Сравнительная характеристика подземных вод Подпорожского и Осташковского водоносных горизонтов, как потенциального источника водоснабжения северного района г. Полярные Зори

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сравнительная характеристика подземных вод Подпорожского и Осташковского водоносных горизонтов, как потенциального источника водоснабжения северного района г. Полярные Зори

Содержание

Введение

1. Физико-географический очерк

2. Геологические и гидрогеологические условия территории

3. Требования к запасам подземных вод, используемых для централизованного водоснабжения

3.1 Классификация промышленных категорий запасов

3.2 Качество подземных вод

3.3 Зона Санитарной Охраны (ЗСО)

4. Методика оценки запасов подземных вод

5. Оценка перспективности использования подземных вод Осташковского и Подпорожского водоносных горизонтов в пределах участка исследований

6. Пример расчета ЗСО для центрального водозабора и оценка запасов подземных вод

Заключение

Список литературы

Приложения

геологический водоснабжение подземный санитарный

Введение

Основной целью данной работы является оценка перспективности Подпорожского и Осташковского водоносных горизонтов для целей водоснабжения. В связи с этим, решались следующие задачи: изучено геолого-гидрогеологическое строение участка исследований, проведена сравнительная характеристика Подпорожского и Осташковского водоносных горизонтов, для проектируемого водозабора рассчитана Зона Санитарной Охраны (ЗСО).

В ходе работы были рассмотрены классификации промышленных категорий подземных вод, требования к ним, а так же методы оценки запасов для различных гидрогеологических условий. Участок исследований приурочен к северному району города Полярные Зори (Мурманская область), где запланирован централизованный водозабор с заявленной водопотребностью 600 м³/сут.

1. Физико-географический очерк

Административно-географическое положение

Район исследований находится на юге Мурманской области, в северном районе г. Полярные Зори (Приложение 1), в рамках топотрапеции Q-36-III, IV и привязан к географическим координатам:

т. 1 - 67° 21' 24" с.ш. 32° 28' 35"в.д.;

т. 2 - 67° 24' 42" с.ш. 32° 28' 31"в.д.;

т. 3 - 67° 24' 44" с.ш. 32° 35' 39"в.д.;

т. 4 - 67° 23' 23" с.ш. 32° 35' 40"в.д.;

т. 5 - 67° 21' 24" с.ш. 32° 31' 40"в.д.

Климат

Здесь влажный климат с умеренно-теплой зимой и прохладным летом. Для территории характерна циклоническая деятельность. Частые прохождения циклонов в зимнее время сопровождаются продолжительными оттепелями, которые сменяются резким похолоданием, а летом - понижением температуры, сильными ветрами и обильными осадками. Средняя годовая температура воздуха изменяется от минус 1.8?С до плюс 2.6?С и, в среднем, за многолетний период наблюдений составляет плюс 0.8?С. В целом, климат определяется неустойчивой погодой, связанной с частыми прорывами масс холодного арктического воздуха; длительной снежной зимой порядка 7 месяцев и коротким прохладным и дождливым летом длительностью около 3.5 месяцев. Устойчивый снежный покров образуется в начале ноября. К концу марта максимальная высота его достигает 50 - 60 см. Наибольшие запасы воды в снеге 120 - 130 мм при максимальной плотности снега 0.2 - 0.26 г/см³. Разрушение снежного покрова происходит, в среднем, в первой декаде мая. Самыми холодными месяцами в году являются январь, февраль, декабрь. Их среднемесячная температура достигает -23.3?С, -20.5?С и -16.4?С, соответственно. Самым жарким месяцем является июль, среднемесячная температура которого достигает плюс 17.1?С.

Изучаемая территория относится к зоне избыточного увлажнения. Среднее многолетнее количество осадков составляет 518 мм. В течение года осадки выпадают неравномерно - большая их часть приходится на теплый период года (примерно 60% годовой суммы), а наименьшее количество осадков выпадает в феврале-марте (примерно 10% годовой суммы). Испарение на территории района составляет 250 мм. Наибольшая величина испарения наблюдается в июле.

Гидрография

Речная сеть участка хорошо развита. Река Нива вытекает из оз. Имандра и представляет собой короткую порожистую протоку, длиной 36 км и сбрасывающая воды его бассейна в Кандалакшский залив Белого моря у г. Кандалакша. В настоящее время сток реки зарегулирован Каскадом Нивских ГЭС (Приложение 2). В районе ГЭС-1 река Нива имеет площадь водосбора 12300 км², в районе ГЭС-2 - 12700 км², в районе ГЭС-3 - 12800 км². Средняя высота водосбора 260 м, лесистость - 70%, заболоченность - 50%. НА участке исследования река Нива образует расширение - оз. Пинозеро.

Подпор озера Имандра, в результате оборудования плотин на р. Нива, образовал водохранилище, обеспечивающее многолетнее регулирование стока. Наблюдения за стоком выполняются по расходам на ГЭС. Пост ГЭС-1 представляет стоковый пункт, расположенный в створе Нива ГЭС-1, в 3.2 км от истока р. Нива из оз. Имандра. Средний многолетний расход воды на ГЭС-1 составляет 158 м³/сут, наименьший месячный расход - 104 м³/сут (за период наблюдений 1960-1999 гг).

По составу вода р. Нива сульфатно-гидрокарбонатная кальциево-натриевая с минерализацией 0.05 г/л.

Геоморфология

С точки зрения геоморфологии, рельеф района структурно-денудационный, по типу - это холмистая равнина на лопийских амфиболитах и плагиогнейсах. Долина р. Нива представлена слабовсхолмленным рельефом, где понижения между холмами часто заболочены. Холмы имеют неправильную форму и в поперечнике достигают 4 км, со сглаженными куполообразными вершинами и крутизной склонов до 15°.

Структурно-денудационные равнины сформировались в палеогеновый период, когда происходил последний цикл денудации. Дальнейшие тектонические дислокации только омолаживали гидросеть.

На правом берегу р.Нива встречаются озерные скульптурные равнины и террасы, они выработаны в образованиях Осташковского комплекса. Поверхность равнин слабо наклонена в сторону озер, террасы образуют ступени, количество которых колеблется от 2-3 до 11. Нижние террасы субгоризонтальные, верхние - наклонные, угол наклона порядка 5-10°.

В геоморфологическом отношении, участок приурочен к долине реки Нивы. Своеобразный облик ландшафту придают отдельные полого - склоновые холмы с крутизной склонов до 5°. Абсолютные отметки рельефа порядка200 м.

2. Геологические и гидрогеологические условия

2.1 Геологическая характеристика района

Район расположен в пределах северо-восточной части Балтийского щита, в зоне Беломорского геоблока, Ингозерского блока. Ингозерский блок сложен вещественными комплексами архейского структурного этажа, представленными породами Толвандского комплекса диорит-плагиогранитного и Алакурттинского метаморфического комплекса. Также присутствуют интрузивные комплексы архейского и протерозойского возраста и палеозойские интрузивные образования, перекрытые чехлом четвертичных отложений.

Самым древним и наиболее распространенным образованием в данном районе является Толвандский диорит-плагиогранитный комплекс(pгL₁t) (Приложение 3). В составе комплекса преобладающим развитием пользуются биотитовые и амфибол-биотитовые гнейсо-плагиограниты. Выше Толвандского комплекса залегают породы ранне- и позднелопийского Алакурттинского метаморфического комплекса (agL_1-2al).

Алакурттинский метаморфический комплекс развит на севере участка исследования и представлен амфиболитами, преимущественно гранат, реже клинопироксенсодержащими и амфибол-биотитовыми плагиогнейсами. Охватываемая полоса Алакурттинского комплекса примыкает к южной части Терско-Аллареченского зеленокаменного пояса. Для этой полосы характерно сложное, изоклинально-складчатое внутреннее строение. Иногда породы комплекса слагают привершинные части наиболее крупных возвышенностей. Мощность пород Алакурттинского комплекса колеблется от 200 до 1000 м. В большинстве случаев контакт между гранитами Толвандского комплекса и амфиболитами алакурттинского резкий и четкий без видимых приконтактовых изменений.

Нотозерский дунит-гарцбургитовый комплекс(хуL₂n)представлен несколькими небольшими, сложенными гарцбургитами массивами, находящимися к востоку от р. Нива. Интрузии комплекса залегают среди гранитоидов Толвандского комплекса и амфиболитов Алакурттинского метаморфического комплекса, в последних иногда присутствуют признаки термального воздействия в зоне экзоконтакта. Предположительно, массивы Нотозерского комплекса имеют линзовидную форму в плане мощностью до 20 м.

Среди раннекарельских образований в пределах Беломорского блока развиты интрузии лерцолит-габброноритов Куземского комплекса (нK₁¹k). Интрузии комплекса слагают мелкие тела, залегающие среди пород лакурттинского метаморфического и Толвандского комплексов. Представлены габброноритами, и гранатовыми габбро. Массивы Куземского комплекса залегают согласно с вмещающими породами, контакты их четкие, без видимых контактовых изменений. Форма массивов в плане округлая, размером до 200-400?1000 м.

Чупинский гранит-пегматитовый комплекс (сK₂c) включает пегматитовые жилы, распространенные к востоку от оз. Пинозеро в породах Алакурттинского и Толвандского комплексов. Они встречаются в виде отдельных жил, иногда группирующихся в кусты, имеющих пласто- и линзообразную форму в плане. Длина жил до 800 метров, мощность 5-10, редко до 20 метров.

Палеозойские интрузивные образования на изучаемом участке представлены африкандо-ковдорским ультрамафит-фоидолитовым комплексом с карбонатитами позднедевонского возраста. Позднедевонские интрузии приурочены к Ковдор-Хибины-Контозерской зоне палеозойской активации и включают в себя щелочно-ультраосновную интрузию Африканда (на северо-востоке района). Массив имеет округлую форму в плане небольшой площади: 6,6 км². Вмещающими породами для интрузий являются образования алакурттинского и толвандского комплексов, которые в экзоконтакте в различной степени фенитизированы. Массив Африканда имеет штокообразную форму, которая на глубине около 2 км плавно переходит в тонкий подводящий канал.

Формирование массива Африканда происходило за 4 фазы:

Первая фаза: образование оливинитов, иногда титаномагнетит- и перовскитсодержащих (уD₃ak). Находятся в центральной части массива Африканда. Здесь оливиниты наблюдаются в виде отдельных блоков, заключенных в пироксенитах, первоначальные размеры этих тел не превышали 500-700 м.

Вторая фаза: проходила с образованием клинопироксенитов, иногда нефелинсодержащих, частью крупнозернистых титанмагнетит- и перовскитсодержащих (хD₃ak). Клинопироксениты занимают большую часть массива Африканда. Их структура изменяется от мелкозернистых в краевой зоне до преобладающих крупнозернистых, в центральной, иногда титаномагнетит- и перовскитсодержащих. Нефелиновые пироксениты наиболее широко представлены в приконтактовых частях массива на юге и юго-востоке, где слагают зону непостоянной мощности шириной до 500 м.

Отложения третьей и четвертой фаз не встречаются на участке исследования (а четвертая фаза не встречается и во всем массиве Африканда), поэтому не рассматриваются.

Пятая фаза - это позднеинтрузивные жилы, дайки и малые тела карбонатитов. В массиве Африканда маломощные жилы и гнезда карбонатитов наблюдаются в центральной его части среди кальцит-амфибол-пироксеновых пород.

На отдельных участках верхняя часть метаморфических и интрузивных образований перекрывается нерасчлененными палеоген-неогеновыми образованиями(P - N) коры выветривания. Они представлены древней корой выветривания, состоящей из грубообломочной щебнисто-глыбовой несортированной массы, соответствующей по составу породам коренного ложа, песка, супеси или суглинка.

Палеоген-неогеновые образования залегают непосредственно на кристаллических породах. Мощность указанных образований колеблется от 2 м до 22 м.

Отложения коры выветривания и коренные породы перекрываются рыхлыми четвертичными отложениями, представленными на участке исследования современными отложениями и отложениями верхнего звена неоплейстоцена.

Верхнее звено неоплейстоцена представлено Валдайским надгоризонтом, включающим Подпорожский и Осташковский горизонты (Таблица1, Приложение 4).

Таблица 1 Стратиграфический разрез четвертичных отложений на участке исследований

Подпорожский горизонт представлен водно-ледниковыми отложениями(f,lgIIIpd), залегающими на дочетвертичных образованиях и перекрытыми Осташковскими отложениями основной морены. Они слагают погребенную долину реки Нива. По литологическому составу, это валунно-гравийно-галечные отложения с песчаным крупно-среднезернистым заполнителем и прослоями супеси; слоистость косая, волнистая и горизонтальная. Содержание крупнообломочного материала около 60%, мощность водно-ледниковых отложений достигает 23 м.

Основная морена покровного ледника Осташковского горизонта (gIIIos) прерывистым чехлом покрывает равнины и нижние части склонов гор, занимая большую часть площади участка исследования. Моренные отложения представлены супесью плотной с галькой и гравием плохо окатанными, мощностью 3-20 м, в среднем до 10 м. Отложения морены залегают либо на поверхности, либо перекрываются водно-ледниковыми отложениями того же времени или современными биогенными отложениями.

Водно-ледниковыми отложениями Осташковского горизонта(f,lgIIIos) на участке выполнены ложбины стока талых вод. Осадки фациально изменчивы, сортированы, обломочный материал хорошо окатан. Представлены разнозернистым песком с включением крупнообломочного материала (валуны, галька, гравий). Количество крупнообломочного материала более 30%, основное его количество сосредоточено в верхней части разреза. В верхней части разреза встречаются прослои суглинков и супеси, а в нижней части прослои плывунного песка. Слоистость осадков косая, редко - горизонтальная или волнистая, мощность отложений до 20 м. Водно-ледниковые отложения залегают на поверхности или под современными биогенными отложениями.

Современные отложения голоцена представлены болотными образованиями(plH). Они широко распространены на всей площади участка исследования и перекрывают все типы образований; представлены сфагновыми, реже осоковыми торфами. В среднем, мощность отложений составляет 1.5 м.

2.2 Гидрогеологическая характеристика района

Участок исследований находится в пределах Балтийского гидрогеологического бассейна. Месторождение подземных вод относится к долинному типу и перспективный водоносный горизонт приурочен к четвертичным отложениям погребенной долины (нижней части разреза) до Осташковского оледенения.

Питание подземных вод происходит за счет атмосферных осадков, и при малом испарении они обеспечивают формирование запасов подземных вод. Разгрузка подземных вод осуществляется за счет инфильтрации в многочисленные реки, озера, а так же в Кандалакшский залив.

В пределах рассматриваемого района выделяются следующие гидрогеологические подразделения:

Водоносный комплекс четвертичных отложений:

1) Водоносный современный торфяно-болотный горизонт (bQ_IV).

2) Слабоводоносный, локально-водоносный Осташковский ледниковый горизонт (gQ_IIIos).

3) Водоносный Осташковский водно-ледниковый горизонт (f,lgQ_IIIos).

4) Водоносный Подпорожский водно-ледниковый горизонт (f,lgQ_IIIpd).

5) Водоупорный, локально-слабоводоносный палеоген-неогеновый горизонт (P - N).

А так же архейский водоносный комплекс, представленный слабоводоносным, локально-водоносным комплексом кристаллических пород (AR).

Современный торфяно-болотный водоносный горизонт (bQ_IV) развит в виде отдельных пятен на участке, залегает первым от поверхности и подстилается или водоносным водно-ледниковым Осташковским горизонтом, или слабоводоносным ледниковым Осташковским горизонтом. Водовмещающими породами служат торфяники различной степени разложения. Мощность горизонта до 1.5 м, глубина залегания уровня подземных вод в торфяно-болотных отложениях составляет 0.0 - 0.5 м, воды безнапорные со свободной поверхностью. Питание происходит за счет атмосферных осадков. Сами же торфяники питают нижележащие водоносные горизонты.

Слабоводоносный, локально водоносный Осташковский ледниковый горизонт (gQIIIos) широко развит на участке исследований и залегает первым от поверхности или под водами болотных отложений, подстилают его Осташковскиеводно-ледниковых отложения. Водовмещающими породамиявляются галечно-гравийные отложения, р/з пески и плотная супесь с галькой и гравием. Мощность горизонта от 5 до 20 м. По химическому составу воды горизонта (на месторождении "Нивское") ультрапресные (минерализация 0.02 - 0.08 г/л), очень мягкие (жесткость общая 0.22 - 0.96 ммоль/л), нейтральные (рН 6.95 - 7.2), преимущественно гидрокарбонатные, хлоридно-гидрокарбонатные и натриево-кальциевые. Горизонт играет существенную роль в балансе подземных вод, питая нижележащие горизонты за счет литологических окон.

Водоносный Осташковский водно-ледниковый горизонт (f,lgQIIIos) приурочен к флювиогляциальным и озерно-ледниковым отложениям, слагающим верхнюю часть разреза долины реки Нива. Горизонт залегает первым от поверхности или под отложениями Осташковской морены или торфяников, на отложениях Подпорожского водно-ледникового горизонта, реже на отложениях водоупорного, локально-слабоводоносного палеоген-неогенового горизонта; имеет гидравлическую связьс выше- и нижележащими горизонтами. Водовмещающими породами являются валунно-гравийно-галечные отложения, реже разнозернистые пески с включением крупнообломочного материала, в верхней части разреза встречаются прослои суглинков. Мощность горизонта изменяется от 9 до 33 м. Питание смешанное и происходит как за счет инфильтрации атмосферных осадков с поверхностными водами, так и за счет гидравлической связи с нижележащими водоносными горизонтами. Глубина залегания уровня колеблется до 2,0 м, местами скважины изливают. Фильтрационные свойства горизонта на участке исследований изучены скважинами № 5' и 7'. В целом горизонт характеризуется низкими фильтрационными свойствами: дебиты при откачках составляют 0.13-1.63л/с при понижениях от 5.51 до 20.14 м; удельный дебит изменяется от 0.01 от 0.296 л/с/м, коэффициент фильтрации - 0.12-2.2 м/сут. По химическому составу воды Осташковского водно-ледникового горизонта преимущественно гидрокарбонатные, магниево-кальциевые с минерализацией 0.1 - 0.3 г/л.

Водоносный Подпорожский водно-ледниковый горизонт (f,lgQIIIpd) развит полосой шириной 300 - 570 м в долине реки Нива и приурочен к нижней части разреза четвертичных отложений, заполняющих ложе долины (так называемая погребенная долина). Местами погребенная долина разделяется на рукава шириной от 110 м до 720 м. Горизонт залегает под отложениями водно-ледникового Осташковского горизонта, подстилает его слабоводоносный, локально водоносный комплекс кристаллических пород архея или отложения водоупорного, локально-слабоводоносного палеоген-неогенового горизонта, с выше- и нижележащими отложениями имеет гидравлическую связь. Питание водоносного Подпорожского водно-ледникового горизонта происходит за счет взаимосвязи с вышележащими водоносными горизонтами, а также за счет вод кристаллических пород архея, поступающих с бортов и дна долины. На участке горизонт вскрыт 3-я скважинами: № 4, 5, 7. Мощность горизонта в пройденных скважинах изменяется от 11.3 до 29.2 м. Водовмещающими породами являются валунные и валунно-гравийно-галечные отложения, слоистые с песчаным крупно-среднезернистым заполнителем, пески с галькой и гравием, присутствующие прослои супеси снижают фильтрационные свойства горизонта. По данным пробных откачек дебиты скважин изменялись от 1.47 л/с (127 м3/сут) до 9.57 л/с (826 м3/сут), при понижениях уровня от 1.42 м до 12.35 м, удельные дебиты - от 0.198 л/с/м до 5.908 л/с/м. Коэффициент фильтрации меняется в широких пределах от 1.0 м/сут до 61.6 м/сут, водопроводимость - от 19.6 м2/сут до 852.0 м2/сут. Таким образом, в целом водоносный горизонт обладает высокими фильтрационными свойствами. По химическому составу воды горизонта преимущественно гидрокарбонатные, магниево-кальциевые, пресные с минерализацией 0.2 - 0.4 г/л, нейтральные (рН 6.51-7.47), мягкие - умеренно жесткие (общая жесткость изменяется в пределах от 2.56 до 5.18 ммоль/л).

Водоупорный, локально-слабоводоносный палеоген-неогеновый горизонт (P - N) вскрыт № 4 и 7. Мощность коры выветривания изменяется от 0.6 м до 21.2 м.

Водовмещающие породы представлены обломками коренных пород (гнейсы) песками, супесями, суглинками и глинами.

Этот горизонт залегает под Подпорожским водно-ледниковым горизонтом или под Осташковским водно-ледниковым горизонтом (на участках, где отсутствуют отложения Подпорожского горизонта), снизу подстилают палеозойские кристаллические породы, с которыми он гидравлически взаимосвязан. В силу литологического состава горизонт относительно водоупорный.

Слабоводоносный, локально водоносный архейский комплекс кристаллических пород (AR) развит на всей площади района, вскрыт скважинами № 4, 5 и7. Залегает под водоупорным, локально-слабоводоносным палеоген-неогеновым горизонтом. На отдельных возвышенных участках - залегает первым от поверхности. По характеру циркуляции воды архея относятся к трещинным. Водосодержащие породы представлены трещиноватыми гнейсо-плагиогранитами. По долине глубина залегания кровли данного комплекса находится в пределах 38.3-48.7 м, за пределами долины кровля архейского комплекса может залегать на глубине 30-35 м. Фильтрационные свойства комплекса зависят от количества водопроводящих трещин и в целом низкие. Комплекс опробован пробной откачкой из скважины № 4. Коэффициент фильтрации равен 0.2 м/сут, удельный дебит 0.075 л/с/м. Трещинные воды кристаллических пород гидравлически связаны с водами четвертичных отложений и коры выветривания, их питание осуществляется за счет инфильтрации атмосферных осадков и гидравлической связи с вышележащими водоносными горизонтами.

По химическому составу воды архейских кристаллических пород гидрокарбонатные, магниево-кальциевые.

3. Требования к запасам подземных вод, используемых для централизованного водоснабжения

В Российской Федерации определение понятия "питьевая вода" приводится в нескольких документах, например ФЗ "О водоснабжении и водоотведении" 2011г, ГОСТ 25151-82. Так, согласно первому, питьевая вода - "вода, за исключением бутилированной питьевой воды, предназначенная для питья, приготовления пищи и других хозяйственно-бытовых нужд населения, а так же для производства пищевой продукции". Применительно к подземным водам, определение "питьевых" содержится в ОК 032-2002 - "Воды подземные питьевые - воды, в которых бактериологические, органолептические показатели и показатели токсических химических веществ находятся в пределах норм питьевого водоснабжения".

3.1 Классификация промышленных категорий запасов

Целесообразная степень изученности месторождений подземных вод определяется в зависимости от сложности гидрогеологических, водохозяйственных, геоэкологических и горно-геологических условий их разведки освоения. С учетом этого месторождения (участки) подземных вод подразделяются на три группы: с простыми, сложными и весьма сложными условиями [1]. I группа. Месторождения (участки) подземных вод с простыми гидрогеологическими, водохозяйственными, геоэкологическими и горно-геологическими условиями характеризующимися спокойным залеганием водоносных горизонтов, выдержанными по мощности и строению однородными по фильтрационным свойствам водовмещающими породами, простыми гидрогеохимическими и геотермическими условиями (отсутствие возможных источников изменения качества или возможность проведения надежного прогноза его изменения).

II группа. Месторождения (участки) со сложными гидрогеологическими, водохозяйственными, геоэкологическими и горно-геологическими условиями, характеризующимися неспокойным залеганием водоносных горизонтов, невыдержанностью геологического строения, значительной изменчивостью мощностей и неоднородностью фильтрационных свойств водовмещающих пород. Часть основных источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод и их изменений при эксплуатации может быть установлена приближенно.

III группа. Месторождения (участки) с очень сложными гидрогеологическими, водохозяйственными, геоэкологическими и горно-геологическими условиями. Характеризуются весьма невыдержанным геологическим строением, ограниченным распространением водоносных горизонтов в трещиноватых и закарстованных породах, крайней изменчивостью мощностей и фильтрационных свойств водовмещающих пород, очень сложными гидрохимическими и геотермическими условиями. Источники формирования эксплуатационных запасов подземных вод могут быть количественно оценены приближенно.

Собственно, сами категории эксплуатационных запасов подразделяются на: освоенные -категория А; разведанные - В; предварительно оцененные - С1; выявленные - С2, прогнозные - Р.

Запасы категории А: запасы, выделенные на месторождении, в пределах которого уже есть водозабор, а величина запасов не превышает среднегодовую производительность и предполагает возможность сохранения этой производительности.

Запасы категории В: выделяются на месторождениях с действующими водозаборными сооружениями и на разведанных месторождениях I и II групп сложности. Геолого-гидрогеологические, физико-географические и пр. условия должны быть изучены с достаточной детальностью. Возможно достоверно оценить источник формирования эксплуатационных запасов и выполнить основные расчеты.

Запасы категории С1: выделяются на выявленных и оцененных месторождениях и не зависят от группы сложности. Так же выделяются на разведанных месторождениях, стоящих на балансе. Изучение с необходимой детальностью геолого-гидрогеологические, физико-географические, экологические и пр. параметров, которые позволят составить адекватную природную модель; прогнозные расчеты изменения показателей при эксплуатации; необходимость расчета и обоснования ЗСО; доказательство пригодности ПВ по составу; оценка влияние водоотбора на окружающую среду.

Запасы категории С2: выделяются на вновь разведанных и оцененных месторождениях, не зависят от группы сложности. Так же запасы могут быть выделены в пределах ранее разведанных месторождений. Геолого-гидрогеологические , геохимические и пр. условия изучены с детальностью, позволяющей построить приближенную модель; качество воды изучено с необходимой детальностью; необходимо предварительно оценить влияние водозабора на окружающую среду и окружающие водозаборы (если таковые есть); параметры, на основании которых рассчитываются эксплуатационные запасы, должны быть определены при ОФР.

3.2. Качество подземных вод

Нормативные требования к качеству питьевых вод, которые подаются населению определяются СанПиН 2.1.4.1074-01 (централизованное водоснабжение) и СанПиН 2.1.4.1175-02 (нецентрализованное водоснабжение). Согласно ГОСТ 2761-84, выбор источника водоснабжения должен производиться с учетом его санитарной надежности и возможности получения питьевой воды, соответствующей ГОСТ 2874-82. Другими словами, качество должно (без водоподготовки или после нее) удовлетворять нормам, установленным для питьевых вод. Это и есть основное требование к природной подземной воде - возможность устранения отклонений от нормы.

В 2008 г. Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека были разработаны критерии оценки качества питьевой воды для расчета показателя "Доля населенных пунктов, обеспеченных водой надлежащего качества. Согласно данному документу, потребляемая населением питьевая вода оценивается по 4 критериям (эпидемическая и радиационная безопасность, безвредность химического состава, благоприятные органолептические свойства) и разделяется на три категории ("Доброкачественная", "Условно доброкачественная", "Недоброкачественная")[2].

Химический состав воды приведен в приложении 5 "Химический состав подземных вод".

Влияние скважин на окружающую среду маловероятно, поскольку работы проводятся по технике безопасности, а сам водозабор еще не поставлен.

3.3. Зоны Санитарной Охраны (ЗСО)

Определение времени прихода загрязнителя (t) и его концентрации (Cв) при изолированном водоносном горизонте [3]:

1) В одномерном плоскопараллельном пласте на участке длиной l:

,

m - мощность водоносного горизонта, n - активная пористость, g - удельный расход потока ПВ.

Концентрация расчетных компонентов на участке l равна концентрации в начале участка (предполагаем, что на участке не происходит смешения с водами другого состава).

2) При работе линейного берегового (инфильтрационного) водозабора, когда общая минерализация или содержание компонента в речной воде Ср и ПВ на берегу Сб отличаются, тогда результирующая концентрация:

,

где Q - расходы, поступающие в водозабор со стороны реки и берега: = Lkm(-); = Lkm(-)/(-), где L - длина линейного водозабора, km - водопроводимость водоносного горизонта, и - уровни воды в реке и водозаборе, - расстояние от водозабора до реки, - - естественный уровень ПВ на берегу на расстоянии - от водозабора.

3) При работе одиночного или группового водозабора в удалении от реки при отсутствии или малом расходе естественного потока, время движения загрязнителей на расстояние :

,

где - расход водозабора, - его радиус.

; ,

где , - концентрации загрязняющего компонента в чистых и загрязненных ПВ, , - расходы воды, поступающих к водозабору из чистых и загрязненных участков, их значения определяются аналитическим или графоаналитическим методами, с учетом размера очага загрязнения и гидрогеологических условий.

Первый пояс ЗСО: используется для предотвращения случайного или умышленного загрязнения ПВ непосредственно на водозаборе. При использовании защищенных ПВ граница устанавливается на расстоянии не менее 30 м от водозабора, при слабозащищенных - не менее 50 м. Если водозабор из группы близкостоящих скважин или родников, первый пояс устанавливается общим для них (так же не менее 30 или 50 м). Если скважины удалены или нежелательно использование большой территории, то допустим расчет ЗСО отдельно для каждой скважины или шахтного колодца водозабора.

Для водозаборов в благоприятных гидрогеологических условиях и невозможности загрязнения ими почвы и ПВ, по согласованию с СЭС границу первого пояса можно приблизить до 15 и 25 м соответственно.

При искусственном пополнении запасов, граница первого пояса должна устанавливаться на расстоянии не менее 50 м от инфильтрационных сооружений закрытого типа (скважины, шахтные колодцы) и не менее 100 м от сооружений открытого типа (бассейны, каналы и пр.)

Для береговых (инфильтрационных) водозаборов ПВ в границы рассматриваемого пояса необходимо включить территорию между водозабором и поверхностным водотоком, если расстояние между ними менее 150 м. Для подрусловых водозаборов ЗСО следует рассчитывать так же, как для поверхностных источников водоснабжения.

Второй пояс ЗСО: предназначен для защиты водоносного горизонта от микробных и химических загрязнений. Основным параметром, определяющим расстояние от водозабора до границы второго пояса является расчетное время продвижения микробного загрязнения с потоком ПВ к водозабору. Этого времени должно быть достаточно для утраты жизнеспособности и вирулентности патогенных микроорганизмов.

Граница второго пояса определяется гидродинамическими расчетами с помощью аналитических, графоаналитических и численных методов расчета, а так же моделирования фильтрации.

Третий пояс ЗСО: предназначен для защиты ПВ от химических загрязнений. Расположений границы этого пояса также определяется гидродинамическими расчетами, но исходя из условия, что химические компоненты не достигнут водозабора, перемещаясь с ПВ вне области питания, или достигнут не раньше расчетного времени Т, принимаемого за проектируемый срок эксплуатации (25-50 лет). Если запасы ПВ обеспечивают неограниченный срок эксплуатации, то 3 пояс должен обеспечит соответственно длительное сохранение качества ПВ.

При высокой степени защищенности водоносного горизонта и в некоторых других случаях, размеры 2 и 3 поясов ЗСО могут быть уменьшены или же объединены при условии, что качество ПВ от этого не ухудшится. Для этого требуется соответствующее гидрогеологическое обоснование и при необходимости проектируются специальные защитные мероприятия.

Если при расчете ЗСО берегового (инфильтрационного) водозабора окажется, что в пределы какого-либо пояса входит участок реки (водоема), то и для нее необходимо установить все три пояса ЗСО, размеры которых определяются как для источника поверхностных вод.

Границы поясов для поверхностных источников:

Граница первого пояса для рек и каналов устанавливается вверх и вниз по течению (т.е. вдоль водотока) не менее чем на 200 и 100 м соответственно от крайних скважин берегового водозабора.

От реки вглубь берега, где находится водозабор, граница первого пояса проходит на расстоянии не менее 100 м от уреза воды при летне-осенней межени. По противоположному берегу - вся акватория и полоса суши 50 м, если ширина реки/канала менее 100 м, и полоса акватории не менее 100 м, если ширина реки/канала более 100 м. Для водохранилищ и озер граница пояса устанавливается по акватории во всех направлениях шириной не менее 100 м.

Граница второго пояса вдоль проточного водотока и его боковых притоков определяется с учетом времени движения воды до водозабора, необходимого для ее микробного самоочищения, что в свою очередь зависит от скорости течения и климатических условий. Скорость течения принимается усредненной по ширине и длине водотока. Так, при расходе воды в проточном водотоке, соответствующем 95%-й обеспеченности, время продвижения воды от границы второго пояса до водозабора должно составлять не менее 5 суток для климатических районов IА, Б, В, Г и IIA и не менее 3 суток для IД, IIБ, В и Г, а так же для III и IV. Вниз по течению, граница пояса должны находиться не менее чем в 250 м от водозабора. На непроточных водоемах, граница второго пояса ЗСО должны быть удалена от водозабора на 3 км при количестве ветров в сторону водозабора менее 10% и на 5 км, при количестве ветров более 10%.

Боковые границы второго пояса ЗСО водотоков и водоемов, включая притоки, определяются шириной береговой полосы, которая при отсчете от уреза воды в летне-осенний межень должна составлять не менее 500 м для равнинного рельефа, и 750-1000 м при гористом (для пологого и крутого склонов соответственно).

Границы третьего пояса ЗСО вверх и вниз по течению совпадают с границами второго пояса, а боковые границы - с линией водораздела в переделах 3-5 км, включая притоки реки.

Водоохранные предприятия.

Общие водозащитные мероприятия включают в себя:

1. Выявление и ликвидация (или восстановление) всех бездействующих водотоков на территории, имеющих потенциальную опасность в загрязнении водотока.

2. Регулирование бурения новых скважин и любого нового строительства при обязательном согласовании с местными органами СЭС, геологического контроля и по регулированию использования и охране вод.

3. Запрещение закачки отработанных вод в подземные недра, складирования твердых отходов и разработки недр земли, которая может привести к загрязнению водоносного горизонта.

4. Своевременное выполнение мероприятий по санитарной охране поверхностных водотоков и водоемов, имеющих непосредственную гидравлическую связь с используемым водоносным горизонтом.

5. Запрещение размещения накопителей промстоков, шламохранилищ, складов ГСМ, ядохимикатов и минеральных удобрений и др. объектов, представляющих опасность химического заражения.

Для второго и третьего поясов, помимо общих необходимо проводить следующие допмероприятия:

1. Запрещается размещение кладбищ, скотомогильников, полей ассенизации и фильтрации, земледельческих полей орошения, сооружений подземной фильтрации, навозохранилищ, силосных траншей, применение химикатов и промышленная вырубка леса.

2. Санитарное благоустройство территории населенных пунктов и других объектов (создание канализации, водонепроницаемых выгребов и пр.).

К первому поясу ЗСО, дополнительно к общим мероприятиям предусматриваются следующие:

1. Территория пояса должна быть спланирована для отвода стока за ее пределы, озеленена, огорожена и обеспечена постоянной охраной.

2. Запрещаются все виды строительства, не имеющие непосредственного отношения к эксплуатации, реконструкции и расширению водозабора и водопроводных сооружений, в том числе жилых и хоззданий, прокладка трубопроводов различного назначения, проживание людей (в том числе работающих на водопроводе), а так же применение ядохимикатов и удобрений.

3.Здания должны быть канализованы с отведением сточных вод в систему канализации или на местные очистные сооружения, расположенные за пределами 1 пояса

4.Предусматривается строгое выполнение санитарно-технических требований к конструкции водозаборных и наблюдательных скважин.

5.Водозаборные скважины должны быть оборудованы аппаратурой для систематического контроля соответствия фактического дебита при эксплуатации производительности, предусмотренной при проектировании водозабора и обосновании ЗСО.

На реках и водоемах, входящих в состав ЗСО, предусматриваются следующие водоохранные мероприятия:

По первому поясу ЗСО:

1. Акватория должна ограждаться буями и др. оградительными знаками.

2. Запрещается спуск любых сточных вод, а так же купание, стирка белья, водопой скота и другие виды водопользования, оказывающие влияние на качество воды.

По второму и третьему поясам ЗСО:

1. Запрещается отведение в реки и водоемы сточных вод, не отвечающим требованиям правил охраны поверхностных водоемов от загрязнения сточными водами.

2. Выявление объектов, загрязняющих водоем, с составлением плана по осуществлению водоохранных мероприятий и определением сроков их выполнения.

3. Регулирование и ограничение отведения территории под строительство жилых, промышленных и сельскохозяйственных объектов, эксплуатация которых связана с повышением риска загрязнения сточными водами поверхностных вод.

По второму поясу ЗСО дополнительно:

1. Запрещается размещение объектов, обусловливающих опасность химического и микробного загрязнений пв, применение удобрений и ядохимикатов, промышленная рубка леса, добыча из водоема песка и проведение дноуглубительных работ, создание пастбищ в прибрежной полосе шириной не менее 300м.

2. Санитарное благоустройство территории населенных пунктов и других объектов.

3. Выполнение мероприятий по предупреждению загрязнений, вносимых водным транспортом.

4. Обеспечение спецрежима пользования поверхностными водами для купания, туризма, водного спорта, рыбной ловли и пр.

4. Методика оценки запасов подземных вод

Для начала эксплуатирования подземных вод нам необходимо произвести оценку запасов месторождения. Только грамотно подсчитанные и доказанные оценки запасов дают нам возможность получить лицензию на ввод месторождения в эксплуатацию.

Оценка запасов месторождения подземных вод состоит из нескольких шагов [4]:

1. Поисково-разведочные работы

· Стадия поисковых работ:

Общие поиски производятся для оценки общей эксплуатационной способности региона в целом: представление общей характеристики региона, условия формирования подземных вод, выделение перспективных площадей и водоносных горизонтов. Так же дается количественная оценка эксплуатационных запасов, обоснование постановки дальнейших работ.

Детальные поиски осуществляются в пределах перспективных участков. Их назначение - выявление на перспективных площадях собственно месторождений подземных вод промышленного типа. Предварительно оцениваются эксплуатационные запасы на выделенных участках.

· Стадия разведывательных работ

Предварительная разведка дает определение общих размеров месторождения, возможность получения из него подземных вод, оценка технологической возможности водоотбора

Детальная разведка назначается для обоснования проекта строительства и эксплуатации будущих водозаборных сооружений. Производится только на участках, выявленных на стадии предварительной разведки. После проведения детальной разведки присваиваются категории запасов (B, C1, редко A).

Эксплуатационная разведка является наблюдением за режимом подземных вод при эксплуатации - отслеживание изменения дебита, воронки депрессии, химсостава подземных вод при эксплуатации, а так же состояние водозащитных технических сооружений (фильтров и пр).

2. Описание месторождения

Описание месторождения подразумевает прежде всего такие пункты, как определение контуров месторождения, определение положения и мощности водоносных горизонтов внутри месторождения, а так же выбор продуктивного горизонта. Т.е. по сути, данный пункт является своеобразным обобщением данных ПРР.

3. Оценка запасов подземных вод

Для продуктивного слоя оцениваются следующие параметры: мощность,

эксплуатационные запасы слоя, качество (химсостав, его соответствие ГОСТ или СанПиН), так же необходимо доказать постоянство качества ПВ на протяжении всего срока эксплуатации, и то, что мощность водоносного горизонта не будет ниже допустимого. Так же проводятся ОФР, геохимическое опробование. В зависимости от присвоенной данным подземным водам категории проводятся либо многолетние, либо краткосрочные наблюдения при эксплуатации.

4.1 Основные методы оценки запасов

Для оценки непосредственно эксплуатационных запасов подземных вод применяются различные методы. Ниже я рассмотрю два основных.

Гидродинамический метод

Гидродинамический метод основан на решении задач о притоке подземных вод к водозаборным сооружениям (для типовых гидрогеологических условий, с уже имеющимися разработанными аналитическими решениями)[4].

Сущность метода заключается в расчетах производительности водозаборных сооружений применительно к той или иной рациональной схеме, отвечающей конкретным гг условиям разведочного участка. При этом учитываются начальные и граничные условия фильтрационного потока, а так же параметры продуктивного водоносного горизонта в пределах рассматриваемой области фильтрации. Используется для следующих двух типовых условий:

1. Пласт, неограниченный в плане;

2. Полуограниченный в плане пласт.

Так же для гидродинамического метода существует определенная технологическая схема:

1. Анализ заявленной потребности в воде на текущую и длительную перспективу;

2. Уточнение, на основе проведенного анализа, ранее выбранной схемы водозаборного сооружения;

3. Анализ результатов ПРР, составление детальных гидрогеологических карт разведочного участка;

4. Составление адекватной гидрогеологической схемы на основе составленных карт;

5. Составление расчетной схемы на основании анализа природных гидрогеологических условий района;

6. На основании анализа гидрогеологических условий и результата ОФР обосновываем выбор Sдоп;

7. Исходя из разработанной схемы выбираем типовой метод оценки и расчетные уравнения.

Оценка эксплуатационных запасов ПВ для месторождений с разрезом, представленным однослойным водоносным горизонтом для неограниченного в плане пласта и дискретно расположенных скважин.

Для аналитических расчетов типовых условий используют общую теорию взаимодействующих скважин. На водозаборах, схематизированных в виде обобщенных систем "больших колодцев", общее расчетное понижение уровня при заданной производительности каптажа:

(1);

- понижение, вызванное внешним воздействием работы системы скважин и зависящее от вида системы и граничных условий водоносного горизонта, - расположения скважин внутри системы, их несовершенства и расхода каждой скважины.

Понижение непосредственно в скважине радиусом rможно определить по выражению:

(2);

Оценку эксплуатационных запасов подземных вод по производительности водозабора, состоящего из группы взаимодействующих скважин можно выполнить, используя метод наложения течений (Рис. 3):

Рис. 3. Схема к расчету взаимодействующих скважин в неограниченном пласте.

Для квазистационарного режима, когда все скважины пущены в эксплуатацию одновременно и забор проводится длительное время, расчетное понижение:

(3);

где Q - дебит скважины, в которой определяется расчетное понижение, - дебит скважины, взаимодействующей со скважиной Q, r - расстояние от искомой скважины до скважины , n - число скважин, t - расчетное время эксплуатации водозабора.

Оценка эксплуатационных запасов ПВ для месторождений типовых условий полуограниченного в плане пласта.

Расчетные зависимости для данного типа месторождений основаны на методе отражений и метода наложений течений.

Полное понижения уровня в системе скважин рассчитывается из суммы понижений каждой отдельной скважины с дебитом Q и срезки уровня ДSi, вызванной работой других скважин с дебитом Q_i и рассчитывается по следующей формуле:

(4);

где , - расстояния от скважины, в которой определяется расчетное понижение уровня до её зеркального отображения и расстояние до этой скважины от остальных зеркально отображенных скважин.

При расчетной схеме "граница с постоянным расходом", мы так же используем метод отражений и метод сложения фильтрационных потоков для продуктивного пласта, и расчетное понижение уровня воды в каждой взаимодействующей скважине можно определить по следующей формуле:

 (5);

где , .

Для ограниченных в плане пластов

Так же из общих соображений совсем коротко рассмотрим решение задачи для ограниченных в плане пластов. Такие пласты можно разделить на два типа

· Схема "пласт-полоса"

Для преображения двух параллельных границ в схеме "пласт-полоса" методом отражения, понадобиться отразить бесконечное количество скважин или водозаборов, потому как отражаются не только реальные, но и зеркальные скважины. Но каждое последующее отражение все меньше влияет на величину понижения уровня, тогда, как показал Ф. М. Бочевер, если t ? , то можно использовать упрощенное решение, учитывая однократное отражение реальных скважин, но в реальности, как правило, используется порядка 10 отражений.

Такая расчетная схема хорошо отображает часто встречающиеся на практике гидрогеологические условия, например в узких речных долинах, где один контур проходит по реке с постоянным поверхностным потоком (H = const), а второй по контакту аллювиальных пород с водоупорными коренными породами (Q = const); так же возможны оба контура с постоянным напором (H = const), например в крутой излучине реки. Тогда, если ? 0,05-0,1, то:

(6);

Где L - расстояние между границами потока, - расстояние от скважины до границы А.

Если же скважины расположены продольным рядом и имеют одинаковый дебит, расчетное понижение в скважине можно посчитать по формуле:

(7);

, где r(кр) - радиус круга равновесного блока со сторонами b, L.

· Схема пласт-круг

Для схемы "пласт-круг" рассчитывается по следующей формуле:

;

де F - площадь распространения продуктивного горизонта.

Для определения понижения в любой точке пласта на расстоянии rот скважины, находящейся примерно в центре пластаи при ? 0,05, можно воспользоваться следующей формулой:

(8).

Если же у пласта существует инфильтрационное питание, то с учетом притока естественных ресурсов формула меняется следующим образом:

(9);

где м - упругая водоотдача напорного горизонта, равная .

Балансовый метод

Заключается в определении расхода ПВ на водозаборном сооружении участка данного района (на данный срок эксплуатации) за счет привлечения различных источников их формирования, входящих в правую часть балансового уравнения. При этом каждый из источников оценивается раздельно, а затем производится их суммирование.

Водный баланс рассматривается по приходным и расходным частям на его границах. Он позволяет узнать только среднее расчетное понижение уровня продуктивного горизонта, а не понижение уровня воды в водозаборе. Нельзя определить и возможную производительность скважины. Все это определяет использование балансового метода как дополнительного.

С другой стороны, установить роль отдельных источников формирования эксплуатационных запасов ПВ и оценить обеспеченность запасов, подсчитанных другими методами, можно только балансовым.

5. Оценка перспективности использования подземных вод осташковского и подпорожского горизонтов в пределах участка исследований

В приведенной ниже таблице (табл. 2) даны характеристики двух наиболее перспективных водоносных горизонтов - Осташковского и Подпорожского.

Табл. 2. Характеристики Осташковского и Подпорожского водоносных горизонтов.

По значениям проводимости и фильтрационным параметрам, наиболее перспективным является Подпорожский водоносный горизонт. Однако, исходя из гидрогеологических условий, мы предполагаем, что эти два горизонта взаимодействуют между собой, поэтому мы рассматриваем их как один продуктивный комплекс с эффективной мощностью в 41,8 м. При данной мощности комплекса, допустимое понижение составляет 20,9 м, а фактическое 15.09 м, при дебите центральной скважины 316,2 м³/сут. Следовательно, заявленную водопотребность в 600 м³/сут можно будет удовлетворить, если в составе водозабора будет две скважины с дебитом в 300 м³/сут. В качестве второй, можно переоборудовать наблюдательную скважину №7, поскольку она оборудована на тот же Подпорожский горизонт.

По сложности гидрогеологических условий, месторождение относится ко IIгруппе. Исходя из требований "Классификации эксплуатационных запасов и прогнозных ресурсов подземных вод", данное месторождение II группы и запасы можно классифицировать по категории С2+С1, что является основанием для создания водозабора.

6. Пример расчета зсо для центральной скважины

Расчет ЗСО производится для скважины №5, являющейся центральной и вскрывающей Подпорожский и Осташковский водоносные горизонты.

За исходные данные для расчета ЗСО приняли следующие значения:

Кф=5.4 м/сут, m=41 м, Q=889.1 м?/сут - параметры, полученные при ОФР.

I=0,008, n=0,2, =400 сут, =9125сут - расчетные и нормативные значения.

Первый пояс ЗСО.

Учитывая защищенность водоносного комплекса, и благоприятную внешнюю обстановку (отсутствие технических и хозяйственных сооружений), за первый пояс ЗСО мы можем принять окружность с радиусом равным 30 м.

Второй пояс ЗСО.

Для второго пояса ЗСО мы рассчитываем значения следующих параметров:

Таблица 3. Расчет второго пояса ЗСО.

Третий пояс ЗСО.

Для третьего пояса ЗСО рассчитывались следующие параметры:

Таблица 4. Расчет третьего пояса ЗСО.

Рис. 1. Схема ЗСО относительно скважины №5

Заключение

В представленной работе были изучены гидрогеологические особенности района города Полярные Зори. При сравнении Подпорожского и Осташковского водоносных горизонтов за наиболее перспективный был принят Подпорожский, однако исходя из того, что они вероятнее всего взаимодействуют между собой, целесообразнее использовать их как комплекс. В ходе работы для ознакомления были представлены некоторые методики оценки запасов и рассчитаны пояса ЗСО для одиночного водозабора.