Главная | Обратная связь

Гідрогеологічні дослідження при пошуках, розвідці і експлуатації родовищ підземних вод для водопостачання

Підземні води використовуються з метою господарсько-питного та виробничого водопостачання, зрошення та обводнення, енергетичних цілей та теплофікації, лікувальних цілей, у якості столових мінеральних вод та як сировина для вилучення цінних компонентів.

Підземні води мають деякі переваги перед поверхневими: майже всюди розповсюджені, мають велику стабільність режиму та високу якість, менше забруднюються радіоактивними, хімічними та бактеріальними речовинами.

Підземні води розглядаються як складова і важлива частина загальних водних ресурсів, як елемент природного середовища та найважливіша корисна копалина, пошук, розвідка та використання якого регламентуються відповідними положеннями.

Вибір джерела водопостачання та проект будівництва водозабору обґрунтовується результатами спеціальних гідрогеологічних та інших видів досліджень, які на підземні водипроводяться спеціалізованими гідрогеологічними організаціями. Об’єм та характер таких досліджень визначається складністю природних умов, розміром та характером водоспоживання, стадією проектування та ступенем вивченості гідрогеологічних умов.

Спеціалізовані гідрогеологічні роботи масштабу 1:50000(1:25000) проводяться на площах з особливо складними гідрогеологічними та еколого-гідрогеологічними умовами з метою спеціалізованого гідрогеологічного картування відповідного масштабу або вирішення спеціальних гідрогеологічних питань.

Пошукові роботи на підземні води проводяться з метою виявлення потенційних родовищ заявлених видів підземних вод, виділення водоносних горизонтів (комплексів) з визначенням площ їх поширення та ділянок надр, перспективних для проведення подальших пошуково-оцінювальних та розвідувальних робіт з підрахунком попередньо розвіданих експлуатаційних запасів підземних вод категорії С₂ та оцінкою прогнозних ресурсів.

Пошуково-оцінювальні роботи проводяться на виявлених потенційних родовищах підземних вод і перспективних ділянках надр з метою відбракування ділянок, не придатних для промислового освоєння, та геолого-економічної оцінки перспективних родовищ підземних вод, підрахунку експлуатаційних запасів за категоріями С₁ та С₂ і підготовки цих родовищ до проведення розвідувальних робіт.

Розвідка проводиться тільки на тих родовищах (ділянках) підземних вод, які отримали позитивну геолого-економічну оцінку за даними попередніх робіт геологорозвідувального процесу й визнані першочерговими для промислового освоєння.

Метою розвідувальних робіт є підготовка родовищ (ділянок) підземних вод до промислового освоєння та визначення вихідних даних для опрацювання проектів будівництва об'єктів з видобутку та використання підземних вод, що створюються або реконструюються на базі розвіданих запасів підземних вод, включаючи оцінку можливого впливу водозабірних споруд на екологічний стан довкілля.

Експлуатаційні запаси - це кількість підземних вод, яка може бути одержана на родовище за допомогою раціональних у техніко-економічному відношенні водозабірних споруд при заданому режимі експлуатації та якості води, що задовольняє потребам цільового використання її в народному господарстві на протязі розрахункового терміну водокористування (25-30 років).

Експлуатаційні запаси оцінюються за результатами виконаних на родовищі геологорозвідувальних робіт і за даними експлуатації підземних вод.

При оцінці експлуатаційних запасів у повній мірі мають бути вивчені якість, кількість та умови експлуатації підземних вод, а також їх можливі зміни в часі. В залежності від ступеню вивченості та достовірності визначення цих показників експлуатаційні запаси поділяються на розвідані – це категорії А, В і С₁ та попередньо оцінені – це категорія С₂. Прогнозні ресурси за ступенем обґрунтованості відносяться до категорії Р.

Запаси категорії А підраховуються на детально розвіданих або розроблюваних родовищах (ділянках) стосовно схеми нового або діючого водозабору за сумарним фактичним дебітом свердловин, якій було встановлено під час одиночних та кущових відкачок, або у процесі експлуатації. У складних гідрогеологічних та гідрохімічних умовах для запасів цієї категорії виконують дослідно-експлуатаційні відкачки.

Запаси категорії В підраховуються на детально розвіданих або розроблюваних родовищах стосовно схеми нового або діючого водозабору за дебітами різночасових дослідних відкачок зі свердловин з урахуванням їх взаємодії; за сумарним розрахунковим дебітом свердловин, досліджених для обґрунтування запасів категорії А, якщо зниження рівнів більше фактичних; за дебітами проектних свердловин, що розміщують на родовищі у відповідності з прийнятою схемою водозабору.

Запаси категорії С₁ підраховують, виходячи із загальних гідрогеологічних умов водозабірної площі, даних пробних відкачок зі свердловин та загальних природних запасів води, які можуть бути джерелами відновлення експлуатаційних запасів.

Запаси категорії С₂ підраховуються за розрахунковою витратою водозаборів на основі даних випробування одиночних свердловин і результатів інших гідрогеологічних досліджень; за екстраполяцією до запасів більш високих категорій; за аналогією гідрогеологічних умов з більш вивченими площинами; за мінімальним дебітом джерел, якій встановлюється одиночними замірами.

Запаси категорії Р - при їх розрахунку враховують можливість виявлення нових родовищ підземних вод, наявність та склад яких ґрунтується на загальних гідрогеологічних схемах та передумовах; на гідрогеологічному картуванні, гідрологічних, водобалансових та геофізичних дослідженнях.

Запаси категорій А та В встановлюються в результаті робіт виконаних на стадії розвідка родовищ підземних вод; запаси категорій С₁ – на підстадії пошуково-оцінювальні роботи та в окремих випадках стадії розвідка родовищ підземних вод; запаси категорій С₂ в результаті робіт виконаних на підстадії пошукові роботи та в окремих випадках на підстадії пошуково-оцінювальні роботи й на підстадії спеціалізовані гідрогеологічні роботи масштабу 1:50000 (1:25000); прогнозні ресурси Р - на підстадії спеціалізовані гідрогеологічні роботи масштабу 1:50000 (1:25000) й на підстадії пошукові роботи та в окремих випадках на підстадії пошуково-оцінювальні роботи.

Родовища підземних вод вважаються підготовленими до експлуатації, коли запаси затверджені Державною комісією із запасів (ДКЗ) і в них дотримуються такі співвідношення категорій експлуатаційних запасів: А + В мають становити не менше 70-80 %, у тому числі за категорією А - не менше 20-40%, лише для родовищ з дуже складними гідрогеологічними умовами припускається проектування водозаборів на базі запасів категорій В + С₁ за умовою, що запаси категорії В становлять не менше 70 %.

Оцінка експлуатаційних запасів підземних вод полягав у отриманні доказів можливості експлуатації підземних вод при дебіті водозабору та якості води, що задовольняє потребам споживача на протязі розрахункового строку водоспоживання 25-30 років.

Методи гідрогеологічних досліджень з метою водопостачання значною мірою залежать від того, яким методом буде здійснено оцінку експлуатаційних запасів підземних вод об’єкту, що вивчається. Метод оцінки експлуатаційних запасів визначається, виходячи з гідрогеологічних особливостей об’єкту.

Всі методи оцінки експлуатаційних запасів підземних вод поділяються на: гідродинамічні, гідравлічні, балансові та метод гідрогеологічних аналогів.

1. Гідродинамічні методи ґрунтуються на використанні для розрахунків аналітичних формул, отриманих шляхом вирішення диференціальних рівнянь фільтрації в заданих початкових і граничних умовах. До них відносяться й методи математичного моделювання, які застосовують у складних гідрогеологічних умовах.

Для застосування гідродинамічних методів необхідно попереднє вивчення та оцінка гідрогеологічних параметрів, меж та граничних умов.

Позитивні риси використання гідродинамічних методів при проведенні оцінки експлуатаційних запасів - вони дозволяють враховувати всю складність та різноманіття умов формування експлуатаційних запасів; урахувати вплив меж і граничних умов, а також вплив режиму роботи водозабірної споруди

Негативні риси використання гідродинамічних методів при проведенні оцінки експлуатаційних запасів - вони принципово застосовуються лише для простих гідрогеологічних умов (пласт однорідний) із чітко встановленими межами і граничними умовами.

2. Гідравлічні методи ґрунтуються на використанні для розрахунків емпіричних залежностей між дебітами та зниженнями рівнів у свердловинах або між зниженнями рівнів та часом. Такі емпіричні залежності встановлюються за даними дослідних відкачок, причому в цьому випадку відкачки проводяться при двох або трьох ступенях зниженнях.

Самостійно гідравлічні методи не застосовують, а лише в комплексі з гідродинамічними та балансовими.

Позитивні риси використання гідравлічних методів при проведенні оцінки експлуатаційних запасів - у розрахунках приймає участь тільки величини дебітів, знижень та часу, які надійно встановлюються в результаті проведення дослідно-фільтраційних робіт.

Негативні риси використання гідравлічних методів при проведенні оцінки експлуатаційних запасів - відсутність в емпіричних залежностях будь-яких показників забезпеченості розрахункових дебітів джерелами їх формування.

3. Балансові методи передбачають оцінку експлуатаційних запасів підземних вод, виходячи з балансу води в зоні роботи водозабірної споруди. Фактично завдання зводиться до кількісної оцінки джерел формування експлуатаційних запасів та полягає у визначенні об’єму води, який може бути відібраний водозабором протягом того чи іншого строку експлуатації за рахунок виробки природних запасів, часткового або повного перехвату водозабором природного потоку. Ці методи допоміжні і застосовуються для оцінки експлуатаційних запасів низьких категорій (С₂, іноді С₁), але у той же час їх обов’язково використовують у поєднанні з гідравлічними або гідродинамічними при виконанні оцінки забезпеченості експлуатаційних запасів більш високих категорій (А, В, С₁).

4. Метод гідрогеологічних аналогів ґрунтується на екстраполяції даних про експлуатаційні запаси або параметрів їх розрахунків з вивчених (розвіданих або експлуатаційних) ділянок на нові, ще не вивчені ділянки.

Висновок: 1) у всіх випадках, коли природні гідрогеологічні умови без особливих втрат можуть бути представлені у вигляді розрахункової фільтраційної схеми можуть і повинні застосовуватися гідродинамічні методи, у противному випадку (складні та особливо складні гідрогеологічні умови) мають застосовуватись гідравлічні методи;

2) балансові методи та метод гідрогеологічних аналогів завжди мають застосовуватись для оцінки точності результатів, отриманих гідродинамічними та гідравлічними методами.

Під родовищем підземних вод розуміють ділянки верхньої частини земної кори, у межах яких під впливом природних і штучних факторів утворюються умови для відбору підземних вод, які у кількісному та якісному відношенні забезпечують економічне доцільне їх використання у народному господарстві.

Родовища підземних вод можуть бути природними - їх формування відбувається під впливом природних факторів та штучними, коли накопичення підземних вод відбувається або за рахунок штучного переводу частини поверхневого стоку у підземний, або за рахунок фільтраційних втрат із систем водопостачання, водосховищ, каналів та ін.

Родовища підземних вод (прісних, мінеральних, промислових та термальних) мають багато спільного з родовищами будь-яких інших корисних копалин: (контури в плані і розрізі - тобто межа, визначені об’єми скупчень корисної копалини, специфічні закономірності їх формування і розповсюдження, спільність понять запасів корисних копалин та ін.). Для родовищ мінеральних, промислових та термальних вод межі родовища легко встановлюються на підґрунті урахування кондиційних вимог до якості (за величиною вмісту промислових або біологічно-активних компонентів або за температурою); для прісних вод - це питання дискусійне, але прийнято вважати, що контури родовищ підземних вод співпадають з межами області фільтрації.

У межах родовища підземних вод може виділятися одна або декілька експлуатаційних ділянок, тобто ділянок родовища, які забезпечують раціональні в техніко-економічному відношенні умови експлуатації водозабірних споруд, що розміщуються в їх межах.

Родовища підземних вод мають специфічні особливості, які відрізняють їх від інших родовищ корисних копалин, що обумовлено такими особливостями підземних вод як рухомість, здатність до відновлення запасів, а також видами їх народногосподарського використання:

1) Підземні води швидко сприймають вплив зовнішнього середовища через межі області фільтрації, що виявляється в зміні рівня підземних вод, якості й величини їх запасів та в забезпеченні умов відтворення спрацьованих запасів.

2) Поновлюваність запасів підземних вод (особливо прісних) за рахунок природних ресурсів, при цьому природні ресурси при експлуатації не тільки не зменшуються, але на багатьох площах навіть збільшуються за рахунок залучення поверхневих вод, скорочення величини випаровування підземних вод та перетиків із суміжних у розрізі водоносних горизонтів.

3) Залежність експлуатаційних запасів родовищ підземних вод від фільтраційних (водопровідність) та ємнісних (водовіддача) властивостей водовміщуючих відкладів.

4) Мінливість меж родовищ підземних вод у просторі та часі під впливом природних і штучних факторів.

5) Взаємодія водозаборів, розташованих на різних експлуатаційних ділянках одного й того ж родовища та вплив цієї взаємодії на кількісні і якісні показники експлуатаційних запасів.

6) Багатоцільове використання підземних вод як корисної копалини та різноманіття вимог до їх якості.

7) Незамінність води як корисної копалини.

За геолого-гідрогеологічними умовами, які визначають методику проведення геологорозвідувальних робіт та підрахунок експлуатаційних запасів, родовища підземних вод можуть бути поділені на 7 головних типів: 1) родовища річкових долин; 2) родовища артезіанських басейнів; 3) родовища конусів виносу передгірськихшлейфів та міжгірських западин; 4) родовища обмежених за площею структур або масивів тріщинних і тріщино-карстових порід та зон тектонічних порушень; 5) родовища піщаних масивів пустель та напівпустель; 6) родовища водно-льодовикових відкладів; 7) родовища області розвитку багаторічномерзлих порід.

Переважна більшість розвіданих та експлуатованих на теперішній час родовищ відноситься до перших 4 типів, причому на долю родовищ річкових долин та родовищ артезіанських басейнів припадає приблизно 80 %від загальної кількості розвіданих родовищ.

Виділені типи родовищ підземних вод розрізняються за геолого-гідрогеологічними умовами, які визначають методику проведення геологорозвідувальних робіт та оцінку їх експлуатаційних запасів.

1) При вивченні родовищ річкових долин вивчають гідрогеологічні умови долини та гідрологічний режим річки.

Пошукові та розвідувальні свердловини розміщують по поперечниках, які січуть долину та закінчуються на корінному березі - по 4-5 свердловин на поперечнику (поблизу русла, у тиловій частині терас, у місті їх причленування до берега та на корінному березі). Таке розміщення дозволяє просліджувати зміну літологічного складу, потужності та фільтраційних властивостей водовміщуючих порід та якості підземних вод. Відстань між поперечниками приймають від 3 - 4 км - на підстадії пошукові роботи та до 0,5 – 1 км - на підстадії пошуково-оцінювальні роботи.

2) При вивченні родовищ артезіанських басейнів важливе значення мають такі види робіт, які виконують на підстадії пошукові роботи: збір та узагальнення матеріалів, які отримані за підсумками геологічного вивчення надр у попередні роки, вивчення та аналіз досвіду експлуатації діючих водозаборів, гідрогеохімічні та ін. дослідження, що завершуються регіональною оцінкою експлуатаційних запасів підземних вод та вибором родовищ і ділянок, що є перспективними для проведення подальших пошуково-оцінювальних та розвідувальних робіт.

Пошукові та розвідувальні свердловини розміщують по профілях, що взаємно перетинаються, для отримання характеристики змін фільтраційних властивостей водоносних горизонтів та якості підземних вод по площі.

Для оцінки умов взаємозв’язку водоносних горизонтів та параметрів розділяючих їх слабопроникних пластів при встановлених передумовах перетікання на підстадії пошуково-оцінювальні роботи проводиться потужна кущова відкачка із закладанням спостережувальних свердловин на продуктивний і суміжні водоносні горизонти та встановлення спеціальних датчиків порового тиску в слабопроникних пластах.

3) При вивченні родовищ конусів виносу для вибору перспективної ділянки пошукові свердловини розташовують по повздовжньому профілю, що проходить від передгір’я до периферії конусу, а при необхідності - по поперечниках, що доходять до міжконусових знижень. Одна свердловина повинна повністю розкрити потужність водовміщуючих порід, а при великій їх потужності виконуються поінтервальні відкачки.

Для оцінки джерельного стоку проводять гідрометричні роботи, а якщо його величина перевищує заявлену потребу у воді, організують режимні спостереження за витратою джерел та діючих дренажів.

4) Пошук родовищ підземних вод, які приурочені до обмежених за площею структур та масивам тріщинних та тріщино-карстових порід проводяться за даними зйомочних робіт масштабу 1:25000 - 1:50000, площових геофізичних досліджень, буріння та випробування окремих свердловин, що дозволяє визначати площі, ділянки або зони підвищеної водопровідності та водозбагаченості.

На підстадії пошуково-оцінювальні роботи для виявлення меж водовміщуючих структур, закономірностей їх зміни, фільтраційних властивостей порід та якості води по площі та в розрізі, а також загальної кількісної оцінки експлуатаційних запасів підземних вод виконується комплекс бурових, дослідно-фільтраційних, геофізичних, стаціонарних гідрогеологічних і гідрологічних спостережень та спеціальних балансово-гідрометричних робіт. Поперечники розвідувальних свердловин розбурюються через усе родовище. Виконуються спеціальні водно-балансові дослідження та гідрометричні роботи з обов’язковою організацією постів на вхідному та замикаючому родовище створах.

5) Дослідження родовищ піщаних масивів пустель та напівпустель визначаються конкретними умовами формування лінз прісних вод та потребою у воді. Найважливіше встановити контури лінз прісних вод, умови їх живлення, витрати та взаємодії з поверхневими та підстіляючими солоними водами. Для цього на підстадії пошукові роботи виконують гідрогеологічну зйомку, площові геофізичні дослідження, геоботанічні спостереження та пошукове буріння. На підстадії пошуково-оцінювальні роботи при розвідці великих лінз здійснюється буріння розвідувальних свердловин по поперечниках, проводяться пробні та дослідні відкачки, геофізичні спостереження у свердловинах, режимні спостереження, вивчаються процеси підтягування солоних вод та ін.

6) При вивченні родовищ водно-льодовикових відкладів виникає необхідність буріння значної кількості пошукових і картувальних свердловин, що пов’язано з різкою мінливістю літологічного складу та потужностей водовміщуючих порід.

На підстадії пошуково-оцінювальні роботидоцільне попереднє буріння картувальних свердловин малого діаметру в місцях передбаченого буріння гідрогеологічних свердловин з метою проведення кущових та -рідше, одиночних відкачок.

На стадії розвідка родовища підземних вод доцільне буріння картувальних свердловин для визначення точок закладання розвідувальних та розвідувально-експлуатаційних свердловин.

7) Родовища підземних вод області розвитку багаторічномерзлих порід у залежності від гідрогеологічних та геокріологічних умов поділяються на такі підтипи родовищ: родовища таликів річкових долин, родовища підозерних та підаласних таликів, родовища підмерзлотних вод артезіанських басейнів.

Глибокі підмерзлотні води внаслідок їх високої вартості та технічної складності експлуатації використовують для невеликого водопостачання, тому при їх розвідці бурять одиночні розвідувально-експлуатаційні свердловини.

В якості пошукових ознак, що визначають напрямок подальших робіт на родовища таликів річкових долин, використовують рослинність, ополонки, полії та незамерзаючі взимку джерела, гідрологічні закономірності зміни стоку в річці та геолого-структурні особливості закладення долини.

Пошукові свердловини задаються по поперечниках та уздовж русла річки, причому їх частина повинна розкрити талі корінні породи. Для оконтурювання таликів використовують геофізичні методи. Обов’язковими є гідрологічні дослідження й спостереження за поліями, які використовують в якості індикаторів підземних вод та для кількісної оцінки їх розвантаження й поповнення в критичний період.

На стадії розвідка родовища підземних вод закладаються й випробуються розвідувальні та розвідувально-експлуатаційні свердловини стосовно схеми майбутнього водозабору, продовжуються стаціонарні спостереження.

При дослідженні родовищ підмерзлотних вод міжгірських артезіанських басейнів доцільно виконання тривалої дослідно-експлуатаційною відкачки в безстічний період з дебітом близьким до проектного.