест и кустовы е откачки . Есл и коренны е породы , подстилающи е аллювий , являютс я водоносными , то из ни х следуе т такж е прове сти откачк и и отобрат ь проб ы вод ы н а химически й анализ . Откачк и из разведочно-эксплуатационны х скважи н рекомен дуетс я проводит ь пр и меженно м горизонт е реки , когд а уровен ь ее в процесс е опробовани я мал о изменяется . Н а участк е должн ы быт ь такж е оборудован ы скважин ы дл я наблюдени я з а режимо м подземны х вод . Методик а о цен Kii эксплуатационны х запасо в подземны х во д в долина х первог о и второг о типо в различны . Долин ы первог о тип а (с постоянно й гидравлическо й связь ю речны х и подземны х вод) . В эти х долина х рек а являетс я естественно й границе й потока , приче м уровен ь вод ы н а это й границ е испытывае т сезонны е колебания . Пр и оценк е эксплуатационны х запасов , рассчитываемы х н а длительны й сро к эксплуатации , рас четы следуе т производит ь применительн о к меженном у уровню . Поскольк у пр и эксплуатаци и водозабор а рек а являетс я источ нико м питания , наиболе е целесообразн о скважин ы закладыват ь по линии , параллельно й реке . Пр и расположени и водозаборо в в долина х первог о тип а де бит ы скважи н возрастаю т пр и приближени и водозаборны х сква жи н к реке . Однак о закладыват ь скважин ы очен ь близк о от русл а не рекомендуется , та к ка к приближени е водозабор а к рек е при води т к увеличени ю напорны х градиентов , что може т вызват ь засасывани е илисты х части ц в пор ы водопроводящи х пород , за илени е русл а и уменьшени е фильтраци и речны х во д к водоза бору . Методик а определени я степен и заилени я русл а в настояще е врем я ещ е слаб о разработана . По-видимому , минимальны м до пустимы м расстояние м водозабор а от рек и следуе т считат ь рас стояни е порядк а 100-15 0 м. Водозаборны е скважин ы целесооб разне е располагат ь н а подмываемы х берегах , та к ка к здес ь в о врем я паводк а може т произойт и смы в заиленног о сло я грунта . 182 Второ й естественно й границей , относительн о параллельно й реке , являетс я зон а причленени я аллюви я к коренны м породам . Контактирующи е с аллювие м коренны е пород ы по степен и водо проводимост и могу т существенн о различаться . Рис. 56. 1. Водопроводимост ь коренны х отложени й може т быт ь близ кой к водопроводимост и аллюви я (рис . 56) . Пр и оценк е эксплуа тационны х запасо в в эти х условия х водоносны й плас т следуе т Рис . 57. рассматриват ь ка к ограниченны й тольк о со сторон ы рек и (полу ограниченны й пласт) . 2. Коренны е пород ы могу т обладат ь настольк о слабо й водо проводимостью , что практическ и водоприто к с их сторон ы отсут ствуе т (рис . 57) . Есл и расстояни е от водозабор а д о рек и меньш е по крайне й мер е в дв а раза , чем расстояни е от водозабор а д о контакт а аллюви я с коренным и породами , т о пр и оценк е запа сов влияние м второ й водоупорно й границ ы можн о пренебреч ь и рассматриват ь плас т та к же , ка к полуограниченны й (приближени е лини и водозабор а к контакт у аллюви я с водоупорным и корен 182 ным и породам и н е рационально) . В горны х долина х наиболе е целесообразн о эксплуатационны е скважин ы закладыват ь пере д су женным и участками , гд е обычн о отмечаютс я выход ы роднико в и аллювиальны е отложени я боле е промыты . 3. Водопроводимост ь коренны х отложени й може т значительн о превосходит ь водопроводимост ь аллювия . В эти х условия х н а контакт е коренны х и аллювиальны х отложени й обычн о выходя т родники , и водозабор ы целесообразн о располагат ь либ о в при контактово й зоне , либ о непосредственн о в коренны х породах . Дл я все х водозаборов , расположенны х у реки , характерн а быстра я ста билизаци я уровне й и дебитов , что позволяе т вест и расчет ы экс плуатационны х запасо в по формула м установившегос я движения . Пр и это м можн о пользоватьс я либ о тольк о гидродинамическим и методами , либ о одновременн о гидравлическим и и гидродинамиче ским и методами . Гидродинамически е метод ы применяютс я дл я ориентировочны х расчето в в сравнительн о просты х гидрогеологически х условиях . Приближенно , есл и скважин ы расположен ы в вид е прямолиней ног о ряд а параллельн о берег у реки , понижени е уровн я в скважи на х може т быт ь подсчитан о п о формул е Маскета-Лейбензон а дл я "бесконечного " ряд а (IV , 30) : s = h - V ^ I k гд е 5 - понижени е уровн я в скважине ; X - расстояни е межд у скважинами ; /-расстояни е от лини и расположени я скважи н д о реки . Формул а (IV , 30) выражае т равные , нескольк о завышенны е величин ы понижени й во всех скважина х водозабор а линейног о ряда , та к ка к н е учитывае т увеличени я приток а к концевы м уча стка м ряда . Следовательно , есл и понижение , рассчитанно е п о это й формуле , н е превышае т допустимого , т о .запас ы можн о считат ь обеспеченными . Однак о следуе т помнить , что пр и небольшо м количеств е скважи н формул а (IV , 30) може т дат ь сильн о преувели ченны е значени я понижени й и привест и к необоснованны м выво да м о необходимост и увеличени я числ а скважи н ил и длин ы ряда . Боле е точн о величин ы понижени й могу т быт ь найден ы по фор мул е взаимодействующи х скважин , расположенны х у контур а питания . Ка к был о показано , расчет ы производятс я методо м зер кальног о отображени я и наложени я течени й п о формул е (IV , 28) : гд е Q - деби т скважины , в которо й определяетс я пониже ни е уровня ; 183 I - расстояни е это й скважин ы д о реки ; г и . . . г п - расстояни е это й скважин ы д о други х скважи н во дозабора , дебит ы которы х равн ы Qi,.. . Q l i ; P i , . . . P n -расстояни е это й скважин ы д о зеркальны х отобра жени й други х скважи н водозабора . В о многи х случая х пр и двухслойно м строени и аллюви я рек а н е прорезае т слабопроницаемы е слои , слагающи е верхню ю зон у аллювия . Тогд а пр и расчет е следуе т учитыват ь дополнительно е сопротивление , возникающе е пр и фильтраци и и з рек и чере з сла бопроницаемы й слой . Величин а дополнительног о сопротивлени я определяетс я п о формул е В . М . Шестаков а (1960) : (XV , 1) гд е /С и т - коэффициент ы фильтраци и и мощност ь нижнего , хорош о водопроводящег о слоя ; KQ И Т 0 - то же , верхнег о слаб о водопроводящег о ил и за кальматированног о слоя ; Ь - ширин а реки . Дл я широки х ре к величин а ct h b = I Величин а А/ може т быт ь определен а расчето м по данны м наблюдени й з а режи мо м грунтовы х во д (Биндеман , 1957) . Уче т дополнительног о сопротивлени я заключаетс я в замен е величин ы расстояни я д о рек и (I) расчетно й величино й (IQ) , определяемо й по формуле : I p = I A M . (XV , 2) В это м случа е пр и построени и схе м зеркальны х отображени й рас стояни я от реальны х скважи н д о рек и должн ы быт ь увеличен ы на величин у Д/. В долина х второг о тип а (т. е. в долинах , характеризующихс я постоянны м или временны м отсутствие м взаимосвяз и поверхно стны х и подземны х во д и, следовательно , неустановившимс я режимо м движени я подземны х во д пр и эксплуатации ) наибольши й практически й интере с може т представлят ь следующи й случай . Ширин а долин ы невелик а и коренны е пород ы обладаю т водопро водимость ю значительн о меньш е водопроводимост и аллювиаль ны х отложений . Поэтом у коренны е пород ы могу т рассматриватьс я ка к практическ и непроницаемые . Постоянны й водото к в рек е от сутствует . В эти х условия х (рис . 58) нужн о учитыват ь влияни е обеи х водоупорны х границ , принима я расхо д н а ни х равны м нулю , и рассматриват ь плас т ка к ограниченны й с дву х сторо н непрони цаемым и породам и (пласт-полоса) . Подобны е услови я характерн ы дл я засушливы х областе й (Центральны й Казахстан) , а такж е дл я 184 горны х рек , есл н вод а из ни х полность ю разбираетс я н а иррига ци ю ил и русл о рек и заилено . Восполнени е запасо в в таки х условия х происходи т тольк о в -отдельны е многоводны е годы , поэтом у длительно е врем я де бит ы водозаборо в обеспечиваютс я тольк о з а счет сработк и есте ственны х запасов . Расположени е водозаборны х скважи н зависи т от мощност и водоносног о горизонт а и услови й восполнени я запа сов пр и эксплуатации . Наиболе е рациональны м п о технико-эко номически м соображения м являетс я заложени е скважи н в вид е одног о ил и нескольки х поперечны х рядов , та к ка к пр и тако м рас Рис. 58. положени и скважи н длин а водоводо в получаетс я наименьше й по сравнени ю с расположение м скважи н вдол ь долины . Ка к отмечалось , в горны х долина х водозабор ы следуе т за кладыват ь пере д суженным и участкам и или ниж е впадени я боко вы х притоков . В долинах , гд е мощност ь водоносног о аллюви я не значительн а и восполнени е запасо в происходи т в кратковременны е периоды , целесообразне е закладыват ь скважин ы в вид е продоль ны х рядо в дл я увеличени я фронта , н а которо м буде т происходит ь фильтраци я вод ы к скважина м в перио д восполнения . В узки х долина х с ширино й примерн о д о 2 км следуе т закладыват ь оди н продольны й ря д скважин , пр и больше й ширин е - дв а ряда . Пр и оценк е эксплуатационны х запасо в в рассматриваемы х условия х применяетс я гидродинамически й метод . Пр и это м дл я до лин , гд е поверхностны е водоток и действую т периодически , произ водитс я дв а расчета : расче т сработк и запасо в (в перио д отсут стви я стока ) и расче т восполнени я запасо в (пр и наличи и водо тока ) . Методик а расчето в водозаборо в в аллювиальны х отложения х речны х доли н пр и сработк е естественны х запасо в разработан а Ф . М . Бочеверо м (1959, 1960) . Понижени е уровн я в водозаборны х скважина х рассчитываетс я в зависимост и о т систем ы расположе ни я скважин . Пр и расположени и скважи н в вид е поперечног о ряд а понижени е уровн я в каждо й водозаборно й скважин е определяетс я 185 тольк о по формул е (XV , 3) дл я безнапорны х во д и аналогично й формул е (IV , 47 ) дл я напорны х вод . (XV , з , Эт а формул а имее т тако й ж е вид , чт о и формул а (IV , 30) дл я продольног о ряда , расположенног о у реки , тольк о вмест о I (рас стояни е д о реки ) в не е входи т величин а Ln = 1,12 Vayt - даль ност ь действи я ряд а скважи н в условия х плоског о потока . Кром е того, по сравнени ю с формуло й (IV , 30 ) в не й второ й чле н в скоб ка х уменьшаетс я в дв а раза , та к ка к в это м случа е рассматрива етс я двусторонни й приток . Есл и в пласт е работаю т дв а поперечны х ряд а скважин , т о к понижени ю уровня , рассчитанном у п о формул е (XV, 3) , необ ходим о прибавит ь срезк у уровня , образующуюс я в скважина х рассматриваемог о ряд а пр и работ е скважи н соседнег о ряда . Эт а срезк а уровн я определяетс я по формуле : 4) гд е AS - срезк а уровн я в скважина х ряда , в которо м определяютс я понижени я пр и работ е соседнег о ряда ; QcyM - суммарны й деби т скважи н ряда , вызывающег о срезк у уровн я в скважина х рассматриваемог о ряда ; х-расстояни е от ряда , в скважин е которог о опре деляетс я срезка , д о ряда , вызывающег о срезку ; В - длин а ряда , вызывающег о срезку ; ^ ( 2 Y^ z J r ^-функция , значени е которо й приводитс я в табл . 26. Таблица 26 0,0 5 0,5 2 0, 8 0,0 9 0, 1 0,4 6 0, 9 0,0 7 0, 2 0,3 8 1, 0 0,0 5 0, 3 0,3 1 1, 3 0,0 2 0, 4 0,2 5 1, 5 0,0 1 0, 5 0,2 0 2 0.0 0 0, 6 0,1 5 186 Пр и наличи и нескольки х рядо в расче т срезк и уровн я от каж дог о ряд а производитс я по формул е (XV, 4) , посл е чег о срезк и суммируются . Приме р расчета . В водоносно м горизонте , приуроченно м к ал лювиальны м галечника м в долин е одно й из ре к Центральног о Казахстана , требуетс я заложит ь водозабо р с дебито м QcyM- = 160 л/се/с. Ширин а долин ы L = 240 0 м, поверхностны й сто к в до лин е отсутствуе т в течени е 5 лет , т. е. продолжительност ь расчет ног о период а 1825 суток . Средня я мощност ь аллювиальны х галеч нико в 16 м, средни й коэффициен т фильтрации , определенны й по данны м опытны х откачек , 9 5 м/сутки. Коэффициен т водоотдач и 0,2. Водозаборны е скважин ы предполагаетс я расположит ь в вид е дву х поперечны х рядов . Расстояни е межд у рядам и 400 0 м , межд у скважинам и в ряд у 60 0 м, длин а ряд а 1800 м. Количеств о сква жи н в каждо м ряд у 4, деби т каждо й скважин ы Q = 20 AjceK, ра диу с водоприемно й част и го = 0,2 м. Суммарны й деби т каждог о ряд а QcyM=rSO л!сек. Определяе м коэффициен т уровнепроводност и по формул е (IV , 2) Khcр 95 . 16 ау--- - • = ^ 2 = 7, 6 • IO3 Mfjcymua. П о формул е (XV, 3) рассчитывае м понижени е в скважина х ряда , вызванно е непосредственн о работо й этог о ряда , с 1С 1 / ос с 20-86, 4 / , 60 0 , 3,5 5 ] 7, 6 • 103 • 1825 \ " , S = 16 у 25 6 ^ 7 Q g ( I n ^ 8 t o t г 60 0 ) = 6,4 м. П о формул е (XV, 4) находи м срезк у уровн я от работ ы сосед нег о ряд а \ С - 8 0 ' 8 6 4 > ^ • 18 2 '5 D / 4 0 0 0 \ - 1 О I860-."95Мб ^ U l 77,.10-182. , 1 ^ 1 ' 8 Величин у R находи м по табл . 27 : R { 4000 . ) = R (0,52) = 0,19 V 2 У 7, 6 • 10" • 1,82 5 . 103 / V , ; Полно е понижени е складываетс я и з понижения , рассчитанног о по формул е (XV , 3) и срезк и уровня , определенно й по формул е (XV, 4) . So6m= S+ bS = 8,2. В то м случае , есл и скважин ы располагаютс я в вид е продоль ног о ряда , понижени е уровн я определяетс я по формул е (IV , 55) 187 S = " ] / " 1 Эт а формул а выведен а пр и допущении , что кажда я скважин а буде т работат ь в закрыто м блоке . Другим и словами , принято , чт о кажда я скважин а срабатывае т естественны е запас ы н а участке , ограниченно м линиями , проходящим и чере з середин ы расстояни й межд у скважинам и и непроницаемым и бортам и долины . Пр и это м расчет е величин ы понижений , определенны е дл я всех блоков , кром е центрального , получаютс я нескольк о преувеличенными . Площад ь блок а приводитс я к равновеликом у кругу , радиу с которог о R, ка к показан о в работ е Ф . М . Бочевер а (1957) , опре деляетс я по формуле : R,= Y B n ' < X V < 5) гд е RK - радиу с блока ; В - расстояни е межд у скважинами ; L - ширин а долины . Есл и работае т дв а продольны х ряд а скважин , т о в формул у (XV, 5) вмест о L подставляетс я L i - половин а ширин ы долины . Приме р расчета . В тех ж е условиях , чт о и в предыдуще м при мере , проектируетс я заложени е продольног о ряд а из восьм и сква жи н с расстояние м межд у скважинам и 1000 м. Дебит ы и радиус ы скважи н т е же , что и в предыдуще м примере . П о формул е (XV, 5) определяе м радиу с блок а п BL 1 / 1 0 0 0 240 0 QQ A RK= У - = У 3^4 = 88 0 м . П о формул е (IV , 55) рассчитывае м понижени е уровн я в сква жина х продольног о ряда : 5С = 11 С6 - у H 2w5 о 2 0 • 86, 4 (/ .m -8 ^8 0t , 2 • 7, 6 •88I Q0s, • 182 5 0Т, 7Т5Л] =14,2-К . И з сравнени я полученны х результато в видно , что в данны х условия х пр и тех ж е дебита х и то м ж е количеств е скважи н понижени е в скважина х продольног о ряд а больше , че м при разме щени и скважи н ъ дву х поперечны х рядах . В то м и друго м случа е эксплуатационны е запас ы обеспечиваются . Однак о при устройств е продольног о ряд а остаточна я высот а столб а вод ы в скважин е всег о 16,0-14,2=1, 8 ж, что може т затруднит ь работ у насосов , тогд а ка к пр и расположени и скважи н по поперечника м это т на по р составляе т 16,0-8,2 = 7,8 м. Вопрос ы восполнени я естественны х запасо в в условия х речны х доли н с периодическ и действующи м водотоко м в условия х экс 188 плуатаци и детальн о разработан ы Ф. М . Бочеверо м (I960) . Есл и долин а широка я и водозабо р расположе н в центрально й его ча сти н а расстояни и нескольки х километро в от грани ц пласта , то влияние м последни х можн о пренебреч ь и рассматриват ь плас т ка к неограниченный . Таки е услови я характерн ы дл я некоторы х уча стко в крупны х речны х доли н равнинны х рек , н а которы х русл о рек и заилено , вследстви е чего пр и эксплуатаци и подземны й пото к "открывается " от горизонт а реки . В это м случа е оценк а экс плуатационны х запасо в проводитс я по формулам , изложенны м в гл . XIV . Глава XIII ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ЛИН З ПРЕСНЫ Х ВО Д В природ е линз ы пресны х вод имею т широко е распростране ние. Происхождени е их в разны х условия х различно . В района х морски х побережий , характеризующихс я обиль ным и атмосферным и осадками , пр и наличи и мощны х тол щ песко в или други х проницаемы х поро д формируютс я линз ы пресны х вод , а такж е поток и пресны х вод , контактирующи е с соленым и вода ми тольк о со сторон ы моря . Питани е таког о род а потоко в пресны х вод , связанно е с ин фильтрацие й атмосферны х осадков , в настояще е врем я достаточ но хорош о изучено . Пресны е вод ы в эти х условия х издавн а экс плуатируютс я в Голланди и и други х странах . Н а основани и исследований , выполненны х в района х Средне й Азии, В. Н . Куни н (1959 ) выделяе т следующи е типы лин з прес ных вод : 1) подтакырны е линз ы внутренни х районо в пустыни ; 2) линз ы низкогорны х и предгорны х равнин ; 3) подпесчаны е линз ы пресны х во д в района х песчано й пустыни. Кром е того, следуе т отметит ь линз ы пресны х вод , формирую щиес я по д руслами , вблиз и рек , канало в и н а орошаемы х терри ториях . Подтакырны е линз ы пресны х во д образуютс я з а счет такыр ного стока . Они имею т обычн о небольши е размер ы - о т доле й до нескольки х квадратны х километров . Объе м содержащихс я в них пресны х во д изменяетс я от нескольки х тыся ч д о сотен ты сяч кубически х метров . Очевидно , что таког о род а линз ы прес ны х во д имею т местно е значени е и не могу т представлят ь инте рес а дл я централизованног о водоснабжения . Л и н з ы н и з к о г о р н ы х и п р е д г о р н ы х р а в н и н рас полагаютс я в условиях , гд е поверхностны й сток значительн о больше , чем н а такырах . Лиш ь небольша я част ь этог о сток а идет н а формировани е пресны х линз , образуемы х н а стык е песко в пустын и с предгорно й такырно й равниной . Размер ы эти х лин з зна чительн о больше , чем подтакырных . Ка к указывае т В. Н . Куни н (1959) , величин а питани я подгорны х лин з пресны х во д може т быт ь существенн о увеличен а путе м устройств а специальны х гидро 190 технически х сооружений , тогд а отдельны е достаточн о крупны е линз ы пресны х во д могу т представит ь интере с и дл я централизо ванног о водоснабжения . В естественны х условия х площад ь отдельны х лин з данног о типа , т. е. развиты х н а окраин е пустыни , достигае т 15-3 0 км2, а мощност ь сло я пресны х и солоноваты х во д колеблетс я в пре дела х 5-2 5 м. П о д п е с ч а н ы е л и н з ы п у с т ы н и характеризуютс я раз мерами , изменяющимис я от нескольки х десятко в квадратны х мет ро в д о многи х соте н квадратны х километров . В большинств е слу чае в линз ы пресны х во д подстилаютс я соленым и водами , н о местам и он и располагаютс я непосредственн о н а глинах . В пустыня х Средне й Ази и гидрогеологическим и изысканиям и выявлен о нескольк о достаточн о крупны х подпесчаны х лин з прес ны х вод . Наименьши е из ни х содержа т сотн и миллионо в кубиче ски х метро в пресно й воды , а наиболе е крупные-миллиард ы ку бически х метров . П о данны м Н . Г . Шевченк о (1959) , одн а из таки х лин з харак теризуетс я весьм а большим и размерам и в плане , а мощност ь сло я пресны х во д исчисляетс я десяткам и метров . Услови я образовани я питани я подобног о род а крупны х лин з пресны х во д пок а ещ е не достаточн о выявлены ; в настояще е врем я не т единог о взгляд а н а их происхождение , н о наличи е питани я крупны х лин з пресны х во д являетс я несомненным , та к ка к инач е существовани е эти х лин з оказалос ь бы невозможным . Имеющиес я данны е о линза х пресны х во д пустынны х и полу пустынны х областе й позволяю т считать , чт о эти линз ы обычн о развит ы н а фон е крупны х потоко в минерализованны х во д (Кунин , 1959) . В большинств е случае в обща я минерализаци я солены х во д н е превышае т 40-5 0 г/л , та к что различи я в удельны х веса х и вязкостя х пресны х и солены х во д невелики . Удельны й ве с во д из меняетс я в предела х 1,0-1,03, а вязкост ь 1,0-1, 3 спз. Порядо к изменени я удельног о вес а весьм а мал , а вязкост и невелик и и ко лебани я их н е выходя т з а предел ы изменени я коэффициенто в фильтраци и водоносны х поро д и точност и их определения . Н а это м основани и пр и рассмотрени и фильтраци и пресны х и солены х во д различие м их по вязкост и и плотност и пренебрегают . В процесс е работ ы скважины , эксплуатирующе й пресны е воды , подстилаемы е соленым и водами , по д фильтро м образуетс я "язык " солены х вод , постепенн о продвигающийс я к фильтр у скважины . Пр и боле е ил и мене е значительно м дебит е скважин ы солены е вод ы достигаю т фильтра , посл е чег о минерализаци я откачиваемо й вод ы постепенн о возрастае т и с течение м времен и вод а може т стат ь непригодно й к употреблению . Пр и некоторо й величин е дебит а скважины , определяемо й раз нице й в удельны х веса х пресны х и солены х во д и положение м фильтр а в водоносно м пласте , можн о избежат ь подсасывани я солены х вод . Н о в связ и с незначительно й разнице й в удельны х ве 192 са х пресны х и солены х вод , исключит ь подсасывани е последни х можн о лиш ь пр и весьм а малы х дебита х скважин , н е имеющи х сколько-нибуд ь существенног о практическог о значения . Врем я (T), чере з которо е начинаетс я подсасывани е солены х вод, определяетс я по приближенно й формул е (XVI , 1) , выво д которо й даетс я в работ е В . Д . Бабушкин а (1960) . Рис. 59. T= 2кр0 Q 3 - Ь"> Шг, + (с + bfVcb . /ar c t g arct g (XVI , 1) Vcb bV Cbj где T -врем я о т начал а откачки ; Q - деби т скважины ; Po - активна я пористост ь водоносны х пород ; ш-о - мощност ь сло я пресны х во д (рис . 59) ; Ь = с + 1-расстояни е низ а фильтр а от статическог о уровня , пр и это м I - длин а фильтр а скважины , с-расстоя ни е верх а фильтр а от статическог о уровня . Врем я T определяетс я продолжительность ю перемещени я вер шин ы "языка " солены х во д от границ ы пресны х и солены х во д д о фильтр а скважины . Формул а (XVI , 1) применима , есл и фильт р скважин ы располагаетс я в верхне й половин е водоносног о пласта . В однородно м по фильтрационны м свойства м водоносно м пла сте наибольша я минерализаци я воды , забираемо й скважиной , определяетс я п о формул е С C1 (С) Cq) т п H 192 гд е С - наибольша я минерализаци я воды , получаемо й скважиной ; Ci и C 0 - минерализаци я солены х и пресны х вод ; т0 и H - мощност ь сло я пресны х во д и обща я мощност ь водоносног о пласт а в естественны х условиях . Есл и C^C h , гд е C k - допустима я кондиционна я минерализа ци я откачиваемы х вод , т о эксплуатаци я пресны х во д возможн а Z Рис. 60. бе з всяки х мероприяти й по защит е водозабор а от подсасывани я солены х во д снизу . В случае , когд а минерализаци я откачиваемо й вод ы по расчет у превышае т кондиционну ю (C^C u ) , эксплуатаци я пресны х во д воз можн а лиш ь с защито й от подсасывани я солены х во д снизу . Борьб а с подсасывание м солены х во д сниз у возможн а при экс плуатаци и пресны х во д спаренным и скважинам и (Бабушкин , 1958, 1960) . По д спаренным и скважинам и понимаютс я дв е рядо м расположенны е скважины , и з которы х одн а оборудован а фильт ро м в пресных , а друга я в минерализованны х вода х (рис . 60) . В дальнейше м мы буде м называт ь их соответственн о верхне й и нижне й скважиной . Пр и одновременно й откачк е из спаренны х скважи н пресны х и солены х во д межд у фильтрам и скважи н образуетс я поверх ност ь раздел а потоков , питающи х скважины . К верхне й скважин е поступае т вод а и з част и водоносног о слоя , расположенно й на д границе й раздел а потоков , а нижня я скважин а питаетс я потоком , лежащи м по д границе й раздела . Дл я исключени я подсасывани я солены х во д верхне й скважино й необходимо , чтоб ы границ а раз 193 дел а потоко в располагалас ь выш е границ ы пресны х и солены х во д или , в предельно м случае , эт а граница , деформированна я в процесс е откачки , должн а совпадат ь с границе й раздел а пото ко в к скважинам . Н а основани и теоретически х соображени й и опыто в в щелево м лотке , произведенны х в о ВСЕГИНГЕО , был о установлено , чт о в однородно м водоносно м пласт е дл я исключени я подсасывани я солены х во д верхне й скважино й отношени е дебито в X скважин , забирающи х пресны е и солены е воды , н е должн о быт ь больш е отношени я средни х мощносте й пресны х и солены х вод , т. е. X = - < Hh. Qc^ тх ' (XVI , 3 ) гд е Q n и Q c - дебит ы скважин , забирающи х пресны е и солены е воды ; W0 и m i - мощност и слое в пресны х и солены х вод . Пр и расчет е работ ы спаренны х скважи н определяют : а ) величин ы X с помощь ю зависимост и (XVI , 3) ; б ) положени е границ ы раздел а потоко в п о отношени ю к спа ренны м скважина м п о вертикально й ос и z п о формуле : X L J ! 1 . 1 \ • ^bl+Z C1 + z Z- £>1 r Z-C1J' + T T { j T V ^ J + K ? b = i + Т Т ^ Ь г , - 7 r = h n ) = < X V 1 ' 4 > гд е l\ - длин а фильтр а верхне й скважины , забирающе й пресны е воды ; I2 - т о ж е дл я нижне й скважины , забирающе й соле ны е воды ; Ci - расстояни е о т статическог о уровн я д о верхнег о конц а фильтр а скважины , забирающе й пресны е воды ; с' - расстояни е о т нижнег о конц а фильтр а скважины , забирающе й солены е воды , д о подошв ы водонос ног о пласта ; b\ = Ci + h - расстояни е о т нижнег о конц а верхнег о фильтр а д о статическог о уровня ; 6 2 '=с'+/ 2 - расстояни е о т верхнег о конц а нижнег о фильтр а д о подошв ы водоносног о пласта ; H - мощност ь водоносног о пласта ; z -расстояни е о т границ ы раздел а потоко в к сква жина м д о статическог о уровн я п о ос и фильтро в (ос ь г) ; определяетс я путе м подбора . Деби т верхне й скважин ы определяетс я в спаренно й систем е по формуле : 194 Qn= 2 f H \ 1 (XVI , 5) In - ' 'O гд е 5 i - понижени е уровн я вод ы в верхне й скважине ; г0 - расчетны й радиу с фильтр а скважин ы с учето м е е несо вершенств а (см . гл . IV) ; Фг - коэффициент , связанны й с влияние м откачк и из нижне й скважин ы н а понижени е уровн я вод ы в верхне й сква жине : ^ = T 5 ( £ • ( x v i - 6 ) р = (2 Н-ЬХ){Н+Ь,\ S==I g V , ЪН-ъ-Ъ у C22 - Ъ? ~т" 1S 2Н -fc.- ' гд е Ci и C 2 - расстояни я от статическог о уровн я д о верхни х концо в фильтро в скважин , забирающи х пресны е и солены е воды ; Ь\ = С\ + 1\ и bz - c i + h - расстояни я от статическог о уровн я д о нижни х концо в фильтро в сква жин , откачивающи х пресны е и соле ны е воды . Есл и длин а фильтр а нижне й скважин ы невелик а по сравне ни ю с мощность ю водоносног о пласт а т о вторы м сла гаемы м в выражени и дл я ^2 можн о пренебречь . Деби т нижне й скважин ы спаренно й систем ы може т быт ь вы числе н по формуле : Q c = T 1 . (XVI , 7 ) Приведенны е выш е формулы , относящиес я к одно й систем е спаренны х скважин , действительн ы и в условия х взаимодей ствующи х скважи н дл я случаев , когд а расстояни е межд у скважи нам и превышае т мощност ь водоносног о пласта. . Есл и границ а пресны х и солены х во д в план е удален а о т во дозабор а н а расстояние , превышающе е в 1,5-2 раз а поперечны е размер ы участк а водозабора , т о последни й можн о рассматриват ь ка к большо й колоде ц с дебитом , равны м суммарном у дебит у все х скважи н водозабора . В тако м случа е врем я перемещени я границ ы пресны х и соле ны х во д може т быт ь определено , ка к эт о следуе т из ряд а рабо т (Чарный , 1956; Шестаков , 1950) , по формуле : ' = j ^ T ' < XV I 8) гд е t - время , необходимо е н а перемещени е язык а солены х во д в план е от границ ы линз ы д о заданно й точки ; 195 r 2 - расстояни е от скважины , заменяюще й водозабор , д о гра ниц ы линз ы в начальны й момен т времени ; г-расстояни е от скважин ы д о вершин ы язык а солены х во д н а момен т времен и t\ а - параметр , определяемы й из соотношения : a I1 = A; Q 4т. ауp0hCp ' (XVI , 9 ) 'Zcp - средня я мощност ь водоносног о пласт а в процесс е работ ы водозабора . 10 12 Ш Рис. 61. Значени я Ina в зависимост и от In A приведен ы н а рис . 61 (по А*** Ф. М. Бочеверу) . Пр и 4^7^0, 1 формул а (XVI , 8) приводитс я к виду, отвечающем у условия м установившегос я движения : t = kP'Jiср (г-Sг-) Q (XVI , 10) Защит а водозабора , расположенног о вблиз и одно й из грани ц линзы , от подсасывани я солены х во д осуществляетс я устройство м другог о водозабор а в зон е распространени я солены х вод . Защитны й водозабо р долже н имет ь производительность , рав ну ю суммарно й производительност и эксплуатационног о водоза бора , и располагатьс я примерн о симметричн о эксплуатационном у по отношени ю к первоначально й границ е пресны х и солены х вод . Пр и размещени и водозаборо в наряд у с таким и факторами , ка к мощност ь слое в пресны х и солены х вод , проницаемост ь пород , степен ь их неоднородност и и др. , принимаетс я в о внимани е 196 и форм а линз ы в плане . Важны м условие м являетс я равномер ност ь стягивани я контур а линзы . Обеспечени е этог о услови я соответствуе т наиболе е рациональном у размещени ю водозаборо в н а линзе , позволяющем у пр и соблюдени и ряд а други х услови й оце нит ь максимальны е эксплуатационны е запас ы пресны х во д линзы . Когд а крупна я линз а имее т форму , приближающуюс я к окруж ности , то оди н ил и нескольк о водозаборо в следуе т разместит ь ближ е к центр у линзы . Есл и линз а пресны х во д достаточн о вытя нута , водозабор ы целесообразн о расположит ь по длинно й оси линзы , есл и други е показател и этом у не препятствуют . Водозабо р може т представит ь собо й линейны й ря д скважин . Расче т эксплуатационны х запасо в пресны х во д производитс я с учето м особенностей , связанны х с работо й спаренны х скважи н и стягивани я контур а линзы . Формул а дл я расчет а понижени я уровн я вод ы в любо й скважин е с фильтро м в пресны х вода х имее т следующи й вид ; 4 ОЛ . V2 ,•2/ • 5•Ч aЛ v t ч1 W "П. 1 / r.j. 9 - ^nt- 2я*Лср biJM. in - L ф _i_ г- 1 _ у о P I 2 Ш п/ < 4 н + Y-J 2 ^ ( 4 М (XVI , И ) гд е Q n i - производительност ь данно й скважины , забирающе й пресны е воды ; Qi - суммарны й деби т верхне й и нижне й скважи н спарен но й системы ; S n i - понижени е уровн я вод ы в верхне й скважине ; г0 - приведенны й радиу с фильтр а скважины , забирающе й пресны е воды , с учето м несовершенств а скважины ; /"г-расстояни е от скважины , в которо й определяетс я пони жени е уровн я воды , д о г-той скважин ы водозабора ; п - числ о па р скважи н водозабора ; Ф2-коэффициен т влияни я откачк и из нижне й скважин ы н а понижени е уровн я вод ы в верхне й скважине , опреде ляемы й по формул е (XVI , 6) ; Ф п - дополнительно е сопротивлени е на несовершенств о верх ней скважины . Ориентировочна я оценк а эксплуатационны х запасо в лин з пресны х во д може т быт ь произведен а методо м аналоги и с помощь ю следующе й зависимости : Qx- Qn-TvTп , (XVI, 12) гд е Vn - естественны е запас ы пресны х во д линзы , эксплуата ционны е запас ы которо й известны ; Vx - то ж е дл я линзы , эксплуатационны е запас ы которо й определяются ; QN - эксплуатационны е запас ы данно й линзы . Следуе т учитывать , что установлени е мощност и пресны х во д в предела х линзы , положени я поверхност и ее зеркал а и колеба ни я его во времен и н а различны х участка х дае т лиш ь косвенны е 197 данные , характеризующи е питани е линзы . Поэтому , когд а рас чет ы водозаборо в подземны х во д осуществляютс я с учето м на чально й свободно й поверхност и линз ы и действительны х мощно сте й пресны х и солены х вод , эксплуатационны е запас ы включаю т в себ я ка к естественны е запасы , та к и естественны е ресурсы , обусловленны е питание м (возобновляемы е запасы) . В задач и гидрогеологически х исследований , производящихс я дл я оценк и эксплуатационны х запасо в лин з пресны х вод , входит : 1) изучени е данны х о размера х и конфигураци и линз ы пресны х во д в план е и в разрезе ; 2) определени е мощност и солены х во д и характер а изменени я ее в предела х линзы ; 3) характеристик а свободно й ил и пьезометрическо й поверхно сти в предела х линз ы пресны х вод , а такж е поверхност и раздел а пресны х и солены х вод ; 4) характеристик а химическог о состав а пресны х и солены х вод , приче м солены е вод ы должн ы быт ь охарактеризован ы и в некоторо м удалени и (д о 1-2 км) от границ ы линзы ; 5) характеристик а фильтрационны х свойст в поро д в зон е прес ны х и солены х во д с выделение м лин з и прослое в глинисты х поро д в водоносно й толще ; 6) изучени е степен и неоднородност и поро д в план е и в разрез е с постановко й опыто в по определени ю активно й пористост и пород . Поисковы е работ ы заключаютс я в проведени и гидрогеологиче ско й съемк и масштаб а 1:50000-1:2500 0 с широки м примене ние м геофизически х и геоботанически х методов . И з геофизически х методо в н а стади и поиско в могу т быт ь применен ы разработанны е и усовершенствованны е в о ВСЕГИНГЕ О (Н . А. Огильви , О. М . Мясковски й и В . А. Шемшурин) : 1) радиоки п (дл я полу чени я данны х о развити и лин з в плане) ; 2) электроразведочны е (дл я определени я мощност и лин з пресны х во д и развити я их в плане) . Бурени е поисковы х скважи н с отборо м про б вод ы и пробным и откачкам и производитс я лиш ь в отдельны х точках . Предварительна я разведк а лин з пресны х во д осуществляетс я в основно м путе м бурени я скважин , которы е располагаютс я п о дву м взаимно-перпендикулярны м поперечникам . И з скважи н про изводятс я опытны е откачк и дл я определени я гидрогеологически х параметро в водоносног о пласта . Н а стади и детально й разведк и бурени е производитс я н а уча стк е размещени я водозабора . Скважин ы опробуютс я опытным и от качкам и и з спаренны х скважин . Изучени е режим а подземны х во д организуетс я уж е н а стади и поисковы х работ . Помим о наблюдени й з а колебание м уровн я грунтовы х вод , очен ь важн о проследит ь изменени е границ ы прес ны х и солены х во д (методо м резистивиметрии ) в о времени , а так ж е изменени я химическог о состав а и температу р пресны х и соле ны х вод . 198 В первы й перио д эксплуатаци и изучени е режим а грунтовы х во д должн о продолжатьс я ка к в район е водозабора , та к и н а бли жайше м к ни м участк е контур а линзы . Наблюдени я произво дятся : 1) з а производительность ю водозаборо в пресны х и солены х во д и изменение м минерализаци и их в процесс е эксплуатации ; 2) з а положение м уровне й вод ы в скважинах , положение м гра ниц ы пресны х и солены х во д и минерализацие й подземны х во д в район е водозаборов ; 3) з а положение м уровне й и поверхност и раздел а пресны х и солены х во д н а контур е линзы . Наблюдени я з а режимо м подземны х во д позволя т уточнит ь прогно з изменени я уровне й вод ы в район е водозаборо в и н а линз е и тем самы м внест и необходимы е корректив ы в режи м эксплуа таци и водозабора . В процесс е эксплуатации , посл е тог о ка к буде т установлен о перемещени е грани ц пресны х и солены х во д у контур а линзы , може т потребоватьс я заложени е дополнительны х створо в наблю дательны х скважин , предназначенны х дл я уточнени я характер а и интенсивност и перемещени я границ ы пресны х и солены х во д в план е и разрезе . В целя х распространени я данны х наблюдени й з а режимо м во д н а площад и следуе т н е реж е одног о раз а в дв а год а геофизиче ским и методам и проводит ь наблюдени я з а перемещение м контур а линз ы в плане . Глава X I I I ОЦЕНК А ЭКСПЛУАТАЦИОННЫ Х ЗАПАСО В ПОДЗЕМНЫ Х ВО Д В РАЙОНА Х ДЕЙСТВУЮЩИ Х ВОДОЗАБОРО В Очен ь част о гидрогеологически м организация м приходитс я решат ь задач у водоснабжени я городов , населенны х пунктов , про мышленны х объекто в в районах , гд е уж е имеютс я действующи е водозаборы . Ка к показывае т практик а рассмотрени я отчето в в ГКЗ , нередк и случаи , когд а гидрогеологи , проводящи е изыска ни я в таки х районах , совершенн о недостаточн о изучаю т опы т экс плуатаци и и начинаю т разведк у новы х участко в бе з учет а работ ы действующи х водозаборов . В одни х случая х проводитс я дорого стояща я разведк а новы х участко в при возможност и удовлетворе ния потребност и путе м расширени я действующег о водозабора , в други х - новы й водозабо р проектируетс я на таки х расстояния х от действующего , что эксплуатаци я его пр и взаимодействи и с существующи м може т ухудшит ь работ у ил и совсе м вывест и из стро я действующи е скважин ы в связ и с "перепонижением " уровн я подземны х вод . Анали з режим а работ ы действующи х водозаборо в позволяе т решат ь следующи е задачи : 1) оцениват ь эксплуатационны е запас ы подземны х во д н а уча стк е водозабор а и тем самы м дат ь прогно з о возможност и уве личени я его дебит а или необходимост и сокращени я водоотбора ; 2) правильн о выбират ь новы е участк и дл я разведк и подзем ных во д в том случае , есл и гидрогеологически е услови я действую щег о водозабор а не позволяю т увеличит ь его дебит ; 3) получат ь наиболе е достоверны е данны е (гидрогеологиче ские параметр ы и характеристик у граничны х условий ) дл я оценки эксплуатационны х запасо в подземны х во д в районах , находя щихс я в аналогичны х гидрогеологически х условиях . Пр и анализ е работ ы действующег о водозабор а мы имее м дел о не с относительн о непродолжительным и опытами , относящимис я к отдельны м "точкам " водоносног о пласта , ка к в случа е опытны х откаче к из отдельны х скважин , а с мощно й откачко й из систем ы взаимодействующи х скважин , продолжающейс я годами . Пр и этом влияни е отдельны х факторов , формирующи х эксплуатацион ные запас ы и трудн о определяемы х раздельн о (питани е водонос ног о горизонта , водопроводимост ь и други е свойств а пласта , пере 20 0 текани е и з смежны х водоносны х горизонто в и пр.) , учитываетс я по их совокупности . Изучени е опыт а работ ы действующег о водозабор а должн о на чинатьс я с его рекогносцировочног о обследования . В о врем я об следовани я гидрогеоло г долже н собрат ь сведени я о количеств е водозаборны х скважин , их расположении , наличи и наблюдатель ны х скважин , и неработающи х водозаборны х резервны х скважин , которы е могу т быт ь использован ы в качеств е наблюдательных . В эксплуатирующе й организаци и необходим о получит ь данны е о суммарно м дебит е и его изменени и с начал а эксплуатаци и водо забора , режим е его работ ы (суточны е и сезонны е изменени я дебита) . Н а мест е нужн о ознакомитьс я с оборудование м сква жин , установит ь возможност ь замер а в ни х динамически х уров ней , и там , гд е эт о возможно , эт и уровн и замерить . П о архивны м и опросны м данны м необходим о установит ь положени е динамическог о уровн я н а нескольк о моменто в времен и предшествующе й эксплуатаци и дл я определени я характер а режим а (установившийс я ил и неустановившийся ) подземны х во д в район е водозабора . Следуе т имет ь в виду , чт о н а многи х крупны х водозабора х в настояще е врем я проводятс я наблюдени я з а режимо м подзем ны х во д силам и гидрогеологически х станций . Поэтом у гидрогео логам , проводящи м изыскани я дл я водоснабжения , необходим о ознакомитьс я с результатам и эти х наблюдени й и получит ь дан ны е о б изменени и уровн я и дебит а водозабора . Дл я те х водоза боров , н а которы х стационарны х наблюдени й з а режимо м н е про водится , п о результата м обследовани я следуе т составит ь про грамм у рабо т п о сбор у данны х и проведени ю наблюдени й з а режимо м подземны х вод , в необходимы х случая х предусмотрет ь бурени е специальны х наблюдательны х скважин . В это й программ е должн о быт ь предусмотрен о выполнени е определенног о комплекс а работ . 1. Сбор и обобщени е данных о геологическом строении, гидрогеологических условиях и истории эксплуатации водозабора . Вна чал е эт и данны е должн ы быт ь получен ы пр и рекогносцировоч но м обследовании . В дальнейше м в результат е ознакомлени я с фондовым и и архивным и материалам и он и должн ы быт ь уточ нен ы и детализированы . Дл я район а водозабор а необходим о собрат ь и обобщит ь вс е региональны е гидрогеологически е материалы . Следуе т составит ь гидрогеологическу ю карт у район а водозабор а в масштаб е 1:2 5 000 - 1:5 0 00 0 дл я артезиански х и 1:1 0 000 - 1:2 5 00 0 дл я грунтовы х вод . Карт а сопровождаетс я детальным и гидрогеологи ческим и разрезам и таког о ж е горизонтальног о масштаба , н а ко торы х показываетс я литологи я пород , уровни , напор ы и т. д . Соотношени е горизонтальног о и вертикальног о масштаб а должн о обеспечиват ь отчетливы й пока з уклоно в депрессионно й поверх ности , соотношени е напоро в в этажнорасположенны х горизонтах , 201 связ ь с рекам и и т. д . Пр и наличи и связ и подземны х во д с поверхностным и необходим о получит ь данны е о режим е рек и (озера ) и о количеств е осадко в з а перио д эксплуатаци и водозабора . В ирригационны х района х следуе т собрат ь данны е о количеств е поливны х вод , интенсивност и поливов , величин е отбор а поверх ностны х во д дл я орошения . В связ и с те м что по большинств у районо в крупномасштаб ны х гидрогеологически х кар т пок а нет (имеютс я лиш ь карт ы мас штаб а 1:20 0 00 0 и дл я немноги х районов ) допускаетс я составле ни е карт-схе м н а топографическо й основе . Гидрогеологически й материа л н а таки е карт ы можн о схематичн о переносит ь с кар т боле е мелки х масштабов . Н а карту-схем у должн ы быт ь нанесен ы вс е эксплуатационны е и наблюдательны е скважин ы района . Эт а ж е карт а служи т осново й дл я построени я гидроизогнп с или гид роизопьез . Дл я участк а расположени я обследуемог о водозабор а составляетс я крупномасштабны й пла н 1:1 0 000-1:5000 , на которо м такж е показываютс я водозаборны е и наблюдательны е сква жины . Пр и изучени и истори и работ ы водозабор а необходим о по воз можност и установит ь отметк у статическог о уровн я подземны х во д д о начал а эксплуатаци и водозабора , использу я в эти х целя х от четы по изысканиям , проводившимс я дл я строительств а водоза бора . Пр и отсутстви и таки х данны х ориентировочно е представле ни е о статическо м уровн е подземны х во д можн о составит ь по скважинам , находящимс я заведом о вн е зон ы влияни я водозабор а и расположенны м по линии , проходяще й чере з водозабор , в на правлении , перпендикулярно м направлени ю естественног о поток а подземны х вод . Однак о в тех случаях , когд а водоносны й горизон т используетс я многим и водозаборам и в течени е длительног о вре мени , в результат е чег о происходи т обще е регионально е сниже ни е уровне й подземны х во д (напримр , в район е Москв ы и ее окрестностей) , это т прие м оказываетс я невозможным . В о все х случая х необходим о собрат ь данны е о б изменения х дебито в водозаборны х скважи н и понижени и уровне й в о времени . Есл и нет данны х о дебнта х отдельны х скважи н (в случае , когд а вод а из скважи н поступае т в общи й водовод) , нужн о получит ь данны е о б изменени и суммарног о дебита . В некоторы х случая х о дебита х отдельны х скважи н з а прошедши е год ы можн о судит ь по их производительност и в настояще е время , есл и оборудовани е скважин ы (тип насоса , глубин а погружени я приемног о клапана ) з а врем я эксплуатаци и не изменилось . Дл я сбор а данны х по динамик е уровне й необходим о исполь зоват ь вс е имеющиес я замер ы уровне й в перио д ремонт а и в о врем я други х останово к скважин . Данны е о работ е водозабор а з а прошедше е врем я следуе т отобразит ь н а графике , по ос и абсцис с которог о откладываетс я время , а по оси ордина т - дебит ы и понижени я уровня . Н а гра фик е долже н быт ь показа н суммарны й дебит , а в случае , есл и 20 2 водозабо р состои т из небольшог о количеств а скважин , рассредо точенны х по площади , то и деби т каждо й скважины . Вертикаль ны й масшта б график а долже н показыват ь изменени е дебит а и уровне й вод ы в скважина х предельн о наглядно . Горизонтальны й масшта б (шкал у времени ) целесообразн о принимат ь 1 меся ц - 1 см, пр и длительно й работ е водозабор а (боле е 5-1 0 лет ) 1 меся ц - 0,5 см. П о все м эксплуатационны м скважина м должн ы быт ь собран ы данны е о продвижени и фронт а этих во д в плане , о б изменени и минерализаци и вод ы в эксплуатационны х скважинах . 2. Проведени е наблюдени й з а изменение м уровне й подземны х вод , их химическим составо м и дебито м водозаборны х скважин . В те х случаях , когд а на рассматриваемо м водозабор е таки е на блюдени я проводятс я гидрогеологическим и станциями , разведоч ны м организация м достаточн о получит ь данны е наблюдени й н а гидрогеологически х станциях . Есл и ж е водозабо р стационарным и систематическим и наблюдениям и не охвачен , следуе т организоват ь цик л таки х наблюдений , продолжительност ь которы х должн а составлят ь н е мене е 1 года . Пр и это м следуе т имет ь в виду , что по уж е собранны м в начальны й перио д рабо т данны м можн о сделат ь ориентировочны й выво д о возможност и расширени я действующег о водозабора . В то м случае , есл и обследуемы й водозабо р н е може т удовлетворит ь заданно й потребности , необходим о приступит ь к поиска м новы х участко в и их предварительно й разведке , не дожидаяс ь окончани я годичног о цикл а наблюдени й на действующе м водозаборе . Эт и работ ы в таки х случая х должн ы проводитьс я параллельно . Пр и выбор е новы х участко в необходим о учитыват ь воз можно е взаимодействи е проектируемы х водозаборо в с существую щими . Пр и организаци и наблюдени й н а крупны х действующи х водо заборах , на которы х отсутствуе т наблюдательна я сеть, можн о рекомендоват ь следующу ю систем у расположени я наблюдательны х скважин , учитывая , что наблюдени я по ни м должн ы продолжатьс я II посл е прекращени я рабо т по разведк е подземны х вод . Пр и расположени и водозаборо в в неограниченны х пласта х места дл я наблюдательны х скважи н выбираютс я в зависимост и от схем ы водозабора . Есл и водозабо р состои т из большог о количе ств а скважин , сосредоточенны х п о площади , желательн о оборудо ват ь дв а взаимопересекающихс я луч а скважин , проходящи х чере з цент р депрессионно й воронки . Н а каждо м луч е следуе т заложит ь по 5- 7 скважин : одну - в центр е воронки , дв е - внутр и большог о колодца , н а расстояни и 0,25-0, 5 его радиус а (в об е сторон ы от центра) , дв е - н а рас стояни и 1 -1,2 5 его радиус а и ещ е дв е - н а расстояни и 1,5-2,0 радиус а (такж е в об е стороны) . Скважины , оборудованны е внутр и большог о колодц а желательн о располагат ь н а расстояни и 100- 20 0 м от наиболе е высокодебитны х скважи н водозабор а в напор ны х горизонта х и 25-5 0 м - в безнапорных . 20 3 Есл и водозабо р состои т из ряд а сосредоточенны х узло в сква жин , кажды й из которы х представляе т большо й колоде ц н обра зуе т выраженну ю воронк у депрессии , следуе т оборудоват ь наблю дательны е скважин ы межд у таким и колодцами . В то м случае , есл и водозабо р состои т из нескольки х скважин , рассредоточенны х по площади , наблюдательны е скважин ы целе сообразн о располагат ь межд у водозаборными . Кром е того, в непосредственно й близост и окол о наиболе е высокодебитно й сква жин ы желательн о имет ь наблюдательну ю (на~расстояни и 15-20 м в безнапорны х горизонта х и 30-5 0 м - в напорных) . Есл и водозабо р располагаетс я н а близко м расстояни и (д о 2 - 3 км) от грани ц пласта , то поперечник и наблюдательны х сква жи н должн ы достигат ь границ ы водоносног о горизонта : крайня я наблюдательна я скважин а должн а закладыватьс я в непосред ственно й (5-1 0 м) близост и о т границы . В то м случае , есл и гра нице й горизонт а являетс я река , целесообразн о заложени е наблю дательно й скважин ы н а противоположно м от водозабор а берег у реки . Есл и водозабо р у рек и расположе н в вид е линейног о ряда , то крайня я с нагорно й сторон ы наблюдательна я скважин а н а попе речнике , проходяще м перпендикулярн о лини и расположени я сква жин , должн а размещатьс я н а расстоянии , не превышающе м удво енно е расстояни е водозабор а от реки . Н а водозаборах , эксплуатирующи х подземны е вод ы конусо в выноса , наблюдательны е скважин ы следуе т размещат ь в зависи мост и о т размеро в конусо в и размеро в депрессионны х воронок . Есл и размер ы конус а вынос а по сравнени ю с размерам и депрес сии очен ь велики , наблюдательны е скважин ы следуе т располагат ь ка к в неограниченны х пластах . Пр и расположени и водозаборо в недалек о о т границ ы (замещени е гравийно-песчаны х отложени й суглинистыми ) наблюдательны е скважин ы должн ы задаватьс я та к же , ка к в полуограниченны х пластах . Пр и это м следуе т имет ь в виду , что в связ и с большо й фильтрационно й неоднородность ю отложени й в план е и их слоистость ю (чередование м хорош о про ницаемы х и слабопроницаемы х прослоек ) в разрез е желательн о оборудоват ь наблюдательны е скважин ы по нескольки м луча м в план е и н а нескольк о водоносны х прослое в в разрезе . Приведенны е рекомендаци и о расположени и скважи н являютс я сугуб о ориентировочными . В каждо м конкретно м случа е количе ств о и расположени е наблюдательны х скважи н должн о устанав ливатьс я с учето м перспекти в развити я водозабор а и особенносте й геологически х условий . Наблюдени я з а уровне м подземны х во д и замер ы дебито в экс плуатационны х скважи н в течени е годичног о цикл а наблюдени й должн ы выполнятьс я ра з в месяц , а такж е пр и изменени и вели чин ы водоотбор а (остановка х водозабор а н а воскресны е и празд ничны е дн и и т. д.) . Поэтом у гидрогеологам-разведчика м следуе т получит ь в эксплуатирующе й организаци и график и работ ы водо 204 заборны х скважи н и пуск а в эксплуатаци ю новы х скважин . Н а инфильтрационны х водозаборах , тесн о связанны х с реками , в о врем я паводко в таки е наблюдени я над о проводит ь ежедневно . Следуе т отметит ь одн о важно е обстоятельство . Очен ь част о пр и проведени и наблюдени й н а действующи х водозабора х гидрогео логическ и ограничиваютс я замерам и уровней , а данны е по деби та м получаю т из акто в эксплуатирующи х организаций . Пр и это м нужн о имет ь в виду , что нередк и случаи , когд а эксплуатирующа я организаци я приводи т величин ы дебитов , исход я из паспортно й характеристик и установленны х в скважина х насосов . Поэтом у гидрогеологи-разведчик и должн ы обязательн о произвест и собственны е контрольны е замер ы дебито в скважин , которы е и буду т рассматриватьс я ка к фактически й материал , обосновывающи й за пас ы подземны х во д н а данно м водозаборе . Проб ы вод ы н а химически й и бактериологически й анализы , ка к правило , должн ы отбиратьс я ра з в квартал , а н а водозабора х с возможность ю поднос а минерализованны х вод-ра з в месяц . 3. Проведени е наблюдени й з а восстановление м уровн я при прекращении эксплуатаци и скважин . Эти наблюдени я проводятся дл я уточнения расчетных параметров . В результат е анализ а многолетне й работ ы водозабор а уточняютс я режи м подземны х во д н а участке , граничны е услови я и проводитс я определени е основ ны х гидрогеологически х параметров . Параметр ы определяютс я ,такж е п о данны м наблюдени й з а восстановление м уровн я при остановк е эксплуатационны х скважи н (см . глав у VIII) . П о данны м наблюдени й з а восстановление м уровн я целесообразн о определят ь коэффициент ы водопроводимости . Коэффициент ы пьезопроводно сти и уровнепроводност и следуе т определят ь по данны м много летне й эксплуатаци и водозабора . Пр и определени и параметро в по данны м многолетне й эксплуа таци и водозабор а наиболе е част о на практик е встречаютс я сле дующи е дв а случая : а) когд а водозабо р состои т из значительног о количеств а сква жин , сосредоточенны х в вид е площадных , кольцевы х ил и линей ны х систем , и когд а (ка к правило ) известе н тольк о суммарны й деби т водозабора ; б ) когд а водозабо р состои т из нескольки х скважин , разбро санны х по площади , приче м имеютс я данны е по дебита м отдель ны х скважин . В перво м случа е дл я определени я параметро в реальны е сква жин ы заменяютс я одни м укрупненны м водозабором , та к называе мы м больши м колодцем . Радиу с этог о колодц а определяется , ка к показан о в работ е Ф. М . Бочевер а (1965) , в зависимост и от систе мы расположени я скважи н по формулам : дл я площадно й систем ы / ? о ~ 0 , 1 Л (XVII , 1) 205 дл я линейно й систем ы Я 0 ^О,2/ , (XVII, 2) где R0- радиу с большог о колодца ; P - перимет р действительно й площад и расположени я сква жи н пр и площадно й системе ; L - длин а ряд а скважи н пр и линейно й системе . Дл я кольцево й систем ы радиу с раве н истинном у радиус у коль ца , по котором у расположен ы скважины . Дале е составляетс я графи к изменени я суммарног о дебит а водозабор а от времени , приче м изменени е дебит а следуе т схема тичн о представит ь в вид е ступенчатог о графика . Н а это м ж е гра фик е показываетс я хо д изменени я понижени я в о времени . Определени е параметро в проводитс я по методике , изложенно й в гл. VII I дл я откачк и с изменяющимс я дебитом . Коэффициент ы водопроводимост и и пьезопроводност и определяютс я по форму ла м (VIII , 48 ) и (VIII , 51) . В последне й з а г принимается : 1) есл и определени е проводилос ь по скважине , расположенно й внутр и большог о колодца , - радиу с большог о колодц а R0, в это м случа е понижени е отсчитываетс я от статическог о уровн я д о вос становившегос я уровн я пр и остановк е данно й скважины ; 2) есл и определени е проводилос ь по наблюдательно й скважи не, расположенно й з а границам и колодца , - расстояни е от центр а колодц а д о это й скважины ; наиболе е точн о по этом у метод у рас считываютс я параметр ы пр и расположени и наблюдательны х сква жи н от центр а н а расстоянии , превышающе м 1,5 R0. В о второ м случае , когд а водозабо р состои т из небольшог о числ а рассредоточенны х по площад и скважин , определени е пара метро в такж е проводитс я графоаналитически м методо м путе м составлени я график а S = /(IgZ n ) . Вс е расчет ы выполняютс я та к же , ка к и пр и группово й откачк е (формул ы VIII , 48 и VIII , 49) . Приведенны е выш е зависимост и справедлив ы дл я неограни ченног о пласта . Та к ка к исследуемы е водозабор ы могу т работат ь продолжительно е время , н а характе р изменени я уровн я в неко торы х случая х може т сказыватьс я влияни е грани ц пласта . В эги х условия х графи к S = /(lg/ f i ) може т отклонятьс я от прямо й лини и и дл я определени я параметро в должн а быт ь использован а част ь график а д о точк и отклонения . Таки м образом , значени е график а не исчерпываетс я возможность ю определени я расчетны х парамет ров . Это т графи к являетс я такж е своеобразны м индикаторо м - показателе м влияни я граничны х условий . Выполаживанн е н а гра фик е прямо й лини и (отклонени е ее к оси абсцисс ) свидетельствуе т о влияни и дополнительног о питани я (поверхностны е водотоки , перетекани е из ниже и вышележащи х водоносны х горизонтов) . Наоборот , отклонени е прямо й к оси ордина т показывае т н а влия ни е непроницаемы х границ . 206 В некоторы х случаях , когд а водозабор ы работаю т продолжи тельно е время , а влияни е грани ц пласто в довольн о быстр о ска зываетс я н а величина х понижени я уровня , н а график е S = f (Igtn) прямолинейны й участо к н е выделяется . Тогд а дл я определени я параметро в описанны й выш е спосо б анализ а многолетне й экс плуатаци и водозабор а неприменим . В эти х случая х параметр ы сле дуе т определят ь аналитически м путем , реша я соответствующе е данны м граничны м условия м уравнени е динамик и подземны х вод . Таки м ж е путе м определяетс я коэффициен т водопроводимост и пр и установившемс я режим е подземны х вод . В тех случаях , когд а хо д изменени я понижени я уровн я в о вре мен и неизвестен , н о имеютс я данны е о коэффициента х водопро водимост и водоносног о горизонт а и о величин е понижени я уровн я от статического , коэффициен т пьезопроводност и (уровнепроводио сти ) може т быт ь такж е определе н аналитически м путе м - реше ние м соответствующи х данны м граничны м условия м уравнени й движени я подземны х вод . Есл и в рассматриваемы х условия х про исходил о изменени е дебита , дл я простот ы расчето в целесообразн о пользоватьс я величино й приведенног о времени , которо е следуе т определят ь по формул е (XVII , 3) : п у Qiti t V P = j ^ Q - ' (XVII , 3 ) где Qi -деби т водозабор а на отрезк е времени ; QLL - деби т скважин ы н а последне м этап е эксплуатации . Численны й анали з формул ы (XVII , 3) показал , что он а дае т точность , вполн е достаточну ю дл я практически х расчетов . Посл е этог о коэффициен т пьезопроводност и определяетс я п о формуле , описывающе й работ у скважин ы (водозабора ) с постоянны м деби том Qn в течени е времен и /Г ф . Приме р расчета. В неограниченно м пласт е работае т водоза бор . состоящи й из 12 скважин , эксплуатирующи х напорны е воды . Приведенны й радиу с водозабор а # 0 = 47 0 м. Водозабо р работа л в течени е 12 лет , приче м первы е 4 год а деби т составля л 500 0 м3/сутки, последующи е 5 лет - 12 00 0 мг/сутки, а дальней ши е 3 года - 18 00 0 м*/сутки. Понижени е уровн я в наблюдатель ной скважине , расположенно й в центр е водозабора , к конц у 12 год а составил о 2 7 м. Средни й коэффициен т водопроводимости , опре деленны й п о данны м первичны х откачек , состави л 500 м2/сутки. Требуетс я определит ь коэффициен т пьезопроводности . Таки м образом , имее м следующи е данные : Q 1 = 500 0 м3'сутки; t{ = 4 года ; Q2= 12 00 0 мл сутки; I2= 5 лет ; Q 3 = 18 00 0 AiiiCyniKU; ts= 3 года ; R0= 47 0 м; km = 50 0 м\ сутки; S = 27 м. 207 Дл я определени я коэффициент а пьезопроводност и предвари тельн о по формул е (XVII , 3) рассчитае м приведенно е время : , 500 0 • 4 + 1 2 00 0 • 5 + 1 8 00 0 • 3 " . _ Z n p = jgQQQ = / , 4 5 ле т = 262 0 сутки . Коэффициен т уровнепроводност и определяе м по формул е (IV , 6) , характеризующе й работ у скважин ы в неограниченно м пласт е с постоянны м дебитом , подставля я в эт у формул у ^np = 2620 суток , Q3 = 18 00 0 м3/сутки и /?0 = 47 0 м. И з это й формул ы Q , S = -Aг-izтk-m In 2,2 5 at -RW,,2v п a = + 2In Rft- In 2,2 5 - In t- (XVII, 4 ) Q In a = -6 1 8 щ ' 2 1~ + 21п 47 0 - In 2,2 5 - In 262 0 = 13,15; а = 5 • IO5 м2 сутки. Посл е определени я параметро в нужн о сделат ь прогно з о воз можност и увеличени я дебит а действующег о водозабор а или необ ходимост и сокращени я современног о дебита . Решени е эти х зада ч необходим о проводит ь по этапам . 1. Определить , може т л и водозабо р работат ь с существующи м дебито м в течени е всег о срок а эксплуатации , а есл и нет , т о опре делит ь врем я работ ы водозабор а с эти м дебито м д о достижени я допустимог о понижения . 2. В то м случае , есл и в конц е расчетног о срок а эксплуатаци и понижени е уровн я буде т меньш е допустимого , дат ь прогно з о воз можно м увеличени и дебит а водозабора . Пр и это м необходим о при вест и нескольк о расчетов , кажды й ра з задаваяс ь дебито м водоза бор а и определя я величин у понижени я уровня . Максимальны м де бито м водозабор а следуе т считат ь дебит , соответствующи й пре дельн о допустимом у понижени ю уровня . 3. Есл и расче т пр и услови и сохранени я существующег о дебит а показал , чт о в процесс е эксплуатаци и понижени е уровн я буде т превосходит ь допустимое , следуе т определит ь наскольк о долже н быт ь уменьше н деби т исследуемог о водозабора . Ка к и в преды дуще м случае , необходим о сделат ь нескольк о расчетов , задаваяс ь различным и дебитам и и определя я величин у понижения . Вс е указанны е выш е расчет ы производятс я по формула м гидродинамик и в зависимост и от граничны х условий , схем ы водоза бор а и гидравлическог о характер а водоносног о горизонта . Ка к и при определени и коэффициент а пьезопроводности , целесообраз но дл я упрощени я расчето в использоват ь приведенно е время . Подобны е расчет ы при ориентировочны х значения х парамет ро в следуе т проводит ь в само м начал е изучени я работ ы действую щег о водозабора . Эт о нужн о делат ь дл я того , чтоб ы имет ь пред 208 ставлени е о порядк е величин ы возможног о водоотбор а н а дей ствующе м водозабор е и в случа е необходимост и своевременн о организоват ь поиск и новы х участков . Ка к отмечалось , новы е уча стк и следуе т располагат ь с учето м взаимовлияни я проектируемог о и действующег о водозаборов . Можн о рассмотрет ь приме р прогноз а возможности , увеличе ни я дебит а водозабор а по данным , приведенны м в предыдуще м примере . Известно , чт о величин а допустимог о понижени я состав ляе т 4 5 м. Требуетс я определить , наскольк о може т быт ь увели чен деби т водозабор а пр и эксплуатаци и ег о ещ е в течени е 15 ле т (чере з 15 ле т предполагаетс я использоват ь вод ы поверхностны х •источников) . Коэффициен т пьезопроводности , определенны й п о данны м экс плуатации , раве н 5 -IO 5 м2/сутки. Прежд е всег о определяе м понижени е уровн я в центр е водоза бор а пр и условии , есл и в течени е последующи х 15 ле т сохранитс я деби т 18 00 0 мг\сутш. Дл я этог о по формул е (XVII , 3) рассчитае м значени е приведенног о времени , принима я / 3 равны м 18 года м (/ 3 = 3+15=18) . , _ J500 0 • 4 + 1 2 ООО • 5 + 1 8 ООО • 1 8 _ q Tu p - - 18 000 ~ - года . П о формул е (IV , 6) определяе м понижение : с _ 1 8 00 0 2,2 5 • 1 ^ - Т27> 7 • 50 0 11 1 М Та к ка к рассчитанно е понижени е оказалос ь меньш е допусти мог о (4 5 м), можн о поставит ь вопро с о б увеличени и дебит а водо забора . Принимае м деби т водозабор а в течени е последующи х 15 ле т Q = 27 000 ж3 /'сутки. Расче т такж е проводи м по приведен ном у времени : . 5 00 0 • 4 1 2 00 0 • 5 + 1 8 00 0 3 - 2 7 00 0 • 1 5 t n p = 27Wo ' = 2 0 лет . Понижени е рассчитывае м по формул е (IV , 6) 2 7 00 0 J2J2 5 • 5 • 10 " • 2 0 • 36 5 _ 12,5 6 • 50 0 П ' ~ 470 2 - 4 4 М ; (пр и S l o n = 4 5 M). Таки м образом , по нашем у прогнозу , деби т водозабор а може т быт ь увеличе н с 18 00 0 д о 27 000 Mz!сутки пр и дальнейше м срок е эксплуатаци и 15 лет . Ei (-л ) r Значени е функци и Ei (-л ) при х = Ei (-.г) Ei ( -V) ПРИЛОЖЕНИЕ E1 ( -.v) 0,00 0,01 0,02 0,0 3 0,0 4 0,0 5 0,06 •0,0 7 •0,08 0,0 9 -0,10 0,11 -0,12 0,1 3 -0,1 4 0,1 5 •0,1 6 0,1 7 0,18 -0,1 9 -0,20 -0,21 -0,2 3 -0,2 4 -0,26 -0,28 0,3 0 0,3 1 -0,3 3 -4,0 1 -3,3 5 -2,9 6 -2,68 -2,4 7 -2,3 0 -2,1 5 -2,0 3 -1,92 -1,82 -1,7 4 -1,66 -1,5 9 -1,5 2 -1,4 6 -1,4 1 -1,3 6 -1,3 1 -1,26 -1,22 -1,18 -1,1 5 -1,11 -1,08 -1,04 -1,01 -0,98 5 -0,95 7 -0,93 1 -0,90 6 -0,882 -0,85 8 -0,83 6 - 0 , 3 4 0 , 8 1 5 0 , 6 8 0 , 3 8 8 -1, 2 0 , 1 5 8 - 0 , 3 5 - 0 , 7 9 4 - 0 , 6 9 -0,38 1 - 1 , 3 -0,13 6 - 0 , 3 6 0 , 7 7 5 0 , 7 0 - 0 , 3 7 4 - 1, 4 - 0 , 1 1 6 - 0 , 3 7 0 , 7 5 5 0 , 7 1 - 0 , 3 6 7 - 1 , 5 -0,10 0 0 , 3 8 0 , 7 3 7 0 , 7 2 0 , 3 6 0 - 1 , 6 0 , 0 8 6 3 0 , 3 9 0 , 7 1 9 ^ 0 , 7 3 - 0 , 3 5 3 1 , 7 -0,074 7 0 , 4 0 0 , 7 0 2 0 , 7 4 0 , 3 4 7 1 , 8 0 , 0 6 4 7 0 , 4 1 0 , 6 8 6 - 0 , 7 5 0 , 3 4 0 1 , 9 0 , 0 5 6 2 0 , 4 2 0 , 6 7 0 - 0 , 7 6 0 , 3 3 4 2 , 0 - 0 , 0 4 8 9 0 , 4 3 - 0 , 6 5 5 -0,7 7 - 0 , 3 2 8 2 , 1 - 0 , 0 4 2 6 - 0 , 4 1 -0,64 0 0 . 7 8 -0,32 2 2 , 2 -0,037 2 0 , 4 5 0 , 6 2 5 -0,7 9 0 , 3 1 6 - 2 , 3 0 , 0 3 2 5 - 0 , 4 6 0 , 6 1 1 0 , 8 0 -0,31 1 - 2 , 4 -0,028 4 - 0 , 4 7 - 0 , 5 9 8 -0,8 1 0 , 3 0 5 2 , 5 - 0 , 0 2 4 9 0 , 4 8 0 , 5 8 5 - 0 , 8 2 0,30 0 - 2 , 6 - 0 , 0 2 1 9 - 0 , 4 9 0 , 5 7 2 - 0 , 8 3 0 , 2 9 4 -2, 7 0 , 0 1 9 2 0 , 5 0 - 0 , 5 6 0 - 0 , 8 4 0 , 2 8 9 - 2 , 8 0 , 0 1 6 9 0 , 5 1 0 , 5 4 8 - 0 , 8 5 - 0 . 2 8 4 2 , 9 -0,014 8 -0,5 2 0 , 5 3 6 0 , 8 6 - 0 , 2 7 9 3 , 0 - 0 , 0 1 3 0 - 0 , 5 3 0 , 5 2 5 -0,8 7 0 , 2 7 4 -3, 1 -0,011Г , - 0 , 5 4 -0,51 4 -0,8 8 -0,26 9 3 , 2 0 , 0 1 0 1 - 0 , 5 5 0 , 5 0 3 - 0 , 8 9 0 , 2 6 5 3 , 3 -0,0089 4 0 , 5 6 0 , 4 9 3 - 0 . 9 0 0 , 2 6 0 3 , 4 0,0078 ^ -0,5 7 -0;483 0 , 9 1 -0,25 6 3 , 5 - 0 , 0 0 6 9 7 0 , 5 8 0 , 4 7 3 -0,9 2 0 , 2 5 1 3 , 6 -0,0061 6 -0,5 9 -0,46 4 0 , 9 3 0 , 2 4 7 -3, 7 - 0,0054 r i 0 , 6 0 -0,45 4 0 , 9 4 - 0 , 2 4 3 3 , 8 - 0,0048 2 0 , 6 1 0 , 4 4 5 -0,9 5 0 . 2 3 9 3 , 9 -0,0042 7 -0,6 2 -0,43 7 0 , 9 6 -0,23 5 4 , 0 -0,0037. 8 - 0 , 6 3 0 , 4 2 8 0 , 9 7 -0,23 1 -4, 1 -0,0033 5 0 , 6 4 0 , 4 2 0 0 , 9 8 0 , 2 2 7 4 , 2 -0,0029 7 - 0 , 6 5 - 0 , 4 1 2 0 , 9 9 - 0 . 2 2 3 4 , 3 -0,0026 3 0 , 6 6 -0,40 4 1 , 0 0 - 0 , 2 1 9 - 4 , 4 -0,0023 4 0 , 6 7 0 , 3 9 6 -1, 1 0 , 1 8 6 4 , 5 0 , 0 0 2 0 7 ЛИТЕРАТУРА А б р а м о в С. K-. Б а б у ш к и н В. Д . Методы расчета притока воды к буровым скважинам . Госстройнздат, 1955. А б р а м о в С. К., Б и и д е м а н Н. H., Б о ч е в е р Ф. M., В е р иги н Н. Н. Влияние водохранили щ на гидрогеологические условия прилегающих территорий. Госстройнздат, I960. А б р а м о в С. K-, С е м е н о в М. П., Ч а л н щ е в А. М. Водозабор ы подземных вод. Госстройнздат, 1956. А л ь т о в с к и й М. Е. Методика гидрогеологических изыскании в целях водоснабжения . ОНТИ , 1936. А л ь т о в с к и й М. Е. Расчет дебита по откачка м из одиночных скважин . Госгеолнздаг, 1940. А л ь т о в с к и й Al. Е. Методическое руководство по расчету взаимодействующих артезианских и грунтовых водозаборов . Госгеолиздат. 1947. Б а б у ш к и н В. Д., Г л а з у н о в И. С., Ш е в ч е н к о Н. Г. Метод ы подсчета эксплуатационных запасо в дл я водозаборов, расположенных в районах крупных линз пресных вод. "Разведк а и охрана недр", 1958, 8. Б а б у ш к и н В. Д., Г л а з у н о в И. С., Ш е в ч е н к о Н. Г. Метод эксплуатации крупных линз пресных вод спаренными скважинам и и оценка эксплуатационных запасо в водозаборов. Докл. к собранию Междунар . ассоциации гидрогеологии. Госгеолтехиздат, 1960. Б н н д е м а н Н. Н. Определение динамических запасо в грунтовых вод по водоотдаче песков. Изд . BHHM ВОДГЕО , 1952. Б н н д е м а н Н. Н. (при участии К. Т. Анохиной). Определение гидрогеологических параметро в по данным наблюдении за режимо м грунтовых вод при паводках. Изд. ВНИ И ВОДГЕО . 1957. Б н н д е м а н Н. Н. К вопросу об использовании запасо в подземных вод. "Разведк а и охрана недр", 1960, М> 4. Б н н д е м а н Н. Н. К определению запасо в грунтовых вод заидровы х н аллювиальных равнин. "Разведк а и охрана недр", i960, ЛЬ 10. Б н н д е м а н Н. Н. Об искусственных запаса х подземных вод. "Бюлл. ОНТИ" , № 1 (29). Госгеолтехиздат," 1961. Б н н д е м а н Н. Н. К определению естественных запасо в подземных вод. "Разведк а н охрана недр", 1962, ЛЬ 1. Бо р о д IMi Р. В. Определение запасо в подземных вод на опыте гидрогеологических исследований в района х рудных месторождений Средней Азии. Тр. Ин-та геол. АН Уз. ССР . вып. 3, 1949. Б о ч е в е р Ф. М. О постановке опытных откачек в условиях неустановившегося движени я дл я определения гидрогеологических параметров. "Разведк а и охрана недр", 1956. ЛЬ 12. Б о ч е в е р Ф. М. Типизация гидрогеологических условий дл я целей расчета эксплуатационных запасо в подземных вод. "С&ветская геология", 1958, № 9. Б о ч е в е р Ф. М. Неустановившийся приток грунтовых вод к скважин е в долинах рек. Изд. АН СССР , 1959. Б о ч е в е р Ф. М. Неустановившийся приток грунтовых вод к линейному ряд у скважин в артезианских бассейнах. "Изв. АН СССР", 1960. 211 Б о ч е в е р Ф. М. Расче т сработки запасо в грунтовых вод в долина х рек засушливы х областей. Тр. ВНИ И ВОДГЕО , ЛЬ 3, 1960. Б о ч е в е р Ф. М. Гидрогеологические расчеты крупных водозаборо в и водопопизительных установок . Госстройиздат , 1963. Б о ч е в е р Ф. M., В е р и г и н Н . Н . Методическое пособие по расчетам эксплуатационны х запасо в подземны х вод дл я водоснабжения . Госстройиздат , 1961. Б о ч е в е р Ф. M., К о ж е в н и к о в а Е. А. О методике оценки запасо в подземных вод дл я водоснабжени я в долина х рек Центральног о Казахстана . "Разведк а и охран а недр", 1957, ЛЬ 9. Б о ч е в е р Ф. M., А л е к с е е в В. С. Оценка сопротивления водозабор пых скважи н по опытным и эксплуатационны м данным . "Разведк а и охран а недр", № 3, 1964. В е р и г и н Н. Н . Метод ы определения фильтрационны х свойств горных пород. Госстройиздат , 1962. В о р о б к о в A. H., Г а в р и л к о В. M., Л о б а ч е в П. В., Il i ес т ако в В. М. Водопонижени с в гидротехническом строительстве. Госстройиздат , 1960. Гир и неки й Н . К. Основные теории движени я грунтовы х вод по д гидротехническими сооружениям и в неоднородных грунтах. Науч . зап. МГМИ , вып. 5, 1938. Ж у к о в с к и й Н . Е. Теоретические исследовани я о движени и подпочвенных вод. Изб . соч., т. 1. Гостехиздат , 1948. Инструкци я по применению классификаци и эксплуатационны х запасо в подземных вод. Госгеолтехиздат , 1962. К а м е н с к и й Г. Н. Основы динамик и подземных вод. Госгеолиздат , 1943. К а м е н с к и й Г. Н. Гидрогеологические исследовани я и разведк а источ ников водоснабжения . Госгеолиздат , 1947. К и с е л е в П. А. Изучение водоотдач и пород при помощи индикаторов . Изв . АН БССР , № 2, 1951. К у д е л и н Б . И. Гидрогеологический анали з и метод ы определения подземного питания рек. Тр. лабор . гндрогеол. проблем А Н СССР , 1949, ЛЬ 5. К у д е л и и Б . И. Принципы региональной оценки естественных ресурсов подземных вод. Изд . МТУ, 1960. К у н и н В. Н. Местные воды ПУСТЫНИ И вопросы их использования . Изд . АН СССР , 1959. Л е б е д е в А. В. Определени е коэффициент а уровпепроводпост и по дан ным стационарны х наблюдений за режимо м грунтовых вод. "Разведк а и охран а недр", №7 , 1961. Л ы к о в А. В. Теория теплопроводности. Гостехтеориздат , 1952. M а с к е т М. Течение однородны х жидкосте й в пористой среде. Гостоптехпздат, 1949. Методическое руководств о по гидрогеологической съемке масштабо в 1 : 1000-1 : 500 ООО и 1:20 0 000-1:10 0 000. По д ред. Маккавеев а А. А. и Ряб ченкова А. С. Госгеолтехиздат , 1961. Мя т и е в А. Н. Напорны й комплекс подземных вод и колодцы . "Изв. АН СССР" , ЛЬ 9, 1947. О г и л ь в и Н. А. К вопросу о расчетах капгажпы х буровых скважи н в пластонапориых системах. Тр. лабор . гидрогеол. проблем АН СССР , т. X, 1951. П л о т н и к о в Н. А. Новы й метод определения коэффициенто в водоотдач и водоносных пород способом откачек. "Гидротехника и мелиорация" , 1955, № 2. П л о т н и к о в Н. А. Оценка запасо в подземных вод. Госгеолтехиздат , 1959. П л о т н и к о в Н. И . Водоснабжени е горнорудных предприятий. Госгортехиздат, 1959. С а в а р е н с к н й Ф. П. Гидрогеология. Госгеолиздат, 1935. С к а б а л л a II о в и ч И. А. Методик а опытных откачек. Госгеолтехиздат , 1960. 21 2 T e Ii е н б а у м JI. Я., Г р и и б а у м И. И. Упрощенный мето д расчета водопроводимост и и коэффициент а фильтраци и пород на основе единичного удельного дебита откачек. "Разведк а и охрана недр", № 2, 1956. Т к а ч у к В. Г. Определени е приходной части баланс а грунтовых вод с сезонными колебаниям и их уровня . Тр. лабор. гндрогеол. проблем А Н СССР , т. 11, 1949. Ч а р п ы и И. А. Основ ы подземной гидравлики . Гостоптехиздат , 1956. Ш е в ч е н к о Н. Г. Пресные воды песчаной пустыни на примере Западны х Каракумов . Труд ы ВСЕГИНГЕО . Госгеолтехиздат, 1959. Ш е с т а к о в В. М. Основы гидрогеологических расчетов при фильтраци и из хранили щ промышленны х стоков. Изд . ВНИ И ВОДГЕО , 1961. Ш е с т а к о в В. М. О б определении гидрогеологических параметро в по данны м опытных откаче к в условиях неустановившейс я фильтрации . "Разведк а и охрана недр", № 12, 1962. Ш е л к а ч е в В. Н. Упругий режим пластовы х водонапорны х систем. Гостоптехиздат , 1948. Ш е л к а ч е в В. Н. Разработк а нефтеносных пласто в прп упругом режиме . Гостоптехиздат , 1959. Я з в и н JI. С. Кратки е указани я по определению гидрогеологических пара метро в артезиански х водоносных горизонтов дл я оценкн запасо в с учетом упругого режима . Труды ВСЕГИНГЕО , 1961. Я з в и н JI. С. О количестве понижений при проведении опытных откаче к дл я оценки эксплуатационных запасо в подземных вод. "Разведк а н охран а недр", № 5, 1965. ОГЛАВЛЕНИЕ Стр . Предислови е 3 Глава I. Классификация запасов и ресурсов подземных вод . . . . 5 Глава II. Начальные и граничные условия водоносных пластов . . . 10 Граничные услови я в вертикально м разрез е пласта 13 Граничные услови я в план е 16 Глава III. Общая характеристика методов оценки эксплуатационных запа сов подземных вод 23 Глава IV. Гидродинамические методы 34 Неограниченный водоносный пласт 3 5 Полуограниченные водоносные пласты 35 Водоносный пласт-полоса 60 Глава Водоносный пласт, ограниченный V. Гидравлические методы круговым контуром . . . . 67 71 Кривы е дебита 71 Расче т взаимодействи я скважи н . 76 Глава VI. Совместное применение гидравлических и гидродинамических Глава VII. Балансовые методы 85 Оценка естественных запасо в подземных вод 86 Оценка естественных ресурсов подземных вол 92 Глава VIIL Определение основных расчетных гидрогеологических пара метров 105 Режи м движени я подземных вод нрп опытных откачка х . . . 107 Методик а откачек 108 Расче т коэффициенто в фильтрации , водопроводимости , уровнепро водности и пьезопроводности 113 Определени е приведенного радиус а влияй,*я 130 Определение внутреннего фильтрационного сопротивления . . . 134 Глава IX. Стадии гидрогеологических исследований и категории эксплуата ционных запасов подземных вод 135 Поисковые работы 135 Предварительна я разведк а . . . . 136 Детальна я разведк а 137 Категории запасо в 138 Глава X. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод в артезианских бассейнах платформенного типа 140 Глава XI. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод в артезианских бассейнах горноскладчатых областей 146 Глава XII. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод в карстовых районах 152 214 Глава XIII. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод в конусах выноса и пролювиальных шлейфах 157 Глава XIV. Оценка эксплуатационных запасов грунтовых вод в междуречье 172 Глава XV. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод аллювиаль ных отложений речных долин 178 Глава XVI. Оценка эксплуатационных запасов линз пресных вод . . 190 Глава XVII. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод в районах действующих водозаборов 200 Приложени е Литератур а . 210 . 21 1 Биндеман Николай Николаевич Язвин Леонид Семенович, ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД Редакто р издательств а В. С. Потапов Технический редакто р В В Соколова Корректо р П. А. Денисова Сдан о в набо р 15/IX-1969 г. Подписан о в печат ь 6/VIII-I970 г. T-12755 Форма т 60 x 90'/i6 Печ . л. 13,3 Уч.-изд. л. 13,3 Бумаг а №2 Индек с 3-41 Зака з 91-1/9689-2. Тира ж 3000 экз . Цен а 77 к о а. Издательств о "Недра" . Москва , К-12, Третьяковски й проезд, д . 1/19. Ленинградска я картфабрик а ВАГТ .