Особенности подсчета запасов подземных вод

Способность подземных вод к самовосполнению предопределяет специфические особенности подсчета их эксплуатационных запасов, весьма отличных от подобных расчетов для других полезных ископаемых.

Сущность подсчета эксплуатационных запасов подземных вод состоит в определении их количества, которое может быть получено на месторождении с помощью рациональных в технико-экономическом отношении водозаборных сооружений при заданном режиме их эксплуатации и качестве воды, удовлетворяющем потребителя.

Расчеты водозаборных сооружений при оценке эксплуатационных запасов подземных вод заключается либо в определении возможной производительности этих сооружений при заданной величине понижения уровня воды, либо в определении понижения уровня при заданном значении производительности водозабора. Если проектируемый водозабор будет работать в режиме постоянного водоотбора, то оценка эксплуатационных запасов будет заключаться в доказательстве того, что максимальное понижение в наиболее нагруженной скважине водозабора (S_р) не превысит допустимой величины (S_доп) в течение всего срока работы сооружения (t_р), т.е. S_р S_доп. Величина допустимого понижения принимается равной S_доп = (0,5 0,75)h_ср для безнапорных водоносных горизонтов и S_доп = DH + 0,5m для напорных (h_ср и m - средняя мощность грунтового горизонта и напорного пласта, соответственно; DH - относительный напор). Расчетный период работы водозабора t_р либо оговаривается заказчиком, либо в качестве расчетного периода выбирают промежуток времени, превышающий срок амортизационных исчислений с водозабора (20-30 лет). Для облегчения расчетов принимают t_р = 10⁴суток = 27,4 года [9].

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод осуществляется гидродинамическим, гидравлическим и балансовым методами; в ряде случаев для подобной оценки привлекаются методы математического моделирования и гидрогеологических аналогий.

Оценка эксплуатационных запасов гидродинамическим методом. Гидродинамический метод оценки эксплуатационных запасов подземных вод базируется на использовании теории притока подземных вод к водозаборным сооружениям. Расчет может быть проведен на основе аналитических зависимостей, являющихся решениями конкретных схематизированных моделей, а также с использованием численного моделирования.

В зависимости от потребности в воде, водообильности горизонта скважинные водозаборы могут быть одиночными или групповыми.

Оценка эксплуатационных запасов подземных вод одиночных водозаборов заключается в доказательстве того, что расчетные понижения в самой водозаборной скважине на конец расчетного периода не превысят допустимой величины.

При работе небольших групповых водозаборов оценка эксплуатационных запасов подземных вод сводится к определению величины понижения в наиболее нагруженной скважине водозабора. При этом расчетное понижение определяется как сумма понижений, вызванных работой самой наиболее нагруженной скважины и соседних, взаимодействующих с ней скважин. Если расчетная величина понижения окажется меньше допустимой, то эксплуатационные запасы считаются обеспеченными.

Так, при работе водозаборной скважины для схемы изолированного и неограниченного в плане однородного изолированного пласта (схема Тейса) понижение в скважине на конец расчетного срока эксплуатации водозабора S_р может быть определено по формуле:

S_р = E_i

При r_c/(4a*t) < 0,05 интегральную экспоненциальную функцию в формуле заменим логарифмической:

S_р = ln

Для группы скважин (например, группового линейного водозабора из трех скважин) расчетное понижение, как отмечалось, определяется для наиболее нагруженной скважины, находящейся в центре водозабора. Тогда, понижение в самой нагруженной скважине, вызванное ее собственной работой, определяется согласно вышеприведенной формуле, а дополнительное в ней - за счет работы двух соседних скважин:

DS_р = ln + ln ,

где r₁ и r₂ - расстояние от центральной скважины до соседних скважин.

Оценка эксплуатационных запасов гидравлическим методом. Гидравлический метод подсчета эксплуатационных запасов основан на использовании эмпирических зависимостей, полученных по результатам опытных испытаний водоносных горизонтов. Применяется он на месторождениях с особо сложными гидрогеологическими условиями, когда имеет место значительная фильтрационная неоднородность водовмещающих пород продуктивного горизонта, не выяснены источники формирования эксплуатационных запасов, а выбор достоверной фильтрационной схемы для гидродинамического расчета заведомо невозможен. Этот метод привлекается для подсчета запасов подземных вод на месторождениях трещинно-жильных вод зон тектонических нарушений, трещинно-карстовых вод и др. Для подсчета эксплуатационных запасов подземных вод гидравлическим методом при разведке месторождения проводится опытно-эксплуатационное опробование с целью установления зависимости между расходами водозаборных скважин и понижениями уровней в них. Для определения этой зависимости опытные откачки проводят минимум с двумя дебитами. По данным откачек строится эмпирический график Q = f(S), который используется для графического определения понижения уровня воды в скважине при запроектированном эксплуатационном дебите путем экстраполяции полученной зависимости от проектного расхода. Экстраполяция может быть выполнена также по аналитическим зависимостям дебита от понижения, установленным эмпирически для различных условий.

Оценка эксплуатационных запасов балансовым методом. Метод основан на определении расхода подземных вод на водозаборном сооружении в пределах месторождения (на заданный срок эксплуатации) за счет привлечения различных источников их формирования. Подобная оценка эксплуатационных запасов ( ) проводится по балансовому уравнению:

,

где и - естественные и привлекаемые ресурсы подземных вод; - естественные запасы подземных вод; - время эксплуатации водозаборного сооружения; и - коэффициенты извлечения естественных ресурсов, естественных запасов и привлекаемых ресурсов, соответственно.