Основные расчетные схемы

Рассматриваются схемы кругового изолированного пласта, кругового пласта с боковым (инверсия родниковой разгрузки) или дополнительным инфильтрационным (орошение) питанием, схемы полуограниченного пласта и пласта-полосы с закрытыми границами.

Круговой изолированной пласт

Понижение уровня в одиночной скважине, располагающейся в центре кругового пласта, для времени

(34)

определяется зависимостью:

, (35)

где

При произвольном размещении водозаборной скважины использование уравнения (9.5) возможно для времени

. (36)

Эксплуатационный водоотбор формируется за счет сработки статических запасов. Формула (35) показывает, что при откачке из скважины в закрытом пласте понижение уровня складывается из двух частей:

а) понижения линейно зависящего от времени и одинакового для всех точек пласта;

б) понижения не зависящего от времени и обусловленного деформацией потока к скважине как точке в пласте.

Круговой пласт с учетом дополнительного питания

Расчетная зависимость для определения понижения уровня при реализации условия (36), имеет вид

(37)

где Q_доп – инверсия родниковой разгрузки или испарения, либо дополнительная инфильтрация от орошения. В этом случае, если Q_доп>Q, первый член в формуле (37) равен нулю и рассматриваемая схема переходит в схему стационарной фильтрации к скважине, аналогичную рассмотренной в главе 3.

Для группы и взаимодействующих скважин уравнение (37) имеет вид:

где .

При удалении водозаборных скважин от центра пласта на расстояние не более 0,5 R_к, принимаем r_i – расстояние от i -й взаимодействующей скважины до центральной, в которой определяется понижение.

В начальный период откачки, определяемый зависимостью (34), пока радиус влияния не достиг контура пласта, водоотбор формируется за счет статических запасов. Далее происходит последовательное увеличения доли привлекаемых запасов за счет инверсии родниковой разгрузки или бокового питания из внешних по отношению к круговому пласту слабопроницаемых пород. Полная инверсия родников или перехват бокового питания достигается за период времени определяемый зависимостью (36), после чего в пласте наступает условие квазистационарной фильтрации.

Полуограниченный пласт

Если участок водозабора располагается вблизи одной из закрытых границ пласта, а остальные границы находятся на расстояниях, превышающих радиус влияния откачки, то пласт можно рассматривать как полуограниченный. К закрытым границам пласта может быть отнесена граница резкого изменения коэффициента водопроводимости так, что водопроводимость уменьшается более чем в 100 раз.

Понижение уровня в одиночной скважине при выполнении условия ,

где L – расстояние до закрытой границы, определяется зависимостью:

, (38)

Для группы и взаимодействующих скважин уравнение (38) имеет вид:

.

При условии, что r_i,max ≤0.5 L.

Водоотбор формируется за счет сработки статических запасов.

Пласт – полоса с непроницаемыми границами

Понижение уровня в одиночной скважине при выполнении условия

(39)

определяется по следующей формуле [4]:

,

где L – ширина полосы; L ₁ – расстояние от скважины до ближайшей границы пласта-полосы.

При определении понижения уровня подземных вод в группе взаимодействующих скважин используются нижеследующие зависимости.

При значительной длине водозаборного ряда – 2 l, располагающегося вдоль пласта-полосы, так, что выполняется условие (39) и кроме того

2 l >0.7 L, (40)

формула имеет вид:

,

где ; . Здесь 2 l, 2 и r₀ – длина водозаборного ряда, расстояние между скважинами и радиус скважины в которой определяется понижение уровня.

При небольшой по сравнению с шириной полосы длине водозаборного ряда так, что условие (40) не выполняется, имеем:

.

Последняя формула записана для случая размещения водозабора в центре пласта-полосы, так, что L ₁=0.5 L.

При размещении водозаборного ряда перпендикулярно пласт-полосе, причем длина ряда примерно соответствует ширине полосы, расчетная формула для оценки понижения в скважине имеет вид:

.

Водоотбор формируется за счет сработки статических запасов. Размеры зон санитарной охраны (ЗСО) в закрытых структурах определяются по зависимостям для неограниченных в плане пластов. Однако в случае, если расчетные границы ЗСО оказываются расположенными дальше, чем контур, ограничивавдий пласт, граница ЗСО проводится по этому граничному контуру.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Варианты типовых задач

Ниже приводятся 12 задач, в каждой из которых охарактеризованы конкретные геолого-гидрогеологические условия, соответствующие определенному типу месторождений подземных вод, заданы фильтрационные и емкостные параметры водоносных и относительно водоносных пород, необходимые геометрические размеры. В случае необходимости увеличения количества заданий можно воспользоваться вариантами значений исходных параметров, которых предусмотрено по шесть на каждую задачу.

Приступая к выполнению задачи, студенту необходимо детально проанализировать гидрогеологические условия месторождения, построить схематический гидрогеологический разрез и план участка разведки. Далее необходимо определить тип месторождения подземных вод, обосновать расчетную схему и изобразить ее в виде схематического рисунка, показав на нем все необходимые параметры, границы, граничные условия. Затем следует подобрать формулу, апроксимирующую расчетную схему, проверить возможность её использования по всем ограничениям и критериям и выполнить расчет водозабора подземных вод. Завершается выполнение задания обоснованием зон санитарной охраны водозабора и построением гидрографа эксплуатационных запасов подземных вод, заявленная потребность в воде или параметры для её определения задаются преподавателем отдельно.

Задача №1

Месторождение подземных вод разведано в долине реки. Первая надпойменная терраса шириной 500 м примыкает к коренному склону и сложена среднезернистыми аллювиальными песками мощностью h =35 м. Породы коренного склона слабопроницаемы, коэффициент фильтрации около 1,0 м/сут. С поверхности аллювиальные отложения перекрыты элювиальными суглинками мощностью 2-3 м. Отложения аллювия подстилаются черными келловейскими глинами, мощностью около 10 м, являющимися на данной территории региональным водоупором. Пойменные отложения реки представлены песчаными суглинками мощностью m₀ =1 м, k₀ =3·10^-2 м/сут. Ширина реки по урезу b =100 м, средняя глубина воды в реке h ₀=1м. Меженный расход реки составляет 8,2 м³/c.

В аллювиальных отложениях развит горизонт грунтовых вод, дренируемый рекой. Глубина залегания зеркала воды в среднем составляет 5 м. Коэффициент фильтрации песков k =10 м/сут, водоотдача µ =0,1. В 3 км ниже по течению реки эксплуатируется водозабор из 4 скважин с расходом Q₁ =10 тыc. м³/сут.

Варианты задачи 1.

Задача № 2

Подземные воды разведаны в долине реки, в аллювиальных отложениях. Ширина долины В =4 км. Аллювиальные отложения представлены песками, обводненная мощность которых равна h =40 м, глубина до воды в среднем 3 м, коэффициент фильтрации k =10 м/сут, водоотдача µ =0,1. Дно и борта долины сложены практически водонепроницаемыми отложениями. Русло реки располагается в осевой части долины. Русловые и пойменные отложения представлены слоем суглинков мощностью m ₀=2 м, коэффициентом фильтрации k₀ =0,1 м/сут. Поверхностный сток в реке большую часть года очень мал или отсутствует. В период весеннего половодья (апрель) ежегодно происходит затопление русла и поймы реки. При этом ширина водотока составляет b =400 м, глубина h₀ =2 м. Длительность периода паводка – t =60 суток.

При расчете водозабора учесть периодическую сработку емкости аллювиальных песков и восполнение запасов в период паводков.

Варианты задачи 2.

Задача № 3

Межгорная долина вытянута в меридиональном направлении и имеет ширину L =3 км. Долина заполнена верхнечетвертичными песчано-галечниковыми отложениями значительной мощности. В бортах долины обнажаются коренные практически водонепроницаемые породы. В песчано-галечниковых отложениях на водоупоре, сложенном скальными породами развит водоносный горизонт со свободной поверхностью уровней. Мощность водоносной толщи h =70 м, коэффициент фильтрации k =10 м/сут, водоотдача µ =0,1. Глубина залегания уровня грунтовых вод в пределах разведанного участка составляет около 5 м ниже поверхности земли. В 15 км ниже по долине наблюдается разгрузка подземных вод в виде источников с расходом около Q_род =15 л/с. Естественный уклон поверхности уровня составляет J =10^-3.

Варианты задачи 3.

Задача № 4

Перспективными для организации централизованного водоснабжения посёлка и предприятия на исследуемом участке являются напорные подземные воды в горизонте трещиноватых опок эоценового возраста. Опоки перекрыты практически непроницаемой толщей чаганских глин мощностью около 50 м. Выше залегают четвертичные отложения.

Месторождение подземных вод в трещиноватых опоках разведано в долине реки. Глубина до кровли водоносного горизонта здесь составляет H =80 м. Мощность обводненной толщи m =50 м. Статический уровень в долине реки устанавливается выше поверхности земли H _cт =5 м. Фильтрационные свойства опок существенно изменяются по площади. Величина коэффициента фильтрации в пределах речной долины достигает k₁ =20 м/сут, на водоразделах уменьшается до k₂ =0.1 м/сут. Ширина речной долины в среднем L =8 км. Пьезопроводность горизонта a ^* =10⁶ м²/сут. В естественных условиях поток подземных вод направлен вдоль долины, уклон потока J =10^-3.

Варианты задачи 4.

Задача №5

Подземные воды разведаны в краевой части артезианского бассейна и приурочены к альбским тонкозернистым пескам. В пределах разведанного участка эти отложения перекрыты водоупорными глинисто-карбонатными отложениями верхнего мела мощностью 150 м. В подошве альбских песков залегают аптские глины. На расстоянии L =3 км от разведанного участка прослежены выходы альбских песков шириной b =500 м. Здесь в песках развиты грунтовые воды с водоотдачей µ =0.05. В области погружения водоносные пески характеризуются коэффициентом водопроводимости Т =100 м²/сут и пъезопроводностъю a ^*=4·10⁶ м²/сут. Статический пьезометрический уровень располагается на Н =40 м выше поверхности земли. Питание подземных вод в области выхода песков на дневную поверхность практически отсутствует. Естественная пьезометрическая поверхность имеет уклон J =10^-3.

Варианты задачи 5

Задача № 6

Внутригорная впадина выполнена верхнечетвертичными среднезернистыми песками мощностью h =100 м, занимающими площадь F= 30 км². Дно и борта впадины слагают практически непроницаемые породы. В песчаных отложениях развиты грунтовые воды. Глубина до уровня воды составляет в среднем 5 м. Величина инфильтрационного питания подземных вод составляет 10% от суммы осадков X =300 мм/год. Разгрузка подземных вод осуществляется в виде родников в периферийной части впадины с суммарным расходом Q_pод =18 л/с. Коэффициент фильтрации песков k= 10 м/сут, водоотдача µ =0.1. Уклон зеркала грунтовых вод в естественных условиях J =10^-4.

Варианты задачи 6

Задача №7

В центральной части крупного артезианского бассейна разведано месторождение подземных вод, приуроченное к напорному водоносному горизонту в трещиноватых известняках каменноугольного возраста. Сверху и снизу водоносный горизонт изолирован глинистыми толщами. Глубина залегания кровли пласта 80 м. Мощность водоносного горизонта m =80 м. Коэффициент водопроводимости Т =500 м²/сут, пьезопроводность a ^*=10⁶ м²/сут. Статический пьезометрический уровень устанавливается на глубине H _ст=-35 м от поверхности земли. Залегающая в кровле водоносного горизонта толща юрских глин мощностью m =50 м является слабопроницаемой, характеризуется коэффициентом фильтрации k₀ =10^-6 м/сут. Выше глинистой толщи юры распространены грунтовые воды в четвертичных песчано-супесчаных отложениях.

На расстоянии L =12 км от разведанного участка в течение t =5 лет эксплуатируется подземный водозабор. Водозабор осуществляется скважинами из того же водоносного горизонта в трещиноватых известняках с дебитом Q_э =20000 м³/сут. При расчетах необходимо учесть взаимное влияние водозаборов друг на друга на расчетный период работы проектируемого водозабора.

Варианты задачи 7

Задача № 8

В центральной части крупного артезианского бассейна изучен первый от поверхности напорный водоносный горизонт. Подземные воды приурочены к верхней выветрелой толще трещиноватых известняков мелового возраста мощностью m =40 м. Коэффициент фильтрации k =10 м/сут, пьезопроводность а^* =4·10⁶ м²/сут. Ниже располагается плотная, практически водонепроницаемая толща так же известняков мощностью около 100 м. Известняки перекрыты песчано-глинистыми отложениями палеогенового возраста мощностью m ₀=20 м, представляющих собой слабопроницаемый слой. Коэффициент фильтрации этих отложений может быть принят равным k₀= 10^-4 м/сут. На палеогеновых отложениях распространены рыхлые поверхностные отложения четвертичного возраста, мощностью около 20 м, хорошо проницаемые (коэффициент фильтрации около 20 м/сут), приуроченные к долине реки. В этих отложениях развиты грунтовые воды гидравлически тесно связанные с поверхностными водами реки и речных стариц. Статический пьезометрический уровень в меловом водоносном горизонте устанавливается на отметке Н =-10 м от поверхности земли. Движение подземных вод на С-В, уклон пьезометрической поверхности J =10^-3, активная пористость трещиноватых известняков 2 %.

Варианты задачи 8

Задача № 9

Месторождение подземных вод приурочено к рыхлым песчано-галечным отложениям неоген-четвертичного возраста, заполняющим тектоническую впадину (грабен), имеющую ширину 2.5 км при длине 25 км. Борта и опущенный блок грабена сложены массивными по текстуре водонепроницаемыми гранитами протерозоя. В процессе разведки месторождения получена следующая информация. Мощность водоносного горизонта составляет h =60 м, при средней глубине до воды от поверхности земли 5 м, коэффициент фильтрации (по данным кустовых откачек) принят равным k =12 м/сут, водоотдача µ =0.12. Тектонические разломы, по которым происходило погружение центрального блока впадины заполнены вторичным глинистым материалом и не являются "окнами" взаимосвязи с нижележащими водоносными горизонтами. В 10 км ниже от участка детальной разведки расположен действующий в течение четырех лет водозабор, производительностью Q ₁ =15 тыс. м³/сут.

При расчетах учесть взаимовлияние проектируемого и уже действующего водозаборов.

Варианты задачи 9

Задача № 10

Месторождение подземных вод приурочено к слабосцементированным песчаникам альбского яруса нижнего мела К₁аl, мощностью m около 50 м. Выше по разрезу расположена толща слабопроницаемых глин мощностью m₀= 20 м альбcкого яруса, отделяющая разведуемый горизонт от сеноманского (K₂сm), грунтового водоносного горизонта, имеющего мощность 40 м и представленного песками. Пьезометрический уровень альбского горизонта Н_сm до начала разведки совпадал с уровнем сеноманского и располагался на 60 м вы­ше кровли альбского горизонта. Результаты длительной опытной откачки, производимой из альбского горизонта, показали наличие незначительного снижения уровня в сеноманском горизонте. Откачка производилась до наступления стационарного режима. После прекращения откачки уровни в скважинах восстановились до статического положения. В процессе опыта получены следующие параметры: водопроводимость основного горизонта Т =300 м²/сут; пьезопроводность а^* =5·10⁵ м²/сут; коэффициент фильтрации глин альбского яруса k₀ =2·10^-3 м/сут.

Варианты задачи 10

Задача № 11

Месторождение подземных вод приурочено к рыхлым, песчаным верхнечетвертичным отложениям pQ_III, мощностью до 50 м. Подстилаются водоносные отложения водонепроницаемыми глинами палеогена, залегающими горизонтально. Вскрытая мощность глин, по данным разведочного бурения, составляет 25-30 м. На расстоянии L =1.5 км на север от участка детальной разведки на поверхность выходят гранито-гнейсы архейского возраста, имеющие линейное простирание с запада на восток и вертикальное падение. Интрузивные породы имеют микротрещиноватую текстуру. В процессе детальной разведки получена следующая информация. Мощность водоносного горизонта h составляет в среднем 45 м, коэффициент фильтрации k =10 м/сут, водоотдача µ =0.10, коэффициент фильтрации микротрещиноватых гранито-гнейсов составляет в среднем k₁ =0.05 м/сут. Поток грунтовых вод в четвертичных отложениях движется с запада на восток, естественный уклон потока J =0.001. Ниже по потоку в 4-х км располагается действующий в течение пяти лет водозабор производительностью Q₁ =5 тыc. м³/сут.

При расчетах учесть взаимодействие водозаборов.

Варианты задачи 11

Задача №12

Месторождение подземных вод разведано в толще аллювиально-пролювиальных современно-верхнечетвертичных отложений a-pQ _III-IV, слагающих долину реки на участке выхода ее из горной части в предгорную. Водоносные породы представлены рыхлыми песчано-галечниковыми осадками, общей мощностью около 100 м. Коренные породы, слагающие горную часть района и подстилающие водоносные отложения, выходят в виде вытянутой с запада на восток полосы, в горной части, на расстоянии L ₁ =2.5 км на север от участка детальной разведки. Они представлены алевролитами и алевритами пермо-триаса (Р-Т). Река течет с севера на юг и удалена на L₂= 1 км от участка заложения будущего водозабора. Река является постояннодействующим водотоком с расходом Q_р =7 м³/с, ширина русла b =80 м, глубина реки h_о =1.5м. В процессе разведочных работ установлено, что русло реки кальматируется суглинистыми отложениями мощностью m ₀=1м, с коэффициентом фильтрации k ₀ = 2·10^-2 м/сут. Мощность водоносных a-pQ _III-IV отложений составляет h= 80 м, коэффициент фильтрации k =15м/сут, водоотдача µ =0.15. Алевриты и алевролиты пермо-триаса практически водонепроницаемы.

Варианты задачи 12

Литература

1. Биндеман Н.Н., Язвин Л.С. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод. – М.: Недра, 1970. 215 с.

2. Боревский Б.В., Дробноход Н.И., Язвин Л.С. Оценка запасов подземных вод. – Киев.: Выща школа, 1989. 407 с.

3. Бочевер Ф.М., Лапшин Н.Н., Орадовская А.Е. Защита подземных вод от загрязнения. – М.: Недра, 1979. 254 с.

4. Бочевер Ф.М. Теория и практические методы расчетов эксплуатационных запасов подземных вод. – М.: Недра, 1968. 328с.

5. Гавич И.К. Гидрогеодинамика. – М.: Недра, 1988. 349 с.

6. Гавич И.К., Лучшева А.А., Семенова-Ерофеева С.М. Сборник задач по общей гидрогеологии. Учебн. пособие для вузов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Недра, 1985. 412 с.

7. Гавич И.К. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод методом моделирования. – М.: ВИЭМС, 1972. 102 с.

8. Гольдберг В.М., Газда С. Гидрогеологические основы охраны подземных вод от загрязнения. – М.: Недра, 1984. 262 с.

9. Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод, 1997. (Приказ Министерства природных ресурсов РФ от 07.03.1997г. № 40)

10. Ковалевский В.С, Исследование режима подземных вод в
связи с их эксплуатацией. – М.: Недра, 1986. 198 с.

11. Ленченко Н.Н. Динамика подземных вод. – М.: изд. РГГРУ, 2 ч., 2008. 212 с.

12. Орадовская А.Е., Лапшин Н.Н. Санитарная охрана водозаборов подземных вод. – М.: Недра, 1987. 167с.

13. СанПиН 2.1.4.1074-01. Питьевая вода. Гигиенические требования к качеству воды централизованных систем питьевого водоснабжения. Контроль качества. Госсанэпиднадзор. 2001.

14. СанПиН 2.1.4.1110-02. Зоны санитарной охраны источников водоснабжения и водопроводов питьевого назначения. Госсанэпиднадзор. 2002.

15. СНиП 2.04.02-84. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. Минстрой России. М.: ГПЦПП. 1996.

16. Справочное руководство гидрогеолога /Под ред. В.М.Максимова/ т. 1. – Л.: Недра, 1979. 512 с.

17. Шестаков ВМ. Динамика подземных вод. – М.: МГУ, 1979. 368 с.

18. Шестаков В.М. Прикладная гидрогеология. – М.: МГУ, 2001. 143 с.

19. Шестаков В.М., Невечеря И.К., Авилина И.В. Методика оценки ресурсов подземных вод на участках береговых водозаборов. – М.: МГУ, 2009. 191 с.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Проблемы и понятия, связанные с оценкой запасов

месторождений подземных вод ……………………………………….. 2

1.1. Виды запасов и ресурсов подземных вод и их взаимоотношения 2

1.2. Общие принципы и способы оценки эксплуатационных

запасов подземных вод...................................................................... 8

Глава 2. Методика оценки эксплуатационных запасов

подземных вод………………………................................................. 13

2.1. Понятие о методах оценки эксплуатационных запасов

подземных вод…………………………………………………………… 13

2.2. Основные ограничения, используемые при расчетах

водозаборов……………………………………………………………… 15

2.3. Схематизация и типизация гидрогеологических условий........ 17

2.4. Принципы схематизации и ее критерии..................................... 20

2.5. Типовые расчетные схемы для оценки эксплуатационных

запасов подземных вод………………………………………………… 27

Глава 3. Обоснование схем водозаборных сооружений.................. 28

3.1. Принципы размещения водозаборных скважин....................... 28

3.2. Методы расчета взаимодействующих скважин......................... 29

Глава 4. Вопросы защиты подземных вод от загрязнений.............. 36

4.1. Оценка качества подземной воды и прогноз его изменения.... 36

4.2. Расчет зон санитарной охраны.................................................. 39

Глава 5. Количественная оценка источников формирования

эксплуатационных запасов подземных вод…………………………… 45

Глаза 6. Расчеты водозаборов в условиях месторождений

подземных вод в речных долинах..................................................... 47

6.1. Особенности эксплуатации месторождений............................... 47

6.2. Месторождения подземных вод в долинах с постоянно

действующим водотоком…............................................................... 49

6.3. Месторождения подземных вод в долинах с периодически

действующим водотоком................................................................... 54

6.4. Построение гидрографа эксплуатационных запасов

подземных вод…................................................................................ 57

6.5. Расчет параметров второго пояса санитарной охраны

(зоны ограничений)……………………………………………………… 58

Глава 7. Расчеты водозаборов в условиях месторождений

подземных вод в артезианских бассейнах……………………………… 60

7.1. Особенности эксплуатации месторождений….......................... 60

7.2. Месторождения, приуроченные к однопластовым

гидрогеологическим структурам…………………………………........ 62

7.3. Месторождения, приуроченные к многопластовым толщам, эксплуатирующиеся в условиях взаимосвязи между водоносными горизонтами……………………………………………………………… 63

7.4. Месторождения в краевых частях артезианских бассейнов…….. 68

Глава 8. Расчеты водозаборов подземных вод в условиях

конусов выноса................................................................................... 71

8.1. Особенности эксплуатации месторождений.............................. 71

8.2. Схематизация гидрогеологических условий............................. 73

8.3. Основные расчетные схемы....................................................... 75

Глава 9. Расчеты водозаборов в условиях закрытых структур………. 78

9.1. Особенности эксплуатации месторождений.............................. 78

9.2. Схематизация гидрогеологических условий............................. 80

9.3. Основные расчетные схемы....................................................... 81

Приложения. Варианты типовых задач............................................ 85

Литература……………………………………………......................... 98

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: