Эксплуатационные запасы подземных вод каневского-харьковского и альб-сеноманского водосных горизонтов

В южной части района преимущественное распространение имеет озёрно-аллювиальная равнина. Здесь можно выделить дюны, холмы и бугры, гряды, а также котловины заторфованных озёр, которые относятся к флювиальным и озёрным формам рельефа.

В западной части рассматриваемого участка преобладающим типом рельефа является озёрно-аллювиальная и пологонаклоная флювиогляциальная равнина. Встречаются отдельные части плоской и пологоволнистой моренной равнины. В данной части района выделяются следущие формы рельефа: эоловые (холмы и бугры, гряды), мерзлотные и карстово-суффозионные (термокарстовые западины), техногенные (карьеры). Местами западная часть заболочена. Выделяются котловины заторфованных озёр, обнаружены следы блуждания русел, реликты древней речной сети [31].

На рассматриваемой территории встречаются участки весьма высокой, высокой и низкой вероятности проявления геоморфологических процессов [32].

Возле г. Гомеля развиваются экстремальные техногенные и техногенно обусловленные геоморфологические процессы.

Активные на современном этапе линейные нарушения, характеризующиеся высокими градиентными скоростями вертикальных движений, развиты в центральной части изучаемого района. Кроме того, эта часть района потенциально сейсмологична.

Дефляция района очень высокая за исключением северной части, где дефляция повышенная [32].

Территория района, протягивающаяся узкой полосой с севера на юго-восток, подвержена затоплению и подтоплению земель при катастрофических половодьях и паводках (поймы, 1-е надпойменные террасы, примыкающие к пойме).

В восточной части района наблюдается линейная эрозия потенциальная.

Помимо перечисленных процессов на исследуемой территории могут развиваться следущие процессы: суффозия, карст и оседание поверхности земли в радиусе воронки депрессии. Карстовые и суффозионные процессы могут быть связаны с интенсификацией водообмена и увеличением градиента перетока, кроме того карст может возникнуть в результате привноса вод с большим содержанием СО₂. Следы оседания поверхности земли в радиусе депрессионной воронки визуально практически не заметны, определяется величина оседания земли с помощью точной нивелировки [34].

2.5 Гидрогеология

В гидрогеологическом отношении территория рассматриваемого района относится к Припятскому артезианскому бассейну и расположена у его северо-восточной границы (рисунок 2.1). На севере он граничит с гидрогеологическим районом Жлобинской седловины, с юго-востока - с Днепрово-Донецким артезианским бассейном [35].

Характерной чертой района, как и всего Припятского бассейна, является наличие мощной обводнённой толщи осадочных отложений, а также широкое развитие соленосных отложений.

Описываемый район характеризуется сложной тектонической структурой. Наличие положительных структур и межкупольных погружений резко изменяют глубины залегания водоносных горизонтов, величины напоров и мощности водовмещающих пород.

Воды четвертичных, палеогеновых и меловых отложений, до альба включительно, гидравлически связаны между собой и образуют зону свободного водообмена. В пределах этой зоны отсутствуют выдержанные региональные водоупоры между водоносными горизонтами и комплексными отложениями днепровской морены в пределах речных долин часто выклиниваются, такое же явление наблюдается и с прослоями глин неогена [6].

Водоносный горизонт от валанжинского яруса нижнемеловой системы до водоупорной толщи верхней соли находится в зоне затруднённого водообмена. Эта зона характеризуется довольно мощных и выдержанных по простиранию слоёв водоупорных глин готеррив-барема, келловея, бата и триаса, затрудняющими взаимосвязь между водоносными горизонтами и комплексами. Подземные воды зоны пресные, по мере увеличения глубин залегания водовмещающих пород минерализация их значительно увеличивается. Гидрокарбонатный тип воды сменяется хлоридным с преобладанием натрия.

Зона застойного водообмена расположена ниже верхнесолевой толщи. Она отделена от затруднённого водообмена мощной толщей каменной соли, выдержанной в пределах всей юго-восточной части Припятской впадины и являющейся региональным водоупором. Подземные воды этой зоны хлоридно-натриевые, сильно минерализованные. В пределах рассматриваемой территории выделяются следущие водоносные горизонты и комплексы [36].

Общее направление движения подземных вод отмечается в сторону Днепрово-Донецкой впадины.

Рисунок 2.1 - Карта мощности зоны интенсивного водообмена [37] Масштаб 1: 2500 000

1. Воды современных образований (hIV)

2. Водоносный горизонт современных аллювиальных образований (al IV)

3. Водоносный горизонт аллювиальных отложений первой надпойменной террасы (a₁IIIV)

4. Водоносный горизонт аллювиальных отложений второй надпойменной террасы (a₂IIIV)

5. Водоносный комплекс озёрно-аллювиальных отложений (l₁aIIIpz)

6. Водоносный горизонт водно-ледниковых отложений времени отступания днепровского ледника (fIIdn^s)

7. Воды спорадического распространения в мореных отложениях днепровского оледенения (gIIdn)

8. Водоносный комплекс водноледниковых аллювиальных и озёрно-болотных отложений, залегающих под днепровской мореной (f lg I-IIdn)

9. Водоупорный локально водоносный олигоцен-плиоценовый терригенный комплекс (Р₃ - N₂)

10. Водоносный каневский-харьковский терригенный комплекс (Pkn-hr)

11. Водоносный комплекс верхнесеноман-коньякских отложений нижнего мела (K₂sm-cn)

12. Водоносный горизонт альбских и нижнесеноманских отложений верхнего и нижнего мела (K₁₊₂al+cm₁)

13. Водоупорный локально водоносный готеривский и барремский терригенный комплекс (K₁g+br)

13. Водоносный горизонт оксфордских отложений верхней юры (J₃ox)

14. Водоносный комплекс келловейских отложений верхней юры (J₃cl)

15. Водоносный комплекс триасовых отложений (T)

16. Водоносный комплекс нижне- и верхнепермских отложений (P₁₊₂)

17. Водоносный комплекс каменноугольных отложений (C)

18. Водоносный комплекс фаменских отложений верхнего девона (D₃fm)

19. Водоносный горизонт карбонатных отложений франского яруса верхнего девона (D₃fr)

20. Водоносный комплекс старооскольских отложений среднего девона (D₂st)

21. Водоносный комплекс наровских отложений среднего девона (D₂nr)

22. Подземные воды трещиноватой зоны пород кристаллического фундамента архея-среднего протерозоя (AR-PR₂) [6].

2.5.1 Краткая характеристика водоносных горизонтов и комплексов

Воды современных образований (hIV). К данным отложениям приурочены грунтовые воды, которые связаны с поверхностными и атмосферными осадками. Эти воды имеют желтовато-бурую окраску, мутную, с частицами органических веществ, с затхлым болотным запахом. Воды пресные с минерализацией 0,1-0,32 г/л, состав воды обычно гидрокарбонатно-кальциевый.

Водоносный горизонт современных аллювиальных образований (alIV). Данный горизонт приурочен к современным аллювиальным отложениям р. Днепр, Ведрич. Водовмещающими породами являются пески, различные по гранулометрическому составу. Химический состав вод изменяется от гидрокарбонатно-кальциево-магниевого до гидрокарбонатно-хлоридно - сульфатно-кальциево-магниевого состава. Общая минерализация вод не превышает 0,2-0,4 г/л. Питание водоносного горизонта осуществляется за счёт инфильтрации атмосферных осадков и поверхностных вод (в период паводков). Отсутствие водоупорной толщи способствует загрязнению подземных вод поверхностными водами, содержащими химически вредные компоненты.

Водоносный горизонт аллювиальных отложений первой надпойменной террасы (aIIIV). Водовмещающими породами являются пески мелкозернистые. Основным источником питания служат атмосферные осадки, подтёк вод. По химическому составу эти воды гидрокарбонатно-кальциево-магниевого состава, иногда с повышенным содержанием натрия, хлоридов и сульфатов. Минерализация воды 0,2-0,6 г/л, воды умеренно жёсткие РН 5,5-7,3. Воды обладают повышенной окисляемостью.

Водоносный горизонт аллювиальных отложений второй надпойменной террасы(a₂IIIV). Водовмещающие породы представлены песками разнозернистыми, переходящими выше по разрезу в мелкозернистые, иногда глинистые пески. Воды бесцветные, без вкуса, без цвета, без запаха, с минерализацией 0,07-1,53 г/л. По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые, хлоридно-кальциевые, сульфатно-кальциевые. Отмечено повсеместное содержание железа двух валентного до 6 мг/л и аммиака. Водоносный горизонт занимает незначительные площади и имеет ограниченное распространение.

Водоносный комплекс озёрно-аллювиальных отложений (l₁aIIIpz). Водовмещающими породами являются мелко - и грубозернистые пески, переслаивающиеся с супесями и суглинками. Водоносный комплекс залегает линзообразно. По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые, пресные или слабоминерализованные.

Водоносный горизонт вводно-ледниковых отложений времени отступания днепровского ледника (fIIdn^s). Водовмещающими породами являются пески мелкозернистые. Имеет весьма ограниченную площадь распространения, недоступную для мелкомасштабного картирования. Практического значения он не имеет.

Воды спорадического распространения в мореных отложениях днепровского оледенения(gIIdn). Эти воды приурочены к песчаным, песчано-гравийным линзам и прослойкам в мореных супесях и суглинках. Воды напорные, величина напора колеблется в широких пределах. Питание горизонта осуществляется за сёт атмосферных осадков, путём перетекания из вышележащих горизонтов. По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые, иногда с повышенным содержанием хлоридов, сульфатов. Воды пресные или солоноватые, минерализация 0,07-1,98 г/л.

Водоносный комплекс водноледниковых аллювиальных и озёрно-болотных отложений, залегающих под днепровской мореной (f lg I-IIdn). Водовмещающими породами служат пески разнозернистые, преимущественно мелкозернистые. На большей части территории в кровле комплекса залегают относительно водонепроницаемые супеси и суглинки днепровской морены, а иногда мореные пески. Водоносный комплекс напорный, воды пресные с минерализацией 0,07-0,7 г/л. По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциево-магниевые, сульфатно-хлоридно-натриево-кальциевые. Питание водоносного комплекса происходит за счёт инфильтрации атмосферных осадков через опесчаненые мореные отложения и подтока из выше и нижележащих водоносных горизонтов [12].

Водоупорный локально водоносный олигоцен-плиоценовый терригенный комплекс (Р₃ - N₂). Глины олигоцен-плиоценового возраста развиты на правобережной части Днепра. Коэффициенты фильтрации их составляют 0,0002-0,0009 м/сут, что позволяет рассматривать их как местный водоупор. Воды комплекса приурочены к песчаным прослоям. По химическому составу воды гидрокарбонатно-кальциевые, пресные.

Водоносный каневский-харьковский терригенный комплекс (Pkn-hr). Водовмещающими породами служат различного гранулометрического состава. Водоносный комплекс имеет напорный характер. Величина напора изменяется от 18 до 42 м. Воды пресные гидрокарбонатные магниево-кальциевые с минерализацией до 0,4 г/дм?. К недостаткам относится несколько повышенное содержание железа до 2,3 мг/дм? [6].

Водоносный комплекс верхнесеноман-коньякских отложений нижнего мела (K₂sm-cn). Комплекс приурочен к однородным мергельно-меловым толщам. Водовмещающими породами служат в различной степени белый трещиноватый писчий мел и мергель. Водоносный комплекс напорный, величина напора зависит от глубины залегания кровли. Область питания расположена севернее изучаемого района, дополнительное питание комплекса происходит за счёт перетекания вод из вышележащих комплексов. Вода умеренно жёсткая, прозрачная, по химическому составу гидрокарбонатно-кальциево-магниевая.

Водоносный горизонт альбских и нижнесеноманских отложений верхнего и нижнего мела (K₁₊₂al+cm₁). Водоносный горизонт отделён от низлежащего региональным водоупором, представленным сравнительно мощной толщей плотных, местами аргиллитоподобных глин. Водовмещающие породы - мелкозернистые пески, переходящие к низу в разнозернистые. Питание в районе работ происходит в основном за счёт притока вод из вышележащих отложений. Воды пресные, по химическому составу гидрокарбонатно-кальциево-магниевые.

Водоупорный локально водоносный готеривский и барремский терригенный комплекс (K₁g-br). Комплекс представлен глинами, коэффициент фильтрации составляет 0,0119 м/сут, что позволяет рассматривать комплекс как водоупор [6].

Водоносный горизонт оксфордских отложений верхней юры (J₃ox). Водовмещающие породы - известняки и мергели в различной степени трещиноватые. Воды гидрокарбонатно-хлоридно-натриевые, пресные с минерализацией до 0,8 г/л.

Водоносный комплекс келловейских отложений верхней юры (J₃cl). Водовмещающие породы - пески, глины. Воды пресные, минерализация до 1 г/л, по химическому составу гидрокарбонатно-натриевые. Водообильность комплекса слабая.

Водоносный комплекс триасовых отложений (T). Водовмещающие породы - пески и песчаники, разнозернистые с прослоями глин и мергелей. Воды горизонта напорные, хлоридно-натриевые, с минерализацией до 78 г/л.

Водоносный комплекс нижне- и верхнепермских отложений (P₁₊₂). Водовмещающие породы - пески, конгломераты с маломощными прослоями глин, песчаников. Отложения содержат высокоминерализованную воду - 40-108 г/л, они слабо водообильны.

Водоносный комплекс каменноугольных отложений (C). Водовмещающие породы - известняки, песчаные породы, алевролиты. Воды представляют собой рассолы с минерализацией до 105 г/л, хлоридно-натриевого типа.

Водоносный комплекс фаменских отложений верхнего девона (D₃fm) . Комплекс приурочен к песчаным известнякам, мергелям, слоям каменной соли. Воды представляют собой типичные концентрированные рассолы хлоридно-натриевого типа.

Водоносный горизонт карбонатных отложений франского яруса верхнего девона (D₃fr). Сведений почти нет. Глубина залегания более 1000 м. Воды высокоминерализованы, минерализация до 300 г/л, вода хлоридно-натриевая.

Водоносный комплекс старооскольских отложений среднего девона (D₂st). Данный комплекс мало изучен. Воды приурочены к переслаивающимся слоям песков, песчаников, среди глин и алевролитов и представляют собой типичные рассолы, минерализация более 350 г/л.

Водоносный комплекс наровских отложений среднего девона (D₂nr). Водовмещающими породами служат доломиты, мергели, пески, песчаники, алевролиты. Воды представляют собой концентрированые растворы с минерализацией до 400 г/л.

Подземные воды трещиноватой зоны пород кристаллического фундамента архея-среднего протерозоя (AR-PR₂). Воды приурочены к трещиноватым гранитам и гнейсам архей-протерозоя и коры выветривания. Воды высокоминерализованы.

3. Геологическая и гидрогеологическая изученность

Планомерное геологическое изучение района работ началось с 1931-32 г.г. когда ИГН АН БССР была проведена геологическая съёмка масштаба 1:200000 (С.М. Булыга), утверждённая в масштабе 1:500000. в результате работ выделен горизонт морены днепровского времени, проведено расчленение толщи пород верхнего мела.

В 1936 г. ИГН АН БССР Н.Ф. Денисюк была проведена геологическая съёмка масштаба 1:200000, захватывающая юго-восточную часть исследуемого района. В 1939-40 г.г. Е.Н. Гиммельштейн проведена геологическая съёмка масштаба 1:200000 территории являющейся западной границей изучаемого района. Основное внимание при выполнении этих работ было уделено изучению геологии четвертичных отложений и геоморфологии района.

В 1946 г. М.Ф. Козловым сделано обобщение имеющегося фактического материала по подземным водам юго-восточной части Беларуси и в том числе по району г. Речица [6].

В 1949 г. На территории, являющейся западной границей исследуемого района А.А. Маковеевым проводилась специальная геолого-литологическая съёмка с гидрогеологическими исследованиями масштаба 1:100000. А в 1951-52 г.г. Мозырьской гидрогеологической партией проведена гидрогеологическая съёмка масштаба 1:200000, захватывающая значительную часть изучаемого района. Целью этих работ явилось изучение четвертичных отложений и первого от поверхности водоносного горизонта для разработки основных положений схемы осушения и освоения болот и заболоченных земель.

В 1967 г. трестом ”Союзводоканалпроект” в районе г. Речица проведены гидрогеологические исследования с целью установления возможности сооружения берегового водозабора инфильтрационного типа для водоснабжения Речицкого месторождения нефти и, частично, для хозяйственно-питьевого водоснабжения г. Речицы.

В 1971-73 г.г. восточной гидрогеологической партией Белоруской гидрогеологической экспедиции проводились работы по разведке новых участков строительства водозаборов для водоснабжения г. Речицы и оценке запасов подземных вод на действующих водозаборах.

Глубинное изучение района, как и всей Припятской впадины началось с 1953 г., проводит геофизическая экспедиция конторы ”Спецнефтгеофизика”, переданная в 1957 г. - Главгеологии БССР. На основании проведённых работ были получены новые данные о глубинном строении впадины, выделены локальные поднятия, открыты месторождения нефти [6].

Крупномасштабные съёмочные работы для целей мелиорации по водосборам притоков р. Днепр масштаба 1:50000 проводятся в 80-х годах XX века. По результатам работ составлены отчёты с подробным описанием геолого-гидрогеологических условий залегания вод, приуроченных к четвертичным отложениям, с набором геологических, геоморфологических, гидрогеологических и инжинерно-геологических карт.

Накопленный материал позволил в начале 80-х годов приступить к систематизации геологической информации. Сотрудниками Белоруской гидрогеологической экспедиции был составлен комплект погоризонтных карт четвертичных отложений масштаба 1:500000 в помощь геологическим, гидрогеологическим, экологическим исследованиям.

С целью изучения водообильности и качества подземных вод, определения расчётных и гидрогеологических параметров водоносных горизонтов и комплексов в процессе разведочных работ проводились опытные одиночные и кустовые откачки. Опытные одиночные откачки проводились с продолжительностью 228 и 240 часов, наблюдения за восстановлением уровня продолжались в течение 23-43 часов.

Все откачки проведены эрлифтом компрессорами 3КФ-ПВ-5, ПР 12/07 МI. Замеры уровней в скважинах велись электроуровнемером и хлопушками через 2, 3, 5, 10, 15, 30 минут в течение первых двух часов откачки, затем каждый час. Наблюдения за восстановлением уровня, по окончании откачки, производились в той же последовательности, что и при снижении уровня.

Скважины, оборудованные на альбский и нижнесеноманский горизонт, бурились с отбором керна до вскрытия готеррив-барремских глин. Затем производился комплекс геофизических исследований с целью уточнения разреза и определения геофильтрационных параметров водоносных и разделяющих слоёв.

Геофизические исследования выполнялись в шести скважинах глубиной 110 и 195 м с целью:

-- литолого-стратиграфического расчленения и корреляции разрезов скважин;

-- выделения и характеристики водоносных горизонтов, количественной оценки фильтрационно-ёмкостных свойств водовмещающих и водоразделяющих отложений;

-- оценки минерализации пластовых вод.

Литологическое расчленение разрезов скважин проведено на основе дифференциации горных пород по физическим свойствам.

Выделение наиболее проницаемых интервалов водоносных отложений проведено по данным ГК, КС, ПС с привлечением остальных методов.

По программе "ФИЛТР" определены средние значения коэффициентов продольной (вдоль напластования) фильтрации К и водопроводимости Т (для водовмещающих пород), коэффициентов поперечной (вертикальной) фильтрации К₀ и удельной вертикальной проводимости.

Для основных водоносных горизонтов была определена минерализация пластовых вод в эквиваленте хлористого натрия по общепринятой в ГПСМ № 41 методике с использованием палеток и номограмм Вендельштейна [38].

Кроме наблюдений за водоотбором и уровнями, ведутся регулярные наблюдения за качеством подземных вод. Для оценки качества использованы результаты химико-бактериологических анализов лаборатории КУП «Речицаводоканал» и центральной лаборатории РУП «Белгеология». По данным выполненных анализов, подземные воды каневско-харьковского водоносного комплекса пресные, с минерализацией до 0,4 г/дм?, гидрокарбонатные магниево-кальциевые, умеренно жёсткие. Содержание вредных микрокомпонентов значительно меньше установленных норм, в бактериологическом отношении - здоровые. Качество эксплуатируемых вод соответствует требованиям СанПиН 10-124 РБ 99, за исключением повышенного содержания железа (до 1,98 мг/дм?), иногда марганца, а также мутности, что объясняется наличием в разрезе водоносного комплексе тонкозернистых песков.

Подземные воды альбского и нижнесеноманского водоносного горизонта также пресные, с минерализацией до 0,4 г/дм?, гидрокарбонатные магниево-кальциевые, умеренно жёсткие. Содержание вредных компонентов меньше допустимых норм.

Тенденции к ухудшению качества подземных вод в процессе эксплуатации не отмечается. В то же время иногда отмечается очаговое загрязнение грунтового горизонта и водоносного днепровского надморенного вводно-ледникового комплекса. Однако эти загрязнения не стабильны, что свидетельствует о техногенном загрязнении районов с высокой концентрацией промышленных и сельскохозяйственных предприятий [38].

Во второй половине 90-х г.г. XX века В.Г.Жогло были разработаны численные модели Днепрово-Припятского региона, в том числе и региональная модель междуречья Днепр-Припять-Птичь "DNEEPR". Модель создана на базе вычислительной программы GWFS. Исследуемая территория разбита на блоки 1000 x 1000 м. Для обоснования гидродинамических условий на верхней границе модели составлена карта масштаба 1:50000 по материалам режимных наблюдений.

По результатам моделирования получена схема защищённости грунтовых вод Днепрово-Припятского региона от поверхности загрязнения и схемы дренирования: нижнесреднеплейстоценового водоносного горизонта, палеогенового водоносного горизонта, турон-маастрихского водоносного горизонта и юрско-нижнесеноманского [39].

А.В. Ковалёвой под руководством В.Г. Жогло на основе специализированного программного обеспечения ЗАО “Геолинк консалтинг” созданы численные геофильтрационные и геомиграционные модели подземных вод бассейна р.Ведрич. На геофильтрационной модели выполнено моделирование фильтрации подземных вод в естественных условиях, по результатам которого определена структура водного баланса зоны интенсивного водообмена, составлены карты инфильтрационного питания и испарения грунтовых вод, а также карты интенсивности водообмена между смежными водоносными горизонтами.

Анализ результатов моделирования показал, что основные области питания грунтовых вод с максимальными величинами интенсивности инфильтрации тяготеют к водораздельным пространствам р.Ведрич и её притокам. Основные области разгрузки характеризуются наибольшими модулями интенсивности испарения грунтовых вод через зону аэрации, приурочены к пониженным элементам рельефа. Здесь в годовом разрезе разгрузка испарением преобладает над инфильтрацией, а основное питание грунтовые воды получают за счёт восходящего потока межпластовых вод. В слоистой системе зоны интенсивного водообмена напоры подземных вод снижаются снизу вверх. Такое распределение напоров в разрезе определяет восходящее движение воды [39].

4. Методика гидрогеологических исследований по переоценке эксплуатационных запасов подземных вод

Общие условия формирования эксплуатационных запасов подземных вод на водозаборном участке могут быть охарактеризованы следующим балансовым уравнением:

, (4.1)

где Q_экс - естественные динамические запасы (ресурсы) подземных вод; Q_ст - естественные статистические запасы подземных вод; - привлекаемые ресурсы в процессе эксплуатации; Q_иск - искусственные запасы; Т - расчётное время эксплуатации [40].

Балансовое уравнение 4.1 позволяет в каждом конкретном случае определить основные направления комплекса исследований на участке действующего водозабора и выбрать методы переоценки эксплуатационных запасов подземных вод. Следовательно, переоценку эксплуатационных запасов подземных вод следует выполнять с учётом режима привлекаемых ресурсов.

Среди вопросов категоризации запасов подземных вод важными являются следущие: 1) степень обеспеченности эксплуатационных запасов подземных вод источниками восполнения и достоверность их определения; 2) степень гидрогеологической сложности месторождения подземных вод.

Эксплуатационные запасы подземных вод в зависимости от достоверности определения основного источника их формирования (питания) и степени разведанности делятся на четыре категории А, В, С₁, С₂.

Отнесение эксплуатационных запасов подземных вод к той или иной категории определяется следующими основными факторами: 1) надёжностью количественной оценки источников восполнения; 2) степенью однородности фильтрационных свойств пород в плане и разрезе на площади водозаборного участка; 3) степенью надёжности прогнозной оценки возможного изменения качества подземных вод на длительный срок их эксплуатации; 4) методом определения исходных гидрогеологических параметров.

На месторождениях подземных вод, имеющих сложные гидрогеологические условия, не всегда удаётся даже детальной разведкой удовлетворить все необходимые требования для отнесения эксплуатационных запасов подземных вод к высоким промышленным категориям (категория А) [41].

4.1 Методы оценки и переоценки эксплуатационных запасов подземных вод

Ранее отмечалось, что большой комплекс гидрогеологических исследований, выполняемых на участках действующих водозаборов, приводится с целью обоснования оптимальных условий эксплуатации подземных вод. В связи с этим первостепенное значение имеет оценка или переоценка их эксплуатационных запасов.

В зависимости от конкретных гидрогеологических условий и требований водопотребителя переоценка эксплуатационных запасов подземных вод на участках действующих водозаборов может быть выполнена с целью решения следующих задач: 1) увеличения общей производительности действующего водозабора в связи с ростом потребностей водопотребителя; 2) перевода ранее утверждённых эксплуатационных запасов подземных вод в более высокие категории; 3) приращения запасов подземных вод за счёт ввода в эксплуатацию новых водозаборов на участках, прилегающих к действующим каптажным сооружениям и имеющим одинаковые гидрогеологические условия; 4) предотвращение сработки (истощения) запасов на водозаборном участке, с которым связано осушение в процессе эксплуатации продуктивного водоносного горизонта; 5) предотвращения возможного загрязнения подземных вод на участке водозабора и обеспечение необходимого их качества на весь заданный срок эксплуатации [43].

На некоторых водозаборных участках местные гидрогеологические условия могут позволить удовлетворить дополнительную потребность в воде путём расширения или реконструкции действующего каптажного сооружения. В этом случае переоценку запасов подземных вод можно выполнить методом простых аналитических расчётов. При этом исходные гидрогеологические параметры водоносного горизонта должны быть определены по данным опыта эксплуатации (по результатам режимных наблюдений).

Однако не во всех случаях можно произвести расширение или реконструкцию действующего каптажного сооружения и обеспечить заданную интенсификацию водоотбора. Тогда дополнительную потребность в воде можно удовлетворить путём привлечения к эксплуатации подземных вод на смежных с водозабором участках, имеющих аналогические гидрогеологические условия, либо методом исскуственного восполнения запасов на действующем водозаборном сооружении.

Обе эти задачи могут быть решены методом аналогии и аналитическими расчётами (гидродинамическим методом). Следует иметь в виду, что метод аналогии для переоценки эксплуатационных запасов подземных вод может быть применён в том случае, если на смежном с водозабором участках отмечаются аналогичные граничные условия потока в плане и разрезе. В сложных гидрогеологических условиях (сложное очертание границ потока, фильтрационная неоднородность и др.) и при расположении на исследуемой площади нескольких действующих и проектируемых групповых взаимодействующих водозаборов, переоценку эксплуатационных запасов подземных вод целесообразно произвести с помощью моделирования на современных аналоговых машинах.

Для переоценки эксплуатационных запасов подземных вод на водозаборных участках можно применить следущие методы:

1) аналогии, основанный на использовании простых гидрогеологических зависимостей, установленных опытом эксплуатации водозабора;

2) гидродинамический, аналитические расчёты по которому должны производится с учётом обобщённых значений параметров пласта, определённых по данным режимных наблюдений за длительный период эксплуатации водозабора;

3) моделирования гидрогеологических условий на современных аналоговых машинах [40].

Оценка эксплуатационных запасов методом аналогии заключается в переносе данных о водоотборе с более изученных участков на менее изученные, гидрогеологические условия которых сходны с условиями участка-аналога: одинаковые граничные условия в плане, одни и те же условия восполнения запасов и др. Сходство сопоставляемых участков по абсолютным значениям гидрогеологических показателей при этом не обязательно [43]. Преимущество этого метода состоит в том, что гидрогеологические данные, полученные по данным эксплуатации водозабора, учитывают совокупность всех основных факторов, определяющих условия формирования эксплуатационных запасов подземных вод. К таким факторам следует отнести:

1) влияние граничных условий;

2) фильтрационную неоднородность водоносного горизонта;

3) обобщённые значения гидрогеологических параметров пласта;

4) закономерности изменения во времени понижения уровня воды в скважинах водозабора в зависимости от дебита;

5) влияние сопротивления движению воды в призабойной части скважины и др. [44].

Оценку или переоценку эксплуатационных запасов подземных вод непосредственно на участке действующего водозабора методом аналогии можно произвести двумя способами: а) графо-аналитическим и б) аналитическим.

Графо-аналитический способ основан на экстраполяции графика зависимости суммарного дебита водозабора от понижении уровня подземных вод, установленным по данным эксплуатации.

В практике эксплуатации водозаборов нередко отмечаются случаи постепенного нарастания суммарного их дебита. Для условий нестационарного режима фильтрационного потока можно построить обобщённый график в координатах

. (4.2)

Для составления обобщенного графика должны быть построены два вспомогательных графика в координатах:

(4.3) и . (4.4)

Графо-аналитический способ переоценки запасов целесообразно применять на водозаборах с небольшим количеством эксплуатационных скважин, расположенных линейно или по площади и преобразованных в схему "большого колодца". При этих условиях для построения графика должны быть использованы данные режимных исследований по наблюдательной скважине, расположенной в центре "большого колодца".

На графике для переоценки эксплуатационных запасов целесообразно производить экстраполяцию величины понижения уровня подземных вод, которому будет соответствовать проектное значение суммарного дебита водозабора.

Необходимо также отметить, что графо-аналитический способ переоценки эксплуатационных запасов подземных вод допустим в тех случаях, когда при заданной новой производительности водозабора не могут произойти изменения граничных условий фильтрационного потока [42].

Аналитический способ использования метода аналогии основан на применении упрощённых аналитических расчётов, исходные данные для которых определяются непосредственно из опыта эксплуатации водозабора.

Переоценку эксплуатационных запасов подземных вод на новую заданную производительность водозабора можно считать достоверной, если расчётное понижение уровня центральной части каптажного сооружения S_расч. будет меньше или равно допустимому понижению S_доп, установленному для данных конкретных условий. Для безнапорных вод допустимое понижение уровня обычно принимается не более 0,5-0,6 м от общей мощности водоносного горизонта, а для условий напорных вод - до кровли напорного горизонта [42].

При этом фактический дебит водозаборных скважин, достигнутый за последний год эксплуатации, по степени достоверности можно квалифицировать как запасы категории А, а приращение дебита водозабора (с учётом заданной производительности) как запасы категории В [45].

Сущность балансовых методов, применяемых для оценки эксплуатационных запасов подземных вод, заключается в составлении баланса подземных вод в районе работы водозаборных сооружений. При этом принимается во внимание, что эксплуатационный дебит водозабора формируется за счёт естественных запасов, а так же за счёт перехвата естественных ресурсов и поступления воды из дополнительных источников питания водоносного горизонта, возникающих при образовании воронки депрессии [44].

При помощи балансовых методов нельзя определить понижение уровня в конкретных скважинах водозабора, а можно лишь оценить среднюю величину понижения уровня подземных вод в балансовом районе на конец расчётного периода эксплуатации водозабора. В то же время балансовые методы позволяют получить важную характеристику обеспеченности восполнения эксплуатационных запасов подземных вод, посчитанных другими методами. Всё это позволяет во многих случаях рассматривать балансовые методы как дополнительные, применяя которые можно оценить предел общих эксплуатационных возможностей отбора подземных вод на том или ином участке, месторождении [44].

Гидродинамические методы оценки эксплутационных запасов подземных вод основаны на применении для расчёта водозаборных сооружений математических формул, полученных решением дифференциальных уравнений фильтраций. К гидродинамическим методам следует отнести методы математического моделирования, с помощью которых осуществляется решение этих уравнений [44].

Применение теоретических формул для оценки эксплуатационных запасов подземных вод основано на определённых допущениях, позволяющих представить природные гидрогеологические условия в виде типовых расчётных схем [40].

Достоинство описываемого метода состоит в том, что дифференциальные уравнения гидродинамики, лежащие в основе этого метода, учитывают при расчётах баланс потока подземных вод, т. е. сработку и возобновляемость при эксплуатации. Следовательно, результаты переоценки запасов с помощью гидродинамического метода не требуют определения источников их восполнения. Следует, однако, отметить, что формулы для оценки эксплуатационных запасов подземных вод не учитывают фильтрационную неоднородность водоносных пород, а при составлении расчётных схем сложные границы пласта в плане нередко упрощаются. Иногда вообще не удаётся преобразовать сложные условия участка в расчётную схему. В этом состоит недостаток гидродинамического метода. Поэтому не всегда можно применять данный метод для переоценки эксплуатационных запасов подземных вод [45].

Из основных положений современной гидродинамической теории следует, что формирование режима уровней подземных вод и дебит скважин на водозаборном участке в значительной степени зависит от влияния граничных условий фильтрационного потока в плане и разрезе. В связи с этим все известные расчётные схемы для переоценки эксплуатационных запасов подземных вод гидродинамическим методом строго группируются в зависимости от граничных условий потока.

Граничные условия потока подземных вод в плане и разрезе - понятие гидрогеологическое. Оно характеризует степень влияния границ водоносного горизонта на формирование режима работы водозаборных скважин в процессе их будущей эксплуатации (режим уровня, формирование депрессионной воронки и др.) и на выбор расчётных схем для оценки эксплуатационных запасов подземных вод.

Следовательно, граничные условия водоносного горизонта являются важнейшим гидрогеологическим фактором, учёт которого при оценке эксплуатационных запасов подземных вод является обязательным.

Обычно учитываются две группы граничных условий фильтрационного потока: в плане и в разрезе.

Решение практических задач по оценке и переоценке эксплуатационных запасов подземных вод гидродинамическим методом можно рекомендовать в следующей последовательности:

1. Необходимо гидрогеологически обосновать для конкретного участка допустимое значение величины понижения уровня S_доп.

2. Принять для расчётов условный срок эксплуатации будущего водозабора.

3. С учётом дополнительной потребности в воде установить общую производительность водозабора, распределив при этом суммарный дебит относительно равномерно по каждой скважине водозабора.

4. По результатам опытных откачек и опыта эксплуатации действующего водозабора обосновать выбор для последующих расчётов и средних значений гидрогеологических параметров пласта.

5. Преобразовать: а) природную обстановку смежного участка с учётом его граничных условий в типовую расчётную схему и выбрать для принятой схемы готовое аналитическое решение; б) расположение скважин в систему "большого колодца".

6. Выполнить расчёт понижения уровня в центре "большого колодца" при заданной общей производительности водозабора.

Если результаты расчёта покажут, что , то эксплуатационные запасы можно считать обеспеченными [42].

Гидродинамические методы имеют недостатки, ограничивающие их применение для целей оценки эксплуатационных запасов подземных вод. Эти недостатки прежде всего связаны с тем, что практическая точность результатов оценки эксплуатационных запасов по формулам гидродинамики зависит от точности определения исходных фильтрационных параметров пластов (коэффициентов фильтрации, водопроводимости, уровне - и пьезопроводимости, упругой и свободной водоотдачи и т.д.) и граничных условий. А поскольку вследствие большой сложности природной картины фильтрации эти характеристики устанавливаются, а затем учитываются в расчётной фильтрационной схеме с большими или меньшими погрешностями, естественно, что гидродинамические расчёты дают приближённые результаты [44].

Повышение точности оценки эксплуатационных запасов подземных вод гидродинамическими методами может быть достигнута применением методов моделирования на ЭВМ [44].

Моделирование гидрогеологических условий на ЭВМ имеет определённую специфику. По опыту эксплуатации водозаборов представляется возможность более достоверно выполнить решения обратной нестационарной задачи по уточнению гидрогеологических параметров пласта и граничных условий продуктивного водоносного горизонта. В результате такого решения на ЭВМ может быть создана модель природной обстановки исследуемого объекта [43]. Достоверность модели устанавливается путём воспроизведения на ней депрессионной поверхности подземных вод в её динамическом развитии при задании известных источников возмущения потока - дебитов эксплуатационных скважин водозабора. При этом наиболее точно можно определить ёмкостные и фильтрационные свойства водоносных пород, а также анализировать и устанавливать условия питания и расходования подземных вод при работе водозаборного сооружения. На созданной модели воспроизводится депрессионная воронка на всех характерных этапах её формирования. Эта воронка включает все периоды изменения граничных условий, которые могли произойти за время эксплуатации подземных вод [44].

При решении задач по оценке эксплуатационных запасов подземных вод создание модели может быть затруднительно, т.к. по данным опытных откачек в большинстве случаев не удаётся оценить величину и характер изменений параметров (фильтрационных и ёмкостных) на всей площади водозабора [43].

5. Анализ эксплуатации действующих водозаборов «Главный» и «Южный»

К концу 2002 года в ведении КУП «Речицаводоканал» находилось 45 эксплуатационных скважин, расположенных на 3-х групповых водозаборах. Из них в работе находилась 31 скважина. Суммарный среднесуточный водоотбор по действующим эксплуатационным скважинам составил в 2002 году 22,12 тыс. м?/сутки [6].

Хозяйственно-питьевое водоснабжение г. Речицы базируется на использовании подземных вод каневских-харьковских палеогеновых отложений, а также альбских и нижнесеноманских отложений мелового возраста. На водозаборах имеет распространение тот же комплекс четвертичных и дочетвертичных отложений и приуроченные к ним водоносные горизонты и комплексы, что и по району работ (см. раздел 2.4.1).

До 1993 года для водоснабжения использовались скважины водозаборов «Центральный» и «Микрорайон-2», которые располагались в пределах городской застройки, но в настоящее время ликвидированы [6].

5.1 Водозабор «Главный»

Групповой водозабор «Главный» расположен на северо-западной окраине г. Речица по правобережью р. Днепр, на расстоянии 700 м от поймы реки, в пределах её второй надпойменной террасы, в 1,2 км от р.Ведрич. Начало сооружения водозабора относится к 1955 г., в этот период была пробурена скважина № 5, которая послужила основой для создания здесь группового водозабора. Скважины оборудовались на каневский-харьковский водоносный комплекс [34].

В настоящее время дебиты скважин составляют преимущественно 48-57 м?/час, при динамических уровнях 21-23 м. Водоотбор из каневских-харьковских водоносных отложений происходит в условиях установившегося режима фильтрации. Колебания уровней в наблюдательных скважинах обусловлены количеством отбираемой воды. Расчёты снижения уровней к 2002 году приведены в таблице 5.1.

Таким образом, понижение уровня в скважине № 5 можно принять как снижение уровня от первоначального - 1,77 м. Принимая уточнённое значение водопроницаемости для участка «Главный» = 280 м?/сутки можно рассчитать приведённый радиус влияния. К настоящему времени схема расположения скважин на водозаборе близка к линейному ряду длинной 1100 м. Тогда R₀ = 1100 ? 0.2 = 220 м. (5.1)

Преобразуя формулу

Lg = (5.2)

найдём численное значение R_п во время эксплуатации водозабора при следующих параметрах:

Таблица 5.1 - Расчёт среднегодовых понижений уровня в скважинах водозабора «Главный», оборудованных на воды каневско-харьковского комплекса в 2002 году [6]

№ скважины	Год бурения	Условные отметки устья, м	Условные отметки пьезометрич. Уровня во время бурения, м	Условные отметки пьезометрич. уровня, м (2002 год)	Снижение, м (2002 год)
5	1955	30,68	20,68	18,91	1,77
6	1960	28,70	19,70	19,01	0,69
7	1962	29,17	19,67	19,37	0,30
10	1966	26,65	17,68	17,20	0,48
52	1989	29,60	-	18,40	-
53	1989	29,77	-	18,78	-

Q = 2160 м?/сут,

km = 280 м?/сут,

R₀ = 220 м,

Lg = 2,3 = 0,63;

Rп = 937 м.

Альбский-нижнесеноманский водоносный комплекс на участке «Главный» эксплуатируется с 1979 года. Водоотбор с 1995 по 2002 год составил 4,0-4,5 тыс. м?/сут. Дебит составлял 54-72 м?/час, при динамических уровнях 19-23,5 м. Снижение уровней к 2002 году приведены в таблице 5.2.

Принимаем значение водопроницаемости = 280 м?/сут.

S_p = = 9,2 м.

Эксплуатация данного комплекса ведётся в условиях перетекания из вышележащих горизонтов. Палеоген-неогеновые отложения здесь не являются водоупором, т.к. они представлены глинисто-песчаной толщей. Значительная часть эксплуатационных запасов подземных вод здесь также формируются за счёт поверхностных водотоков [6].

Таблица 5.2 - Расчёт среднегодового понижения уровня в скважинах водозабора «Главный», оборудованных на воды альбского и нижнесеноманского горизонта [6]

№ скважины	Год бурения	Условные отм. устья, м	Условные отм. первонач. пьезометрич. уровня, м	Условные отм. пьезометрич. уровня в 2002 г., м	Понижение, м
3(набл)	1972	24,25	21,0	09,2	11,8
Эксплуатационные скважины
1	1979	25,21	21,9	13,33	8,57
2	1979	28,80	21,9	11,12	10,78
3	1979	29,21	21,9	12,20	9,7
4	1979	29,19	21,9	10,79	11,11
10 а	1981	26,16	21,9	-	-
12 а	1991	26,66	21,9	10,47	11,43
9 а	1995	-	21,9	-	-
17 а	1994	30,09	21,9	13,06	8,84
Среднее:					10,3

5.2 Водозабор «Южный»

Водозабор «Южный», расположенный в 3 км к юго-западу от г.Речицы, эксплуатируется с 1975 года. Скважины оборудованы как на альбский, так и на каневский-харьковский водоносный комплекс. Скважины расположены по системе, напоминающей площадную, с радиусом около 500 м, с расстоянием между скважинами 120-250 м [34].

С 1975 по 1995 год каневский-харьковский водоносный комплекс эксплуатировался с водоотбором в среднем 3,0 тыс. м?/сут. С 1994 года ввиду ликвидации части скважин водоотбор постепенно снижался. В 2002 году работала только одна скважина № 1 с дебитом 52 м?/час, средний дебит за год составил 250 м?/сут. Снижение уровней приведено в таблице 5.3 [6].

Отсутствие надёжных водоупорных отложений палеоген-неогенового возраста обуславливает гидравлическую связь между каневских-харьковских отложений и водноледниковыми отложениями днепровского подморенного комплекса. Идентичность геолого-гидрогеологических участков «Озерщина» и «Южный» позволяет сделать вывод, что на участке Южный параметры следущие:

km = 280 м?/сут,

R_пр = 8222 м.

Альбский и нижнесеноманский водоносный горизонт на участке Южный эксплуатируется с 1979 года. Водоотбор, начиная со второй половины 2000 года, составляет 5,5 тыс. м?/сут. Скважины эксплуатировались с дебитами 42-72 м?/час, при динамических уровнях 20,1-23,2 м. Снижение в центральной части водозабора «Южный» в 2002 году составило, при среднем годовом водоотборе 5430 м?/сут:

Таблица 5.3 - расчёт среднегодового понижения уровня в скважинах водозабора «Южный», оборудованных на воды каневского-харьковского комплекса [6]

№ скважины	Год бурения скважины	Условная отметка отметка устья, м	Условная отметка первонач. пьезометрич уровня, м	Условная отметка пьезометрич. уровня, м (средняя за год)	Понижение, м
				1992 год	2002 год	1992 год	2002 год
1	1975	29,3	26,6	-	24,84	-	1,76
3	1975	18,24	26,6	23,5	-	5,1	-
5	1993	27,65	26,6	-	25,02	-	1,58
7	1975	27,98	26,6	23,0	25,32	3,6	1,28
86	1994	-	-	-	-	-	-
89	1994	28,91	27,1	-	25,95	-	1,15
96	1994	30,01	25,3	-	23,46	-	1,84

S=, (5.3)

где R₀ - радиус “большого колодца”. Для условно принятой системы размещения эксплуатационных скважин как “площадная”

R₀ = 0.61r , где r - радиус условного кольца водозабора, равный 500 м.

Тогда S = =10,7 м.

Понижение уровня в скважинах, оборудованных на воды альбского и нижнесеноманского горизонта, приведены в таблице 5.4.

Таблица 5.4 - Расчёт среднегодового понижения уровня в скважинах водозабора «Южный», оборудованных на воды альбского и нижнесеноманского горизонта, в 2002 году [6]

№ скважины	Год бурения скважины	Условная отметка устья, м	Условная отметка первонач. пьезометрич уровня, м	Условная отметка пьезометрич. уровня, м (за 2002 г.)	Понижение, м
97	1994	30,05	22,70	10,96	11,74
1а	1993	29,22	22,80	12,08	10,73
9(28)	1973	28,52	22,80	13,06	9,74
10	1989	29,45	22,90	12,87	10,53
8а	1993	27,97	22,90	11,73	11,17
4а	1993	28,64	22,70	11,81	10,89
Среднее:					10,80

По оценке эксплуатационных запасов подземных вод на участке «Южный» были приняты следущие значения параметров:

-- для каневского-харьковского водоносного комплекса: коэффициент водопроводимости 340 м?/сут, коэффициент пьезопроводности 2,4?10⁵ м?/сут;

-- для альбского и нижнесеноманского водоносного горизонта: коэффициент водопроводимости 270 м?/сут, коэффициент пьезопроводности 10⁶ м?/сут.

По условиям формирования запасов подземных вод альбского - нижнесеноманского водоносного горизонта все участки находятся в идентичном положении и для расчётов приведённый радиус влияния (R_п) водозаборов можно принять равным 2600 м. На участке «Главный» приведённый радиус влияния равен 950 м [6].

На участке «Южный» приведённый радиус влияния равен 8200 м [6].

6. Геологическое строение и гидрогеологические условия участков размещения водозаборов

6.1 Участок размещения водозабора «Главный»

Участок водозабора «Главный» расположен на северо-западной окраине г. Речица. Площадь участка составляет 1,5 км?. Территория залесена.

Скважины водозабора «Главный», расположены без какойлибо системы, но, в общем, наблюдается некоторая линейность в субширотном простирании. В 700 м северо-восточнее участка начинается пойма р. Днепр, западнее участка протекает р. Ведрич. Территория участка водозабора «Главный» приурочена к древнеаллювиальной террасе р. Днепр. Местность, которую занимает участок, пологая с колебаниями абсолютных отметок поверхности земли от 126,6 до 130,7 м. Западная часть участка покрыта сосновым лесом [36].

На участке водозабора «Главный» распространены те же четвертичные и дочетвертичные отложения, водоносные горизонты и комплексы, что и по рассматриваемому району работ. В 2002 году разведочные работы не производились, характеристика эксплуатируемых водоносных горизонтов и комплексов приводится по результатам бурения эксплуатационных скважин [36].

Водоносный каневский-харьковский терригенный комплекс (Pkn-hr).

Кровля комплекса на участке водозабора «Главный» вскрывается на глубинах от 35 до 43 м, подошва на глубинах - от 83 до 88 м. В кровле залегают глинисто-песчаные образования олигоцен-плиоцена, в подошве - мергельно-меловые отложения среднесеноманского-коньякского возраста. Мощность водовмещающих пород составляет 41-50 м.

Воды комплекса напорные. Первоначальный пьезометрический уровень был зафиксирован в 1955 году на глубине 10 м, к 2003 году они установились на абсолютных отметках 116-117 м. Общее снижение уровней наблюдается в сторону р.р. Днепр, Ведрич, что указывает на их дренирующую роль. К настоящему времени локальная депрессионная воронка вокруг водозабора «Главный» глубиной до 2 м, т. е. существенного снижения уровней не наблюдается, что указывает нВ дополнительное питание комплекса реками Днепр и Ведрич. Состав вод остался гидрокарбонатный магниево-кальциевый, из микрокомпонентов лишь железо превышает допустимые нормы (до 0,77 мг/дм?). По бактериологическим показателям вода чистая [6].

Водоносный альбский и нижнесеноманский терригенный горизонт (Kal+s₁).

На участке водозабора «Главный» кровля описываемого горизонта вскрыта на глубинах от 135 до 140 м. Сверху залегают мергельно-меловые образования среднесеноманского-коньякского ярусов, в подошве - тонко- и мелкозернистые пески, подстилаются они плотными глинами готеривского и барремского ярусов.

Воды горизонтов напорные. Первоначальные пьезометрические уровни фиксировались на глубине 8,1 м. Пьезометрические уровни в 2003 году установились на абсолютных отметках 106-113 м. Депрессионная воронка вокруг водозабора сформировалась глубиной всего 9-11 м и в диаметре около 1 км [6].