Методика гидрогеологических исследований по разведке и оценке подземных вод

При оценке эксплуатационных запасов должны быть в должной  мере изучены и оценены качество, количество и условия эксплуатации подземных вод, а также их возможные  изменения во времени [2].

Проектирование более  или менее крупных водозаборов  допустимо лишь при условии обеспечения  заявленной потребности в воде эксплуатационными запасами промышленных категорий. Проектирование и строительство более мелких водозаборов допустимо без утверждения эксплуатационных запасов в ГКЗ или при ином соотношении их категорий.

Качество подземных вод  должно отвечать требованиям водопотребителя в течение всего расчетного срока эксплуатации водозабора, и это необходимо доказать результатами соответствующих лабораторных определений и прогнозными расчетами.

В зависимости от назначения подземных вод выполняются химические, бактериологические и специальные  виды анализов, количество которых  устанавливается с учетом сложности  гидрогеологических и гидрогеохимических условий участка и возможности их изменения в процессе эксплуатации водозабора. Достоверность выполняемых анализов должна быть подтверждена систематическими контрольными анализами, количество которых принимается до 10% от общего числа отбираемых проб (внешний и внутренний контроль). Отбор проб воды на анализы проводится из оцениваемого горизонта и смежных с ним водоносных горизонтов и поверхностных водотоков и водоемов. При этом па участке детальной разведки должны быть опробованы все учитываемые при оценке эксплуатационных запасов скважины, а также все другие водопункты, находящиеся в зоне влияния водозабора.

Методика гидрогеологических исследований для целей водоснабжения  во многом зависит от того, каким  методом будет осуществляться оценка эксплуатационных запасов подземных вод изучаемого объекта. Метод оценки эксплуатационных запасов предопределяется в свою очередь гидрогеологическими особенностями объекта. Поэтому уже на основе анализа литературных и фондовых материалов либо по данным поисковых работ следует наметить расчетную схему и наиболее перспективный для рассматриваемых условий метод оценки эксплуатационных запасов либо их сочетание. Это, безусловно, будет способствовать более целенаправленному и эффективному проведению гидрогеологических исследовании. Предварительно намеченная расчетная схема и метод оценки эксплуатационных запасов уточняются и конкретизируются в процессе исследований

Наибольшее распространение  в практике гидрогеологических исследований получил гидродинамический метод оценки эксплуатационных запасов, когда соответствующие оценки, прогнозы и обоснования даются на основе расчетов по формулам динамики подземных вод. Как известно, для использования этого метода необходимо изучить реальные гидрогеологические условия объекта и представить их в виде расчетной гидрогеологической схемы, для которой имеются аналитические решения.

В сложных природных условиях, достоверный учет и отражение  которых затруднительны или невозможны в типовой расчетной схеме, оценка эксплуатационных запасов осуществляется с применением моделирования. В зависимости от сложности и степени изученности объекта моделирование может использоваться и как вспомогательный, и как основной метод оценки эксплуатационных запасов.

Гидравлические методы, основанные на широком использовании и экстраполяции эмпирических зависимостей, получаемых в процессе длительных опытных работ, целесообразно применять в сложных гидрогеологических условиях (резкая и неравномерная трещиноватость и закарстованность пород, сложная тектоника, высокая фильтрационная неоднородность пород), где затруднительно использование других методов, а также в районах действующих водозаборов с использованием данных эксплуатации.

Гидравлическими методами при  установившемся режиме выясняется зависимость  дебита скважин от понижения, и определяются «срезки» уровня взаимодействующих  скважин, а в условиях неустановившейся фильтрации устанавливается эмпирический закон изменения уровней, соответствующий  заданному водоотбору. Ввиду того, что гидравлические методы не обеспечивают возможности прогноза изменения понижений уровня воды, но времени и доказательств обеспеченности восполнения эксплуатационных запасов подземных вод, их необходимо применять в комплексе с гидродинамическими или балансовыми методами.

Балансовые методы, позволяющие  установить на основе анализа вод-ного баланса изучаемой территории обеспеченность восполнения эксплуатационных запасов, применяются обычно совместно с другими методами (гидравлическими, гидродинамическими). Это относится, в частности, к месторождениям подземных вод ограниченных по площади геологических структур и массивов трещинных и трещинно-карстовых пород, а также зон тектонических нарушений, особенно при расположении последних в аридных и полуаридных районах. Важное значение балансовые методы приобретают при региональной оценке эксплуатационных запасов, когда также чрезвычайно важно определить и оценить отдельные составляющие водного баланса, участвующие в формировании эксплуатационных запасов подземных вод.

В условиях современной изученности  гидрогеологических особен-      ностей территории все более широкого использования подземных вод весьма перспективным представляется применение для их оценки эксплуатационных запасов метода аналогии, основанного на доказательстве и соответствующем использовании сходства между изучаемым объектом и его природным аналогом (в качестве аналога рассматриваются изученные в гидрогеологическом отношении или уже эксплуатируемые объекты). Как показывает практика, в благоприятных условиях метод аналогий может применяться в качестве самостоятельного и обеспечивать достаточно достоверное определение эксплуатационных запасов. Возможно также его эффективное использование для решения частных задач и оценки параметров и факторов, достоверное определение которых на разведуемом участке невозможно, нецелесообразно или затруднительно.

При планировании поисково-разведочных  работ в сложных гидрогеологических условиях следует предусмотреть возможность комплексного применения нескольких методов оценки эксплуатационных запасов н соответствующим образом обеспечить целенаправленное проведение изысканий и получение наиболее полной необходимой исходной информации [2].

 

 

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИХ  ИССЛЕДОВАНИЙ

 

Опытная откачка продолжительностью 14 суток (342 часа) была выполнена из интервала 282,74-296,0 м с целью получения достоверных гидрогеологических параметров и гидрохимических характеристик нижнетриасового комплекса, необходимых для оценки эксплуатационных запасов минеральных вод. Откачка проведена при двух ступенях дебита (понижения уровня).

Откачка закончена при  установившемся режиме фильтрации подземных вод нижнетриасовых отложений при постоянном уровне их минерализации. Полное восстановление уровня зафиксировано по истечении 120 часов. Результаты откачки приведены в таблице 3.1.

 

Таблица  3.1 - Результаты опытной откачки

Ступени понижения	Продолжительность откачки час бр/см	Продолжительность восстановления, час бр/см	Статический уровень, м абсолютная отметка статического уровня, м	Дебит л/с м3 /сут	Понижение, м	Удельный дебит, л/с м3/сут	Коэффициент водопроводимости «km», м2/сут.
							понижение уровня	восстановление
1-е понижение	164 24,0	–	7,21 136,49	1,89 163,0	8,50	0,22 19,0	45	–
2-е понижение	178 27,43	120 17,14	7,21 136,49	3,85 333,0	25,10	0,15 13,0	47	41

 

Хронологические графики  хода откачки и изменения дебита, полулогарифмические графики временного прослеживания снижения и восстановления уровня, расчеты коэффициентов водопроводимости приведены на листе опытной откачки из скважины 21-v (приложение Б, [1]).

Основными гидрогеологическими  параметрами, необходимыми при оценке эксплуатационных запасов подземных  вод, являются водопроводимость и пьезопроводность пласта. По данным одиночных откачек определяется только коэффициент водопроводимости.

1) Определение коэффициента  водопроводимости (km) выполнено по результатам опытной откачки графоаналитическим методом с использованием графиков временного прослеживания снижения (S – lgt) и восстановления (S – lg T₀-t/t) уровней.

Расчет «km» осуществлен по формуле:

 

 

 

Q – дебит скважины, м /сут;

С – угловой коэффициент  прямолинейных отрезков временных  графиков:

 

 

 

 

 

 

Результаты откачки, выполненной  на 2 понижения уровня (дебита), методика построения графиков, сами графики и результаты расчетов приведены на листе опытной откачки из скважины 21-v. Результаты определения коэффициента водопроводимости (km) приведены в таблице 3.2.

 

Таблица 3.2 - Результаты определения коэффициента водопроводимости

Способы обработки	Значения «km», м2/сут.
	1-е понижение	2-е понижение
S – lgt	45	47
	41

 

 

 

 

 

 

 

Анализ полученных опытных  закономерностей и значений «km» поз-воляет сделать следующие выводы:

- наличие на временных  графиках практически одного  прямолинейного отрезка характеризует  довольно однородную толщу с  незначительными прослоями, в пределах которой формирование притока воды в скважину происходит за счет сработки упругих запасов пласта и внутрипластового перетока, при этом доля перетока незначительна. На наличие процессов перетекания указывает величина коэффициента водопроводимости, определенная из графика временного прослеживания восстановления уровня в скважине 21-v.

- достигнутая в процессе  откачки стабилизация уровней,  по прохождении 342 часов от начала откачки, при стабильном химическом составе свидетельствует о полной компенсации водоотбора за счет ресурсов пласта и внутрипластового перетока, что позволяет рассматривать величину коэффициента водопроводимости по участку графика, предшествующему стабилизации, в качестве осредненного параметра, характеризующего значительную площадь пласта, охваченную воронкой депрессии.

Поскольку в процессе откачки  на ход снижения уровней в значительной степени сказывается несовершенство скважины, по характеру и степени вскрытия пласта, а также сложный характер притока воды в скважину, при опробовании слоистых толщ (возникновение турбулентности и нарушение прямолинейности потока), при определении фильтрационных параметров предпочтение отдается параметрам, определенным из графиков восстановления уровней.

Коэффициент пьезопроводимости  (а) нижнетриасового водоносного комплекса в пределах участка Оземлянского нефтяного месторождения не определялся. Его величина принимается по аналогии с данными в районе города Речицы, где значения коэффициента пьезопроводимости по данным гидрогеологических исследований прежних лет изменяются от 6,5·10⁵ м²/сут до 1,2·10⁶ м²/сут. В качестве расчетного принимаем значения                            а = 1,0·10⁶ м²/сут.

Величина напора подземных  вод кровлей комплекса составляет    254,79 м; фактическая же величина напора минерализованных вод в скважине несколько выше (262,59 м) и определена из следующих соображений: поскольку изучаемое месторождение минеральных вод располагается в области нисходящей фильтрации, пьезометрические уровни в нижезалегающих водоносных горизонтах располагаются на большей глубине, чем в перекрывающих; при этом в нижнетриасовом и пермско-нижнетриасовом водоносном комплексе (в особенности на смежных территориях, где мощность их значительна) нет единой пьезометрической поверхности, что объясняется наличием в толще отложений мощных прослоев водоупорных пород (глин, алевролитов, окварцованных песчаников), выдержанных по мощности и простиранию. Это косвенно подтверждается данными ГИС по степени минерализации вод нижнетриасового и пермско-нижнетриасового комплекса и ее скачкообразном увеличении с глубиной.

Таким образом, напор воды в скважине 21-v следует определять от подошвы водоупорных отложений, залегающих над опробуемым интервалом, т.е. величина напора в скважине составит: 269,8-7,21=262,59 м.

Дебит скважины 21-v, достигнутый  в процессе опытной откачки при 2-ом понижении, составляет 3,85 л/с (333 м/сут) при понижении 25,10 м в условиях стабильности химического состава подземных вод.

Удельный дебит скважины изменяется от 0,22 л/с (19 м³/сут) при 1-ом понижении до 0,15 л/с (13 м/сут) при 2-ом понижении уровня (дебита). Снижение величины удельного дебита обусловлено, по-видимому, несовершенством скважины по степени опробования пласта и возникновением турбулентности и нарушения прямолинейности потока при увеличении притока воды (дебита) в скважину.

В качестве расчетного с определенным запасом надежности принимаем

значение удельного дебита равное 0,15 л/с (0,54 м/час; 13 м/сут).