61

Курсовой проект

Тема: «Проект гидрогеологических исследований пресных вод аллювиальных отложений долины реки Назарбай на стадии «оценка месторождения»

Содержание

Введение

1. Геологическое задание

2. Геолого-гидрогеологические условия района работ

2.1 Геологическое строение района

2.2 Гидрогеологические условия

3. Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ и обоснование рабочей гипотезы

3.1 Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ

3.2 Обоснование рабочей гипотезы

4. Определение положения и размеров участка дальнейших исследований

Определение общего потенциала месторождения подземных вод

4.1 Определение положения и размеров участка дальнейших исследований

4.2 Определение общего потенциала месторождения подземных вод

5. Цели и задачи работ на стадии «оценка месторождения»

6. Определение дефицита информации, необходимой к получению

7. Обоснование видов и объёмов проектируемых работ

7.1 Комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка и геоэкологические исследования и наблюдения

7.2 Полевые геофизические работы

7.3 Буровые работы

7.4 Геофизические исследования в скважинах

7.5 Опытно-фильтрационные работы

7.6 Топогеодезические работы

7.7 Отбор проб воды и горных пород

7.8 Лабораторные работы

7.9 Гидрологические и гидрометрические работы

7.10 Изучение режима поверхностных и подземных вод

7.11 Опытно-миграционные работы

7.12 Обследование действующих водозаборов

7.13 Санитарное обследование участка

7.14 Камеральные работы

8. Методика выполнения отдельных видов проектируемых работ

8.1 Методика проведения опытной кустовой откачки

8.2 Оценка экологического состояния территории при наличии на нем поселка и животноводческой фермы

8.3 Методика проведения геофизических исследований

Заключение

Список литературы

Введение

Курсовой проект по дисциплине гидрогеологические исследования выполняется по материалам учебного характера по одному из районов центрального Казахстана. По району имеется лишь схематическая карта М 1:100000 (рис. 1), геолого-гидрогеологические разрезы (рис. 2,3) и краткое описание геолого-гидрогеологических условий в геологическом задании. Работы выполняются в условиях дефицита геологической, гидрогеологической, эколого-санитарной и др. видов информации, что обеспечивает возможность творческого подхода к изучению и оценке имеющейся информации, приобретение навыков в проведении гидрогеологических исследований, направленных на получение недостающей информации, позволяющей решить все задачи без ущерба для геологической среды.

Основной целью курсового проекта является обоснование необходимое для проведения работ и исследований на перспективном участке долины р. Назарбай, а также описание методики проведения отдельных видов исследований.

Выполнение проекта осуществляется в полном соответствии со структурной схемой организации проведения гидрогеологических исследований примерно в следующей последовательности: геологическое задание; анализ всей имеющейся априорной информации; построение рабочей гипотезы месторождения; определение дефицита информации; обоснование проекта гидрогеологических и др. видов работ; описание методики проведения исследований.

1. Геологическое задание

В результате поисковых работ в одном из районов центрального Казахстана было выявлено месторождение подземных вод (МПВ) в аллювиальных отложениях реки Назарбай, возможное для использования в целях хозяйственно-питьевого водоснабжения поселка городского типа Светлый, с заявленной потребностью в воде: Qобщ = 40000 мі/сут. Данное МПВ приурочено к аллювиальным отложениям р. Назарбай, характеризующейся сильной сезонной изменчивостью стока.

Поисковые работы включили анализ материалов ранее выполненных работ, состоявших из геологической съемки 30-х годов масштаба 1:100000 (рис. 1) и других видов работ. В результате этого установлено, что аллювиальные отложения реки Назарбай заключают значительные запасы пресных подземных вод, пригодных для хозяйственно- питьевого водоснабжения.

Продуктивные отложения представлены гравелистыми песками и галечниками с коэффициентом фильтрации . Естественная мощность потока составляет в среднем . Полная мощность аллювиальных отложений достигает 35м. Коэффициент водоотдачи горизонта .

Коренные породы, подстилающие аллювиальные отложения, имеют пестрый литологический состав, смяты в складки (кроме неогеновых и четвертичных отложений) и характеризуются, как правило, неравномерной и незначительной обводнённостью.

Сухой остаток подземных вод коренных отложений изменяется от 1.5 до 10 г/л, в аллювиальных отложениях - 0.5-1.0 г/л.

Необходимо:

1. Сформулировать цели и задачи проектируемых работ, имея в виду, что они будут выполняться на стадии "Оценка месторождения" при заявленной потребности в воде Qобщ = 40000 мі/сут для хозяйственно-питьевого водоснабжения (вода должна отвечать требованиям ГОСТа 2874-82 "Вода питьевая. Гигиенические требования и контроль за качеством воды").

2. На основе имеющейся априорной информации построить рабочую разведочную модель объекта работ, определить тип МПВ, его характерные особенности, сложность гидрогеологических условий, степень изученности и перспективы для дальнейших разведочных работ участка.

3. Действуя в дальнейшем в соответствии с установленным порядком получения гидрогеологической информации, определить состав и качество необходимой гидрогеологической, геоэкологической и другой информации, необходимой для решения всех поставленных задач на стадии ”Оценка месторождения”.

4. На основании выявленного дефицита информации установить и обосновать основные направления выполнения работ на стадии “Оценка месторождения”, ориентируясь на соответствующие методы оценки эксплуатационных запасов подземных вод (ЭЗПВ) в данных условиях. Уточнить положение и размеры участка для дальнейших оценочных и разведочных работ.

5. Определить состав и объемы предстоящих гидрогеологических, геоэкологических и других исследований, четко учитывая их предназначение и достоверность полученной с их помощью информации. Попытаться обосновать оптимальный комплекс гидрогеологических и других видов исследований на стадии “Оценка месторождения” на данном объекте.

6. Дать обоснование проекта опытно-фильтрационных работ (ОФР), особенно кустовой откачки, исходя из конкретных особенностей продуктивного горизонта и месторождения в целом. Другие виды работ рассмотреть в постановочном плане, без детализации (целевое назначение работ, их объемы, пространственно-временное размещение, соображения по методике их проведения).

2. Геолого-гидрогеологические условия района работ

2.1 Геологическое строение района

Исследуемая территория расположена в Центральном Казахстане в пределах Казахстанского мелкосопочника. В геологическом строении района работ принимают участие отложения следующих геолого-стратиграфических единиц: нерасчлененных отложений кембрийско-ордовикской системы, девонской системы, неогеновой системы и четвертичной системы. Палеозойские отложения метаморфизованы, смяты в складки, на них со стратиграфическим и угловым несогласием залегают мезозойские отложения.

На основании схематической гидрогеологической карты и разрезов (рис. 1, 2 и 3) дается последовательное описание перечисленных выше геолого-стратиграфических единиц.

Нерасчлененные отложения кембрийско-ордовикской системы (є-О)

Выход этих отложений на поверхность на севере изучаемой территории представляет собой “пятно”, вытянутое в широтном направлении, размером 5х2 км. Породы метаморфизованы, смяты в складки, разбиты трещинами; сведения о литологическом составе отсутствуют.

Отложения девонской системы (D).

Эти отложения занимают всю центральную и южную части района работ, что составляет примерно две трети территории. Они распространены вправо - и левобережье р. Назарбай, смяты в складки, разбиты трещинами. Породы имеют пестрый литологический состав, но более детальных данных о литологии нет, не известна также мощность отложений. Они перекрывают нерасчлененные кембрийско-ордовикские отложения. Девонские отложения прорваны гранитной интрузией девонского же возраста, простирающейся в широтном направлении и имеющей размер 31 км (рис. 1). Интрузия разбита трещинами и имеет овальную форму в плане.

Отложения неогеновой системы (N).

Отложения неогенового возраста практически окаймляют речную долину. Они распространены в южной и юго-восточной частях района, имеют ширину от 12 до 2 км, уменьшающуюся в южном направлении, а в юго-западной части отложения отсутствуют, вероятно, вследствие их размыва (рис. 1, 2). Породы представлены водоупорными глинами, их мощность изменяется от 0 до 60 м, увеличиваясь в северном направлении. Неогеновые отложения перекрывают отложения девонского возраста.

Отложения четвертичной системы (Q).

Эти отложения представлены двумя генетическими типами: аллювием речной долины и делювиально-пролювиальными отложениями.

Делювиально-пролювиальные отложения (dpQ) распространены в крайней северо-западной части района работ в виде обширного пятна изометричной формы и размером больше 4 км (рис. 1). Вторая область распространения - на юге территории, в левобережье р. Назарбай. Отложения имеют плащеобразное залегание, ширина их от 0 до 2 км. Породы представлены суглинками, супесями и глинами, что свидетельствует о локальной водоносности. Делювиально-пролювиальные отложения перекрывают отложения неогеновой и девонской систем и имеют мощность от 0 до 20 м.

Аллювиальные отложения (aQI-IV) залегают в виде достаточно широкой полосы шириной от 1 до 4 км и длиной 22 км, имеющей простирание с северо-востока на юго-запад (очертание полосы повторяет изгибы реки). Они заполняют эрозионный врез р. Назарбай. Аллювиальные отложения представлены гравелистыми песками и галечниками с коэффициентом фильтрации . а коэффициентом . Мощность отложений до 35 м (рис. 2). Они перекрывают девонские, неогеновые и делювиально-пролювиальные отложения. Представления о коэффициенте фильтрации и (косвенно) о пористости несколько занижены, что может быть связано или с ошибкой определений или с присутствием глинистой фракции.

2.2 Гидрогеологические условия

В гидрогеологическом отношении район входит в состав Центрально-Казахстанской водонапорной гидрогеологической системы (ГГС) по А.М. Овчинникову, характеризующейся развитием ПВ в палеозойских отложениях (D,C), а также в различного генезиса четвертичных отложениях (аллювий речных долин, конуса выноса, делювиально-пролювиальные отложения).

Питание рек осуществляется за счет таяния снега. По результатам съемочных работ были выделены следующие гидрогеологические единицы:

1. Водоносный горизонт (ВГ) локального распространения делювиально-пролювиальных отложений.

2. Водоносный горизонт (ВГ) аллювиальных отложений р. Назарбай.

3. Неогеновый глинистый горизонт.

4. Водоносная зона экзогенной трещиноватости (ВЗЭТ) девонских отложений.

5. ВЗЭТ метаморфизованных пород кембрия и ордовика.

Мы не располагаем детальной характеристикой отдельных гидрогеологических подразделений. Поэтому, представленная ниже характеристика гидрогеологических единиц опирается на схематическую гидрогеологическую карту работ и геологические разрезы.

Водоносный горизонт локального распространения делювиально-пролювиальных отложений (dp Q).

Водоносный горизонт распространён в крайней северо-восточной района работ. Вторая область распространения - на юге территории, в левобережье р. Назарбай. Породы представлены суглинками, супесями и глинами, таким образом, водоносный горизонт является локально-водоносным. Глинистые породы могут быть частично водоупорными, а супеси и суглинки - водоносными. Максимальная мощность водоносного горизонта 20 м. На левобережье р. Назарбай отложения распространены вдоль склона и подстилаются водоупорными породами. Так как сведения о минерализации отсутствуют, то можно предположить, что воды являются пресными. Однако там, где отложения залегают непосредственно на девонских отложениях (на юге и северо-западе), воды могут быть слабо минерализованы (из-за наличия в девонских отложениях солоноватых вод).

Водоносный горизонт аллювиальных отложений р. Назарбай (a QI-IV).

Аллювиальные отложения залегают в виде достаточно широкой полосы (от 1 до 4 км.), имеющей простирание с северо-востока на юго-запад, и заполняют эрозионный врез р. Назарбай. Отложения вложены в водонепроницаемые неогеновые глины, что изолирует подземные воды от всех нижележащих водоносных горизонтов (рис. 1,2). Однако на юго-западе аллювий залегает уже на девонских отложениях. Полная мощность аллювиальных отложений достигает 35 м, а глубина залегания подземных вод колеблется от 3 до 5 м. Отложения представлены гравелистыми песками и галечниками с и . Сухой остаток подземных вод в аллювии изменяется от 0.5 до 1 г/л, таким образом, подземные воды являются пресными. Судя по условиям залегания, подземные воды разгружаются в р. Назарбай. Основными источниками питания являются осадки и поверхностные воды.

Неогеновый глинистый горизонт (N).

Так как неогеновые отложения занимают достаточно большую площадь района работ, то глинистый горизонт можно считать региональным водоупором. Эти отложения изолируют воды аллювиальных отложений от нижележащих девонских отложений.

Водоносная зона экзогенной трещиноватости девонских отложений (D).

Эти отложения занимают всю центральную и южную часть района работ, что составляет примерно две трети территории (рис. 1). Они распространены в право - и левобережье р. Назарбай, смяты в складки, разбиты трещинами. Породы имеют пестрый литологический состав. Водоносная зона характеризуется не равномерной и незначительной обводненностью. Сухой остаток подземных вод изменяется от 1.5 до 10 г/л, то есть воды являются солоноватыми.

Водоносная зона экзогенной трещиноватости метаморфизованных пород кембрия и ордовика (є-О).

Выход этих отложений на поверхность на севере изучаемой территории представляет собой "пятно", вытянутое в широтном направлении. Породы метаморфизованы, смяты в складки, разбиты трещинами; данные о литологическом составе пород отсутствуют. Водоносная зона характеризуется неравномерной и незначительной обводненностью. Сухой остаток подземных вод изменяется от 1.5 до 10 г/л, то есть являются солоноватыми.

Таким образом, единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения является аллювиальный водоносный горизонт, имеющий широкое распространение и обладающий значительными запасами подземных вод.

3. Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ и обоснование рабочей гипотезы

В соответствии с геологическим заданием (см. главу 1.) при проектировании гидрогеологических исследований на стадии «оценка месторождения» необходимо действовать согласно структурной схеме (см. стр. 11) организации и проведения ГГИ с целью информационного обеспечения решения всех задач поставленных на этой стадии.

На первом этапе в соответствии с указанной схемой необходимо выполнить анализ всей имеющейся информации о районе и объекте исследований и на этой основе построить рабочую гипотезу.

3.1 Анализ геолого-гидрогеологических условий района работ

Район работ входит в состав Центрально-Казахстанской водоносной системы (по А.М. Овчинникову) или Центрально-Казахстанской гидрогеологической складчатой области (по Н.И. Толстихину). Эта область представляет собой мелкосопочник с долинами и котловинами, разделяемыми грядами высотой от 200 до 600 м. Область характеризуется континентальным климатом, жарким летом и незначительным количеством атмосферных осадков (от 100 мм в год на юге до 400 мм в год на севере). Для области характерно развитие грунтовых вод в зонах экзогенной и эндогенной трещиноватости изверженных и метаморфизованных пород разного состава, а также грунтовых вод в осадочных породах, в основном в аллювиальных отложениях современных и погребенных речных долин. Рассматриваемая территория входит в Тенгиз-Кургайджинский гидрогеологический район.

Анализ геолого-гидрогеологических условий изучаемого района (см. главу 2.) показывает, что единственным источником хозяйственно-питьевого водоснабжения является водоносный горизонт аллювиальных отложений долины р. Назарбай. Как показывают карта и разрезы (рис. 1, 2, 3) горизонт имеет значительное распространение в районе, протягиваясь с северо-востока на юго-запад широкой полосой в 4000 - 4500 м. На разрезах показано взаимоотношение горизонта с соседними (расположенными ниже) водами. Этот водоносный горизонт по данным поисковых работ по своим количественным и качественным характеристикам может обеспечить заявленную потребность в воде равную

В условиях жаркого климата и небольшого количеством осадков имеет место высокая испаряемость до 2500 мм в год. В таких условиях реки обладают неравномерным режимом стока, то есть в паводки они имеют значительный расход и существенное сокращение расходов вплоть до полного исчезновения в межень.

3.2 Обоснование рабочей гипотезы

Исходя из вышесказанного, объектом наших исследований является месторождение подземных вод (МПВ), приуроченное к водоносному горизонту аллювиальных отложений р. Назарбай. Исследования объекта проводятся на стадии «оценка месторождения». По условиям, определяющим методику поисково-разведочных работ, объект изучения представляет собой МПВ речных долин (тип I). Так как р. Назарбай характеризуется крайне неравномерным сезонным стоком, то исследуемое МПВ может быть отнесено к месторождениям подземных вод речных долин с необеспеченным поверхностным стоком. Продуктивные водоносные отложения представленные гравелистыми песками и галечниками заполняют эрозионный врез р. Назарбай и имеют характерное для МПВ речных долин волосообразное распространение. Средняя мощность водоносного горизонта в районе работ составляет., полная мощность аллювия составляет . Глубина до УГВ порядка 5 м.

Горизонт характеризуется высокими фильтрационными и емкостными свойствами:

- коэффициент фильтрации ;

- водоотдача ;

- водопроводимость ;

- уровнепроводность .

Предположительно, рассматриваемый горизонт является условно-однородным.

Продуктивный водоносный горизонт распространён в виде полосы с преобладающей шириной B = 4000-4500 м с северо-востока на юго-запад района. Общая длина полосы около 25000 м (в пределах карты).

Питание водоносного горизонта осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков, поглощения поверхностных вод, в том числе паводковых, а также, в условиях полуаридного климата, за счет конденсации водяных паров в зоне аэрации. Разгрузка подземных вод, скорее всего, осуществляется в русло реки.

Судя по всему, водоносный горизонт аллювиальных отложений имеет тесную гидравлическую связь с водами р. Назарбай (гравийно-галечниковые отложения, бурные паводки и т.д.). Однако сильные сезонные колебания поверхностного стока реки не дают нам оснований рассматривать её в качестве контура постоянного напора. В то же время отсутствие данных о внутригодовом распределении стока не позволяет судить о восполнении эксплуатационных запасов подземных вод (ЭЗПВ) речными водами. Кроме того, нет никаких данных о качестве вод р. Назарбай.

В рассматриваемых условиях возможными источниками формирования ЭЗПВ могут являться:

1. естественные запасы подземных вод -;

2. привлеченные ресурсы в период наличия поверхностного стока -;

3. естественные ресурсы потока - ;

4. конденсация водяных паров в зоне аэрации - .

Таким образом, балансовое уравнение эксплуатационных запасов подземных вод может быть записано в следующем виде:

; (1)

где t - время сработки запасов;

и - коэффициенты (доля) сработки естественных запасов и ресурсов подземных вод.

На данном этапе изучения, ввиду отсутствия необходимых данных, количественная оценка может быть выполнена только для первой составляющей ЭЗПВ, то есть для естественных запасов подземных вод:

; (2)

где м - водоотдача;

Vпл - объём пласта, вычисляемый по формуле:

(3)

Для оценки естественных запасов Vе зададимся геометрическими размерами пласта-полосы в пределах изучаемого района:

- ширина пласта-полосы:;

- длина пласта-полосы:;

- средняя естественная мощность:hе ср = 30м.

Примем:.

Подставив эти значения в уравнения (2) и (3), получим:

Добыча воды водозабором за расчетный период 25 лет (10000 сут) при потребности Qсум = 40000 мі/сут составит:

Сопоставление возможного водоотбора за весь срок эксплуатации с величиной естественных запасов подземных вод свидетельствует, что организация водоснабжения поселка с предоставляется возможным, т.к. естественные запасы подземных вод в 2.5 раза превышают возможный водоотбор. При этом никак не учитывались другие источники формирования ЭЗПВ.

Как показывает анализ геолого-гидрогеологических условий, в пределах изучаемого месторождения выделяются два участка, различающихся по гидрогеохимическим условиям формирования ЭЗПВ. Это северо-восточный и юго-западный участки примерно одинаковые по своим размерам (см. рис. 1,2). В пределах северо-восточного участка продуктивный аллювиальный водоносный горизонт как бы вложен в непроницаемые глинистые отложения неогена. То есть дно и борта долины непроницаемы с выполнением ГУ-II (). В соответствии с этим при эксплуатации водозабора в пределах этого участка исключается подтягивание некондиционных вод девонских отложений.

В пределах юго-западного участка продуктивный горизонт залегает непосредственно на трещиноватых породах девона, характеризующихся наличием в них солоноватых и солёных вод (с минерализацией до 10 г/л), в связи с чем, при эксплуатации водозабора на этом участке возможно подтягивание некондиционных вод девонских отложений.

Таким образом, можно сделать вывод, что наиболее перспективным участком МПВ для проведения гидрогеологических исследований на стадии "оценка месторождения" является северо-восточный участок, длина которого в пределах листа карты вверх по долине реки составляет около 12,5 км при преобладающей ширине полосы 4000-4500 м и средней мощности водоносного горизонта равной 30 м.

Как показывает выполненный анализ, гидрогеологические условия изучаемого МПВ относительно простые. Они могут быть схематизированы и представлены в виде типовой расчётной схемы. Расчётная схема представлена на рис. 4.

В пределах перспективного (северо-восточного) участка расчетная схема месторождения представляет собой грунтовый условно-однородный поток в виде пласта полосы (в плане) с двумя непроницаемыми условно параллельными границами (борта долины), на которых выполняются ГУ-II рода (). Вверх и вниз по реке пласт принимается бесконечным.

Роль реки на данном этапе оценки месторождения не учитывается. В данных условиях наиболее оптимальным методом оценки ЭЗПВ является гидродинамический. Этот метод позволяет учесть основные особенности формирования эксплуатационных запасов подземных вод изучаемого МПВ.

В целом гидрогеологические условия месторождения являются достаточно простыми, однако, учитывая отсутствие сведений о режиме р. Назарбай (режиме уровня, качества, расходов), рассматриваемое МПВ следует отнести ко II группе сложности, то есть к месторождению подземных вод со сложными гидрогеологическими условиями.



Рис. 4. Расчетная схема МПВ на перспективном (северо-восточном) участке

4. Определение положения и размеров участка дальнейших исследований. Определение общего потенциала месторождения подземных вод

4.1 Определение положения и размеров участка дальнейших исследований

Для изучения месторождения подземных вод на стадии «оценка месторождения» необходимо уточнить положение и размеры участка работ, чтобы избежать лишних затрат труда, времени и средств на проведение исследований.

Размеры выделенного выше перспективного (северо-восточного) участка МПВ довольно значительны (его длина по долине порядка 12,5 км при средней ширине 4000-4500 м). Что касается местоположения участка, то очевидно, что он тяготеет к наиболее широкой части речной долины, то есть несколько ниже по долине от линии разреза А-Б (см. рис.1).Оптимальной в данном случае является схема линейного водозаборного ряда, расположенного в непосредственной близости от реки (чтобы обеспечить благоприятные условия восполнения запасов).

Размеры участка исследований уточняем через определение размеров водозабора, заведомо обеспечивающего потребность поселка в воде () при самых неблагоприятных условиях работы водоснабжения. Неблагоприятными условиями, при данном условии, является отсутствие поверхностного стока. Принимаем условно, что река существует лишь в паводки, длительность которых , длительность меженного периода . При работе водозабора в таких условиях будут иметь место 2 этапа:

1) Межпаводковый период (). Водозабор будет работать за счет сработки естественных запасов. При этом снижение УГВ возможно до величины . В нашем случае .

2) Паводковый период (). Будет происходить восполнение сработанных естественных запасов пласта.

Таким образом, будет иметь место циклический характер работы: сработка запасов в межпаводковый период и восполнение - в паводок (см. рис 5)

Размерв водозабора, обеспечивающего потребность поселка в воде, определяем путем разведочного расчета. Ориентировочно, длину водозабора принимаем по следующим положениям:

1) допустимое понижение УГВ к концу расчетного периода не должно превышать ;

2) расстояние между скважинами принимаем не меньше мощности пласта, чтобы исключить влияние любых видов несовершенства скважин друг на друга;

3) исходя из условия обеспечения сплошности ЗСО I пояса, принимаем расстояние между скважинами .

Количество водозаборных скважин принимаем исходя из их водозахватной способности, рассчитываемой по формуле:

,

где ;

, тогда



Рис. 5. Схема сработки уровня грунтовых вод при эксплуатации водозабора

Т.к. в процессе эксплуатации скважин может иметь место кольматация фильтров, введём коэффициент запаса . Тогда . Т.о. общее число скважин в водозаборе составит:

Тогда при принятой длина ряда составит 1000 м (980 м).

Для выполнения расчета используем ранее обоснованную расчетную схему (рис. 6): это условно-однородный грунтовый поток в виде пласта-полосы шириной , с двумя непроницаемыми границами, на которых выполняется ГУ-II рода (). При работе водозабора будет иметь место неустановившаяся планово-радиальная фильтрация ГВ к водозабору, рассматриваемому в виде обобщенной системы. Для линейного ряда, длиной , радиус обобщенной системы скважин составит 0,2 от , т.е. . Расчетная формула для данных условий имеет вид:

,

где - расстояние до ближайшей непроницаемой границы и равное

Учитывая необходимость обустройства ЗСО водозабора и возможность маневрирования положение водозабора, размеры участка принимаются порядка 3 км вдоль реки (длина участка), при этом ширина участка составляет 4000-4500 м.

Учитывая ассиметричность расположения водозабора имеем , формула () упрощается и принимает вид:

Из этой формулы определяем :

Т.о. расчет показывает, что проектируемый водозабор длиной 1000 м обеспечивает потребность в воде больше требуемой почти в 2 раза.

.

Рис. 6. Расчетная схема проектируемого водозабора

4.2 Определение общего потенциала МПВ

Реальные возможности МПВ могут быть существенно выше, т.к. р. Назарбай может оказаться контуром питания (самое благоприятное условие). Тогда имеет место следующая расчетная схема: пласт-полоса с разнородными границами (река - ГУ I рода, H=const, борта долины - ГУ II рода, Q=const, Q=0). Ввиду близости водозабора к реке, влиянием удаленной непроницаемой границы пренебрегаем, т.о. расчетная схема трансформируется в схему условно-однородного полуограниченного пласта с контуром питания. Учитывая незначительное расстояние от водозабора реки () и значительные размеры водозабора (). Для расчетов можно использовать приближенную формулу Маскета-Либензона:

.

Пренебрегая вторым слагаемым в формуле Маскета-Либензона (ввиду его малости). Определяем возможный водоотбор для вариантов значения дополнительного фильтрационного сопротивления за счёт несовершенства вреза и кальматации русла реки: м, м, м.: , ,.

Полученные результаты показывают, что общий потенциал МПВ в благоприятных условиях в 5-10 раз выше, чем в неблагоприятных условиях. Учитывая значительное влияние показателя на величину водоотбора, при дальнейших исследованиях следует обратить особое влияние на достоверное значение параметра .

5. Цели и задачи работ на стадии “оценка месторождения”

Цель работы: изучение выявленного в результате поисковых работ месторождения для хозяйственно-питьевого назначения, а также предварительная оценка его эксплуатационных запасов применительно к условной схеме водозабора.

Основные задачи на стадии “оценка месторождения”:

· выявление основных факторов и закономерностей формирования эксплуатационных запасов подземных вод в пределах выявленного месторождения;

· предварительное обоснование природной пространственно-временной гидрогеологической модели;

· гидрогеологическое, санитарное и косвенно технико-экономическое обоснование принимаемой схемы месторождения;

· принципиальная оценка возможного влияния проектируемого водозабора на различные компоненты окружающей среды (ущерб речному стоку, активизация экзогенных геологических процессов, изменение режима влажности в зоне аэрации, следовательно, угнетение растений, ухудшение качества подземных вод);

· определение соответствия качества воды продуктивного горизонта её целевому назначению (СанПиН 2.1.4.1074-01 "Питьевая вода") и прогноз изменения качества в процессе эксплуатации водозабора;

· оценка техногенной нагрузки и санитарного состояния исследуемой территории, а так же предварительная оценка границ зон санитарной охраны и возможностей их организации;

Дополнительные задачи дальнейших исследований определяются, исходя из особенностей изучаемого месторождения подземных вод. Значительная их часть определяется отсутствием необходимой геолого-гидрогеологической, экологической, санитарной и другой информации. При этом главные задачи связаны с изучением и оценкой роли р. Назарбай, как одного из возможных источников формирования ЭЗПВ.

В частности, эти задачи следующие:

· изучение режима вод реки Назарбай (режим уровней, расходов, качества, твёрдого стока и т.д.); с привлечением по возможности многолетних данных по гидропостам и метеостанциям бассейна реки;

· выявление периодов исчезновения поверхностного стока и периодов паводков (их длительности, площадей распространения, слоя затопления и др);

· изучение и оценка параметров взаимосвязи поверхностных и подземных вод р. Назарбай (наличие кальматирующего слоя, его мощность, фильтрационные свойства).

6. Определение дефицита информации, необходимой к получению

Состав и качество, необходимые к получению гидрогеологической, санитарной, экологической и другой информации определяется исходя из степени изученности рассматриваемого месторождения, а также необходимости решения всех поставленных задач (см. главу 5).

К сожалению, в рассматриваемых условиях имеется дефицит информации, как по геологии, так и по гидрогеологии и экологии района.

Имеющаяся по району работ схематическая гидрогеологическая карта масштаба 1:100000 и разрезы (см. рис 1,2) являются некондиционными. В связи с этим, в дальнейшем необходимо получить данные по геологическому строению, геоморфологии, рельефу, тектонике, экзогенным геологическим процессам с детальностью, отвечающей комплексной гидрогеологической съемке масштаба 1:25000. В частности, по всем комплексам пород, окружающим долину р. Назарбай необходимо иметь информацию о распространении, мощности, литологическом и минеральном составе, трещиноватости, физико-механических свойствах пород, экзогенных геологических процессах, формах рельефа и типах ландшафта и их связи с гидрогеологическими условиями.

При изучении гидрогеологических условий участка необходимо изучить литологию и мощности гидрогеологических единиц (горизонта и зон трещиноватости): особенно для аллювиальных отложений и водоносных экзогенных трещин горизонтов девонских отложений. Внимание при этом обращают на изучение водоупорных и водоносных формаций, окаймляющих продуктивный водоносный горизонт.

Непосредственно по продуктивному горизонту необходимо получить информацию о составе, мощностях, гранулометрии и глинистости как самих водоносных пород, так и пород зоны аэрации. Нужна количественная и достаточно достоверная оценка гидрогеологических параметров горизонта: коэффициента фильтрации К, водопроводимости Т, водоотдачи , уровнепроводности и их изменения в плане, разрезе и во времени. В соответствии с требованиями "Классификация эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов АВ", указанные параметры должны быть изучены на основе бурения поисково-разведочных скважин и выполнения опытно-фильтрационных работ (пробные, опытные и кустовые откачки). Для выполнения прогнозной оценки качества воды необходимо знать значения параметров миграции (все виды пористости - полная, активная, эффективная; сорбционные свойства пород и действительная скорость движения воды). Кроме того, по зоне аэрации необходимо получить информацию о литологическом составе, мощностях, параметрах влажности (,,), сорбционных и защитных свойствах пород зоны аэрации. Следует также определить положение свободной поверхности подземных вод (по возможности в виде карты гидроизогипс): по данным бурения скважин, съемки, геофизических работ. Необходимы количественные определения параметров, характеризующих условия питания и разгрузки грунтовых вод (инфильтрация - ,, испарение, транспирация, конденсация влаги в зоне аэрации, разгрузка родников в реки). По основным гидрогеологическим единицам (горизонты и зоны) следует изучить физические свойства, бактериальный и химический состав, показатели, лимитированные СанПиНом.

Нужно изучить поверхностные воды реки Назарбай, как одного из основных источников формирования эксплуатационный запасов подземных вод, в частности, режим поверхностного стока (режим качества, уровней, расходов), разгрузку грунтовых вод в реку. Режим поверхностных и подземных вод следует изучать в тесной взаимосвязи минимум в течение одного года. Для оценки роли реки в формировании ЭЗПВ необходимо рассмотрение параметров взаимодействия подземных и поверхностных вод (,,), полученных по результатам кустовых откачек. Требуется также определить основные режимообразующие факторы, провести оценку защищённости подземных вод от загрязнения и изучить возможные пути техногенного воздействия на горизонт.

Для выполнения съёмочных работ и размещения разведочных профилей (геофизических и буровых) необходимо иметь хорошую топографическую основу масштаба 1:25000.

7. Обоснование видов и объемов проектируемых работ

В условиях МПВ речных долин поисково-разведочные работы обычно ведутся путем заложения геофизических профилей и профилей буровых скважин, Расстояние между профилями зависит от размеров месторождения и стадий проведения исследований. Размеры участка для оценочных работ (2500-3000 м) по сути, и определяют размеры площади исследований. Перечень основных видов и объемов работ, а также методику их выполнения будем определять исходя из необходимости решения всех перечисленных выше задач, и получения всей необходимой информации (в нужных объемах и нужного качества). Учитывая большой объем и состав, необходимый для получения информации (см. гл. 6), а также скудность и низкую достоверность имеющейся информации, представляется целесообразным предусматривать выполнение следующих видов работ и исследований:

· комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка масштаба 1:25000;

· геоэкологические исследования и наблюдения в составе комплексной гидрогеологической съемки и рекогносцировочных обследований;

· полевые геофизические работы в виде различных видов профилирования (ВЭЗ, ВП);

· буровые работы (бурение различных категорий гидрогеологических скважин);

· геофизические исследования в скважинах (методы КС и ПС);

· опытно-фильтрационные работы;

· топогеодезические работы;

· отбор проб воды и горных пород;

· лабораторные работы;

· гидрологические и гидрометрические работы;

· изучение режима подземных и поверхностных вод;

· опытно-миграционные работы (ОМР);

· обследование действующих водозаборов;

· санитарное обследование участка;

· камеральные работы.

Ниже дается последовательное обоснование целевого назначения и объемов проектируемых работ. При этом учитываются существующие методические рекомендации по проведению гидрогеологических и др. исследований.

7.1 Комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка и геоэкологические исследования и наблюдения

Комплексная гидрогеологическая съемка (ГГС) выполняется в масштабе 1:25000 на топоснове того же масштаба. Съемка должна быть комплексной, т.е. включать выполнение ГГС масштаба 1:25000 в соответствии с требованиями методического руководства [14], инженерно-геологической съемки того же масштаба и дополнительных геоэкологических исследований в соответствии с существующими требованиями [5].

В процессе проведения геоэкологической съемке выявляют антропогенно-техногенную нагрузку (все виды инженерных сооружений и их возможное влияние, наличие источников и очагов загрязнения). Геоэкологическую съемку выполняют по разведочным профилям, выбранным по топографической основе масштаба 1:25000, в соответствии с [5].

Съемка выполняется в пределах перспективного северо-восточного участка месторождения на площади S=136 км². Конкретные виды и объемы работ в составе съемки должны быть обоснованы в соответствии с действующими методическими руководствами [5,14,17].

Особое внимание при проведении съемочных работ необходимо уделить оценке санитарного состояния участка, выявлению очагов источников возможного загрязнения, оценке техногенной нагрузки, а также изучению условий питания, распространения и разгрузки основных гидрогеологических единиц. Более подробно комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка рассмотрена в главе 8.

7.2 Полевые геофизические работы

Для обоснования размещения разведочных скважин на профилях, а также для изучения геолого-гидрогеологических условий по геофизическим профилям предусматривается проведение полевых геофизических работ в виде электропрофилирования методом ВЭЗ-ВП (вертикально-электрического зондирования - метод вызванных потенциалов).

Для более или менее равномерного изучения условий участка предусматривается размещение семи геофизических профилей перпендикулярно долине реки на расстоянии приблизительно 500 м. друг от друга. Профилирование проводится с выходом на коренной берег на 0,5 км в сторону от лево- и правобережья реки Назарбай (рис. 7).

Геофизическое профилирование должно быть выполнено перед буровыми работами, так как по его результатам предполагается уточнение расположения профилей скважин и размещения скважин на профилях. Наземные геофизические работы, кроме того, предназначены для определения мощности четвертичных отложений, глубины залегания УГВ, изучения литологических особенностей пород и отложений и обводненных зон трещиноватости девонских отложений. Данные работы выполняются по обще принятой методике [4,12].

7.3 Буровые работы

Учитывая незначительные размеры эксплуатационного участка, тип будущего водозабора (линейный ряд скважин на расстоянии 100 м. от реки), а также экономический фактор, считаем целесообразным располагать поисково-разведочные скважины по одному продольному профилю (по линии проектируемого водозабора) и по одному поперечному, проходящему через центр будущего водозабора.

Определим число скважин на профилях. На продольном профиле закладываем одну скважину в центре (место пересечения продольного профиля с поперечным), а затем равномерно с расстоянием 500 м. друг от друга. Таким образом, должно быть заложено на продольном профиле 7 скважин. На поперечнике скважины располагаются следующим образом: одна на пересечении профилей, в правобережной части расстояния между скважинами 500-700 м. друг от друга, в левобережной через 1000 м. При этом на поперечнике необходимо заложить по одной скважине вне долины с выходом на коренной берег на 250-500 м. На правобережье в неогеновых отложениях, на левобережье в девонских отложениях для изучения ВЗЭТ. Таким образом, на поперечнике 5 скважин, общее число скважин составит 12. Схема скважин и профилей показана на рисунке 7.

Глубина скважин должна обеспечить полное вскрытие аллювиального водоносного горизонта. Кроме того, следует иметь в виду необходимость бурения опытных и наблюдательных скважин специального опытного куста, предназначенного для проведения опытной кустовой откачки.



Рис. 7. Общая схема размещения поисково-разведочных скважин и профилей

7.4 Геофизические исследования в скважинах

Геофизические исследования являются составной частью гидрогеологических исследований, будут проводиться во всех скважинах. Будем применять методы электрокаротажа (метод кажущегося сопротивления-КС и естественных потенциалов-ПС, резистивиметрия-РК), расходометрического каротажа. В результате геофизических исследований в скважинах, изучается геологическое строение разрезов и детальное расчленение по литологическим особенностям пород, выделяются водоносные и водоупорные пласты с определением их мощности, оцениваются емкостные и фильтрационные свойства водоносных пород, оценивается общая минерализация и температура подземных вод. Для оценки и контроля технического состояния гидрогеологических скважин и их соответствующий технологической подготовки будем использовать резистивиметрию и расходометрию.

Геофизические исследования будем выполнять поэтапно (1 этап -предшествующие основным гидрогеологическим исследованиям, 2 этап - одновременно с гидрогеологическими исследованиями). По каждому этапу составляются схематические карты и разрезы, которые являются основой для корректировки направленности, видов и объемов дальнейших гидрогеологических работ. Данные работы выполняются по обще принятой методике [11,12].

7.5 Опытно-фильтрационные работы

Опытно-фильтрационные работы (ОФР) предназначены для изучения фильтрационных и емкостных свойств продуктивного пласта и их изменение в плане и разрезе. ОФР включают проведение одиночных опытных откачек из всех поисково-разведочных скважин продольного и поперечного профилей. Всего таких откачек должно быть проведено - 12. Одиночная откачка должна проводится на одну ступень дебита (максимально возможный водоотбор), длительность 3-5 сут. Наблюдения должны вестись как за дебитом, так и за понижением, исходя из необходимости построения графика временного прослеживания , ожидаемое понижение уровня составит 3-5 м.

Из части скважин (каждая вторая скважина продольного профиля) должна быть проведена одиночная опытная откачка на 2-3 ступени понижения с целью получения графика . При проведении откачек особенно на 2-3 ступени понижения следует фиксировать вынос песчаных частиц. Одиночные откачки проводятся по обще принятой методике [1].Одиночные откачки на 2-3 ступени понижения организуются в скважинах 1,3,5,7, таким образом, число одиночных откачек 4. Методика проведения опытно-кустовой откачки рассмотрена детально в главе 8.

7.6 Топогеодезические работы

Выполняются в необходимом объеме для топографического обеспечения поисково-разведочных гидрогеологических работ. Важнейшей из задач топогеодезических работ является вынесение буровых скважин в натуру и их планово-высотная привязка. Эти работы должны включать нивелировочные ходы, теодолитные ходы. Ввиду отсутствия данных о реперах точный объем работ определить не представляет возможности. Работы выполняются по общепринятой методике [18,19,20,21].

7.7 Отбор проб воды и горных пород

Выполняются с целью получения физико-химических показателей и бактериологического состояния воды и вмещающих горных пород, физико-механические и водно-физических свойств горных пород. Отбор проб воды осуществляется в соответствии с ГОСТ 2874-82. Работы по отбору проб воды и горных пород проводятся в соответствии с общепринятой методикой [7,17].

7.8 Лабораторные работы

Их задачей является установление: физических, химического свойств, газового и бактериального состава подземных и поверхностных вод, минерального и гранулометрического состава, а также физических и водных свойств пород. Лабораторные работы проводятся по ранее отобранным пробам воды и пробам пород. Объемы лабораторных работ определяются в соответствии с общепринятой методикой [7,17]. Рассмотрены в главе 8.

7.9 Гидрологические и гидрометрические работы

Задачами гидрогеологических и гидрометрических работ проводимых при гидрогеологической съемке, являются: изучение взаимосвязи подземных и поверхностных вод измерение расходов и выяснение физических свойств и химического состава воды и твердого стока. В результате этих работ устанавливают следующие данные, размер и глубину водотока и водоема, литологический состав и водоносность пород слагающих дно и берега водотока, режим поверхностных вод, расход поверхностных вод на различных участках водотока, разгрузку подземных вод, паводки (их длительность и периодичность) и т.д. Работы выполняются минимум в течение года. Данные работы выполняются по общепринятой методике[15].

7.10 Изучение режима поверхностных и подземных вод

Режим и баланс подземных вод позволяют дать количественную характеристику процессов формирования подземных вод, выявить основные закономерности пространственно-временного изменения их количества, качества и свойств, и использовать эти закономерности, для обоснования путей для наиболее рационального освоения и охраны подземных вод, состава мероприятий по борьбе с их вредным воздействием и способов управления их режимом. Данные наблюдений за режимом баланса подземных вод обеспечивают высокую достоверность и обоснованность выполняемых инженерных прогнозов, а также значительно повышают экономическую эффективность гидрогеологических исследований. Необходимо изучить поверхностные воды р. Назарбай, как одного из источников формирования ЭЗПВ (режим, качество, уровни, расходы, разгрузку подземных вод, паводки). Изучение режима поверхностного стока следует выполнять как минимум в течение года, при этом режим поверхностных вод должен быть изучен в увязке с режимом подземных вод. Данные работы выполняются по общепринятой методике [17,22].

7.11 Опытно-миграционные работы

В результате ОМР, определяются параметры миграции, как по водоносному горизонту, так и по зоне аэрации (в связи с возможным загрязнением).

К параметрам миграции относятся следующие показатели:

активная пористость;

полная пористость;

эффективная пористость;

сорбционные свойства пород;

действительная скорость движения подземных вод.

По ЗА необходимо иметь следующею информацию:

литологический состав;

мощность;

параметры влажности (_мм,_е,_п);

коэффициент влагопроницаемости (к_в);

глинистость;

сорбционные и защитные свойства пород.

ОМР можно проводить в виде лабораторных (отбор проб) или полевых работ. ОМР можно совместить с откачкой. ОМР выполняется по общепринятой методике.[13]

7.12 Обследование действующих водозаборов

Этот вид работ проводится, если вблизи будущего водозабора находится действующий водозабор. Тогда по действующему водозабору собирают всю информацию полезную для будущего водозабора, а именно:

· в каком году построен, сколько эксплуатируется, общий срок эксплуатации, данные о ходе эксплуатации (аварии, неполадки и т.п.)

· суммарный водоотбор, изменения водоотбора в течение времени (Q=f(t)), поведение уровней по всем скважинам (наблюдательным, эксплуатационным и режимным) - для уточнения параметров водоотбора

· изменение качества воды во времени, за счет чего были изменения качества

· какие ЗСО предусмотрены, их содержание, наличие санитарных мероприятий, размеры

· влияние водоотбора на различные элементы окружающей среды: на поверхностные воды, на осушение грунтовых вод, на изменение мелиоративного состояния, на развитие ЭГП (суффозия), на физико-механические свойства пород

· технико-экономические показатели этого водозабора

· техногенную обстановку в зоне действующего водозабора

Обследования действующего водозабора выполняются по общепринятой методике.[3,17]

7.13 Санитарное обследование участка

В основные задачи этого изучения входят оценка возможных очагов и источников загрязнения подземных вод продуктивного горизонта, обоснование ЗСО будущего водозаборного сооружения. Перед этим должны быть выполнены рекогносцировочное обследование территории, прилегающей к площади разведочного участка (см. гл.7.1.). Обследование проводится с представителями местных органов санитарно-эпидемиологической службы, по выбранным профилям в результате рекогносцировки.

7.14 Камеральные работы

Являются завершающим этапом гидрогеологической съемки, которая заключается в окончательной обработке материалов. В состав камеральных работ входят: обобщение и анализ собранных материалов, комплексных исследований; подсчет разведанных запасов подземных вод и их категоризация. Осуществляется увязка и обобщение, составляется комплекс необходимых карт и разрезов, а также окончательный отчет по выполненной гидрогеологической съемке. Отчет составляется в соответствии с существующими методическими и инструктивными материалами. Камеральные работы выполняются по общепринятой методике [7,17].

8. Методика выполнения отдельных видов проектируемых работ

Ниже детально рассматривается методика проведения некоторых видов проектируемых исследований: опытно-фильтрационные работы (кустовая откачка), комплексная гидрогеологическая и инженерно-геологическая съемка и лабораторные работы.

8.1 Методика проведения опытной кустовой откачки

В понятие методики проведения опытной кустовой откачки входит: