Водоподъемная колонна Кондуктор для закрепления устья скважины

Водоподъемная колонна Кондуктор – для закрепления устья скважины Цементный воротник – защищает от попадания загрязнения с поверхности в затрубное пространство Зона аэрации Грунтовый водоносный горизонт Разделяющий слой затрубная и межтрубная цементация Технические колонны глухих обсадных труб – удерживают стенки ствола скважины от обрушения Затрубная и межтрубная цементация – обеспечивает жёсткость технической колонны труб, предотвращает связь водоносных горизонтов по затрубному пространству Глинистые, цементные тампоны, деревянные сальники - обеспечивают изоляцию водоносных горизонтов в затрубном пространстве Погружной насос Фильтровая колонна - обеспечивает позиционирование фильтра и выполняет роль технической колонны в интервале опробуемого водоносного горизонта Межпластовый водоносный горизонт Разделяющий слой Фильтр - обеспечивает пропуск воды и задерживает попадание частиц водовмещающей породы в фильтровую колонну, удерживает стенки скважины от обрушения Отстойник - служит для частичного осаждения шлама, проникающего через фильтр в фильтровую колонну Принципиальная конструкция гидрогеологической скважины

методы гидрогеологических исследований оценка гидрогеодинамических параметров неводонасыщенных пород в зоне аэрации Q, л/с сосуд Мариотта площадь h 0 Установившийся дебит налива 0, 00165 л/с 0, 143 м 3/сутки Площадь кольца 0, 112 = 0, 038 м 2 Высота слоя воды в кольце 0, 10 м Глубина промачивания 1, 50 м Коэффициент фильтрации 3. 5 м/сутки Звенигородский полигон МГУ, 2001 г. Среднезернистые пески I надпойменная терраса р. Москвы кольца F Q НАЛИВ в ШУРФ установившийся расход налива H 1 t, мин K 0 плоскость сравнения l H 2 0 уровень грунтовых вод 1963 г. Красноярский край бассейн р. Бирюсы

методы гидрогеологических исследований оценка гидрогеодинамических параметров водоносных горизонтов и разделяющих слоёв ОПЫТНЫЕ ОТКАЧКИ НС-2 план куста скважин НС-6 НС-1 НС-7 НС-1 ЦС Q НС-4 НС-5 S НС… - наблюдательные скважины НС… НС-3 Q – дебит откачки, м 3/сутки r… – радиальные координаты НС…, м НС-5 S… - понижение уровня при откачке, м r t – время от начала откачки, сутки S, м общая длительность откачки НС - 3 период до начала влияния граничных условий и неоднородности параметров НС - 4 С НС - 5 lg t 0 НС-3 динамический уровень ЦС – центральная (опытная) скважина ЦС НС-4 НС-8 статический уровень НС-2 lg t K,

В ОДНОРОДНОМ (по параметрам) НЕОГРАНИЧЕННОМ (в плане) ИЗОЛИРОВАННОМ (в разрезе) при достаточной ДЛИТЕЛЬНОСТИ откачки ВРЕМЕННОЕ прослеживание понижений по каждой наблюдательной скважине за весь период откачки S CВ ln t 0 ПЛОЩАДНОЕ прослеживание понижений по всем наблюдательным скважинам на момент времени t* S Cп ln r 0 ln r

Опытная откачка погружным насосом (долина р. Бол. Бира, ЕАО, март 2007 г. ) устье скважины электросеть сброс откачиваемой воды измерение дебита объёмным способом

методы гидрогеологических исследований оценка инфильтрационного питания грунтовых вод Экспериментальная оценка ЛИЗИМЕТР водонепроницаемые оболочки Лизиметры на воднобалансовом стационаре «Верхняя Волга» инфильтрация испарение сосуд Мариотта мерная ёмкость гравийно-галечная засыпка

методы гидрогеологических исследований оценка инфильтрационного питания грунтовых вод УРОВЕННЫЕ РЕЖИМНЫЕ НАБЛЮДЕНИЯ в СКВАЖИНАХ в ОБЛАСТИ ПИТАНИЯ H питание W, м/сутки слой питания W t, м Теоретический подъём уровня (при отсутствии оттока) Фактический подъём уровня H H Z Предполагаемое снижение уровня за счёт оттока Z t III IV V VI VII

методы гидрогеологических исследований ОЦЕНКА ПОДЗЕМНОГО СТОКА по меженному стоку рек F 1 P 2 F P Метод замыкающего створа Pn-1 Метод частных водосборов Fn Pn Измерение дебита родника в зимнюю межень (гидрометрическим способом) Пермское Приуралье, бассейн р. Чусовой P Метод расчленения гидрографа речного стока Q

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ СПЕЦИАЛЬНО ПРЕДПРИНИМАЕМЫЕ … ПОБОЧНЫЕ (ВЫНУЖДЕННЫЕ … ? ) Фильтрационные потери – в зоне гидротехнических сооружений, - на орошаемых территориях, - на коммунальных водонесущих коммуникациях ? ? Эксплуатационный водоотбор – добыча подземных вод с целью использования (пресные, минеральные, промышленные, термальные) Промышленное водопонижение – дренирование (осушение) при горных разработках, мелиорации сельхозземель, разнообразном строительстве, эксплуатации подземных сооружений … ГОЛОВОТЯПСТВО ! ! ! Искусственное пополнение запасов подземных вод – инъекции воды в эксплуатируемые водоносные горизонты на участках действующих водозаборов Захоронение промстоков – закачка токсичных отходов в глубокие водоносные горизонты - упрощение проектных решений ради «экономии» средств - нарушения при исполнении строительства опасных сооружений (испарители, отстойники, шламо- хвостохранилища, отвалы …) - устаревшие технологии, низкая производственная дисциплина, физический износ оборудования и трубопроводных коммуникаций (аварийные сбросы технологических жидкостей, массовые ненормативные потери из водонесущих коммуникаций…) нарушение естественного, равновесного состояния подземных вод в природной среде НАРУШЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЯ УРОВНЕЙ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (понижение при добыче, дренаже, повышение при потерях) изменение глубины залегания грунтовых вод изменение условий произрастания растительных сообществ … изменение профиля увлажнённости и солевого режима приповерхностной части разреза деградация почв … перераспределение давления в водонасыщенных массивах горных пород просадки земной поверхности, потеря несущей способности фундаментов сооружений, провоцирование сейсмических событий … НАРУШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ и ЗНАКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОВЕРХНОСТНЫХ и ПОДЗЕМНЫХ ВОД (ущерб речному стоку) изменение водного баланса речных долин негативное влияние на облик ландшафта в целом …. ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (изменение физических свойств, химического и микробиологического состава) негативное влияние на биогеноценозы …. потеря существенных потребительских свойств питьевых, минеральных подземных вод…

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ВОДООТБОР Доля подземных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении в развитых странах 50 – 100% Россия 45% Прогнозные ресурсы пресных подземных вод около 869 млн. м 3/сутки Разведано (подготовлено к освоению) около 92 млн. м 3/сутки ( 5500 участков) Реально освоено около 30 млн. м 3/сутки ( 350 м 3/с) «Эксплуатационные запасы» месторождения подземных вод – это расчётная производительность проектного водозабора при условиях: 1) постоянная во времени на весь срок эксплуатации (или периодическая) 2) сохранение (или качества воды в пределах кондиций для питьевых вод 3) приемлемая степень воздействия на природную среду Допустимое понижение уровня в водозаборе водозаборный участок Q водоподготовка Sдоп водозаборные скважины ( I подъём ) магистральный водовод (0. 5 0. 7)h 0 II подъём водопроводная станция объект водоснабжения hp Расчётный срок эксплуатации аммортизационный (10000 суток 27. 5 лет) временный (1 -5 лет) периодический (сезонный, внутринедельный, внутрисуточный) резервный (на периоды ЧС – от 10 суток до 1 -12 месяцев) m Sдоп

ВОДОЗАБОРЫ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

ИСТОЧНИКИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ (БАЛАНСОВАЯ СТРУКТУРА) ЭКСПЛУАТАЦИОННОГО ВОДООТБОРА ЕЗ (естественные запасы водоносного горизонта) – объём воды в осушенной части пласта ЕР (естественные ресурсы водоносного горизонта) – расход потока, обеспеченный всеми видами естественного питания водоносного горизонта ПР (привлекаемые ресурсы) – расход дополнительного притока, возникающего при работе водозабора вследствие снижения уровней подземных вод ИР (искусственные ресурсы) – расход притока из специальных инфильтрационных сооружений Qэ W E ИР ЕЗ ПР ЕР

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ВОДООТБОР УЩЕРБ РЕЧНОМУ СТОКУ в районах действия береговых подземных водозаборов Возникает в связи - с сокращением естественного подземного питания реки - с с прямым привлечением речных вод через ложе реки Величина ущерба примерно равна производительности водозабора (но может быть меньше при наличии обширных площадей разгрузки подземных вод путём эвапотранспирации) В отличие от поверхностных водозаборов область формирования ущерба значительно растянута вверх и вниз по течению от места расположения подземного водозабора. Характерные зоны: 1 – ненарушенный гидрологический и гидрогеодинамический режим 2, 2’ – сокращённое подземное питание реки 2’ 3, 3’ – привлечение речных вод (при полной инверсии подземного питания) 3’ 4 – полный ущерб стоку реки, ненарушенный гидрогеодинамический режим Минимальный расход реки – на границе зон 3’ и 2” 3’ Возможен полный перехват стока в низководные меженные периоды Для сохранения нормативного МДР (минимально допустимого расхода реки) необходим специальный компенсационный подземный водозабор на достаточном удалении от реки, который включается лишь на некоторое время в периоды низкого речного стока. Р P P Pmin 1 2 3 4 5 6 Qэ Qэ S РАЗРЕЗ вдоль реки Уровень грунтовых вод к моменту включения КВ МДР к моменту выключения КВ II IV V VI VIII IX 8 ПЛАН Qэ I 7 КВ 2 -й расчетный период 1 -й расчетный 1 -й период P X XI XII производительность основного производительность компенсационного водозабора расчётный гидрограф речного стока по среднемесячным расходам нормативной обеспеченности ОВ l

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ВОДООТБОР : ЗАГРЯЗНЕНИЕ ВОДОЗАБОРОВ q y Координаты характерных точек на нейтральной линии тока А: НЛТ В: B Ширина при х : Потенциальные источники загрязнения подземных вод A x Q источник загрязнения Се Предельное загрязнение водозабора Сг Qг Время прихода загрязнения в водозабор L Qэ , С э Qэ Гидродинамическая защита водозаборов Qт Qэ Сг Qт Сг

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЙ ВОДООТБОР САНИТАРНАЯ ОХРАНА ВОДОЗАБОРОВ Зона санитарной охраны (ЗСО) создаётся вокруг водозабора с целью: 1) ликвидации или ограничения имеющихся источников загрязнения, 2) предупреждения возможности возникновения новых. Территория внутри ЗСО отчуждается и выводится из хозяйственного оборота. I ЗСО состоит из трёх поясов. I пояс – строгого режима: охрана водозахватных устройств от естественных или умышленных повреждений и загрязнений III II II пояс – защита водозабора от бактериального загрязнения. Длительность выживания болезнетворных бактерий (группы кишечной палочки Coli) в подземных водах – от 100 (в холодном климате) до 400 суток (в тёплом климате). Контур II пояса рассчитывается как изохрона 100 (400) суток, т. е. совокупность точек, от которых время движения потока до ближайшего водозахватного устройства составляет 100(400) суток. III пояс – защита водозабора от химических загрязнений. Контур III пояса рассчитывается как изохрона для полного срока эксплуатации водозабора (обычно 10 000 суток 27. 5 лет). Простейшее представление о расчёте размера ЗСО RII Объём воды, извлекаемой водозабором за время t В пределах зон санитарной охраны ограничивается или запрещается: RIII - любая деятельность в недрах - применение агротехнологий, связанных с использованием удобрений, пестицидов… - лесоохранные мероприятия с применением ядохимикатов - создание новых промплощадок с сооружением технологических водоёмов, шламои хвостохранилищ, золоотвалов и т. д. - создание новых населённых пунктов и захоронений Такой объём содержится в цилиндрическом элементе пласта (при отсутствии потока!) радиусом R, мощностью m и активной пористостью n 0 Следовательно, необходимый радиус зоны охраны должен быть равен Qэ где t* - расчётное время для соответствующего пояса ЗСО. Например, при водоотборе 10 тыс. м 3/сутки, мощности пласта 20 м и активной пористости 0. 1 необходимый радиус пояса бактериальной защиты составит 800 м, а химической – 4 км. m n 0 В населённых пунктах и на действующих предприятиях упорядочиваются системы водоснабжения и водоотведения

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ ПОДПОР ПОДЗЕМНЫХ ВОД в зоне крупных гидротехнических сооружений 1955 1956 1957 м Наполнение Куйбышевского водохранилища 50 15 км вдхр. 600 м 5 км 40 Волга 30 ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ на ОРОШАЕМЫХ ТЕРРИТОРИЯХ Полив агрокультур в период вегетации (3 -5 месяцев в году) При нарушении нормы и технологии полива происходит инфильтрация излишков воды (до 300 -400 мм/год!) и подъём уровня грунтовых вод к поверхности земли Резко возрастает испарение, происходит «вторичное засоление» почв (солончак!) Значительные потери из магистральных каналов и разводящей сети Коэффициент фильтрации экрана 0. 1 м/сутки (супеси, суглинки) При глубине канала 1 -2 м и мощности экрана 1 -2 м градиент напора – около 1 3 1 Соответственно скорость фильтрации из канала v 0 = 0. 1 0. 3 м/сутки 0. 1 При ширине канала 10 м погонные потери (на 1 м длины) составляют 1 -3 м 3/сутки, т. е. на 1 км теряется 1000 -3000 м 3/сутки – достаточно для водоснабжения 5 -15 тыс. чел ! Длина знаменитого Кара-Кумского канала – около 800 км …. На отдельных его участках потери достигали 130 тыс. м 3/сутки HК h. К K 0 m 0 v 0 H 0

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ ФИЛЬТРАЦИОННЫЕ ПОТЕРИ ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ Новоподрезково Уменьшение инфильтрации на асфальтированных площадях Усиление перетекания грунтовых вод в эксплуатируемые нижележащие межпластовые водоносные горизонты Подпор потоков грунтовых вод подземными сооружениями Ликвидация естественного дренирования грунтовых вод долинами малых рек Потери из коммунальных водонесущих коммуникаций (водоснабжение и водоотведение) Результат: как правило, повышение уровня грунтовых вод (подтопление) МОСКВА: площадь 880 км 2, население 10 млн. человек В инженерные сети подается около 6 млн. м 3/сутки Нормативные потери около 4%, фактически до 40% ! Как минимум потери 6 млн. х 0. 04 = 240 тыс. м 3/сутки, т. е. в среднем «официальная» техногенная инфильтрация составляет 2. 4 · 105 / 8. 8· 108 2. 7· 10 -4 м/сутки 100 мм/год, 8. 8· 2. 7· т. е. в 1. 5 раза выше естественной ! Долгопрудный ПРОГНОЗНЫЕ ГЛУБИНЫ ЗАЛЕГАНИЯ УРОВНЯ ГРУНТОВЫХ ВОД на 2010 г. Митино Косино В настоящее время около 45% территории Москвы критически подтоплено (глубина залегания уровней грунтовых вод меньше 3 м) асфальтирование засыпка долин ручьёв и малых рек М КА Д Солнцево a, g, fg, t Q K 1 -J 3 C 3 C 2 Бутово 0 – 1. 5 м 1. 5 – 3 м 3– 5 м >5 м «Геолого-экологические исследования в г. Москве и Московской области» , 1992 ГГП Центргеология и МНПЦ Геоцентр-Москва

ТЕХНОГЕННЫЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ на ПОДЗЕМНЫЕ ВОДЫ: ДРЕНАЖИ ГИДРОИЗОЛЯЦИЯ ВОДООТЛИВ ВОДОПОНИЖЕНИЕ горизонтальный дренаж вертикальный дренаж

Долгопрудный 50 ПОНИЖЕНИЕ УРОВНЯ ПОДЗЕМНЫХ ВОД (м) СРЕДНЕКАМЕННОУГОЛЬНОГО ВОДОНОСНОГО КОМПЛЕКСА ЗА ПЕРИОД ЕГО ЭКСПЛУАТАЦИИ (1890 – 1986 г. г. ) 60 Новоподрезково 40 50 30 70 75 20 Митино 60 20 60 30 40 40 30 20 60 20 М К 30 Д 40 Солнцево 15 А 50 Бутово «Геолого-экологические исследования в г. Москве и Московской области» , ГГП Центргеология и МНПЦ Геоцентр-Москва, 1992

методы гидрогеологических исследований Дешифрирование аэро- и космических снимков Аэро- и наземные маршрутные работы Проходка горных выработок (скважины, шурфы) Гидрогеодинамическое опробование опытно-фильтрационное (откачки, наливы, нагнетания воды) опытно-миграционное (химические, физические, радиоактивные трассеры) Гидрогеохимическое опробование (полевые, сокращенные, полные, специальные анализы) Бактериологическое опробование Геофизические работы (наземные, русловые, каротаж скважин) Гидрологические работы Стационарные воднобалансовые и режимные наблюдения (уровни, физические свойства и хим. состав, интенсивность инфильтрации, расходы разгрузки, производительность водозаборов …) Система ГМСН (государственный мониторинг состояния недр) более 10 тыс. пунктов федеральная территориальная сеть локальные объектные сети Лабораторные определения водно-физических свойств горных пород Моделирование фильтрации и миграции (физическое, аналоговое, численное)