Месторождение подземных вод в долинах с постоянно действующим водотоком

Эксплуатационные запасы подземных вод в месторождениях этог о типа формируются в основном за счет привлечения вод, фильтрующихся из поверхностных водотоков, с которыми гидравлически связаны водоносные аллювиальные отложения. Водозаборы инфильтрационного типа, как правило, располагаются вдоль уреза реки. Наиболее распространенным типом водозабора является линейный ряд скважин. Расстояние от водозабора до реки – L ₁, выбирается с учетом требований создания зон санитарной охраны II-го пояса и должно обеспечивать отмирание болезнетворных бактерий, продолжительность жизни которых в анаэробной среде достигает 400 суток. Для зернистых коллекторов оно обычно принимается равным 50-200 м, для трещиноватых пород 200-500 м. Последнее обусловлено худшими условиями очищения поверхностных вод в трещиноватых породах. Расстояние от реки до водозабора может быть оценено на основе балансового уравнения:

=2 ,

из которого следует, что

,

где Q – расход водозабора, м/сут; – полурасстояние между соседними скважинами водозабора, м; n – число скважин; m – мощность водоносного горизонта, м; – водоотдача водоносных пород; t – продолжительность жизни бактерий в анаэробных средах, cут.

Расстояние между cкважинами 2 σ принимается обычно в диапазоне от 50 до 200 м (cм. табл. 1). В начальный период эксплуатации водозабора вблизи него формируется депрессионная воронка, которая очень быстро достигает уреза реки. С этого момента начинается привлечение речных вод в зону влияния водозабора. Это время определяется из равенства радиуса влияния откачки расстоянию до реки:

Начиная со времени , водоотбор обеспечивается за счет притока вод фильтрующихся из реки. С этого момента времени эксплуатация подземных вод происходит в условиях стационарного режима фильтрации.

В зависимости от геометрических размеров речных долин, фильтрационных свойств аллювиальных и коренных отложений возможны следующие гидрогеологические ситуации в соответствующие им расчетные схемы [1].

1. Водопроницаемость коренных отложений близка по значению к водопроницаемости аллювия (k ₁/ k ₂<10, где k ₁ – коэффициент фильтрации аллювиальных отложений, а k ₂ – коэффициент фильтрации коренных отложений). Такая ситуация позволяет рассматривать речную долину, как полуограниченный (только со стороны реки) пласт (рис. 6 а, б). При этом на урезе реки условия устанавливаются в зависимости от ее уровенного режима. В большинстве случаев необходимо учитывать «несовершенство» речных русел, т.е. неполную их врезку в водоносный горизонт и заиленность русловых отложений.

2. Водопроницаемость коренных отложений значительно меньше водопроницаемости аллювиальных (k ₁/ k ₂ > 10), т.е. водоприток c их сторон практически отсутствует (рис. 7 а, б). Если расстояние от водозабора до реки меньше или равно расстоянию от водозабора до контакта аллювия с коренным породами L/ 2 L₁> 1, то при оценке запасов влиянием второй непроницаемой границы можно пренебречь и рассматривать пласт, как полуограниченный (см. выше рассмотренный случай, рис.6) [1].

а) б)

Рис.6. Гидрогеологический разрез (а) и расчетная схема (б) к расчету водозабора в условиях широких речных долин (L/ 2 L₁> 1)

а) б)

Рис.7. Гидрогеологический разрез (а) и расчетная схема (б) к расчету водозабора в условиях узких речных долин (L/ 2 L₁< 1)

Поскольку удаление водозабора от контура питания на значительное расстояние L ₁ нецелесообразно, то полуограниченный пласт с контуром постоянного напора S= const на границе - типичная расчетная схема для данной разновидности месторождений подземных вод. Расчетная схема пласт-полоса с разнородными условиями на контурах S=f(t) или S=const и q =0 или q = const может рассматриваться только для узких речных долин L/ 2 L < 1 (см. рис. 7а, б).

Для работы водозаборов, у реки характерна быстрая стабилизация уровней подземных вод, что позволяет вести расчеты эксплуатационных запасов гидродинамическим методом по формулам уcтановившейся фильтрации.

Понижение уровня подземных вод в одиночной скважине при длительных откачках (при < 0,05÷0,1) определяется, как

, (18)

где r₀ – радиус скважин; – расстояние от скважины до ее зеркального отображения; ξ – параметр несовершенства скважин.

В случае безнапорных вод, при понижении уровня, превышающем 25% мощности пласта, формула (18) перепишется в виде:

, (18а)

где H – начальная мощность горизонта грунтовых вод.

Для ряда скважин ограниченной длины, работающих рядом с контуром питания понижение уровня в его центре может быть определено по формуле Форхгеймера [1, 4]:

,

где Q_i – расход i- й скважины при условии равенства расходов во всех скважинах); r ₁, r ₂, … r _n – расстояние от центральной скважины до 1, 2,... i -й скважины водозабора; ρ ₁, ρ ₂, … ρ _n – расстояние от центральной скважины до зеркальных отображений других скважин водозабора; x – параметр несовершенства центральной скважины.

При одинаковом водоотборе и равных расстояниях между скважинами может быть использован метод обобщенных систем [4].

Для определения понижения уровня подземных вод в центральной части ряда протяженностью вдвое превышающей расстояние скважин до реки (s·n>L ₁ ), целесообразно пользоваться формулой Маскета-Лейбензона [4]:

(19)

где Q₀ – расход центральной скважины; L₁ – расстояние от реки до водозабора; s – половина расстояния между скважинами; x – параметр несовершенства скважины.

При значительных расстояниях водозабора от реки (L ₁ > s·n) понижение уровня в центральной скважине определяется по формуле для водозаборного ряда ограниченной протяженности:

(20)

Гарантированность восполнения запасов подземных вод за счет поверхностных, оценивается пропускной способностью заиленного (кольматированного) русла реки по формуле [11]:

, (21)

где h ₀ – высота слоя воды в реке; m ₀ – мощность подземного слоя в русле реки; k ₀ – коэффициент фильтрации заиленного слоя; b – ширина реки; 2 sn – длина водозаборного ряда (n – число скважин).

Расход водозабора Q _вод должен быть меньше Q _р, иначе подпертый режим фильтрации может быть нарушен и произойдет отрыв уровня подземных вод от дна реки. В целях предотвращения этого явления следует увеличить расстояние между скважинами 2s или количество скважин n. При определении расчетного понижения в скважинах, расположенных вблизи заиленного русла реки, необходимо учитывать несовершенство гидравлической взаимосвязи подземных вод с поверхностными путем увеличения в расчетной схеме расстояния скважин от реки L ₁ на величину D L_н. Тогда новое расстояние L_p записывается, как L_p = L ₁ + D L_н, где параметр несовершенства реки D L_н определяется по следующей зависимости [ 1, 11, 18, 19]:

где k и m – коэффициенты фильтрации и мощность основного водоносного горизонта (остальные обозначения см. выше).

Значение D L _н в зависимости от можно определить по графику (рис.8). Наиболее надежна величина D L _н может быть получена путем решения обратных задач по результатам кустовых откачек. При этом L ₁ + D L_н принимается как один из неизвестных параметров составляющих ρ в формулах 18 и 18а.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: