Методика поисково-оценочных и разведочных работ источников водоснабжения

Гидрогеологические исследования для целей водоснабжения проводят в определенной последовательности по стадиям:

· поиски (общие и детальные),

· предварительная разведка,

· детальная разведка,

· эксплуатационная разведка.

Общие поиски. На этой стадии должны быть собраны и систематизированы материалы предыдущих исследований по району, характеризующие геологическое строение, гидрогеологические условия, режим поверхностного стока и др. По результатам собранных материалов должны быть представлены характеристики общих гидрогеологических условий района и общих условий формирования естественных и эксплуатационных запасов подземных вод, выделены перспективные площади и продуктивные водоносные горизонты, дана в предварительном виде количественная оценка прогнозных эксплуатационных запасов и обоснована постановка дальнейших исследований.

Для хорошо изученных районов, по которым накоплен опыт эксплуатации подземных вод по отдельным конкретным объектам, региональная оценка эксплуатационных запасов подземных вод должна быть выполнена по степени достоверности, отвечающей преимущественно категории С2 (в редких случаях С2 и C1). По результатам такой оценки должно быть обосновано проведение предварительной разведки, минуя подстадию детальных поисков.

Для прогнозной оценки перспективных площадей в пределах крупных, хорошо изученных регионов необходимо применять метод математического моделирования.

Детальные поиски необходимы для выявления на перспективных площадях собственно месторождений подземных вод промышленного типа, оценки эксплуатационных запасов подземных вод по категориям С1 и С2 и выбора участков для предварительной разведки.

На этой стадии выполняется определенный комплекс полевых гидрогеологических работ. Основные виды работ:

· геолого-гидрогеологическая съемка масштаба 1:50000 и крупнее,

· площадные геофизические работы,

· бурение поисковых скважин,

· опытно-фильтрационные работы,

· геофизические исследования в скважинах,

· гидрометрические,

· топографо-геодезические и

· лабораторные.

При гидрогеологических исследованиях для крупного водоснабжения изучаемые площади на стадии детальных поисков измеряются сотнями и тысячами квадратных километров. В небольших артезианских бассейнах гидрогеологические условия должны быть охарактеризованы на площади всего бассейна. Для районов, на площади которых предполагается наличие месторождений напорных вод конусов выноса или подземных вод речных долин, в комплекс съемочных работ необходимо включать геоморфологическую съемку.

На стадии детальных поисков до начала буровых работ проводят площадные геофизические работы для оконтуривания перспективных площадей возможного распространения месторождений подземных вод. По результатам геофизических работ должен корректироваться план размещения поисковых скважин. Поисковые скважины в процессе детальных поисков размещаются обычно по профилям с таким расчетом, чтобы охарактеризовать в дальнейшем распространение перспективных участков, изменение по простиранию мощности выбранного продуктивного водоносного горизонта и фильтрационные свойства водовмещающих пород. Каждая скважина опробуется пробной откачкой из продуктивного водоносного горизонта с отбором проб для качественной характеристики воды. Во всех скважинах проводится комплекс геофизических каротажных работ.

Если в пределах изучаемой площади имеются отдельные эксплуатационные на воду скважины, дренажные устройства или действующие водозаборы, необходим тщательный анализ их работы. Работа на водозаборах заключается в сборе архивных и фондовых материалов, в обследовании эксплуатационных скважин, расположенных непосредственно на площади водозабора и в радиусе его влияния, в постановке режимных наблюдений, в проведении опытных работ. В результате сбора материалов и обследования скважин выделяется число эксплуатирующихся и законсервированных скважин, режим их работы, конструкция, насосное оборудование, дебиты, положение динамического уровня, химический и бактериологический состав подземных вод.

Поисковые признаки. Большое значение при выборе площади исследований имеют поисковые признаки.

Главный поисковый признак для всех типов промышленных месторождений— гидрологический, так как постоянно действующие поверхностные водотоки определяют возможность создания на отдельных участках водозаборов инфильтрационного типа с более интенсивным отбором воды, с обеспечением постоянного питания за счет береговой и донной инфильтрации поверхностных вод.

Очень ценный поисковый признак — выход родников. Если родники имеют высокие дебиты (10—50 л/с), а в некоторых случаях и больше (500—3000 л/с), то это указывает на непосредственную связь их с промышленными типами месторождений подземных вод.

К поисковому признаку можно отнести геолого-геоморфологические условия выхода родников. На конусах выноса выход родников носит площадной характер, родники формируются в периферийной части конусов в зоне близкого залегания подземных вод. В бассейнах трещинно-карстовых вод родники располагаются в речных долинах и особенно часто на современной пойме. Для месторождений трещинно-жильных вод характерно расположение родников в виде цепочки вдоль зоны тектонического нарушения. Режим дебита родников, связанных с промышленными месторождениями, более постоянный.

В процессе поисковых работ необходимо использовать признак природных аналогов. Гидрогеологи перед проведением поисковых работ должны собрать гидрогеологические данные по опыту разведки и эксплуатации месторождений, расположенных в аналогичных природных условиях.

Предварительная разведка. Основными задачами предварительной разведки являются:

· изучение основных особенностей геологического строения и гидрогеологических условий перспективных участков, рекомендованных к разведке по результатам детальных поисков;

· качественная и количественная характеристика источников формирования эксплуатационных запасов подземных вод участка;

· уточнение гидрогеологических параметров на площади разведуемого участка, обоснование расчетной схемы и выбор метода оценки эксплуатационных запасов;

· обоснование рациональной схемы будущего водозабора;

· выявление общих эксплуатационных запасов в пределах участка.

На стадии предварительной разведки рекомендуется выполнять следующие виды гидрогеологических работ:

1. Рекогносцировочное обследование территории в пределах перспективного участка с целью уточнения его границ, геоморфологических, геологических и гидрогеологических особенностей, а также выявления технико-экономических условий проведения различных видов работ.

2. Детальные наземные геофизические исследования с целью изучения геолого-гидрогеологических условий и корректировки плана размещения буровых скважин.

3. Буровые работы — проходка разведочных и наблюдательных скважин. Число разведочных и наблюдательных скважин, их глубина и размещение на участке зависят от конкретных гидрогеологических условий.

Разведочные скважины обычно бурят по створам путем сгущения профилей скважин, пройденных на поисковой стадии. Створы должны размещаться так, чтобы скважинами были охарактеризованы фланги перспективных участков и их центральные части. Глубину скважин выбирают, исходя из глубины залегания кровли водоносного горизонта и его мощности. При большой мощности водоносного горизонта (80 м и более) необходимо установить на начальных стадиях исследований наиболее перспективные интерва­лы по фильтрационным свойствам с помощью зональных откачек, расходометрии или резистивиметрии. По результатам этих работ необходимо выбрать наиболее оптимальную глубину скважин.

4. Опытно-фильтрационные работы по определению основных гидрогеологических параметров продуктивного водоносного горизонта, изучения граничных условий водоносного пласта в плане и разрезе, установлении качества подземных вод. На стадии предварительной разведки проводят опытные одиночные зональные откачки в процессе бурения, опытные одиночные откачки после окончания бурения и кустовые откачки.

5. Опробование подземных вод с целью изучения качества подземных вод и санитарного состояния площади участка. Пробы воды обычно отбирают из продуктивного и смежных с ним водоносных горизонтов и из поверхностных водотоков. Пробы воды можно отбирать в процессе обследования, бурения, опытных работ и режимных наблюдений. Количество проб, частота их отбора зависят от конкретных гидрогеохимических условий участка. На стадии предварительной разведки обследуют санитарное состояние участка совместно с представителями органов санитарного надзора для гидрогеологического обоснования зон санитарной охраны.

6. Изучение режима поверхностных и подземных вод. Особенно большое значение приобретают эти работы при изучении подземных вод речных долин и трещинно-карстовых вод карбонатных отложений, так как их режим тесно связан с метеорологическими и гидрологическими факторами. Наблюдения за режимом подземных вод проводят по наблюдательной сети, состоящей из скважин, водомерных постов на реках и в месте разгрузки у родников. Продолжительность режимных наблюдений должна быть не менее года, поэтому начинать их надо на поисковой стадии.

Если подземные воды находятся в тесной гидравлической связи с поверхностными, которые в дальнейшем при эксплуатации явятся источником формирования эксплуатационных запасов, то на месторождении необходимы балансово-гидрометрические работы по изучению поверхностного стока реки и его изменения по сезонам года и в многолетнем разрезе.

В процессе исследований необходимо изучить уровенный режим водотока, режим поверхностного стока, температуру, химический и бактериологический состав поверхностных вод, режим твердого стока (мутность), условия промерзания поверхностных вод и прохождения весеннего паводка.

По результатам предварительной разведки определяют общие эксплуатационные запасы месторождения подземных вод с оценкой их по категориям C1 и С2 (из них по категории С1—в количестве первоочередной потребности), выбирают участок для детальных разведочных гидрогеологических работ и рациональную в данных условиях схему водозабора.

Детальная разведка. Детальные разведочные гидрогеологические работы проводят только на месторождениях, которые по результатам работ предыдущих стадий получили положительную промышленную оценку и намечены для освоения с целью удовлетворения первоочередной потребности в воде. Их разведуют с детальностью, обеспечивающей подсчет запасов с учетом заданного их количества по категориям А, В и С1 в требуемом соотношении.

Методика проведения разведочных гидрогеологических работ (система размещения выработок, их количество и глубина, виды и объемы опытных работ, их продолжительность и др.) определяется сложностью гидрогеологических условий месторождения.

Буровые скважины по своему назначению подразделяются на разведочные, разведочно-эксплуатационные и наблюдательные. В пределах всех типов месторождений разведочные и разведочно-эксплуатационные скважины в основном располагают в пределах водозаборного участка с учетом ранее пробуренных скважин и применительно к намеченной схеме водозабора.

Количество скважин, разбуриваемых по намечаемой схеме водозабора, определяется группой сложности месторождения и самой схемой.

· На месторождениях первой и второй группв относительно однородных по фильтрационным свойствам водоносных горизонтах количество разведочных и разведочно-эксплуатационных скважин в схеме водозабора составляет 15—20% от числа проектных эксплуатационных, но не менее двух на водозаборный ряд.

· В неоднородных по фильтрационным свойствам породах на месторождениях второй группы сложности должно быть пробурено 40—50% скважин от общего числа проектных эксплуатационных выработок.

· На месторождениях третьей группы на месте каждой проектной эксплуатационной скважины должна быть пробурена разведочная или разведочно-эксплуатационная скважина.

Количество эксплуатационных скважин в водозаборе рассчитывают, исходя из потребности в воде и проектного эксплуатационного дебита одной скважины. Проектный эксплуатационный дебит скважин рассчитывают по данным опробования, полученным в стадию предварительной разведки, или берут по данным эксплуатации с учетом возможной экстраполяции понижений уровня.

Эксплуатационная разведка. При промышленном освоении месторождений подземных вод на действующих водозаборах продолжаются гидрогеологические исследования в рамках стадии эксплуатационная разведка. Основными задачами разведки считают:

· стационарный надзор за режимом эксплуатации подземных вод на водозаборном участке;

· изучение условий формирования депрессионной воронки;

· исследование характера изменения качества подземных вод в процессе эксплуатации;

· уточнение гидрогеологических параметров эксплуатационного водоносного горизонта;

· переоценка эксплуатационных запасов подземных вод;

· обоснование оптимального режима работы водозабора и возможного его расширения;

· изучение техногенных процессов, которые могут оказать негативное воздействие на геологическую и окружающую среду, для обоснования защитных мероприятий;

· доразведка флангов месторождения с целью приращения эксплуатационных запасов и др.

Для решения перечисленных задач на водозаборном участке проводят комплекс гидрогеологических и инженерно-геологических работ.

1. Стационарные наблюдения за режимом эксплуатации подземных вод. В эти работы входит изучение дебита отдельных водозаборных скважин и суммарной производительности водозабора, исследование режима уровня по всем наблюдательным скважинам и температурного режима, выяснение химического и бактериологического состава подземных вод и их изменения. Наблюдения ведут по наблюдательным скважинам опорной сети, которая постоянно действует, и по дополнительной сети, которую могут организовывать в процессе эксплуатационной разведки. Расположение наблюдательных скважин зависит от граничных условий водоносного пласта, системы размещения водозаборных скважин и других факторов, но во всех случаях наблюдательные скважины должны быть расположены не только в центре водозабора, но и на всей площади депрессионной воронки.

2. Инженерно-геологические исследования с целью изучения естественных геодинамических и техногенных процессов. Это периодические рекогносцировочные обследования участка водозабора и организация наблюдений по опорной геодезической сети за деформацией поверхности земли.

3. Бурение гидрогеологических скважин для организации опорной и вспомогательной режимной сети (наблюдательные), изучения геодинамических процессов (инженерно-геологические) и возможностей приращения эксплуатационных запасов на флангах месторождения (разведочно-эксплуатационные).

4. Геофизические работы для выяснения технического состояния водозаборных скважин и проверки работы фильтров.

При изучении месторождений подземных вод на всех стадиях необходимо учитывать их особенности, которые отличают одно месторождение от другого.