Рис. 5. Схема сработки уровня грунтовых вод при эксплуатации водозабора

Т.к. в процессе эксплуатации скважин может иметь место кольматация фильтров, введём коэффициент запаса . Тогда . Т.о. общее число скважин в водозаборе составит:

Тогда при принятой длина ряда составит 1000 м (980 м).

Для выполнения расчета используем ранее обоснованную расчетную схему (рис. 6): это условно-однородный грунтовый поток в виде пласта-полосы шириной , с двумя непроницаемыми границами, на которых выполняется ГУ-II рода ( ). При работе водозабора будет иметь место неустановившаяся планово-радиальная фильтрация ГВ к водозабору, рассматриваемому в виде обобщенной системы. Для линейного ряда, длиной , радиус обобщенной системы скважин составит 0,2 от , т.е. . Расчетная формула для данных условий имеет вид:

,

где - расстояние до ближайшей непроницаемой границы и равное

Учитывая необходимость обустройства ЗСО водозабора и возможность маневрирования положение водозабора, размеры участка принимаются порядка 3 км вдоль реки (длина участка), при этом ширина участка составляет 4000-4500 м.

Учитывая ассиметричность расположения водозабора имеем , формула () упрощается и принимает вид:

Из этой формулы определяем :

Т.о. расчет показывает, что проектируемый водозабор длиной 1000 м обеспечивает потребность в воде больше требуемой почти в 2 раза.

.

Рис. 6. Расчетная схема проектируемого водозабора

4.2 Определение общего потенциала МПВ

Реальные возможности МПВ могут быть существенно выше, т.к. р. Назарбай может оказаться контуром питания (самое благоприятное условие). Тогда имеет место следующая расчетная схема: пласт-полоса с разнородными границами (река – ГУ I рода, H=const, борта долины – ГУ II рода, Q=const, Q=0). Ввиду близости водозабора к реке, влиянием удаленной непроницаемой границы пренебрегаем, т.о. расчетная схема трансформируется в схему условно-однородного полуограниченного пласта с контуром питания. Учитывая незначительное расстояние от водозабора реки ( ) и значительные размеры водозабора ( ). Для расчетов можно использовать приближенную формулу Маскета-Либензона:

.

Пренебрегая вторым слагаемым в формуле Маскета-Либензона (ввиду его малости). Определяем возможный водоотбор для вариантов значения дополнительного фильтрационного сопротивления за счёт несовершенства вреза и кальматации русла реки: м, м, м.: , , .

Полученные результаты показывают, что общий потенциал МПВ в благоприятных условиях в 5-10 раз выше, чем в неблагоприятных условиях. Учитывая значительное влияние показателя на величину водоотбора, при дальнейших исследованиях следует обратить особое влияние на достоверное значение параметра .

5. Цели и задачи работ на стадии “оценка месторождения”

Цель работы: изучение выявленного в результате поисковых работ месторождения для хозяйственно-питьевого назначения, а также предварительная оценка его эксплуатационных запасов применительно к условной схеме водозабора.

Основные задачи на стадии “оценка месторождения”:

• выявление основных факторов и закономерностей формирования эксплуатационных запасов подземных вод в пределах выявленного месторождения;

• предварительное обоснование природной пространственно-временной гидрогеологической модели;

• гидрогеологическое, санитарное и косвенно технико-экономическое обоснование принимаемой схемы месторождения;

• принципиальная оценка возможного влияния проектируемого водозабора на различные компоненты окружающей среды (ущерб речному стоку, активизация экзогенных геологических процессов, изменение режима влажности в зоне аэрации, следовательно, угнетение растений, ухудшение качества подземных вод);

• определение соответствия качества воды продуктивного горизонта её целевому назначению (СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода") и прогноз изменения качества в процессе эксплуатации водозабора;

• оценка техногенной нагрузки и санитарного состояния исследуемой территории, а так же предварительная оценка границ зон санитарной охраны и возможностей их организации;

Дополнительные задачи дальнейших исследований определяются, исходя из особенностей изучаемого месторождения подземных вод. Значительная их часть определяется отсутствием необходимой геолого-гидрогеологической, экологической, санитарной и другой информации. При этом главные задачи связаны с изучением и оценкой роли р. Назарбай, как одного из возможных источников формирования ЭЗПВ.

В частности, эти задачи следующие:

• изучение режима вод реки Назарбай (режим уровней, расходов, качества, твёрдого стока и т.д.); с привлечением по возможности многолетних данных по гидропостам и метеостанциям бассейна реки;

• выявление периодов исчезновения поверхностного стока и периодов паводков (их длительности, площадей распространения, слоя затопления и др);

• изучение и оценка параметров взаимосвязи поверхностных и подземных вод р. Назарбай (наличие кальматирующего слоя, его мощность, фильтрационные свойства).

6. Определение дефицита информации, необходимой к получению

Состав и качество, необходимые к получению гидрогеологической, санитарной, экологической и другой информации определяется исходя из степени изученности рассматриваемого месторождения, а также необходимости решения всех поставленных задач (см. главу 5).

К сожалению, в рассматриваемых условиях имеется дефицит информации, как по геологии, так и по гидрогеологии и экологии района.

Имеющаяся по району работ схематическая гидрогеологическая карта масштаба 1:100000 и разрезы (см. рис 1,2) являются некондиционными. В связи с этим, в дальнейшем необходимо получить данные по геологическому строению, геоморфологии, рельефу, тектонике, экзогенным геологическим процессам с детальностью, отвечающей комплексной гидрогеологической съемке масштаба 1:25000. В частности, по всем комплексам пород, окружающим долину р. Назарбай необходимо иметь информацию о распространении, мощности, литологическом и минеральном составе, трещиноватости, физико-механических свойствах пород, экзогенных геологических процессах, формах рельефа и типах ландшафта и их связи с гидрогеологическими условиями.

При изучении гидрогеологических условий участка необходимо изучить литологию и мощности гидрогеологических единиц (горизонта и зон трещиноватости): особенно для аллювиальных отложений и водоносных экзогенных трещин горизонтов девонских отложений. Внимание при этом обращают на изучение водоупорных и водоносных формаций, окаймляющих продуктивный водоносный горизонт.

Непосредственно по продуктивному горизонту необходимо получить информацию о составе, мощностях, гранулометрии и глинистости как самих водоносных пород, так и пород зоны аэрации. Нужна количественная и достаточно достоверная оценка гидрогеологических параметров горизонта: коэффициента фильтрации К, водопроводимости Т, водоотдачи , уровнепроводности и их изменения в плане, разрезе и во времени. В соответствии с требованиями "Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов АВ", указанные параметры должны быть изучены на основе бурения поисково-разведочных скважин и выполнения опытно-фильтрационных работ (пробные, опытные и кустовые откачки). Для выполнения прогнозной оценки качества воды необходимо знать значения параметров миграции (все виды пористости – полная, активная, эффективная; сорбционные свойства пород и действительная скорость движения воды). Кроме того, по зоне аэрации необходимо получить информацию о литологическом составе, мощностях, параметрах влажности ( , , ), сорбционных и защитных свойствах пород зоны аэрации. Следует также определить положение свободной поверхности подземных вод (по возможности в виде карты гидроизогипс): по данным бурения скважин, съемки, геофизических работ. Необходимы количественные определения параметров, характеризующих условия питания и разгрузки грунтовых вод (инфильтрация – , , испарение, транспирация, конденсация влаги в зоне аэрации, разгрузка родников в реки). По основным гидрогеологическим единицам (горизонты и зоны) следует изучить физические свойства, бактериальный и химический состав, показатели, лимитированные СанПиНом.

Нужно изучить поверхностные воды реки Назарбай, как одного из основных источников формирования эксплуатационный запасов подземных вод, в частности, режим поверхностного стока (режим качества, уровней, расходов), разгрузку грунтовых вод в реку. Режим поверхностных и подземных вод следует изучать в тесной взаимосвязи минимум в течение одного года. Для оценки роли реки в формировании ЭЗПВ необходимо рассмотрение параметров взаимодействия подземных и поверхностных вод ( , , ), полученных по результатам кустовых откачек. Требуется также определить основные режимообразующие факторы, провести оценку защищённости подземных вод от загрязнения и изучить возможные пути техногенного воздействия на горизонт.

Для выполнения съёмочных работ и размещения разведочных профилей (геофизических и буровых) необходимо иметь хорошую топографическую основу масштаба 1:25000.

7. Обоснование видов и объемов проектируемых работ

В условиях МПВ речных долин поисково-разведочные работы обычно ведутся путем заложения геофизических профилей и профилей буровых скважин, Расстояние между профилями зависит от размеров месторождения и стадий проведения исследований. Размеры участка для оценочных работ (2500-3000 м) по сути, и определяют размеры площади исследований. Перечень основных видов и объемов работ, а также методику их выполнения будем определять исходя из необходимости решения всех перечисленных выше задач, и получения всей необходимой информации (в нужных объемах и нужного качества). Учитывая большой объем и состав, необходимый для получения информации (см. гл. 6), а также скудность и низкую достоверность имеющейся информации, представляется целесообразным предусматривать выполнение следующих видов работ и исследований:

• комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка масштаба 1:25000;

• геоэкологические исследования и наблюдения в составе комплексной гидрогеологической съемки и рекогносцировочных обследований;

• полевые геофизические работы в виде различных видов профилирования (ВЭЗ, ВП);

• буровые работы (бурение различных категорий гидрогеологических скважин);

• геофизические исследования в скважинах (методы КС и ПС);

• опытно-фильтрационные работы;

• топогеодезические работы;

• отбор проб воды и горных пород;

• лабораторные работы;

• гидрологические и гидрометрические работы;

• изучение режима подземных и поверхностных вод;

• опытно-миграционные работы (ОМР);

• обследование действующих водозаборов;

• санитарное обследование участка;

• камеральные работы.

Ниже дается последовательное обоснование целевого назначения и объемов проектируемых работ. При этом учитываются существующие методические рекомендации по проведению гидрогеологических и др. исследований.

7.1 Комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка и геоэкологические исследования и наблюдения

Комплексная гидрогеологическая съемка (ГГС) выполняется в масштабе 1:25000 на топоснове того же масштаба. Съемка должна быть комплексной, т.е. включать выполнение ГГС масштаба 1:25000 в соответствии с требованиями методического руководства [14], инженерно-геологической съемки того же масштаба и дополнительных геоэкологических исследований в соответствии с существующими требованиями [5].

В процессе проведения геоэкологической съемке выявляют антропогенно-техногенную нагрузку (все виды инженерных сооружений и их возможное влияние, наличие источников и очагов загрязнения). Геоэкологическую съемку выполняют по разведочным профилям, выбранным по топографической основе масштаба 1:25000, в соответствии с [5].