Виды запасов и ресурсов подземных вод и их взаимоотношения

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени Серго Орджоникидзе»

Рггру

Н.Н. ЛЕНЧЕНКО, А.Б. ЛИСЕНКОВ, О.А.ЛИМАНЦЕВА

ОЦЕНКА ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД ХОЗЯЙСТВЕННО-ПИТЬЕВОГО НАЗНАЧЕНИЯ

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ПО КУРСУ

«ВОДОСНАБЖЕНИЕ И ИНЖЕНЕРНЫЕ МЕЛИОРАЦИИ»

(второе издание)

Москва 2010

УДК 626.81:556.31:550.812.1

Учебное пособие по курсам "Водоснабжение и инженерные мелиорации" и "Поиски и разведка подземных вод" /Н.Н. Ленченко, А.Б. Лисенков,           О.А. Лиманцева/; Российский государственный геологоразведочный университет, М., 2010, 101 с.

Приведен алгоритм анализа данных, получаемых при изучении месторождений подземных вод, выделены главные факторы формирования эксплуатационных запасов, дана классификация месторождений по типам и группам сложности, приводится обоснование схем водозаборных сооружений и выбор расчетных ограничений. Даны общие принципы схематизации гидрогеологических условий; приводятся фильтрационные схемы конкретных месторождений, расчетные зависимости к ним и повариантный расчет водозабора с целью его оптимизации. Для отдельных типов месторождений, дан подход к прогнозу качества подземных вод в процессе их эксплуатации, обоснованию зон санитарной охраны, составлению гидрографа, эксплуатационных запасов подземных вод.

Предназначено для использования на лабораторных и практических занятиях, а также в самостоятельной работе студентов по дисциплинам «Водоснабжение» и «Поиски и разведка подземных вод». Цель пособия - оказать помощь студентам в углубленном изучении вопросов, связанных с оценкой запасов подземных вод и проектированием водозаборных сооружений в конкретных условиях наиболее распространенных типов месторождений подземных вод.   

          Табл.3; Ил 14., Библиогр.: 19 наим.

©Российский государственный геологоразведочный университет имени Серго Орджоникидзе, 2010.

ГЛАВА 1. ПРОБЛЕМЫ И ПОНЯТИЯ, СВЯЗАННЫЕ С ОЦЕНКОЙ ЗАПАСОВ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Виды запасов и ресурсов подземных вод и их взаимоотношения

Подземные воды в отличие от всех остальных полезных ископаемых (твердых, жидких и газообразных) имеют ряд особенностей, которые не позволяют оценивать перспективность их использования по величине запасов в обычном их понимании – как массы соответствующего вещества, заключенного в недрах. Главная особенность подземных вод по сравнению с другими полезными ископаемыми – это их подвижность. Являясь одним из звеньев круговорота в природе, подземные воды непрерывно возобновляются и расходуются. Поступление воды в водоносные горизонты происходит путем инфильтрации атмосферных осадков, поглощения поверхностных вод, перетекания из других горизонтов и т.д. Поступившая в водоносные горизонты вода расходуется на разгрузку в поверхностные водотоки и водоемы, испарение, родниковую разгрузку, перетекание в другие горизонты, искусственный водоотбор и т.п. В отличие от всех других полезных ископаемых, эксплуатация подземных вод во многих случаях является фактором, вызывающим не только расходование воды, но и ее дополнительное поступление, связанное с изменением условий водообмена в водоносных горизонтах. Так, эксплуатация подземных вод, приводящая к понижению их уровней, может вызвать возникновение или увеличение фильтрации воды из рек, уменьшение или полное прекращение разгрузки в реки, родниковой разгрузки или разгрузки испарения, возникновение или усиление перетекания воды из смежных водоносных горизонтов. Дополнительное питание подземных вод может быть вызвано и различными техническими и водохозяйственными мероприятиями (например, гидротехническое строительство, орошение, потери из водонесущих коммуникаций).

Перечисленные особенности подземных вод вызывают необходимость оценивать возможности их использования не только с помощью понятия "запасы", которое имеет размерность массы или объема, но и понятия "ресурсы", имеющего размерность расхода. "Запасы" и "ресурсы" подразделяются, кроме того, следующим образом: 1) естественные; 2)искусственные; 3) привлекаемые и 4) эксплуатационные.

Под естественными запасами понимается объем гравитационной воды, заключенной в порах и трещинах водовмещающих пород. В безнапорных водоносных горизонтах разделяют объем гравитационной воды, содержащейся в водовмещающих породах ниже зоны естественных колебаний уровня, и объем воды в зоне колебаний уровня, который называют регулировочными запасами. В напорных пластах к естественным запасам относятся также упругие запасы. Под последними понимается объем воды, который может быть извлечен из водоносных пластов при снижении уровня подземных вод за счет упругих свойств воды и горных пород.

Естественные ресурсы – это количество подземных вод, поступающих в водоносный горизонт в естественных условиях путем инфильтрации атмосферных осадков, фильтрации из рек, перетекания из выше и ниже расположенных водоносных горизонтов, притока со смежных территорий. Естественные ресурсы равны сумме всех приходных элементов баланса данного горизонта. Они выражаются в единицах расхода и могут быть определены также по сумме расходных элементов баланса (испарение, транспирация растительностью, родниковый сток, фильтрация в поверхностные водотоки и водоемы, перетекание в смежные горизонты и т.д.).

Искусственные запасы – это объем подземных вод в пласте, сформировавшийся в результате орошения, фильтрации из водохранилищ, искусственного пополнения подземных вод (магазинирования).

Искусственные ресурсы – это расход воды, поступающей в водоносный горизонт при фильтрации из каналов и водохранилищ, на орошаемых площадях, а также при проведении мероприятий по усилению питания подземных вод.

Привлекаемые ресурсы – это расход воды поступающей в водоносный пласт при усилении питания подземных вод, вызванного эксплуатацией водозаборных сооружений (возникновение или усиление фильтрации из рек, озер, перетекания из смежных (обычно выше расположенных) водоносных горизонтов, уменьшение испарения с поверхности грунтовых вод вследствие увеличения глубины её от поверхности земли, уменьшение или прекращение родниковой разгрузки.

Понятия "эксплуатационные запасы" и "эксплуатационные ресурсы" подземных вод являются, в сущности, синонимами. Это то"... количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям (потребителя) в течение всего расчетного срока водопотребления" [9]. Эта величина, таким образом, представляет собой производительность водозабора и выражается в единицах расхода, обычно в м³/сут. На практике термин "запасы" используется чаще из-за того, что результаты геолого-промышленной оценки месторождений подземных вод утверждаются в Государственной Комиссии по Запасам, которая утверждает не "ресурсы", а именно "запасы" полезных ископаемых.

Особое внимание в данном выше определении эксплуатационных запасов подземных вод следует обратить на их зависимость, наряду с гидрогеологическими условиями, от технико-экономических факторов и в частности, от вида водозабора, т.е. числа скважин, способа их расстановки, конструкции и т.д. При этом эксплуатационные запасы – это не вообще дебит какого-то водозабора, способного работать в данных условиях, а такого водозабора, который является "рациональным в технико-экономическом отношении" или, иначе говоря – оптимальным в рамках конкретных геолого-гидрогеологических условий и требований к качеству воды, ее стоимости, экологии и т.д.

Эксплуатационные запасы – это специфическая категория, свойственная лишь подземным водам; при решении проблем, связанных с использованием подземных вод, первостепенное значение имеет именно оценка их эксплуатационных запасов. Оценка всех остальных видов запасов и ресурсов подземных вод, а именно: естественных, искусственных и привлекаемых, имеет значение лишь постольку, поскольку они являются "источниками формирования" эксплуатационных запасов. В самом общем случае связь между эксплуатационными запасами и источниками их формирования выражается следующим балансовым соотношением [1, 2]:

                                (1)

где  – эксплуатационные запасы (ресурсы), м³/сут;  и – естественные и искусственные ресурсы, м³/сут;  и – естественные и искусственные запасы, м³; Q_п – привлекаемые ресурсы, м³/сут; t – время, на которое рассчитываются эксплуатационные запасы; , , ,  – коэффициенты использования естественных ресурсов, естественных запасов, искусственных ресурсов, искусственных запасов.

Соотношения между различными видами запасов и ресурсов подземных вод иллюстрируются также рис.1, изображающим классификацию эксплуатационных запасов подземных вод Ф.М. Бочевера [4].

На рис.2изображены некоторые случаи формирования привлекаемых запасов в условиях конкретных расчетных схем. Соответственно будет изменяться и общий вид уравнения (1).