«Оценка эксплуатационных запасов подземных вод при наличии привлекаемых естественных ресурсов»
Работу выполнил:
ст. 5-го курса ЗИГ-51
Башлаев С.П.
Научный руководитель:
Старший преподаватель
Соловьева А.В.
АСТРАХАНЬ 2013 г.
Содержание
Введение
Глава I. Ресурсы и запасы подземных вод
.1 Общее понятие о ресурсах и запасах
.2 Разновидности ресурсов
.3 Запасы подземных вод
Глава II. Оценка ресурсов подземных вод
.1 Виды работ и методы определения региональных ресурсов
.2 Районирование территорий в связи с региональной оценкой прогнозных эксплуатационных ресурсов
.3 Виды работ, выполняемые в связи с региональной оценкой эксплуатационных ресурсов
.4 Методика оценки прогнозных региональных эксплуатационных ресурсов
.4.1 Гидродинамический расчет прогнозных региональных ресурсов
.4.2 Оценка прогнозных региональных эксплуатационных ресурсов при перетекании воды из вышележащего водоносного горизонта
.4.3 Оценка естественных (геологических) запасов подземных вод
.4.4 Оценка привлекаемых ресурсов
Глава III. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод
.1 Методы определения эксплуатационных запасов
.1.1 Гидродинамический метод
.1.1.1 Неограниченный по площади водоносный пласт
.1.1.2 Полуограниченный пласт
.1.1.3 Пласт-полоса с двумя границами
.1.1.4 Пласты с круговым контуром питания
.1.2 Гидравлический метод
.1.3 Совместное использование гидродинамического и гидравлического методов
.1.4 Балансовый метод
Глава IV. Использование ЭВМ при оценке запасов подземных вод
.1 Программное обеспечение
.2 Определение фильтрационно-емкостных свойств водоносных горизонтов
.3 Численное моделирование гидродинамических и гидрогеохимических процессов
Заключение
Список используемой литературы
Введение
Подземные воды играют существенную роль в развитии различных отраслей народного хозяйства нашей страны. В зависимости от нужд отраслей народного хозяйства все типы подземных вод распространненых в гидросфере, можно разделить на четыре группы: пресные, термальные, минеральные и промышленные.
Для этих типов подземных вод в настоящее время разработаны общие принципы и методы их разведки. Например, общим научно-методическим приемом является стадийность разведки месторождений подземных вод, что позволяет с помощью последовательных приближений выявить месторождения по результатам детальных поисков, изучить условия формирования эксплуатационных ресурсов по данным предварительной разведки и подготовить его к промышленному освоению по результатам детальной разведки объекта. К общим принципам следует также отнести принцип экономической целесообразности разведки месторождений и др.
Вместе с тем изучение каждого выделенного типа подземных вод имеет спецефические особенности, главной из которых является определение основных параметров, необходимых для оценки эксплуатауионных запасов. Так, для минеральных подземных вод, помимо выявления их количества на месторождении (эксплуатационные запасы), необходимо по результатам разведки качественно и количественно оценить газовый состав, а также устойчивость в процессе эксплуатации определенных полезных для бальнеологии химических компонентов.
При разведке месторождений термальных подземных вод необходимо оценить такой параметр, как теплоемкость подземных вод, а при разведке промышленных подземных вод - содержание в них (запасы) того или иного полезного компонента, извлечение которого намечается при эксплуатации. Имеется определенная специфика и в методике разведки персных, термальных, минеральных и промышленных подземных вод, которая заключается в принципах размещения разведочных скважин, проведении опытно-фильтрационных работ, а также в применении средств разведки. Учитывая эти обстоятельства, вполне правомерно самостоятельное рассмотрение методики поисков, разведки и оценки эксплуатационных запасов различных типов подземных.
Поскольку пресные подземные воды используются преимущественно для хозяйственно-питьевого водоснабжения городов, поселков и сельскохозяйственных объектов, планомерное обеспечение этими водами народного хозяйства с учетом растущего водопотребления следует рассматривать как важнейшую социальную проблемму нашего общества.
Доля подземных вод в водоснабжении городских поселений - около 35-40%; для сельских населенных пунктов - около 85%. При этом - чем крупнее город, тем, как правило, меньше доля использования подземных вод: для крупных городов (более 100 тыс.) она составляет уже только около 29%, а в наиболее крупных городах (с населением более 250 тыс. чел) в половине случаев используются только поверхностные воды (Москва, С.-Петербург, Н.-Новгород, Екатеринбург, Омск, Ростов н/Дону, Владивосток и др.).
Такая ситуация свойственна для большинства крупных городов мира и объясняется вполне прозаическими экономическими причинами. Для получения необходимого объема подземных вод питьевого качества (для водообеспечения большого города - несколько миллионов куб.м в сутки) требуется задействовать целую группу крупных месторождений на значительных площадях. Они должны быть достаточно удалены от городской территории, чтобы возможно было организовать эффективную санитарную охрану водозаборных сооружений. Создание протяженных (десятки километров) магистральных водоводов большого сечения для перегона добываемой воды в город требует огромных капитальных и эксплуатационных затрат; немаловажными в таких случаях становятся и вопросы землеотвода под такие крупные линейные инженерные сооружения.
Целью данной работы является оценка эксплуатационных запасов подземных вод при наличии привлекаемых естественных ресурсов. Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
)Изучить по литературным источникам информацию об эксплуатационных запасах подземных вод;
)Изучить информацию о привлекаемых естественных ресурсах;
)Изучить методы определения эксплуатационных запасов.
Глава I. Ресурсы и запасы подземных вод
.1Общее понятие о ресурсах и запасах
Понятие о ресурсах и запасах подземных вод включает различные их категории, отличающиеся как условиями формирования, так и особенностями гидрогеологических исследований, обеспечивающих обоснование той или иной категории.
Предельно четко различия этих понятий были сформулированы Биндеманом Н.Н. (1970 г.): «Правильнее говорить не о «запасах» подземных вод, а о «ресурсах» подземных вод, понимая под этим термином обеспечение в водном балансе данного района поступления подземных вод и, оставляя за термином «запасы» лишь определение тех количеств воды, которые находятся в данном бассейне или слое независимо от поступления воды и расхода, а в зависимости от его емкости». В отличие от других полезных ископаемых, запасы и ресурсы подземных вод обычно измеряются в единицах расхода.
Различия запасов и ресурсов подземных вод находят выражение в принципиально разном их изменении при эксплуатации. Природные запасы подземных вод при эксплуатации обязательно уменьшаются, так как при откачке всегда происходит понижение уровня воды и, следовательно, то или иное уменьшение ее массы в водоносном горизонте. Наоборот, естественные ресурсы подземных вод при эксплуатации не только не уменьшаются, но в ряде случаев увеличиваются. Понижение напора подземных вод в пласте при откачке может вызвать подток воды из рек, уменьшить испарение с поверхности грунтовых вод, вызвать или усилить переток воды из выше и ниже расположенных водоносных горизонтов через относительно слабо проницаемые слои, окна. Таким образом, при эксплуатации водозаборов запасы подземных вод уменьшаются, а ресурсы возрастают.
Запасы и ресурсы подземных вод можно подразделить по их генезису на следующие виды: 1) естественные запасы и ресурсы; 2) искусственные запасы и ресурсы; 3) привлекаемые ресурсы.
1.2Разновидности ресурсов
На основе ряда признаков ресурсы подразделяются по определенным группам. Прежде всего, принимаются во внимание их генезис, с учетом которого выделяют естественные и искусственные (формирующиеся под антропогенным влиянием) ресурсы.
Естественные ресурсы - это суммарная величина питания водоносного горизонта в естественных условиях (следовательно, и величина естественной разгрузки). Формирование естественных ресурсов обусловливают природные факторы (атмосферные осадки, поверхностные воды, соседние водоносные горизонты). Эти ресурсы обеспечивают расход подземных потоков, меняющийся под воздействием таких факторов.
Искусственные ресурсы обеспечиваются антропогенным влиянием за счет создания специальных водохранилищ на площади питания водоносных горизонтов или закачки (магазинирования) воды по скважинам в водоносные горизонты.
Учитывая площадь распространения, выделяют региональные и локальные ресурсы. Наряду с этими группами обособлена такая разновидность, как эксплуатационные ресурсы, за счет которых обеспечиваются запасы подземных вод при эксплуатации водоносных горизонтов.
Искусственные ресурсы подземных вод - питание водоносных горизонтов при фильтрации из каналов и водохранилищ, на площадях орошения, при целенаправленных мероприятиях по усилению их питания. Искусственные ресурсы, как и естественные, имеют размерность расхода.
Привлекаемые ресурсы - усиление питания подземных вод, вызванное образованием депрессионных воронок при эксплуатации водозаборов (возникновение или усиление фильтрации из рек, увеличение питания грунтовых вод атмосферными осадками вследствие уменьшения испарения с поверхности грунтовых вод при удалении их зеркала от поверхности земли).
При эксплуатации подземных вод используются в той или иной мере все перечисленные выше виды ресурсов подземных вод.
1.3Запасы подземных вод
По различным признакам в настоящее время выделяется также несколько групп запасов подземных вод.
Естествениые запасы - масса гравитационной воды в пласте в естественных условиях. Та часть этой массы, которая может быть извлечена из напорного водоносного горизонта за счет упругих свойств воды и горных пород без осушения пласта, называется упругими запасами. При оценке запасов подземных вод для водоснабжения (пресные воды) запасы удобнее выражать не массой, а объемом воды, так как численно значения единицы массы и объема воды в этом случае достаточно близки. В такой приближенной трактовке естественные запасы равны сумме объема воды, заключенной в пласте (эти запасы иногда называют «емкостными»), и объема воды, извлекаемой в напорных условиях без осушения пласта («упругие запасы»). Величина последних по сравнению с емкостными запасами обычно составляет доли пропета.
Искусственные запасы подземных вод-это их объем в пласте, образовавшийся в результате орошения, подпора водохранилищами, искусственного заводнения пласта.
Эксплуатационные запасы подземных вод - количество подземных вод, которое может быть получено рациональными в технико-экономическом отношении водозаборными сооружениями при заданном режиме эксплуатации и при качестве воды, удовлетворяющем требованиям в течение всего расчетного срока водопотребления. Количество воды, о котором идет речь в приведенном выше определении, рекомендуется выражать расходом воды. Следовательно, строго говоря, речь идет не об эксплуатационных запасах, а об эксплуатационных ресурсах водоносного горизонта. С термином эксплуатационные запасы можно согласиться лить с практической точки зрения - ГКЗ утверждает запасы полезных ископаемых (подавляющая их часть - твердые ископаемые, где термин «запасы» является точным), а не ресурсы.
Термин «эксплуатационные ресурсы» применяется при прогнозных оценках в региональном плане, как характеристика потенциальных возможностей эксплуатации подземных вод в том или ином крупном регионе.
С учетом их восполнения выделяют восполняемые запасы (при условии поступления ресурсов) и невосполняемые (при отсутствии источников их формирования). К последним принадлежат, так называемые, геологические запасы подземных вод, равные объему воды в горизонте.
Как и ресурсы, запасы с учетом площади их распространения, подразделяются на региональные и локальные, а на основе генетических признаков - на естественные и искусственные (накапливаются с участием антропогенного воздействия). Если запасы определенного горизонта восполняются частично за счет притока воды из других водоносных объектов, то поступающее из них количество воды относят к привлекаемым запасам.
Особую группу составляют эксплуатационные запасы, которые могут быть извлечены или извлекаются из эксплуатируемых водоносных объектов, прежде всего, из месторождений подземных вод с соблюдением природоохранных мероприятий (7). Как правило, эксплуатационные запасы приурочены к месторождениям подземных вод, обеспечивающим экономически обоснованную их добычу. Степень сложности этих месторождений (или их участков) различна. В связи с этим они подразделяются на три группы.
К первой из них приурочены эксплуатационные запасы месторождений подземных вод с простыми условиями. На площади их распространения водоносные горизонты (подразделения) выдержаны по площади и строению, однородны по фильтрационным свойствам, обеспечены питанием (ресурсами) и характеризуются устойчивым кондиционным химическим составом.
Вторая группа месторождений подземных вод характеризуется сложным строением, а также сложными гидрогеохимическими и геотермическими условиями. При этом, однако, представляется возможным оценить изменения различных компонентов природной среды, применяя в ограниченных объемах специальные технологии при разведке и освоении запасов.
В третью группу входят эксплуатационные запасы месторождений с очень сложными условиями, характеризующимися невыдержанным геологическим строением, крайней изменчивостью мощностей и фильтрационных свойств водовмещающих пород, а также сложными гидрогеохимическими и геотермическими условиями. Проведение разведочных работ на таких месторождениях требует применения специальных дорогостоящих технологий, реализация которых на стадии разведки может быть технически неосуществима или экономически нецелесообразна.
Эксплуатационные запасы подразделяются на категории (А, В, С1, С2) по степени изученности условий формирования, количества и качества подземных вод, а также условий эксплуатации и подготовленности месторождений подземных вод к дальнейшему изучению или освоению.
Категория А - запасы подземных вод освоенные.
Категория В - разведанные.
Категория С1 - предварительно оцененные.
Категория С2 - выявленные.
Эти категории подразделяются на промышленные, позволяющие вести эксплуатацию месторождений (А, В, иногда С1), и непромышленные (С1, С2).
По условиям освоения, хозяйственному и экономическому значению эксплуатационные запасы подразделяются на балансовые и забалансовые. К первой из этих групп относятся запасы, целесообразность использования которых установлена на основе всех геолого-экономических и санитарно-гигиенических факторов, учитываемых действующими инструктивными документами. Возможность их использования должна быть подтверждена соответствующими федеральными или территориальными органами. К забалансовым относятся запасы, использование которых на период оценки не может быть признано целесообразным по ряду причин (технико-экономическим, технологическим, экологическим).
Глава II. Оценка ресурсов подземных вод
2.1Виды работ и методы определения региональных ресурсов
Выявление и оценка региональных ресурсов подземных вод проводятся безотносительно к месторождениям этих вод в связи с тем, что подобные ресурсы являются необходимой составной частью гидрогеологической характеристики любого региона. Основой для их оценки являются результаты гидрогеологических съемок, чаще всего среднего масштаба (1:200000), в том числе государственных. Получаемые при этом результаты позволяют определять модули подземного стока и их изменения в годичных циклах. Такие модули весьма информативны для расчлененных горных районов.
При оценке региональных ресурсов (естественных) одним из основных методов является расчленение гидрографов рек, в расходе которых до 20-30%, а иногда и более, приходится на подземный сток. Методы расчленения этого графика, отражающего изменение расхода реки в течение года, имеют несколько модификаций. Использование каждой из них позволяет оценить подземный расход с различной точностью (10). Расходы рек в меженные периоды характеризуют минимальную величину естественных региональных ресурсов подземных вод. Для приближения ее к истинному значению используются различные приемы, основанные на введении поправок, в том числе с учетом результатов режимных наблюдений за расходом источников (11).
Оценить естественные региональные ресурсы позволяет также балансовый метод. При этом ресурсы подземных вод принимаются равными разности объемов воды при максимальном и минимальном положениях уровней в изучаемом горизонте. Последние фиксируются в процессе режимных гидрогеологических наблюдений минимум в трех сечениях (скважинах). Время замера уровней в процессе режимных наблюдений выбирается так, чтобы выявить его минимальное и максимальное положение не менее чем в одном цикле подъем - спад - подъем уровня. Обработка полученных данных (например, по методу конечных разностей) позволяет оценить величину питания водоносного горизонта, характеризующую его естественные ресурсы.
2.2Районирование территорий в связи с региональной оценкой прогнозных эксплуатационных ресурсов
Вопросы районирования территорий, связанные с оценкой прогнозных ресурсов подземных вод, освещены в работах Н.Н. Биндемана (1), Б.И. Куделина и др (12). При оценке ресурсов подземных вод большое значение имеет их взаимосвязь с поверхностными водами. В связи с этим, Б.В. Боревским и Л.С. Язвиным предложен подход к районированию верхней гидродинамической зоны, учитывающий эту взаимосвязь. Кроме того, при этом принимается во внимание соотношение площадей питания ресурсов подземных вод и площадей, где возможна их эксплуатация. На этой основе выделены группы районов.
Территории группы А характеризуются широким площадным распространением водоносных горизонтов, содержащих пресные подземные воды. На всей их площади возможна эксплуатация водоносных горизонтов. Площади вероятного размещения водозаборов совпадают с площадями питания водоносных горизонтов.
Районы группы Б отличаются ограниченным распространением горизонтов пресных подземных вод, причем, эксплуатация последних возможна на всей их площади. Участки расположения водозаборов не совпадают с областями питания подземных вод (замкнутые или полосообразные обводненные структуры в депрессиях). Территория питания чаще всего превышает площадь распространения водоносных горизонтов.
К группе В относятся такие территории, где наблюдается частое чередование участков с пресными и солоноватыми (солеными) водами.