Александр Лукьянов

Оценка запасов подземных вод в Москве и Московской области

Tue, 20 Mar 2012 13:47:00 +0400

Предоставление недр в пользование для добычи полезных ископаемых разрешается только после проведения государственной экспертизы их запасов (ст. 29 Закона «О недрах»). Данное положение в полной мере относится и к месторождениям подземных вод.

Законная эксплуатация водозаборных скважин юридическими лицами на территории РФ возможна только при наличии лицензии на право добычи подземных вод, которая выдается при наличии протокола Территориальной или Государственной комиссии по запасам.

Работы по геологическому изучению участка недр с целью оценки запасов подземных вод проводятся специализированными организациями. В рамках работ выполняется изучение геологического строения участка недр, определение условий залегания водоносных горизонтов, выполняются опытные откачки с целью расчета основных гидрогеологических параметров. В результате работ выполняются прогнозные гидродинамические расчеты эксплуатации водозабора, изменения качества подземных вод, снижения уровня подземных вод в горизонте и возможного его истощения. Обязательным условием подсчета запасов подземных вод является оценка взаимного влияния изучаемого водозабора и подземных водозаборов, расположенных поблизости. Близкое расположение соседнего водозабора может вызывать сработку уровней, т.е. ускоренного снижения уровня подземных вод в эксплуатируемом горизонте, что может привести к его осушению.

В целом, на территории нашей страны достаточно редко реализуется такое наложение негативных природных гидрогеологических и техногенных факторов, когда воды в подземных горизонтах может не хватать для одновременной работы нескольких водозаборных сооружений. Климатические условия гумидной зоны (где величина осадков в мм/год превосходит величину испарения с поверхности), в пределах которой располагается большая часть нашей необъятной родины, предрасполагают к хорошему питанию пресных подземных горизонтов за счет атмосферных осадков. Немногим чаще встречаются природные ограничения эксплуатации нескольких близкорасположенных водозаборов ввиду снижения качества подземных вод при нагрузке на горизонт.

В ходе многочисленных работ по оценке запасов подземных вод в Уральском регионе, Западной Сибири, Забайкалье, Северо-Западном федеральном округе и на Кавказе специалисты Научно-производственной группы «Тектоника» практически нигде не сталкивались с проблемой значительной сработки запасов подземных вод соседних месторождений при введении в строй нового водозабора.

Однако, проблема взаимного влияния водозаборных сооружений и общего снижения уровня подземных вод в эксплуатируемых горизонтах становится все более актуальной для крупных городов. Особенно остро данный вопрос встает для территории г. Москва и Московской области.

Дело в том, что хозяйственно-питьевое и производственно-техническое водоснабжение населенных пунктов и промышленных предприятий в Московской области традиционно осуществляется за счет подземных вод. Доля подземных вод в общем объеме водоснабжения региона составляет 87%. На начало 2010 года на территории области располагалось 11 307 действующих и резервных водозаборных скважин. Из них 4 310 имели дебит 100 и более м³/сут [1].

В связи с массовым отбором подземных вод на территории Московской области задача оценки взаимного влияния водозаборов и определения величины допустимого снижения уровня в процессе эксплуатации скважин приобретает здесь первоочередное значение. Процесс оценки запасов подземных вод, который в других регионах страны может носить более-менее формальный характер, на территории Москвы и Московской области может оказывать существенное влияние на итоговый объем допустимого водоотбора, который будет зафиксирован в лицензии. Уже сегодня на территории области возникают локальные участки, где допустимый лимит отбора подземных вод исчерпан и бурение дополнительных водозаборных скважин недопустимо [3].

На территории Московской области эксплуатируется несколько известняковых трещинных водоносных горизонтов, разделенных слоями относительно водоупорных пород. На отдельных участках интенсивная эксплуатация одного или нескольких водоносных горизонтов привела к формированию существенных депрессионных воронок. Наибольшие понижения уровней подземных вод относительно естественных условий могут достигать 50-80 м [3]. В целом, некоторое снижение уровней подземных вод относительно их естественного положения наблюдается практически на всей территории Московской области.

Чрезмерное снижение уровней подземных вод в эксплуатируемых горизонтах существенно ограничивает допустимую величину водоотбора как в целом по региону, так и для отдельных водозаборных скважин.

При этом, необходимо понимать, что понижение уровня в водозаборной скважине определяется прежде всего фильтрационными свойствами водоносного горизонта, а также степенью нарушенности пород в пределах локальной прискважинной зоны.

Чтобы, по возможности, максимально увеличить допустимую величину водоотбора необходимо закладывать скважины в наиболее проницаемых участках разреза, где снижение уровня при откачке будет минимальным.

Как правило, максимальной проницаемостью на участках распространения скальных пород (известняков), которыми сложены основные водоносные горизонты Московской области, обладают линейные зоны тектонических разломов. Повышенная трещиноватость, свойственная зонам тектонических нарушений, обеспечивает максимальные фильтрационные свойства и беспрепятственный приток воды к скважине [2].

Опыт гидрогеологических работ в трещиноватых породах Урала и Забайкалья показывает, что фильтрационные свойства в пределах локальных линейных зон тектонических нарушений может на порядок превосходить проницаемость вмещающего скального массива. Это означает, что, например, при откачке из скважины, пробуренной в слаботрещиноватом массиве понижение уровня в стволе скважины составит 50 м, в то время как в скважине, заложенной в пределах проницаемой зоны тектонического разлома понижение при том же дебите откачки составит только 5 м.

Таким образом, одним из возможных путей решения проблемы при заложении отдельной водозаборной скважины в районе интенсивной эксплуатации подземных горизонтов может стать целенаправленный поиск тектонических нарушений и заложение скважины в пределах тектонического разлома. С одной стороны, выполнение таких поисковых работ, безусловно, может сказаться на увеличении стоимости водозаборной скважины. С другой стороны при удачном размещении скважины в пределах проницаемой зоны тектонического разлома будут существенно увеличить объемы допустимой добычи подземных вод.

Степень нарушенности локальной прискважинной зоны также оказывает значительное влияние на величину понижения в скважине. Такая нарушенность может выражаться в кальматации стенок скважины глинистым раствором в процессе бурения, что существенно снижает пропускающую способность на границе пласт-скважина и приводит к падению удельного дебита. Такие скважины называют «несовершенными по степени вскрытия пласта».

Опыт гидрогеологических исследований на месторождениях пресных подземных вод в Западной Сибири на территории Ханты-Мансийского и Ямало-Ненецкого автономных округов показывает, что зачастую дополнительное понижение уровня за счет несовершенства скважины составляет до 70-90% от общей величины понижения [4]. Иными словами, если при откачке понижение уровня составляет 10 м, то 9 м понижения формируется исключительно за счет несовершенства скважины. При правильной технологии бурения скважины, качественном выполнении фильтровой колонны и гравийной обсыпки (т.е., если скважина будет «совершенной») понижение в ней составит только 1 м.

Таким образом, качество исполнения и конструктивные особенности водозаборной скважины также могут оказать значительное влияние на величину понижения уровня в процессе эксплуатации и, как следствие, ограничивать допустимый объем добычи подземных вод.

Полный текст статьи находится здесь: Оценка запасов подземных вод в Москве и Московской области

Научно-производственаня группа "Тектоника" (НПГ "Тектоника"). Все виды гидрогеологических работ.

Fri, 09 Mar 2012 22:38:14 +0400

Александр Лукьянов вывесил фотку

в ответ на запись в клубе Наука и технология

Касок.ру - сайт о балете

Wed, 07 Mar 2012 22:22:46 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Касок.ру - сайт о балете

Для тех, кто любит балет, для тех, кто занимается балетом.
Постоянно размещается информация о проведении мастер-классов по классическому и современному танцу.
Уникальная возможность попасть на урок к лучшим педагогам России.

Проект организации зоны санитарной охраны подземного водозабора

Wed, 07 Mar 2012 21:31:02 +0400

Выпуск новостной рассылки "Гидрогеология. Владельцам водозаборных скважин и не только", посвященный вопросу оформления Проекта организации зоны санитарной охраны артезианских скважин. Читайте по ссылке:

Проект ЗСО.

Запасы подземных вод. Категории B и C1

Sun, 22 Jan 2012 23:43:22 +0400

Одним из определяющих моментов в процедуре оценки запасов подземных вод является присвоение категории изученности. Категория изученности запасов подземных вод, выделенных на лицензионном участке, указывается в протоколе Территориальной комиссии по запасам – ключевом документе, ради получения которого, собственно, и затевается весь процесс подсчета запасов. Без протокола ТКЗ на сегодняшний день лицензия на право добычи подземных вод будет недоступна.

Давайте разберемся, что такое категории запасов В и С₁? Чем они отличаются? И почему при присвоении категории запасов С₁ сотрудники Департамента по недропользованию выдвигают требования повторного проведения работ по оценке запасов по истечение 3-5 лет эксплуатации водозабора. А также попытаемся понять, насколько законно требование переоценки запасов категории С₁ через 3-5 лет.

Принципы категоризации запасов подземных вод рассмотрены в главе III «Классификации запасов и прогнозных ресурсов питьевых, технических и минеральных подземных вод» (утв. приказом МПР РФ от 30 июля2007 г. N 195) и в параграфе 6 «Методических рекомендаций по применению Классификации запасов и прогнозных ресурсов питьевых, технических и минеральных подземных вод» (утв. распоряжением МПР России от 27 декабря 2007 № 69-р). Оба документа можно найти и скачать на страницах новостной рассылки «Гидрогеология.Владельцам водозаборных скважин и не только».

«Классификация запасов…» является основным документом, регламентирующим работы по оценке запасов подземных вод. Как и многие другие нормативные документы в нашей стране, «Классификации запасов…» страдает характерными недугами: отсутствием однозначности и строгой определенности.

Целиком текст здесь.

Научно-производственная группа "Тектоника".

Лицензирование скважин.

Переоценка запасов подземных вод.

Гражданин наблюдатель

Tue, 17 Jan 2012 14:01:36 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Гражданин наблюдатель

Форум организации "Гражданин наблюдатель".
Как бороться с фальсификациями на президентских выборах 4 марта 2011 г.
Честные выборы.

Журнал "Геодинамика и Тектонофизика"

Sun, 10 Jul 2011 20:29:21 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Журнал "Геодинамика и Тектонофизика"

Дренаж

Sun, 10 Jul 2011 19:47:16 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Дренаж

Осушение горных массивов

Sun, 10 Jul 2011 19:46:40 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Осушение горных массивов

Месторождение подземных вод в предгорных конусах выноса

Tue, 24 May 2011 13:53:51 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Месторождение подземных вод в предгорных конусах выноса

Высокодебитные напорные скважины с самоизливом до 120 литров в секунду

Проблема водоснабжения Первоуральска.

Fri, 15 Apr 2011 14:27:13 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Проблема водоснабжения Первоуральска.

Город Первоуральск расположен на Среднем Урале в 40 км к западу от Екатеринбурга и является важным промышленным центром с населением около 150 тыс. человек. Водоснабжение города организовано из целого ряда источников, включая поверхностные ресурсы Волчихинского водохранилища, каскад прудов на р. Ревда, а также подземный водозабор вблизи г. Нижние Серги, воды которого транспортируются в Первоуральск посредством водопровода длинной 80 км. Несмотря на наличие нескольких источников, город постоянно испытывает острую нехватку питьевой воды.

Новый порядок получения лицензии на водозаборные скважины и оценки запасов подземных вод

Fri, 15 Apr 2011 14:13:15 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Новый порядок получения лицензии на водозаборные скважины и оценки запасов подземных вод

Комментарии к приказам № 463 и № 569 МПР РФ. Проблемы лицензирования недропользования и проведения государственной экспертизы запасов подземных вод.

Fri, 15 Apr 2011 14:11:01 +0400

Александр Лукьянов поделился ссылкой

Комментарии к приказам № 463 и № 569 МПР РФ. Проблемы лицензирования недропользования и проведения государственной экспертизы запасов подземных вод.

Министерством природных ресурсов и экологии РФ за последние пол года издан ряд приказов и нормативных документов, касающихся эксплуатации месторождений пресных подземных вод. Это приказ № 463 от 27.10.10 «Об утверждении Требований к структуре и оформлению проектной документации на разработку месторождений подземных вод» и приказ № 569 от 31.12.10 «Об утверждении Требований к составу и правилам оформления представляемых на государственную экспертизу материалов по подсчету запасов питьевых, технических и минеральных подземных вод».

Указанные документы не подразумевают значительных нововведений в практику эксплуатации подземных водозаборов. Однако, на фоне обновления нормативной базы существенно изменяется процедура получения лицензий на право пользования недрами, проведения работ по оценке запасов подземных вод, вводится система согласования и экспертизы проектов геологоразведочных работ, что неизбежно повлечет увеличение стоимости данного вида исследований.

Особенности и недостатки оценки эксплуатационных запасов пресных подземных вод на территории Западной Сибири

Fri, 15 Apr 2011 13:32:59 +0400

От автора:

Данный текст представлен в виде доклада на Международной научно-практической конференции «Питьевые подземные воды. Изучение, использование и информационные технологии», Московская обл., п. Зеленый, 18-22 апреля 2011 г.

Проблема изучения гидрогеологических условий Западно-Сибирского артезианского бассейна неоднократно затрагивалась на научных конференциях и совещаниях по подземным водам. Ситуация в регионе является, с одной стороны, парадоксальной, а с другой стороны, к сожалению, типичной для нашей страны. На протяжении более чем двадцати лет при подсчете запасов подземных вод здесь использовалась неправильная схематизация гидрогеологических условий, важнейшие гидрогеологические параметры по большинству водозаборов определялись неверно, использовались нерациональные схемы сооружения эксплуатационных и наблюдательных скважин.

Практика выполнения ошибочных расчетов закрепилась на уровне контролирующих государственных структур. При выполнении гидрогеологических работ и проведении государственной экспертизы подсчета запасов подземных вод на первом месте стоят частные коммерческие интересы внештатных экспертов, препятствующие объективному научному рассмотрению материалов опытных работ.

Внедрение новой системы расчетов, учитывающей реальные природные условия Западно-Сибирского артезианского бассейна, происходит чрезвычайно медленно. Научные статьи, посвященные данной проблеме, не принимаются к рассмотрению Департаментом по недропользованию и территориальными отделениями ФГУ «ГКЗ» и, как правило, привлекают внимание лишь узкого круга квалифицированных специалистов-гидрогеологов.

Питьевое водоснабжение большинства крупных городов и населенных пунктов Западной Сибири осуществляется за счет подземных вод. История массового освоения ресурсов подземных вод связана с развитием нефтегазодобывающей промышленности региона в 70-80-ых годах прошлого века. Основная часть подземных водозаборов эксплуатируется более двух-трех десятков лет. Питьевые водозаборы крупных городов отбирают по несколько десятков тысяч кубометров в сутки, оцененные запасы составляют обычно более 100 тыс. м³/сут.

Как правило, для хозяйственно–питьевого водоснабжения используется песчаный эоцен – олигоценовый напорный горизонт, залегающий на глубине 100–200 м. Высота напора над кровлей горизонта составляет несколько десятков метров, уровни подземных вод, чаще всего, устанавливаются на глубине от 2 до 14 м, а в пределах крупных речных долин могут находиться выше земной поверхности. Пресные подземные воды продуктивного эоцен – олигоценового горизонта используются также для систем поддержания пластового давления нефтяных месторождений.

Изучение геолого–гидрогеологических условий пресных водоносных горизонтов верхнего гидрогеологического этажа Западно–Сибирского артезианского бассейна, в подавляющем большинстве случаев, связано с оценкой и переоценкой запасов подземных вод по действующим водозаборам. Значительный срок эксплуатации водозаборных сооружений и данные, полученные по ряду месторождений в период разведки, обеспечивают достаточно высокую степень изученности территории. Анализ отчетных материалов по оценке запасов показывает, что основные взгляды специалистов на условия и свойства продуктивного эоцен – олигоценового водоносного горизонта претерпевали значительные изменения за более чем двадцатилетний период наблюдений и изучения (табл. 1, 2, 3).

Таблица 1. Изменение представлений о гидрогеологических условиях атлымского водоносного горизонта в районе г. Пыть-Ях.

Год выполнения работ	Принятая расчетная модель	Принятые значения гидрогеологических параметров пласта
Год выполнения работ	Принятая расчетная модель	Коэф. водопр. Т, м²/сут	Коэф. пьезопр. а, м²/сут	Параметр перетекания В, м
Детальная разведка, водозаборы г. Пыть-Ях, 1995 г.	Изолированный пласт	1440	3,7*10⁵	-
Городские водозабры, г. Пыть-Ях, 2001 г.	Изолированный пласт	1100	1,1*10⁶	-
Площадная оценка ресурсов и запасов, 2005 г.	Пласт с перетеканием	500	-	14200
Оценка запасов, водозабор Южно-Балыкского ГПК, 2009 г.	Пласт с перетеканием	472,5	-	295

Таблица 2. Изменение представлений о гидрогеологических условиях атлымского водоносного горизонта в районе г. Лангепас.

Год выполнения работ	Принятая расчетная модель	Принятые значения гидрогеологических параметров пласта
Год выполнения работ	Принятая расчетная модель	Коэф. водопр. Т, м²/сут	Коэф. пьезопр. а, м²/сут	Параметр перетекания В, м
Детальная разведка, ВОС-8000, 1985 г.	Изолированный пласт	2770	3,1*10⁶	-
Мониторинг подземных вод, ВОС-8000, 2001 г.	Пласт с перетеканием	2770	3,1*10⁶	5421
Переоценка запасов, ВОС-8000, 2010 г.	Пласт с перетеканием	863	2,5*10⁵	338

Таблица 3. Изменение представлений о гидрогеологических условиях эоцен-олигоценового водоносного горизонта в районе г. Муравленко.

Год выполнения работ	Принятая расчетная модель	Принятые значения гидрогеологических параметров пласта
Год выполнения работ	Принятая расчетная модель	Коэф. водопр. Т, м²/сут	Коэф. пьезопр. а, м²/сут	Параметр перетекания В, м
Поисково-разведочные работы, 1986 г.	Изолированный пласт	1100	2,1*10⁶	-
Гидрогеологические работы, 1999 г.	Пласт с перетеканием	272	2,1*10⁵	290

В период разведки запасов эоцен – олигоценового горизонта на крупнейших месторождениях пресных подземных вод в 80-90-ые годы в качестве основной расчетной модели принималась гидродинамическая схема безграничного однородного изолированного пласта. При этом уже тогда авторы отчетов отмечали наличие гидравлической связи между продуктивным горизонтом, залегающим на глубине более 100 м, и верхней обводненной частью разреза. Несмотря на очевидные предпосылки к применению схемы пласта с перетеканием, в подавляющем большинстве случаев на этапе разведки месторождений применялась схема безграничного изолированного пласта.

Основной чертой системы расчетов с применением схемы безграничного изолированного пласта являлись резко завышенные радиусы депрессионных воронок, составлявшие на конец 25-летнего срока эксплуатации водозаборов 100 км и более. Сработка уровней по водозаборам, расположенным на расстоянии 20 – 50 км нередко должна была составлять 10 м и более. Фактически, все крупные городские водозаборы должны были взаимодействовать между собой. В зону формирования запасов питьевых месторождений попадало множество опасных объектов: нефтяных и газовых месторождений, трубопроводов, промышленных предприятий.

Неправильная схематизация гидрогеологических условий на стадии разведки месторождений приводила к существенным ошибкам в аналитических расчетах, в том числе при определении параметров пласта. Как следствие, ключевые параметры – коэффициент водопроводимости и коэффициент пьезопроводности оказались существенно завышены по большинству водозаборов Западной Сибири. Коэффициент водопроводимости на стадии разведки, чаще всего, определяли в диапазоне от 1000 до 3000 м²/сут, а коэффициент пьезопроводности – (1-5)*106 м²/сут. Современные расчеты показывают, что водопроводимость продуктивного водоносного горизонта была завышена в 2 – 3 раза, а коэффициент пьезопроводности был завышен на порядок [2-4].

Последующий опыт эксплуатации водозаборных сооружений показал резкое несоответствие расчетной модели изолированного пласта реальной обстановке по всем месторождениям пресных подземных вод Западной Сибири. Фактические радиусы депрессионных воронок по большинству действующих подземных водозаборов составляют первые километры (до 5-7 км). Сеть наблюдательных скважин, подготовленная на некоторых месторождениях с учетом схемы изолированного безграничного пласта, оказалась заброшенной, т.к. скважины, пробуренные на расстоянии 5-10 км от водозабора, оказались за пределами депрессионных воронок. Взаимное влияние между крупными городскими водозаборами не фиксируется.

На сегодняшний день совершенно ясно, что при эксплуатации подземных водозаборов, каптирующих водоносную толщу осадочных пород верхнего гидрогеологического этажа, практически всегда реализуется схема безграничного пласта с перетеканием. Запасы месторождений подземных вод формируются за счет привлечения дополнительного питания вследствие перетекания из вышележащих горизонтов и из поверхностных источников. Ввиду хорошей взаимосвязи продуктивного горизонта с водонасыщенными отложениями четвертичного комплекса и, как следствие, с многочисленными поверхностными источниками в виде рек, озер и болот, напор на верхней границе водоносной толщи может быть принят как постоянный.

Реализация схемы пласта с перетеканием из горизонта с постоянным напором подтверждается целым рядом однозначных признаков:

1. Все подземные водозаборы работают в стационарном режиме;

2. При обработке опытных откачек на графиках временного прослеживания обычно отмечается выраженный этап стабилизации уровней;

3. Подземные воды продуктивных горизонтов имеют характерный химический облик и содержат типичные «болотные» компоненты, концентрация которых падает вниз по разрезу;

4. Режимные наблюдения за колебаниями уровней в продуктивном горизонте и перекрывающей толще четвертичных отложений показывает их полную идентичность, что свидетельствует о тесной гидравлической взаимосвязи.

Реализация принципиально иной гидродинамической схемы при эксплуатации артезианских водозаборов Западной Сибири предопределяет изменение системы аналитических расчетов при оценке запасов подземных вод. Достоверность схематизации гидрогеологических условий предопределяет правильность геофильтрационных расчетов. Несоответствие фильтрационной модели реальным природным условиям влечет за собой значительные погрешности вычислений [6, 8]. Несмотря на то, что большинство специалистов признает очевидный факт реализации схемы пласта с перетеканием, многие авторы при проведении работ по переоценке запасов месторождений подземных вод в Западной Сибири используют старые значения гидрогеологических параметров, рассчитанных в период разведки, что представляется не верным.

Применение решения Хантуша при обработке данных кустовых откачек требует внесения поправок при расчете коэффициента водопроводимости, в зависимости от степени удаленности наблюдательных скважин от центральной (возмущающей):

T = 0,183*Q / C_пe^r/B, (1)

где C_п - уклон расчетной прямой в точке перегиба;
e^r/B - поправка для наблюдательных скважин, удаленных на расстояние r > 0,1*B.

Сам расчет должен выполняться по участку временного графика, предшествующему стабилизации, с выделением «точек перегиба», в соответствие с известной методикой [5]. Применение зависимостей, соответствующих действующей схеме пласта с перетеканием, позволяет получить реальные значения коэффициента водопроводимости в 2–3 раза отличающиеся от завышенных, полученных в период разведки месторождений на основании схемы изолированного безграничного пласта.

Несмотря на достоверность и общую известность «новой» системы расчетов, при переоценке запасов подземных вод в Западной Сибири продолжают применяться неоправданно высокие значения коэффициента водопроводимости. Выполнение расчетов с применением недостоверных значений параметра Т (м²/сут) приводит и к завышению параметра перетекания В (м). В результате, очень часто в отчетах по оценке и переоценке запасов подземных вод фигурируют значения параметра перетекания В, составляющие 5000, 10000 или более м (см. табл. 1, 2). Такие значения представляются маловероятными и свидетельствуют о значительных ошибках в расчетах. Наиболее вероятный диапазон значений параметра перетекания В для песчаных пластов составляет от 100 до 1000 м [8].

Параметр перетекания В является основным показателем граничных условий пласта. Применение ошибочных значений параметра перетекания В = 5000 – 10000 м при расчете водозаборов влечет за собой ошибки в определении радиусов депрессионных воронок. Традиционный подход, используемый при расчете размеров зон формирования запасов подземных водозаборов в ХМАО и ЯНАО, опирается на уравнение Дюпюи. В качестве радиуса депрессии принимается R_П = 1,12*В.

Следует отметить, что, во-первых, применение данного уравнения возможно лишь при реализации жесткого условия r/B < 0,1, которое в большинстве случаев не выполняется для групповых водозаборов. Во-вторых, в соответствие с уравнением Дюпюи, радиус питания R_П = 1,12*В является условной расчетной величиной и не имеет физического смысла. Расчетная модель Дюпюи соответствует круглому острову, со всех сторон окруженному водой. Расчетная величина R_П принимается как радиус этого острова, т.е. радиус питающего контура.

В реальных природных условиях радиус влияния откачки R_ВЛ существенно превышает условную расчетную величину радиуса питания R_П. Известно, что для схемы безграничного изолированного пласта соотношение R_ВЛ/R_П = 2,33 является постоянной величиной, т.е. радиус депрессионной воронки в 2,33 раза превышает радиус условного контура питания. При реализации схемы пласта с перетеканием данное соотношение может существенно меняться в зависимости от величины фильтрационных свойств и производительности водозаборного сооружения. В среднем величина радиуса влияния для пластов с перетеканием принимается равной R_ВЛ = 5В, т.е. в 4,5 раза больше радиуса условного контура питания R_П = 1,12В.

Соответственно, если принимать R_ВЛ = 5В, то при неоправданно высоких значениях параметра перетекания В = 5000 – 10000 м радиусы депрессионных воронок от работы водозаборов будут составлять от 25 до 50 км, что не соответствует фактическим данным. Однако, применение уравнения Дюпюи позволяет снизить указанные ошибки. Фактически, в этом случае принимается соотношение R_П = R_ВЛ, которое не соответствует базовым теоретическим представлениям динамики подземных вод. Однако, оно позволяет нивелировать ошибки в расчетах и получать радиусы влияния, близкие к фактическим R_П = 1,12*В = 5,6 – 11,2 км при резко завышенных значения параметра перетекания В = 5000 – 10000 м.

Традиционно, на стадии разведки крупнейших месторождений пресных подземных вод Западной Сибири продуктивный эоцен – олигоценовый водоносный горизонт рассматривался как однородный. На сегодняшний день, результаты собственных опытных работ на водозаборах ХМАО и ЯНАО, а также анализ и переинтерпретация данных опытных откачек периода разведки месторождений, показывают, что основные гидрогеологические характеристики продуктивного эоцен – олигоценового горизонта обладают значительной изменчивостью как в региональном отношении, так и в границах отдельных водозаборных участков, площадь которых не превышает 2 км².

Собственные исследования показывают, что значения коэффициента водопроводимости продуктивного эоцен – олигоценового горизонта по ряду водозаборов ХМАО и ЯНАО варьируют в пределах от 200 до 1200 м²/сут. Величина параметра перетекания В изменяется от 200 до 900 м (табл. 4). В пределах локального участка питьевого водозабора ВОС-8000 г. Лангепас (двухрядный водозабор протяженностью 300 м) коэффициент водопроводимости изменяется от 400 до 1200 м²/сут по данным опытных откачек из разных скважин. Параметр перетекания В изменяется в пределах от 100 до 500 м (табл. 5).

Таблица 4. Гидрогеологические параметры продуктивного эоцен – олигоценового горизонта на водозаборных участках Западной Сибири.

Округ	Водозабор	Коэф. водопр. Т, м²/сут	Коэф. пьезопр. а, м²/сут	Параметр перетекания В, м
ЯНАО	Муравленко	272	2,1*10⁵	290
	Н. Уренгой	470	-	875
	КНС-2	215	9,4*10⁴	500
	КНС-3	428	3,0*10⁵	255
	БКНС	890	5,0*10⁵	200
ХМАО	ЮБ ГПК	472	-	295
ХМАО	Лангепас	863	2,5*10⁵	338

Таблица 5. Вариации значений гидрогеологических параметров водоносного горизонта по данным опытных откачек на участке водозабора ВОС-8000, г.Лангепас.

Период выполнения опытных работ	Номер возмущающей скважины	Коэф. водопр. Т, м²/сут	Коэф. пьезопр. а, м²/сут	Параметр перетекания В, м
Период детальной разведки, 1983-84 гг.	1 рэ	1061	1,17*10⁵	98
	2 рэ	471	2,43*10⁵	402
	4 рэ	846	2,85*10⁵	474
	8Р₃	1218	-	-
Переоценка запасов, 2009 г.	5	423	-	337

Таким образом, фильтрационные свойства эоцен – олигоценового водоносного горизонта даже в пределах локальных участков подземных водозаборов могут отличаться более чем в 2 раза. Продуктивный горизонт является неоднородным в плане, что накладывает существенные ограничения на методику обработки результатов опытно–фильтрационных работ.

В условиях реализации схемы пласта с перетеканием при наличии плановой неоднородности нельзя применять методы площадного прослеживания. В виду возможного возникновения дополнительных погрешностей следует с осторожностью использовать данные по восстановлению уровней и методы эталонной кривой. Применение указанных методов при обработке данных по водозабору ВОС-8000 г. Лангепас показало значительное завышение коэффициента водопроводимости, близкое к значениям, полученным на стадии детальной разведки месторождения. Это отчасти объясняет ошибки, допущенные при определении расчетных параметров в 80-ых годах.

При определении гидрогеологических параметров продуктивного горизонта основное внимание должно уделяться обработке графиков временного прослеживания снижения уровней. Необходимо рассматривать данные нескольких опытных откачек по разным участкам водозабора и определять средневзвешенные характеристики эксплуатируемого горизонта. Наиболее достоверные значения параметров можно получить путем расчета водозабора по схеме «большого колодца» на основании преобразованного уравнения Хантуша, опираясь на расчетное понижение по «большому колодцу» (S_СТ), достигнутое при стационарном режиме работы:

S_cт = Q/2пT * K₀ (r/В), (2)[8].

Преимущество данного метода связано с тем, что в процессе длительной работы водозабора в умеренно неоднородном пласте можно получить средние расчетные параметры водопроводимости и перетекания. Можно считать, что с течением времени пласт начинает работать в стационарном режиме как однородный при некоторых средних значениях параметров Т и В.

Некоторая сложность метода заключается в том, что параметры Т и В являются взаимосвязанными. Извлечение правильных значений основных действующих параметров из уравнения (2) выполняется путем решения серии прямых и обратных тестовых задач с использованием комплекса данных по обработке опытных откачек. Применение расчетов по схеме «большого колодца» в условиях неоднородного в плане пласта позволяет избежать значительных ошибок в определении ключевых гидрогеологических параметров, допущенных на стадии разведки по большинству месторождений пресных подземных вод Западной Сибири.

Следует отметить, что параметр перетекания В обладает большей устойчивостью, т.к. связан логарифмической зависимостью, существенно снижающей погрешность расчетов. Средние значения параметра перетекания В, полученные при обработке данных опытно–фильтрационных работ, могут использоваться в уравнении (2) для более точного вычисления коэффициента водопроводимости.

Сложность методов обработки результатов опытных работ, неправильная схематизация гидрогеологических условий и ошибочное применение основных расчетных зависимостей привели к падению качества гидродинамических расчетов. Это вызвало повсеместное снижение доверия к результатам гидродинамического метода исследований при оценке и переоценке запасов подземных вод на водозаборах ХМАО и ЯНАО. К сожалению, указанная тенденция свойственна не только для гидрогеологических исследований в Западной Сибири. Данный подход поддерживается в действующей Классификации запасов и прогнозных ресурсов подземных вод (МПР, 2007 г.). На наш взгляд, в данном документе существенно занижена важная роль гидродинамических расчетов при выполнении гидрогеологических работ на водозаборных сооружениях, по сравнению с прежними редакциями. Так, например, запасы по категории А могут выделяться исключительно по факту добычи некоторого количества воды, соответствующего средней производительности водозаборного сооружения за последние 3 года, без какого–либо гидрогеологического (расчетного, научного) обоснования вообще.

Все чаще авторы и эксперты при анализе работы водозаборных сооружений игнорируют гидродинамические расчеты и опираются на гидравлические методы подсчета запасов. Чаще всего, расчеты водозаборных сооружений сводятся к серии несложных арифметических действий. Такой упрощенный подход, фактически, полностью исключает научный и исследовательский компоненты из работ по оценке и переоценке запасов подземных вод, является вредным и влечет неизбежное снижение квалификации специалистов.

Таким образом, результаты исследований показывают, что гидрогеологические параметры продуктивного эоцен – олигоценового горизонта по многим месторождениям пресных подземных вод Западной Сибири определены не точно. Принятые значения коэффициента водопроводимости Т = 1000–3000 м²/сут завышены в 2-3 раза. Указанные значения были рассчитаны в период разведки месторождений, проводившейся в 80-ых годах прошлого века на основании схемы однородного безграничного изолированного пласта. Ошибки в определении фильтрационных свойств продуктивного горизонта закономерно влекут за собой ошибки в определении граничных условий. Значения параметра перетекания В (м), составляющие от 5000 до 10000 м и более, представляются не верными.

На сегодняшний день совершенно ясно, что при эксплуатации подавляющего большинства артезианских водозаборов Западной Сибири реализуется схема безграничного пласта с перетеканием из горизонта с постоянным напором. Нередко, пласт является гетерогенным и неоднородным в плане. Расчеты, выполненные с учетом перетекания, показывают, что средние значения коэффициента водопроводимости продуктивного эоцен – олигоценового горизонта по действующим водозаборам ХМАО и ЯНАО укладываются в диапазон от 200 до 1200 м²/сут. Параметр перетекания В при длительной работе водозаборов, чаще всего, составляет от 200 до 900 м.

Попытки внедрения данной системы расчетов, как правило, встречают противодействие со стороны специалистов и экспертов территориальных отделений ГКЗ и ТКЗ. Нередко в экспертных заключениях на отчетные материалы гидродинамическому методу подсчета запасов отводится второстепенная роль, что, на наш взгляд, противоречит основным научным представлениям о целях и методах гидрогеологических исследований, а также не соответствует ряду положений действующих нормативных документов.

СПИСОК
ЛИТЕРАТУРЫ

1. Мироненко В.А., Шестаков В.М. Теория и методы интерпретации опытно–фильтрационных работ. – М. Недра. 1978.

2. Тагильцев В.С., Тагильцев С.Н. Гидродинамические особенности разведки и эксплуатации водозаборов в нефтегазодобывающих районах Западной Сибири. // Подземная гидросфера: Материалы Всероссийского совещ. по подземным водам востока России. – Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2006. 298 – 301 с.

3. Тагильцев С.Н., Тагильцев В.С. Анализ данных эксплуатации водозаборов нефтегазоносных регионов Западной Сибири. // Подземные воды востока России: Материалы Всероссийского совещания по подземным водам востока России. – Тюмень: Тюменский дом печати, 2009. – С. 293-297.

4. Тагильцев и др. Формирование эксплуатационных запасов подземных вод в нефтегазодобывающих регионах Западной Сибири. // Ресурсы подземных вод: Современные проблемы изучения и использования: Материалы научной международной конференции. Москва, 13-14 мая 2010 г.: К 100-летию со дня рождения Бориса Ивановича Куделина. – М.: Изд-во МАКС Пресс, 2010. – С. 195-200.

5. Шестаков В.М., Башкатов Д.Н. Опытно-фильтрационные работы. – М.: Недра. 1974.

6. Шестаков В.М., Невечеря И.К. Теория и методы интерпретации опытных откачек. – М.: Изд-во МГУ, 1998.

7. Шестаков В.М. Прикладная гидрогеология: Учеб. пособие. – М.: Изд-во МГУ. 201.

8. Шестаков В.М. Гидрогеодинамика: учебник. – М.: Изд-во КДУ, 2009.

Нехватка воды в Первоуральске. Решение проблемы.

Sat, 02 Apr 2011 15:58:00 +0400

Город Первоуральск расположен на Среднем Урале в 40 км
к западу от Екатеринбурга и является важным промышленным центром с населением
около 150 тыс. человек. Водоснабжение города организовано из целого ряда
источников, включая поверхностные ресурсы Волчихинского водохранилища, каскад
прудов на р. Ревда, а также подземный водозабор вблизи г. Нижние Серги, воды
которого транспортируются в Первоуральск посредством водопровода длинной 80 км.
Несмотря на наличие нескольких источников, город постоянно испытывает острую нехватку
питьевой воды.

Билимбаевское месторождение флюсовых известняков
расположено на левом берегу р. Чусовой западнее пос. Билимбай
Первоуральского района, в 7 км
от г. Первоуральска. Гидрогеологическая особенность Галкинского карьера
заключается в том, что, несмотря на относительно небольшой размер, в него
поступают аномально высокие водопритоки (3000 м³/ч). Значительный
объем водоотлива из карьера неоднократно привлекал внимание руководителей и
специалистов, как вероятный источник водоснабжения г. Первоуральска.

Несмотря на актуальность вопроса использования
дренажных вод в питьевых целях, вблизи карьера никогда не было режимной сети и
не проводились систематические наблюдения. Отсутствие гидрогеологической
изученности связано с господствующим мнением о том, что водопритоки в карьер формируются
за счёт поверхностного стока р. Чусовой и, как следствие, вода обладает низким
качеством. Низкое качество поверхностных вод связано с высоким загрязнением р.
Чусовой промышленными стоками. Одним из наиболее существенных загрязняющих
компонентов является шестивалентный хром.

Для указанных представлений существуют определенные
основания. Массив известняков на участке между карьером и рекой интенсивно
закарстован. Расстояние до реки составляет 300 - 400 м. Перепад напоров между
уровнем воды в р. Чусовой и дном карьера составляет около 30 м. В русле и на пойме реки
периодически возникали карстовые провальные воронки. Поглощение поверхностного
стока в карстовые воронки зачастую приводило к повышению водопритока в карьер
до 5000 м³/ч и более.

Вопрос формирования ресурсов подземных вод в
Билимбаевском карбонатном массиве является принципиальным. Опасения, связанные
с загрязнением перспективной площади шестивалентным хромом, до сих пор не
позволяли организовать дополнительный подземный водозабор в непосредственной
близости от города. Комплекс гидрогеологических исследований на данном участке
показал, что, несмотря на расположение Галкинского карьера в непосредственной
близости от р. Чусовой, основной водоприток формируется за счет подземных вод,
не загрязненных шестивалентным хромом. Площадь вблизи карьера может
рассматриваться как благоприятный участок для добычи подземных вод питьевого
качества.

Несмотря на
скептическое отношение многих специалистов, необходимость проведения
специальных гидрогеологических исследований была включена в условия недропользования
Билимбаевского рудника. Гидрогеологические работы были начаты в 1997 г и выполнялись, с
перерывами, несколько лет. Работы были организованы таким образом, чтобы
выявить площадь и структуру депрессионной воронки, а также отслеживать
сезонные, годовые и многолетние изменения гидродинамических и гидрохимических
показателей. При проведении исследований использовался комплекс геодезических,
геологических и геофизических методов.

Галкинский
карьер расположен на южной окраине п. Билимбай на междуречье р. Чусовой и
ее левого притока р. Петрушихи. Средний диаметр карьера в настоящее время
составляет 650 м.
В геолого-структурном отношении месторождение известняков приурочено к
приосевой части Билимбаевского синклинория, сложенного карбонатными и
осадочными образованьями палеозойского возраста. Известняки залегают в виде
вытянутой полосы шириной 1,5 км, имеющей северо-восточное простирание. С
поверхности коренные породы перекрыты чехлом песчано-глинистых отложений
средней мощностью 5 м.
В долине р. Чусовой получили развитие аллювиальные образования, мощность
которых в среднем равна 8 м.
Аллювиальные отложения представлены галечниками и прослоями глин. Карбонатные
породы подвержены интенсивному карстовому процессу, что наряду с широким
развитием тектонических нарушений определяет высокую обводненность массива.

Средний расход
р. Чусовой по данным поста УГМС вблизи г. Первоуральска составляет 9,2 м³/с.
Значительный подъем уровня воды происходит во время весеннего паводка (в
апреле-мае), высота подъема уровня достигает 2,5 м. Ширина долины р.
Чусовой при пересечении полосы известняков достигает 1 км. К западу и
востоку, за переделами карбонатной полосы долина сужается. Ширина р. Чусовая
50-100 м,
глубина 0,7-1,5 м.

В пределах поймы
обнаружено большое количество воронкообразных карстовых углублений, провалов,
заложенных в супесчанных аллювиальных отложениях и имеющих тенденцию к
дальнейшему увеличению. При паводках пойма заливается и раньше вода через
провалы уходила в подстилающие известняки, обуславливая пиковые водопритоки в
карьере. С 1993 г
поглощающие воронки засыпаются горным предприятием. Провалы и поглощение имеют
место и в русле р. Чусовой и р. Билимбаихи, впадающей в р. Чусовую справа
напротив карьера. Расход р. Билимбаихи составляет в устье 1000–1800 м³/ч.

К юго-западу от
карьера полоса известняков пересекается поперечными долинами мелких рек Петрушиха,
Макаровка и Битимка, являющихся левыми притоками р. Чусовой. Во всех реках
отмечались потери воды в карстовые воронки. Расход каждого из перечисленных
притоков составляет в меженный период 50-150 м³/ч, увеличиваясь
в паводок до нескольких тысяч м³/ч.

Площадь полосы
карбонатных пород, располагающейся на левом берегу р. Чусовой и включающей
Галкинский карьер, составляет 7,5 км², а площадь водосбора бассейнов
рек Битимка, Макаровка и Петрушиха до границы вступления их в карбонатные
породы – 24,8 км². Площадь подземного водосбора Галкинского карьера
не превышает 50-56 км². При ориентировочном значении
эксплуатационного модуля водопритока 5 л/с×км²
ресурсы подземных вод, привлекаемые в карьер, не должны превышать 900-1000 м³/ч.
Остальная часть водопритоков, по общепринятому на 1997 г мнению, формировалась
за счет р. Чусовой.

В 1982 г при бурении скважины
на берегу р. Чусовой прямо напротив карьера выяснилось, что уровень подземных
вод находится на глубине около двадцати метров. Стало очевидным, что
поверхностные воды в русле реки как бы «подвешены» над основным
трещинно–карстовым водоносным горизонтом. Это означает, что под руслом реки
имеет развитие зона аэрации, а тесная гидравлическая связь речных и подземных
вод отсутствует.

Указанный факт
прямо противоречит общепринятым представлениям о формировании водопритоков за
счёт поверхностных вод р. Чусовой. Фактически, подземный поток развивается
независимо от поверхностного стока, подчиняясь геологическому строению
территории и положению в пространстве высокопроницаемой зоны трещиноватых
известняков.

В целом следует
отметить, что практически все специалисты согласны с тем, что вблизи
Галкинского карьера могут формироваться ресурсы подземных вод в количестве
1000 м³/ч. Массив карбонатных пород, который расположен южнее
карьера, защищен карьерным водоотливом от подтягивания загрязненных
поверхностных вод р. Чусовой. Поэтому здесь возможно обнаружение подземных вод,
пригодных для целей питьевого водоснабжения.

Для решения
вопроса о составе вод в районе Галкинского карьера в 1997 г гидрогеологические работы
первого этапа выполнялись непосредственно в карьере и, в меньшем объёме, на
прилегающих водотоках. Исследования охватили три сезона (зимний, весенний,
летний). Работы в карьере включали отбор проб воды и измерение расходов на 12
створах по водосборным канавкам. Из р. Чусовой и ближайших водотоков отбирались
пробы воды. Было отобрано 68 проб на макрокомпоненты, и столько же проб на
шестивалентный и трёхвалентный хром.

После обработки
полевых и аналитических материалов стало очевидным, что дренажные воды формируются,
главным образом, за счёт подземных вод. Поверхностные воды р. Чусовой
составляют не более 20% от общего дебита водоотлива. Ключевым фактором,
позволившим сделать однозначные выводы, явились различия в химическом составе
подземных и речных вод. Наряду с общей минерализацией и соотношением содержания
макрокомпонентов, главную роль в качестве индикатора сыграл основной
загрязняющий компонент речных вод – шестивалентный хром.

Было
установлено, что водопроявления, загрязненные хромом, локализуются в карьере
вдоль северного, и, частично, северо-восточного борта (со стороны р. Чусовой).
На остальной территории карьера происходит разгрузка чистых подземных вод.
Подземные воды, формирующие основную часть водопритока в карьер, в основном,
соответствуют требованиям, предъявленным к питьевым водам. Основная часть
водопритоков поступает в карьер на двух локальных
участках, связанных с развитием линейных проницаемых зон тектонических
нарушений. В северо-восточном углу карьера поступают смешанные воды (речные и
подземные). На участке, расположенном в противоположной юго-восточной
части карьера, поступают чистые
подземные воды.

На следующем
этапе была поставлена задача изучить возможность водоотбора чистых подземных
вод. Состояние подземной гидросферы на данном участке определяется сочетанием
сложных гидрогеологических условий района с техногенным воздействием горного
предприятия и сельскохозяйственного производства. Качество подземных вод
определяется общим загрязнением района, и в первую очередь, р. Чусовой, шестивалентным
хромом.

Гидрогеологические
условия Билимбаевского карбонатного массива являются уникальными и весьма
благоприятными. Известняки представляют собой массив хорошо проницаемых пород,
ограниченный слабопроницаемыми, практически водоупорными породами (сланцами),
защищающими водосборную площадь от притока загрязненных поверхностных вод р.
Чусовая. Массив известняков имеет сложную форму в виде двух протяженных полос.
Одна полоса известняков простирается с юго-запада на северо-восток,
пересекается реками Битимка, Макаровка, Петрушиха, Чусовая, Билимбаевка и
выклинивается около Билимбаевского пруда. Длина этой полосы карбонатных пород
достигает 7,5 км, а средняя ширина – 2 км. Общая площадь первой полосы
составляет примерно 15 км². Эта полоса, расширяясь, переходит
западнее р. Битимки в Черемшанскую структуру (вторую полосу). Общая площадь
массива известняков в районе исследований оценивается в 38 км².

Депрессионная
воронка, сформированная в результате водоотлива из карьера, существенно
изменила уровень подземных вод в пределах первой полосы известняков. Например,
вблизи р. Макаровки подземные воды находятся на глубине около тридцати метров.
Депрессия также захватила основную часть второй – Черемшанской меридиональной
полосы на юго-западе, а на северо-востоке распространилась до Билимбаевского
пруда. Водоприток в карьер формируется за счёт движения подземных вод с
юго-западной и северо-восточной частей протяженной полосы карбонатных пород.

Результаты
исследований показали, что приток с обеих сторон имеет примерно одинаковое
значение. Принимая значение водопритока 3000 м³/ч, можно считать,
что с южной и с северной стороны в карьер поступает в среднем по 1500 м³/ч.

На
северо-востоке расход потока формируется за счёт поглощения поверхностных вод
из р. Билимбаевки, инфильтрации атмосферных осадков, а также поглощения вод р.
Чусовой. Доля вод р. Чусовой составляет не более 20% от общего водоотлива, и,
соответственно, не более 40% (600 м³/ч) от общего притока с северной
стороны. Такое положение связано с высоким фильтрационным сопротивлением ложа
реки и её «подвешенным» характером, т.е. фактическим развитием депрессии под
русловыми отложениями. Таким образом, вопреки общепринятому мнению, поступление
загрязненных речных вод не является ключевым источником формирования
водопритоков в Галкинский карьер.

Расход
подземного потока, поступающего в карьер с юго-западной стороны (1500 м³/ч),
формируется за счёт поглощения поверхностного стока малых рек, протекающих в
пределах зоны развития депрессионной воронки, и инфильтрации атмосферных
осадков на водосборной площади.

Значительная
часть потока (не менее 400 м³/ч), формируется за счёт полного
поглощения р. Битимки в районе Битимского пруда (в настоящее время осушенного).
Примерно 100 м³/ч поглощается из р. Макаровки. Таким образом, за
счёт поглощения поверхностного стока формируется примерно 500 м³/ч,
причём основная часть привлекаемых ресурсов формируется в районе Битимского
пруда.

Однако, основная
часть ресурсов подземных вод от 600 до 800 м³/ч формируется за счёт
инфильтрации атмосферных осадков на водосборной площади. Если принимать, что
подземный сток формируется, в основном, на площади распространения карбонатных
пород, модуль подземного стока составляет примерно 5,1 л/с^.км².

Был сделан
вывод, что основная часть ресурсов чистых питьевых подземных вод (более 1000 м³/ч),
формируется к юго-западу от карьера в бассейнах рек Черемша, Битимка, Макаровка
и Петрушиха. С северо-западного направления этот участок отделен от р. Чусовой
водоупорными сланцами. Поэтому воды р. Чусовой не пополняют ресурсы подземных
вод в юго-западной части депрессионной воронки. С северо-восточного направления
перспективный участок защищен от проникновения вод р. Чусовой дренажными
сооружениями Галкинского карьера, которые являются основным базисом дренажа
подземных вод. Весь поток загрязненных вод перехватывается карьерным
водоотливом, поэтому к юго-западу от карьера создается весьма благоприятная
ситуация для организации питьевого подземного водозабора.

В подземных
водах, поступающих в карьер по юго-западной водоносной зоне, отсутствуют
признаки загрязнения. Можно предполагать, что процессы смешивания и очистки
подземных вод, происходящие в водоносном горизонте, достаточно эффективны.
Степень загрязнения питающих поверхностных вод также не является чрезмерной. Основные
ресурсы подземных вод юго-западной водоносной зоны наиболее удобно перехватить
этот поток в долине р. Макаровки. Результаты опробования поисковой скважины
показали, что качество подземных вод на этом участке соответствует требованиям
к питьевым водам.

Таким образом, особенности геологического строения
территории, связанные со сложным характером залегания и распространения
карбонатных пород, а также сложившаяся техногенная обстановка обеспечивают
формирование значительных ресурсов пресных подземных вод, защищенных от
загрязнения поверхностными водами. В процессе выполненных работ доказано, что
вопреки общепринятому мнению основные запасы подземных вод сформированы за счет
подземного стока, а не за счет поверхностных вод р. Чусовая. Это позволило выявить
перспективные участки для разведки будущего питьевого водозабора. Оценка
ресурсов подземных вод позволяет рассчитывать на дебит водозабора не менее 1000
м³/ч (24000 м³/сут). Главным объектом будущих работ
является участок территории между реками Битимка и Петрушиха, в центре которой,
в долине р. Макаровки, предполагается разместить основные водозаборные
скважины.

Оценка тектонической опасности в районе Екатеринбурга

Sat, 02 Apr 2011 14:20:39 +0400

(Тагильцев С.Н., Лукьянов А.Е. Оценка тектонической опасности в Екатеринбурге. - Уральская горно-промышленная декада, 2011.)

В связи с катастрофическим землетрясением в Японии в марте 2011 г. проблема тектонической опасности стала еще более актуальной и вызывает интерес широкой аудитории. Это приводит к обострению дискуссий по вопросу устойчивости зданий и сооружений в районе города Екатеринбурга, который располагается в пределах Уральского горно-складчатого пояса.

В первую очередь, следует отметить, что вероятность возникновения катастрофических землетрясений, сравнимых с трагедией в Японии, является чрезвычайно низкой для Екатеринбурга. Уральский регион считается благополучным по сейсмической опасности. При этом, на Урале в разное время был зафиксирован ряд сейсмических событий, наиболее известным и сильным из которых является Билимбаевское землетрясение 1914 г. силой до 6-7 баллов. Также, на участках отработки рудных месторождений периодически отмечаются локальные техногенные землетрясения. Некоторые здания в Екатеринбурге были построены в 30-ые годы прошлого века с учетом сейсмической опасности. В настоящее время нормативные документы предусматривают строительство зданий и сооружений, способных выдержать землетрясение силой до 7 баллов, что позволяет говорить о достаточной защищенности инженерных объектов.

Для правильного понимания вопроса тектонической опасности, необходимо иметь представления об основных природных процессах, приводящих к ее возникновению. Основные положения таких наук, как геомеханика и тектоника, говорят о том, что земная кора постоянно находится в напряженном состоянии. Об этом свидетельствуют результаты практических исследований, проводившихся, в том числе, и по целому ряду рудных месторождений Уральского региона. В земной коре непрерывно действуют значительные силы, многократно превышающие давление от веса горных пород и нередко достигающие 10-100 МПа (100-1000 атм). Любое землетрясение есть результат резкой разгрузки тектонических сил. Наиболее сильные землетрясения происходят в зонах концентрации напряжений, чаще всего, располагающихся на стыке крупных тектонических плит.

Механизм возникновения землетрясения можно представить как зацеп двух подвижных блоков земной коры, приводящий к росту напряжений в зоне зацепа (в разломной зоне). При срыве происходит резкая разгрузка накопленных напряжений, которая выражается в виде землетрясения. В связи с этим, возникает немаловажный признак возникновения потенциально опасных сейсмических участков – наличие, так называемых, зон молчания.

На территории, где часто происходят мелкие события (толчки) наблюдается постоянная разгрузка напряжений. Мелкие сейсмические события препятствуют накоплению значительных сил, способных вызвать катастрофическое землетрясение. Если же на сейсмоопасной территории наблюдается продолжительное затишье, это может свидетельствовать о крепком зацепе подвижных блоков и значительном росте напряженного состояния. Наличие зоны молчания может предвещать гораздо более сильный толчок в будущем. По некоторым сведениям, в настоящий момент зоной молчания является Камчатка – регион, традиционно отличающийся высоким уровнем сейсмического риска.

Уральский пояс, с одной стороны, не является зоной повышенной концентрации тектонических напряжений. С другой стороны, как древняя горная система со значительной историей развития, Урал имеет развитую блочную структуру, разбитую сетью тектонических швов различного порядка. Небольшие смещения вдоль существующих активных разломов препятствуют накоплению значительных напряжений. Как следствие, вероятность возникновения землетрясений чрезвычайно мала, а возможные сейсмические события будут носить здесь умеренный характер.

Однако, низкая вероятность возникновения землетрясений на территории Екатеринбурга не снимает вопроса тектонической опасности. Помимо сильных сейсмических событий определенное влияние на устойчивость зданий и сооружений могут оказывать локальные подвижные тектонические разломы. В Екатеринбурге существует целый ряд инженерных объектов, испытывающих значительные деформации в процессе строительства и эксплуатации. Имеют место случаи расселения многоквартирных жилых домов. Многие специалисты на сегодняшний день сходятся во мнении, что причиной таких деформаций могут являться смещения вдоль локальных подвижных тектонических зон.

Наряду с жилыми домами и зданиями динамическому воздействию со стороны активных тектонических разломов подвергаются линейные объекты и коммуникации. Наименее защищенным в этом отношении является сеть водопроводных труб, заглубленная в грунт и, соответственно, имеющая непосредственный контакт с геологической средой. Исследования последних лет показали наличие взаимосвязи между аварийностью на линиях городского водопровода Екатеринбурга и пространственным расположением линейных зон тектонических нарушений.

Изучение напряженного состояния скальных массивов на Урале долгое время выполняется рядом независимых специалистов. В горных выработках на территории многих рудных месторождений выполнялись прямые измерения напряженного состояния горных массивов, разрабатывались и развивались геолого-структурные методы анализа полей напряжений. В результате, на сегодняшний день известно, что главные напряжения в геологической среде Екатеринбурга имеют субширотную ориентировку. Воздействие тектонических сил в широтном направлении приводит к активизации ряда тектонических структур, имеющих определенную закономерную ориентировку в пространстве.

Анализ аварийности на линиях городского водопровода Екатеринбурга показал, что точки аварий на карте города выстраиваются в выраженные линейные цепочки. Пространственная ориентировка этих линий полностью соответствует закономерному распределению тектонических разломов на диаграммах, полученных по рудным месторождениям Северного, Среднего и Южного Урала. Данный факт свидетельствует о существенном влиянии активных разломов на линейные сооружения и коммуникации.

Следует отметить, что влияние активных тектонических разломов может выражаться не только в динамическом воздействии на объекты. Помимо разнонаправленной динамической нагрузки, в зоне тектонического разлома нередко создаются благоприятные условия для циркуляции подземных вод, что увеличивает коррозионное воздействие на металлические и бетонные конструкции. Обводненная проницаемая зона разлома может несколько иначе реагировать на сезонное промерзание-оттаивание. Загрязненные подземные воды в условиях города являются хорошим электролитом, что способствует воздействию на металлические сооружения так называемых «блуждающих токов», связанных с потерями из электронесущих коммуникаций.

Таким образом, тектоническая опасность в районе Екатеринбурга мало связана с рисками возникновения значительных сейсмических событий. Однако, напряженное состояние геологической среды приводит к активизации микросмещений вдоль линейных тектонических зон. Активные разломы могут оказывать влияние на деформацию зданий и сооружений и, в отдельных случаях, приводить к аварийному состоянию объектов. Наиболее сильно негативному воздействию активных разломов подвержены линейные сооружения.

На сегодняшний день, изучение активных тектонических структур проводится силами инициативных групп и никак не поддерживается государством и муниципалитетами. Основным средством борьбы с тектоническим воздействием является система предупреждения негативных процессов. Все сооружения высокого класса ответственности - высотные здания, тоннели метро, дорожные развязки должны находиться под наблюдением квалифицированных специалистов. Главным недостатком сложившейся системы возведения сооружений подобного класса является отсутствие наблюдений за возможными деформациями и воздействием со стороны подвижных тектонических структур. В случае возникновения опасной ситуации это не позволит принять превентивные меры по предотвращению аварийных процессов. Наличие программы наблюдений за возможными опасными явлениями должно стать обязательным условием возведения сложных объектов на территории Екатеринбурга.

Sun, 14 Nov 2010 12:58:50 +0400

Александр Лукьянов сменил портрет

было

стало

Sun, 31 Oct 2010 16:06:41 +0400

в ответ на запись в дневнике Записки колодезног…Немного о поваренной соли и методах определения скорости движения подземных вод... При хорошем потоке подземных вод соляной раствор в скважину должен заливаться кубометрами - иначе ничего вам на другом конце не поймать. Кроме того, скорости движения подземных вод определяются расчетами. Солить воду для этого не обязательно.

Fri, 15 Oct 2010 18:39:59 +0400

в ответ на комментарий в своём дневникеМасштабнее или нет - что это меняет? Вообще, разломы бывают разные по размерам. Вопрос не столько в их масштабе, сколько в их подвижности.