Проект проведения опытной кустовой откачки на стадии разведки месторождения пресных подземных вод

           Московский государственный геологоразведочный  университет     

                                            

                                        Гидрогеологический факультет         

 

                                                Группа           

 

                                                                                                                                                           

                           Проект  проведения опытной кустовой откачки            на стадии разведки месторождения            пресных подземных вод.                                                                                                     

                                  Курсовой проект  по учебной дисциплине                         «Гидрогеологические исследования»                               Вариант - 1                         Руководитель – проф. Грабовников.В.А.                                  

 

 

 

 

 

 

 

                                                                        Москва                      2010 г.

 

                                            

  ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

 

В результате поисковых работ  был выявлен перспективный участок  для разведки пресных подземных  вод для хозяйственно-питьевого  водоснабжения объекта с потребностью в воде 5000 м³/сутки. На участке развиты: горизонт грунтовых вод, приуроченный к четвертичным песчаным аллювиальным отложениям, и отделенный от него выдержанной толщей песчано-глинистых пород неогена напорный водоносный горизонт в верхнепалеогеновых песках. Грунтовые воды имеют гидравлическую связь с рекой. Напорный  верхнепалеогеновый горизонт подстилается мощной выдержанной толщей плотных жирных глин того же возраста. Схематический разрез участка представлен на рис.1, где даны обозначения  предварительно установленных  параметров водоносных и разделяющего их слабопроницаемого горизонтов. Числовые значения параметров  даются в таблице №1.  

Таблица №1

 

№ варианта	Горизонт al QII-IV				Толща N1-2			Горизонт Р3
	К1 м/сут	Не м	m	L0 м	К0 м/сут	m0 м	К2 м/сут		m2	а2 м2/сут	L0м	Нн, м
1	64	15	0,2	10	0,03	50	8		50	2х105	20	70

Символом L₀ в таблице обозначена рекомендуемая длина рабочей части фильтра, принимаемая в расчетах ожидаемого дебита скважин.

 

НЕОБХОДИМО:

1. Предварительно оценить возможность  удовлетворения потребности в  воде за счет каждого из  выявленных водоносных горизонтов, используя значения параметров  по заданному варианту:

- установить прогнозный дебит  одной водозаборной скважины  на каждый горизонт;

- принять для каждого горизонта   расчетную фильтрационную схему  и схему расчетного водозабора;

-для напорного горизонта ориентировочно  оценить  величину параметра  перетекания В;

-выполнить прогнозный расчет  эксплуатации водозабора для  каждого горизонта и обосновать  выбор горизонта для последующей  разведки;

2. В зависимости от результатов  выбора, разработать проект опытно-фильтрационных  работ (кустовой откачки) на  стадии разведки для уточнения  параметров, необходимых для оценки  эксплуатационных запасов подземных  вод выбранного горизонта (К₁- m – DL  для четвертичного,  К₂  m₂  - а₂ – В для верхнепалеогенового), то есть обосновать:

 

-     местоположение и  схему опытного куста скважин;

-     конструкции опытной  и наблюдательных скважин;

• интенсивность возмущения (дебит) и длительность откачки;
• состав и частоту наблюдений в процессе и по окончании опыта, текущую документацию опытных данных;
• способы обработки опытных данных и определения уточненных значений 

необходимых расчётных параметров.    .

 

2.Краткая характеристика  геологического строения участка

На исследуемом участке  разрез представлен горизонтально  залегающими слоями, снизу вверх:

1. глины жирные плотные ( Р₃);
2. пески (Р₃);
3. песчано-глинистая толща ( N_1-2 );
4. аллювиально-песчаные отложения (al  Q _II-IV )

3. Гидрогеологические  условия. участка

  1. водоносный горизонт представлен четвертичными, песчано-аллювиальными отложениями (al  Q _II-IV ). К₁= 64 м/сут;  Н_е=15 м;   =0,2.

   2. слой- слабопроницаемый водоупор песчано-глинистых пород неогена (  N_1-2 ) К₀=0,03 м/сут;   m₀=50 м.

  3. напорный водоносный горизонт представлены водоносными песками верхнего палеогена, с избыточным напором над кровлей Н_н=70 м; К₂=8 м/сут; m₂=50 м;  а₂=2*10⁵ м²/сут.

   4.    подстилающий  водоупор из плотных жирных глин верхнего палеогена ( Р₃);

 

4.Предварительная  оценка эксплуатационных запасов  подземных вод на участке

 

Схематизация  гидрогеологических условий

Участок оценки эксплуатационных запасов  приурочен к напорному водоносному  горизонту в артезианском бассейне платформенного типа, сверху перекрытому  толщами слабопроницаемых, снизу непроницаемых пород.

Эксплуатационные запасы формируются за счет упругих запасов  пласта, естественных емкостных запасов  и привлекаемых ресурсов смежного водоносного горизонта.

Расчет эксплуатационных запасов ведется по схеме однородного  неограниченного в плане изолированного в разрезе напорного пласта гидравлическим и гидродинамическим методом.

Обоснование количества и схемы расположения водозаборных скважин.

Схема  расположения водозаборных скважин и соответственно разведки водозабора зависит от граничных условий пласта по площади и разрезу. В данном случае имеем неограниченный в плане пласт и изолированный в разрезе напорный горизонт, можно применить площадную или линейную схему расположения скважин. При применении линейной схемы расположения водозаборных скважин с учетом потребности в воде 5000 м³/сут определим предварительно оптимальную водозахватную способность, количество и расстояние между скважинами.

 Расчетная водозахватная способность водозаборных скважин Q_с. расчитывается, исходя из допустимой входной скорости воды в фильтр и площади рабочей части фильтра F :

V_вх = 65

=65 = 130м³/сут

F =2

r₀ l_ф = 2×3,14×0,1×20 = 12,6 м²,

Тогда дебит одной скважины c учетом коэффициента запаса равен:

Расcчитаем количество скважин, обеспечивающих расчетную потребность в воде по формуле:

т.е. принимаем количество скважин, равное 5.

Уточненный дебит одной  скважины 

С требованиями СНиПа (п. 5.41) предусматривается одна резервная скважина.

 

Прогноз работы водозабора из подземных вод будем осуществлять, исходя из природных условий. В нашем  случае водозабор располагается  в условиях пласта полосы со слабопроницаемой верхней границей,т.е необходимо учитывать параметр перетекания В.

 

Так как  для определения понижения используем формулу, характеризующую стационарный режим фильтрации в условиях перетекания:

 

Где - расстояние между скважинами

Для установления оптимальной (по гидродинамическим показателям) схемы расположения скважин требуется  выполнять повариантные расчеты, варьируя размерами водозабора.

 

 

 

 

	10	20	30	40	50	100
S	58,8	52,5	48,8	46,1	44,1	37,8

 

 

 

Из выполненных расчетов видно, что допустимое понижение достигается при расстоянии б = 30 м. Длина водозаборного ряда равна 120 м.  

 

Прогнозный расчет эксплуатации водозабора

Расчетное понижение от работы водозабора на конечный срок эксплуатации водозаборного сооружения t=25 лет (10000 суток) определяется по зависимости

 

 

Где: Q – дебит водозабора 5000 м3/сут

       T – коэффициент водопроводимости 350 м2/сут

        a – коэффициент пьезопроводности 3х10⁵ м2/сут

        t – период эксплуатации водозабора 10000 сут

                 -для линейного ряда скважин;

- половина длины ряда скважин

 

S_c<H_нап , следовательно запасы объемом 5000 м³/сут обеспечены сроком на 25 лет.

 

 

5. Проект опытно-фильтрационных работ (кустовой откачки) на  участке

 

Основным видом опытно-фильтрационных опробований являются опытные откачки из скважин ( кустовые, одиночные, групповые).

Наиболее информативным и технически удобным видом ОФО являются кустовые откачки, которые позволяют решить более широкий круг задач и с более высокой точностью, нежели одиночные.

Местоположение  и схема опытного куста скважин.

Исходя из целесообразности определения параметров способами  временного и площадного и комбинированного прослеживания следует задавать две, а лучше три наблюдательные скважины, располагаемые в пределах предварительно рассчитанной зоны эффективного влияния откачки.

   Так как исследуемый пласт безграничный и поток не имеет контактов с зонами с резко отличающейся проводимости, луч наблюдательных скважин расположим по створу проектируемого водозабора и в дальнейшем эти скважины могут служить для мониторинга подземных вод в процессе эксплуатации действующего водозабора.

    Первую скважину следует помещать на расстоянии r₁ от центральной, , так как напоры по вертикали практически одинаковы. Последующие же скважины расположим по лучу, увеличивая расстояние между ними по закону геометрической прогрессии: ;

 

                                      Схема опытного куста скважин

 

 

 

 

 

Интенсивность возмущения (дебит) и длительность откачки.

При определении продолжительности  опыта  следует исходить из следующих  основных требований:

1.   Во всех возмущающих и наблюдательных скважинах должен быть достигнут квазистационарный режим изменения уровня.
2. Квазистационарный режим должен быть достигнут с учетом взаимодействия всех возмущающих скважин. Это условие соблюдается при параллельности графиков изменения уровня во времени по всем скважинам в центральной зоне опытного куста, построенным в координатах S(lg t).
3. В процессе откачки в закономерности изменения уровня должны найти отражение все ближайшие к опытному кусту выявленные и предполагаемые границы.

С учетом этих требований для  исследуемого участка примем длительность откачки .

 

 

 

Состав и частота наблюдений в процессе и по окончании опыта, текущая документация опытных данных;

 

   В процессе откачки  ведется наблюдение за дебитом  центральной скважины и положением  уровня в наблюдательных скважинах.   Чтобы получить полный и непрерывный  график временного прослеживания,  измерения уровней при откачке  и восстановлении надо проводить с постепенно убывающей частотой, начиная от непрерывных замеров в первые 1-2 мин. и кончая несколькими измерениями в сутки. На начальном этапе измерения уровней для этого целесообразно использовать автоматическую запись графика. Результаты измерений заносятся в журнал откачки.

   Обязательными заключительными документами по опытной откачке, кроме журнала откачки, являются:

1. Хронологические графики S(t), Q(t), H(t) и графики временного прослеживания в форме S(lg t), комбинированного - S(lg t/r² ) и площадного –S(lg r)

 

 

 

 

В середине или в конце  откачки производится отбор проб воды.

 

 

 

 

Конструкции опытной и наблюдательных скважин.

При выборе конструкций опытных  скважин исходным моментом является намеченная схема опробования водоносных слоев изучаемого пласта (комплекса), которое может быть суммарным или раздельным. Для гарантии качества опыта центральная скважина должна быть совершенной к опробуемому пласту. Так как пласт имеет значительную мощность, возмущающие и наблюдательные скважины опытного куста могут быть несовершенными , но необходимым условием является расположение фильтров- поперечные оси фильтров всех скважин куста должны быть примерно в одной плоскости и совпадать с осевой плоскостью водоносного горизонта.