ГЛАВА X. ГИДРОГЕОЛОГИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ДЛЯ ЦЕЛЕЙ ОХРАНЫ И ПОПОЛНЕНИЯ ЗАПАСОВ ПОДЗЕМНЫХ ВОД

Вопросам охраны и рационального использования водных и других природных ресурсов в нашей стране всегда придавалось исключительно важное значение. Особую актуальность эти вопросы приобретают на современном этапе развития народного хозяйства в условиях интенсивного роста потребления водных и других природных ресурсов, всемерного возрастания роли (водных ресурсов и превращения их в один из факторов, определяющих размещение и развитие производительных сил, рост культурного уровня и материального благосостояния народа (1).

В настоящее время в СССР использование и охрана водных ресурсов регламентируются законами «Основы водного законодательства Союза ССР и союзных республик» (введены в действие с 1 сентября 1971 г.) и «Основы законодательства Союза ССР и союзных республик о недрах» (введены в действие с 1 января 1976 г.), устанавливающими правила и порядок планомерного комплексного и рационального использования водных ресурсов и их охраны от загрязнения и истощения.

С 1974 г, в нашей стране разрабатываются перспективные и годовые планы по рациональному использованию и охране водных и других природных ресурсов, являющихся обязательными и неотъемлемыми составными частями перспективных и годовых планов развития народного хозяйства.

В соответствии с «Основами водного законодательства» созданы постоянные органы государственного надзора за использованием и охраной водных ресурсов через систему территориальных бассейновых инспекций, введена единая система государственного учета вод и их использования, широко осуществляются мероприятия по предотвращению загрязнения вод и строительству водоохранных сооружений, разработана Генеральная схема комплексного использования и охраны водных ресурсов СССР, определяющая основные (направления развития водного хозяйства и мероприятия по охране водных ресурсов от загрязнения и истощения на перспективу до 1985 г. В настоящее время разрабатывается новая Генеральная схема на перспективу до 2000 г.

В системе мероприятий по рациональному использованию и охране водных ресурсов исключительно большое внимание уделяется подземным водам как основному источнику хозяйственно- и лечебно-питьевого водоснабжения. Функции государственного учета подземных вод, их изучения, оценки и контроля за их состоянием, использованием и охраной от загрязнения и истощения возложены на Министерство геологии СССР, которое наряду с этим обязано обеспечивать заинтересованные организации данными о подземных водах и гидрогеологическими прогнозами условий их эксплуатации.

Среди многочисленных и разносторонних мероприятий, обеспечивающих рациональное использование подземных вод и их охрану от загрязнения и истощения, особая роль отводится гидрогеологическому обоснованию санитарной охраны водозаборов и искусственному пополнению запасов подземных вод.

§ 1. Гидрогеологические исследования в связи с оценкой и прогнозом качества подземных вод

При разведке и геолого-промышленной оценке месторождений подземных вод основной целью выполняемых гидрогеологических исследований является изучение количества, качества и условий эксплуатации подземных вод (или их регулирования). Исследования по изучению качества подземных вод должны обеспечить: 1) выявление и оценку химического и санитарно-бактериологического состава подземных вод в естественных условиях их залегания; 2) прогноз изменения качества вод в процессе их эксплуатации (в условиях нарушенного режима); 3) гидрогеологическое обоснование организации и содержания зон санитарной охраны водозаборов как средства, обеспечивающего необходимое качество подземных вод при их эксплуатации.

Выявление и оценка химического и санитарно-бактериологического состава подземных вод осуществляются в процессе поисково-разведочных работ на основе качественного опробования предполагаемых к использованию водоносных горизонтов и выполнения определенных видов лабораторных анализов (см. детально гл. VI, § 2). Виды и объемы лабораторных анализов и гидрохимических исследований должны быть достаточными для выявления основных показателей химического и бактериального состава и физических свойств подземных вод изучаемого месторождения и установления степени соответствия этих показателей предъявляемым к качеству воды требованиям (см. гл.VI, § 1).

Требования к качеству воды как источнику хозяйственно-питьевого водоснабжения определяются в нашей стране действующими государственными стандартами. Выбор и оценка источника водоснабжения для хозяйственно-питьевых целей осуществляются на основе учета требований ГОСТ 2761—74 «Источники централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения». При использовании подземных вод без проведения мероприятий по улучшению их качества (что чаще всего и практикуется) они должны соответствовать требованиям ГОСТ 2874—73 «Вода питьевая» (см. подробнее гл. VI, § 2).

Выбор и оценка источников производственно-технического водоснабжения осуществляются на основе учета требований, предъявляемых потребителем (заказчиком), или установленных соответствующими нормами, техническими условиями и стандартами. В зависимости от технологии предприятия, назначения и характера использования воды требования к ее качеству могут быть самыми разнообразными. Чаще они касаются таких показателей качества воды, как температура, общая жесткость, накипеобразование, агрессивность, коррозия, вспенивание, щелочность, общая минерализация, механические взвеси и др.

Как уже говорилось, в соответствии с действующими положениями использование подземных вод питьевого качества для других целей не допускается (исключения возможны в районах отсутствия поверхностных вод и наличия достаточно больших запасов подземных вод). Вместе с тем отказ от использования подземных вод для хозяйственно-питьевого водоснабжения должен быть соответствующим образом обоснован (6, 7).

Соответствие качества подземных вод предъявляемым требованиям, установленное в естественных условиях их залегания, еще не определяет возможности и целесообразности их использования для целей водоснабжения. Оценку качества подземных вод различного назначения необходимо проводить с учетом прогноза возможного его изменения в процессе эксплуатации подземных вод.

Характер и условия возможного изменения качества подземных вод могут быть различными в зависимости от защищенности намечаемого к эксплуатации водоносного горизонта, его границ и граничных условий в плане и в разрезе, наличия и характера очагов загрязнения, сложности гидрохимических условий, интенсивности водоотбора, неоднородности области фильтрации и других факторов. Возможны изменения физических свойств, химического и бактериального состава подземных вод либо их отдельных показателей в результате бактериального, химического и реже радиоактивного и механического загрязнения.

Как показывает опыт эксплуатации действующих водозаборов, основными источниками загрязнения подземных вод являются участки: а) скопления бытовых и промышленных сточных вод; б) скопления твердых отходов и загрязненные территории промышленных производств; в) дефектных канализационных сетей; г) складирования и хранения нефтепродуктов и химической продукции; д) самоизлива минерализованных вод из глубоких скважин; е) земледельческих полей орошения сточными водами и интенсивного применения удобрений и ядохимикатов; ж) сброса и захоронения сточных вод; з) нижележащих горизонтов минерализованных вод (перетоки по затрубному кольцу); и) загрязненных поверхностных водоисточников, гидравлически связанных с подземными водами. Наиболее уязвимыми для загрязнения оказываются неглубоко залегающие грунтовые воды. Источники загрязнения напорных вод ограничиваются перечисленными в пунктах ж, з, и.

Основной задачей прогнозной оценки качества подземных вод является выявление возможных изменений показателей качества воды в процессе эксплуатации и степени их соответствия требованиям ГОСТов и потребителей, а это невозможно без тщательного изучения санитарных, гидрогеологических и гидрохимических условий месторождения подземных вод, без выявления очагов загрязнения подземных вод и установления факторов, определяющих характер и интенсивность изменения их качества во времени; Содержание и объемы разведочных и опытных работ по изучению качества подземных вод и их прогнозной оценке устанавливаются на каждом конкретном участке дифференцированно в зависимости от сложности гидрогеологических, гидрохимических и санитарных условий месторождения или его участка.

На месторождениях с простыми (благоприятными) гидрохимическими и санитарными условиями (повсеместное распространение пресных вод высокого качества, отсутствие источников возможного, загрязнения подземных вод, благоприятные санитарная обстановка и условия для организации зон санитарной охраны и т. п.), где нет оснований ожидать изменения качества подземных вод при их эксплуатации, можно ограничиться отбором дежурных и представительных проб воды для оценки и контроля химического и бактериального состава вод и минимальным объемом исследований для обоснования и установления зон санитарной охраны.

На месторождениях со сложными гидрохимическими и санитарными условиями (залегание пресных вод на контакте в плане или в разрезе с водами повышенной минерализации, содержание в подземных водах агрессивных к металлам газов, связь подземных вод с загрязненными водами поверхностных водоемов, наличие на площади месторождения источников возможного загрязнения подземных вод, благоприятные условия для организации зон санитарной охраны и т. п.), где возможны существенные изменения показателей качества воды в процессе эксплуатации водозаборных сооружений, помимо комплекса работ по изучению качества вод в естественных условиях необходимо проводить специальные гидрогеологические и гидрохимические исследования по детальному изучению условий распространения и взаимодействия пресных и минерализованных (или загрязненных) вод, выявлению закономерностей формирования состава подземных вод при работе водозаборных сооружений, изучению характера неоднородности и его влияния на условия фильтрации вод различного состава, уточнению характера граничных условий и их оценки в гидрохимическом отношении, установлению оптимального расположения и режимов эксплуатации водозаборных скважин, обоснованию мероприятий по предотвращению или уменьшению загрязнения подземных вод и т. д.

Еще более значительный комплекс специальных исследований может потребоваться для изучения качества воды и их прогнозной оценки на месторождениях с очень сложными гидрохимическими и санитарными условиями (пестрый химический состав подземных вод в плане и в разрезе, наличие источников и очагов загрязнения подземных вод, резкая фильтрационная неоднородность водоносных отложений, неблагоприятные условия для организации зон санитарной охраны, активная гидравлическая связь подземных вод с загрязненными поверхностными и т. п.). В такой обстановке основное внимание уделяется обоснованию оптимального по условиям сохранения качества воды режима эксплуатации и состава мероприятий, необходимых для защиты водозабора от загрязнения. При этом возможно использование моделирования, длительных опытно-эксплуатационных откачек, наблюдений за режимом, специальных гидрогеологических, геофизических и других исследований (3, 7, 9—12).

Вопросам изучения и оценки качества подземных вод уделяется внимание уже в процессе поисков и выбора источника водоснабжения. Однако основной объем исследований, обеспечивающих прогнозную оценку качества воды и обоснование состава мероприятий по их санитарной охране, выполняется на стадиях предварительной и детальной разведок (санитарное обследование участка, специальные гидрогеологические, гидрохимические, лабораторные, санитарные и другие исследования). Одним из важнейших мероприятий, обеспечивающих сохранение качества подземных вод при их эксплуатации, является организация зон санитарной охраны водозаборов подземных вод.

§ 2. Гидрогеологическое обоснование зон санитарной охраны водозаборов подземных вод

В соответствии с действующими положениями на всех водозаборах подземных вод хозяйственно-питьевого назначения должны предусматриваться зоны санитарной охраны, обоснование которых является необходимой составной частью проекта водозаборных сооружений (6, 7, 9—12). Проект зоны санитарной охраны водозабора подземных вод должен быть обоснован материалами специальных гидрогеологических, гидрохимических и санитарных исследований, выполняемых в процессе разведки месторождения, и согласован с органами санитарно-эпидемиологической службы. Он должен включать обстоятельный анализ гидрогеологических, гидрохимических и санитарных условий эксплуатационного участка, обоснованные рекомендации по установлению зоны санитарной охраны и проведению мероприятий по охране и санитарному оздоровлению источников водоснабжения.

Для водозаборов подземных вод необходимо устанавливать два пояса зоны санитарной охраны. Границы территории первого пояса (пояс строгого режима) определяются на расстоянии не менее 30 м от водозабора для надежно защищенных горизонтов и не менее 50 м для недостаточно защищенных с поверхности горизонтов и инфильтрационных водозаборов. Территория первого пояса ограждается и благоустраивается. В ее пределах запрещается производить работы, не связанные с эксплуатацией водозабора (3, 6, 9, 10). При проектировании инфильтрационных водозаборов в первый пояс зоны санитарной охраны включается также прибрежная территория между водозабором и водоемом.

Границы второго пояса зоны санитарной охраны (пояс ограниченного режима) устанавливаются, исходя из санитарных, гидрохимических и гидрогеологических условий, и обосновываются расчетами, подтверждающими сохранение качества воды на уровне предъявляемых требований в течение расчетного периода эксплуатации водозабора при условии выполнения определенного комплекса мероприятий и поддержания соответствующего режима в зоне санитарной охраны водозабора. Зона санитарной охраны (второй пояс) в виде полосы шириной 20—50 м необходима и вдоль водоводных сооружений, и это следует учитывать при выборе местоположения эксплуатационного участка. В пределах территории второго пояса регулируются и контролируются строительные работы, запрещается сооружение объектов, представляющих опасность с точки зрения загрязнения подземных вод и ухудшения условий эксплуатации водозабора, осуществляется общее благоустройство территории и проводятся мероприятия по поддержанию в ней благоприятной санитарной обстановки.

Положение границ второго пояса зоны санитарной охраны устанавливается из таких соображений, чтобы расстояние от них до водозабора исключало возможность поступления загрязненных подземных вод к.скважинам водозабора в течение расчетного срока их эксплуатации либо чтобы при движении загрязненных подземных вод от границы зоны до водозабора происходило их естественное очищение до степени соответствия их качества предъявляемым требованиям. Для исключения возможности химического загрязнения, длительно сохраняющегося в условиях подземного потока, границы второго пояса охраны намечаются с учетом положения нейтральной линии тока, ограничивающей область питания водозабора при его эксплуатации. При возможности бактериального загрязнения они устанавливаются на таком расстоянии, чтобы время движения загрязненных подземных вод до водозабора превышало срок выживаемости бактерий в условиях подземного потока. Методы гидрогеологического обоснования размеров зон санитарной охраны {аналитические и графоаналитические) детально рассмотрены в работах Е. Л. Минкина (9, 10).

В сложных гидрохимических и санитарных условиях обоснование положения границ второго пояса зоны санитарной охраны целесообразно выполнять с помощью моделирования. Для определения расчетных параметров миграции загрязненных подземных вод может возникнуть необходимость в специальных опытно-фильтрационных работах, физико-химических лабораторных и натурных опытах по изучению процессов сорбции и самоочищения и других видах исследований. Вопросы гидрогеологических исследований, очагов загрязнения подземных вод и обоснования мероприятий по защите водозаборов подземных вод рассмотрены также в работах Ф. М. Бочевера, А. Е. Орадовской, Н. И. Плотникова и др. (3, 12).

§ 3. Гидрогеологическое обоснованна искусственного пополнения запасов подземных вод

Неравномерность площадного распределения водных ресурсов, неуклонный рост водопотребления, значительная загрязненность поверхностных вод, интенсификация отбора подземных вод в экономически наиболее развитых районах, имеющийся дефицит пресных вод питьевого качества и другие факторы вызывают необходимость применения методов искусственного пополнения и регулирования запасов подземных вод.

По своему характеру искусственное, пополнение подземных вод—инженерное мероприятие, заключающееся в обеспечении благоприятных условий для перевода части поверхностного стока в подземный, мероприятие многоплановое, обеспечивающее не только пополнение, запасав подземных вод и их охрану от истощения, но и наиболее полное комплексное и рациональное использование и охрану водных, земельных и других природных ресурсов. В частности, искусственный перевод поверхностных вод в подземные может осуществляться в целях увеличения производительности эксплуатируемых или намечаемых к эксплуатации водозаборов и водоносных горизонтов, стабилизации условий работы действующих водозаборов и предотвращения дальнейшего роста их депрессионных воронок и загрязнения, накопления в подземных коллекторах значительных запасов питьевой воды на период временного заражения поверхностных источников водоснабжения, улучшения качества инфильтруемых через породы зоны аэрации поверхностных вод и разбавляемых инфильтрационными водами подземных вод, частичного регулирования поверхностного стока и обеспечения наиболее благоприятных условий для его последующего использования, улучшения мелиоративного состояния и охраны окружающих земель и повышения эффективности их народнохозяйственного освоения, а также при решении некоторых других задач (2,5,6, 11, 14)..

Искусственное пополнение запасов подземных вод является, таким образом, водохозяйственным мероприятием, обеспечивающим планомерное улучшение водного баланса территории и научно обоснованное планирование, и размещение производительных сил с учетом водного фактора.

Следовательно, необходимость в искусственном пополнении подземных вод может возникнуть как в районах интенсивной эксплуатации месторождений подземных вод, где отмечается существенное их истощение, так и в районах возможного отсутствия промышленных естественных месторождений подземных вод, где перевод поверхностного стока в подземный может привести либо к увеличению промышленной ценности естественных месторождений, либо даже к формированию «искусственных месторождений» подземных вод.

В последнем случае обычно говорят об искусственном создании запасов подземных вод путем магазинирования поверхностного стока.

Перевод поверхностных вод в подземные с последующей организацией их эксплуатации обеспечивает существенные преимущества по сравнению с водоснабжением за счет непосредственного использования поверхностных вод из рек и водохранилищ. На многих участках эти преимущества обусловливают высокую экономическую эффективность искусственного пополнения подземных вод, направленного на более полное и комплексное использование водных ресурсов.

Искусственное пополнение подземных вод в зависимости от целевого назначения, природных и технических условий его осуществления, источника пополнения и других факторов реализуется различными способами. Практически оно сводится либо к обеспечению условий свободной инфильтрации вод через зону аэрации,

Рис. 51. Система искусственного пополнения напорных вод с нагнетательными скважинами:

1 — объект пополнения; 2 — нагнетательная

скважина; 3 — водозаборная скважина; 4 —

насосная станция для подачи воды в нагнетательную скважину

Рис. 52. Система искусственного пополнения подземных вод с инфильтрационным бассейном:

1 — объект искусственного пополнения; 2 — инфильтрационный бассейн; 3 — водозаборные скважины; 4 — трубопровод для подачи воды в бассейн; 5 — покровные суглинки

либо к принудительной их подаче в эксплуатируемый (или подлежащий эксплуатации) горизонт через скважины, шахты, колодцы

(рис. 51 и 52).

В качестве источников пополнения используются речные, ливневые, паводковые, озерные, реже дренажные, сбросные и сточные воды.

На отдельных площадях возможен перевод подземных вод из одних горизонтов в другие.

Как правило, системы искусственного пополнения имеют в своем составе сооружения трех типов: а) инфильтрационные, при помощи которых воды источника пополнения переводятся в продуктивный горизонт (путем инфильтрации или закачки); б) водозаборные (каптажные), с помощью которых эксплуатируются подземные воды; в) вспомогательные, предназначенные для вспомогательных операций (подачи воды от источника пополнения к месту ее инфильтрации, очистки, водоподготовки и закачки воды).

Водозаборные и вспомогательные сооружения систем искусственного пополнения аналогичны сооружениям обычных систем водоснабжения (скважины, колодцы, галереи, трубопроводы, насосные станции, станции очистки и водоподготовки.). Инфильтрационные сооружения, являющиеся основными в системе искусственного пополнения, могут быть открытого инфильтрационные бассейны, площадки, поля, каналы, борозды) и закрытого (поглощающие и нагнетательные скважины, колодцы, шахты, галереи) типов.

В системах искусственного пополнения, обеспечивающих свободную инфильтрацию додаваемых вод, распределение их по поверхности осуществляется следующими способами: бассейновым, с помощью канав, каналов и борозд, затоплением площадей инфильтрации, использованием речных русел, овражно-балочной сети, местных понижений, шахт, колодцев и т. п. Объектом пополнения служит, как правило, первый от поверхности земли водоносный горизонт (или емкость). Для пополнения запасов подземных вод напорных горизонтов (практикуется реже) используются обычно системы пополнения с инфильтрационными сооружениями закрытого типа.

Разнообразие природных условий, источников пополнения, технических особенностей инфильтрационных, вспомогательных и водозаборных сооружений определяет, многообразие применяемых в отечественной и зарубежной практике схем искусственного пополнения (2, 6, 14). На рис. 51 и 52 показаны две основные принципиальные схемы искусственного пополнения грунтовых и напорных подземных вод.

На территории СССР искусственное пополнение запасов подземных вод может и должно найти широкое распространение как за счет использования стока рек и вод поверхностных водоемов, так и за счет местного овражно-балочного стока. Практически оно возможно везде, где имеется источник пополнения и достаточно благоприятные для этого климатические и гидрогеологические условия (2, 11, 12, 14). Благоприятные условия выявляются в результате регионального изучения и оценки территории СССР или отдельных ее регионов по условиям создания искусственных запасов подземных вод. По результатам такого изучения выполняется гидрогеологическое районирование территории по условиям искусственного пополнения Подземных вод и создания их запасов, которое служит теоретической основой для широких и планомерных гидрогеологических исследований, осуществляемых для обоснования и внедрения в народное хозяйство такого нового и эффективного метода регулирования, охраны и рационального использования водных ресурсов, как искусственное пополнение и создание запасов подземных вод.

Основными критериями при выделении таксономических единиц районирования следует считать наличие подземных емкостей — коллекторов для магазинирования или пополнения, источников восполнения или создания запасов подземных вод, потребность района в мероприятиях по искусственному созданию запасов подземных вод или их пополнению, экономическая целесообразность пополнения или создания запасов подземных вод и конкурентоспособность этого метода с другими возможными вариантами водообеспечения.

Эффективность искусственного пополнения запасов подземных вод зависит от комплекса факторов физико-географического (климат, длительность и глубина промерзания пород, рельеф, распределение осадков по времени), геолого-гидрогеологического (геологическая структура, наличие перекрывающих отложений, мощность, литологические особенности и фильтрационные свойства пород, гидрогеологические условия) и гидролого-гидрохимического характера (поверхностный сток, его качество, обеспеченность и т. д.), поэтому для выявления целесообразности и эффективности искусственного пополнения подземных вод и обоснования проектирования системы пополнения необходим соответствующий комплекс геолого-гидрогеологических, гидрологических, санитарных, опытно-фильтрационных, лабораторных и других исследований.

В результате этих исследований и расчетов должны быть решены следующие задачи: 1) выбор перспективных для искусственного пополнения запасов подземных вод площадей и объектов; 2) обоснование выбора источника искусственного восполнения, отвечающего требованиям по количеству и качеству воды; 3) оценка геолого-гидрогеологических, климатических, санитарных, технических и других условий и процессов с точки зрения их влияния на выбор способа и технологию искусственного пополнения подзем­ных вод; 4) выбор наиболее рационального для выявленных условий способа пополнения подземных вод; 5) прогноз возможных изменений производительности инфильтрационных сооружений н качества инфильтрующихся вод; 6) оценка, эксплуатационных запасов подземных вод применительно к работе водозаборных сооружений в условиях искусственного пополнения подземных вод; 7) оценка экономической эффективности намечаемых мероприятий по искусственному пополнению подземных вод и обоснование наиболее оптимальных вариантов их осуществления.

Анализ перечисленных задач показывает, что-то своему содержанию, направленности, последовательности я методам их решения они сходны с комплексом задач, решаемых при разведке месторождений подземных вод и их геолого-промышленной оценке применительно к условиям работы инфильтрационных водозаборов. Это сходство, в свою очередь, определяет и некоторую аналогию состава и содержания необходимых исследований и стадийности их проведения. Гидрогеологическое обоснование искусственного пополнения подземных вод требует учета специфики решения задач, связанных с выбором источника искусственного восполнения, его оценкой и прогнозом условий работы инфильтрационных сооружений, и в этой связи является делом более сложным и трудоемким, чем гидрогеологическое обоснование и прогноз условий работы инфильтрационных водозаборов, где контор инфильтрационного питания естественный (река, озеро, водоем).

Как правило, гидрогеологические исследования для обоснования и проектирования систем искусственного пополнения запасов подземных вод должны проводиться, как и для целей водоснабжения, в три стадии: поиски, предварительная разведка, детальная разведка. В зависимости от сложности и степени изученности гидрогеологических условий района исследований отдельные стадии могут выпадать и совмещаться. Так, на участках действующих водозаборов решение задач гидрогеологического обоснования искусственного пополнения осуществляется на основе материалов проектирования и эксплуатации водозабора с выполнением некоторых видов специальных исследований в рамках эксплуатационной разведки. На участках, где выполнены работы по разведке и геолого-промышленной оценке месторождения подземных вод, могут потребоваться лишь дополнительные исследования, связанные с оценкой и прогнозом условий работы инфильтрационных сооружений и учетом их влияния на работу действующего водозабора.

На стадии поисков выполняется геолого-гидрогеологическая и геофизическая съемка с полным комплексом входящих в нее исследований и предварительным изучением и оценкой возможных источников восполнения запасов подземных вод, организуются наблюдения за режимом, поверхностных и подземных вод, осуществляются лабораторные исследования. В результате целенаправленного анализа материалов исследований и ориентировочной количественной и технико-экономической оценки условий искусственного пополнения на перспективных площадях выбирается участок (участки) для постановки разведочных работ.

На стадии предварительной разведки выполняется комплекс разведочных работ на участках размещения водозаборных и инфильтрационных сооружений для получения исходной информации, необходимой для предварительного обоснования условий работы инфильтрационных сооружений и оценки эксплуатационных запасов подземных вод с учетом их искусственного пополнения. Дополнительно к общепринятым при разведке подземных вод исследованиям проводятся изучение фильтрационных свойств пород зоны аэрации, лабораторные опыты по искусственному пополнению подземных вод, количественная и качественная оценка источника восполнения, опыты (при необходимости) по выявлению условий и особенностей работы инфильтрационных сооружений, технологии искусственного пополнения и т. д. На основе исследований и расчетов стадии предварительной разведки намечаются участок, источник и схема искусственного пополнения запасов подземных вод, обосновывается экономическая целесообразность проведения детальной разведки.

На стадии детальной разведки выполняется комплекс работ для оценки эксплуатационных запасов подземных вод с учетом их искусственного пополнения по принятой схеме с детальностью, обосновывающей выделение капиталовложений на проектирование и строительство системы искусственного пополнения (как правило, по категориям А+В + С). Обычно в комплекс работ входят: бурение разведочных, разведочно-эксплуатационных и наблюдательных скважин, проходка шурфов и котлованов (бассейнов), опытно-фильтрационные работы (откачки, наливы в шурфы, наливы и нагнетания в скважины), наблюдения за режимом поверхностных и подземных вод, геофизические и лабораторные исследования. Разведочные скважины закладываются по линиям намечаемых инфильтрационных и водозаборных сооружений. Они должны обеспечить изучение геолого-гидрогеологических условий участка, включая и породы зоны аэрации. Шурфы проходятся в местах расположения инфильтрационных сооружений и используются для изучения фильтрационных свойств пород зоны аэрации. На стадии детальной разведай обязательной является постановка работ по опытной инфильтрации воды (из бассейнов, каналов, скважин или других сооружений) с изучением процессов инфильтрации, кольматации и изменения качества инфильтруемых и отбираемых вод и с обоснованием рекомендаций по технологии искусственного пополнения запасов подземных вод. Длительность таких работ должна составлять 2—3 месяца, а в сложных условиях и для крупных объектов —6—12 месяцев. Качество воды источника пополнения должно отвечать требованиям потребителя (при хозяйственно-питьевом водоснабжении требованиям ГОСТа 2874—73). По ряду показателей эти требования могут быть снижены, если учесть улучшение качества воды при ее инфильтрации и передвижении в водоносном горизонте. Для количественной оценки источника пополнения необходимы стационарные гидрометрические, гидрохимические и воднобалансовые исследования для изучения его режима в годовом и многолетнем разрезах (5, 11, 14).

Эксплуатационные запасы подземных вод в условиях их искусственного пополнения оцениваются известными методами (гидродинамическим, балансовым, гидравлическим, по аналогии и моделированием) и с обязательным учетом особенностей и режима работы инфильтрационных сооружений. Необходимость учета влияния инфильтрационных сооружений приводит к усложнению фильтрационных схем (дополнительные источники и контура питания), поэтому для прогноза условий работы систем пополнения и оценки эксплуатационных запасов подземных вод целесообразно применять комбинированные методы оценки запасов и моделирование. Особенности оценки эксплуатационных запасов подземных вод в условиях их искусственного восполнения рассмотрены в работах Н. А. Плотникова и К. И. Сычева (11, 14).

В настоящее время в нашей стране искусственное пополнение запасав подземных вод, осуществляется на действующих водозаборах, многих городов, промышленных и сельскохозяйственных объектов в Прибалтике, Белоруссии, на Украине, в Средней Азии, Казахстане и РСФСР. Наиболее успешно оно практикуется при водоснабжении городов Риги, Каунаса, Вильнюса, Тбилиси, Ташкента, Канска, Черновиц, Ивано-Франковска, где производительность водозаборов достигает 80—200 тыс. м3/сут и более.

Огромные работы предстоит выполнить гидрогеологам в ближайшем будущем в связи с предстоящим широким внедрением в практику водного хозяйства методов искусственного пополнения подземных вод. В связи с этим большое значение приобретают методы технико-экономического обоснования целесообразности и эффективности искусственного пополнения запасов подземных вод.

§ 4. Принципы технико-экономического обоснования целесообразности и эффективности искусственного пополнения запасов подземных вод

Экономическая целесообразность применения искусственного пополнения подземных вод определяется комплексным характером этого мероприятия и его преимуществами, обеспечивающими эффективное решение задач по наиболее полному использованию водных ресурсов в народном хозяйстве, в частности при организации водоснабжения. По общим соображениям искусственное пополнение запасов подземных вод представляется целесообразным на всех объектах, где оно может привести к успешному решению проблемы водоснабжения при минимальных по сравнению с другими вариантами затратах средств либо к повышению экономической эффективности действующих или проектируемых водозаборных сооружений. При этом желателен количественный экономический учет всех положительных и отрицательных сторон воздействия этого мероприятия на природу и хозяйственную деятельность человека. Нередко, однако, полный учет экономического эффекта систем искусственного пополнения запасов подземных вод оказывается невозможным по причине многообразия влияющих на него в каждом конкретном районе факторов или ненужным ввиду очевидной целесообразности проектируемых мероприятий. Поэтому для решения вопроса о целесообразности проведения мероприятий по искусственному пополнению подземных вод и определению их экономической эффективности нередко оказывается вполне достаточным ограничиться только количественным учетам влияния лишь основных факторов, предопределяющих эффективность проектируемых мероприятий.

Основными технико-экономическими показателями, на основе сопоставления которых определяется целесообразность и экономическая эффективность искусственного пополнения подземных вод, являются размеры капиталовложений К, характеризующие строительную стоимость проектируемых объектов, и эксплуатационные издержки Э, учитывающие все эксплуатационные расходы за годовой период (при необходимости определяются удельные капиталовложения и себестоимость получения 1 м3 воды; см. гл. IX, § 3). Эти показатели необходимо определять для всех сопоставляемых вариантов водообеспечения как учитывающих, так и не учитывающих мероприятия по искусственному пополнению подземных вод.

Методика определения размеров капиталовложений, эксплуатационных расходов и себестоимости получения воды при решении задач водоснабжения достаточно детально рассмотрена в работе И. С. Глазунова (4). При определении строительной стоимости вариантов водоснабжения с применением искусственного пополнения подземных вод дополнительно учитываются капиталовложения в строительство всех узлов и сооружений системы искусственного пополнения (каналов, трубопроводов, насосных станций, зданий, оборудования, отстойных, очистных, инфильтрационных и других сооружений). Соответственно при определении эксплуатационных издержек дополнительно учитываются все расходы, связанные с эксплуатацией системы пополнения (забор воды из источника пополнения, ее подача, подготовка и распределение по площади инфильтрации, зарплата, обслуживающему персоналу, различного рода отчисления и прочие затраты).

Приемы сопоставления проектных вариантов и определения их экономической эффективности рассмотрены в предыдущей главе, поэтому здесь следует осветить лишь некоторые особенности их использования применительно к обоснованию систем искусственного пополнения подземных вод. На объектах, где прямое сопоставление основных показателей (капиталовложений К и эксплуатационных затрат Э) не обеспечивает однозначного выбора варианта водоснабжения, все конкурирующие варианты сопоставляются с использованием показателей сравнительной экономической эффективности — коэффициента экономической эффeктивнoсти Едк, срока окупаемости дополнительных капиталовложений Тдк и приведенных затрат Зп (формулы IX.3—IX.5 в гл. IX. § 3).

При обосновании искусственного пополнения на действующем водозаборе возможны следующие варианты.

1. Дальнейшая эксплуатация водозабора невозможна без организации искусстве иного пополнения подземных вод вследствие существенной сработки их запасов либо несоответствия их качества предъявляемым требованиям. Искусственное пополнение обеспечивает возможность дальнейшей эксплуатации водозабора с некоторым суммарным дебитом Q, равным или отличающимся по величине от прежней производительности водозабора. Целесообразность и экономическая эффективность искусственного пополнения могут быть установлены сопоставлением ожидаемых затрат на пополнение (Кп и Эп) с соответствующими затратами по другим возможным вариантам организации водоснабжения (например, за счет использования вод другого водоносного горизонта или поверхностных вод). Следует дополнительно учесть капиталовложения, которые могут потребоваться для частичной реконструкции действующего водозабора. Для сопоставления можно использовать показатели общей и сравнительной экономической эффективности аналогично изложенному выше.

2. Дальнейшая эксплуатация водозабора возможна и без искусственного пополнения подземных вод, однако пополнение либо увеличивает суммарную производительность водозабора с Q1до Q2 (при меньшей или неизменной себестоимости получения воды), либо снижает себестоимость получения воды с С1 до С2 при постоянной производительности водозабора (Q1= Q2= const).

В рассматриваемых условиях искусственное пополнение подземных вод можно считать эквивалентным применению новой технологии получения воды и для определения его целесообразности и экономической эффективности пользоваться приемами типовой методики оценки экономической эффективности новой техники.

В частности, для определения экономической целесообразности искусственного пополнения подземных вод можно воспользоваться формулами срока окупаемости капиталовложений и коэффициента экономической эффективности, аналогичными по своей структуре формуле (IX.2) При этом следует учитывать не общие, а дополнительные капиталовложения и прибыль по варианту с искусственным пополнением подземных вод.

Обобщенные формулы для определения срока окупаемости дополнительных капиталовложений по прибыли Тдкп или коэффициента экономической эффективности Едкп имеют вид:

(Х.1)

,

где Кп — капиталовложения на устройство системы искусственного пополнения подземных вод.

Вариант с искусственным пополнением подземных вод экономически целесообразен, если значения показателей Тдкп и Едкп не выходят за пределы их нормативных значений.

Экономическая эффективность искусственного пополнения подземных вод' может быть установлена сравнением затрат на пополнение (Кп и Эп) с соответствующими затратами на устройство и эксплуатацию новых водозаборов с производительностью, эквивалентной увеличению дебита Действующего водозабора искусственным пополнением. При этом возможно использование всех показателей сравнительной экономической эффективности (срока окупаемости дополнительных капиталовложений Тдк, коэффициента сравнительной экономической эффективности Едк, приведенных затрат 3п и годового экономического эффекта Эг), методика определения и сопоставления которых изложена ранее. По этой же методике проводится обоснование выбора наиболее рационального варианта искусственного пополнения подземных вод (как различных способов искусственного пополнения, так и различных схем расположения сооружений системы пополнения при одном и том же способе пополнения).

Если искусственное пополнение приводит к повышению промышленной ценности месторождения и обеспечивает возможность его использования в народном хозяйстве с водоотбором Q, целесообразность и эффективность искусственного пополнения устанавливаются на основе сопоставления капиталовложений и эксплуатационных затрат по варианту с пополнением и соответствующих затрат по другим возможным вариантам организации водоснабжения с использованием показателей общей и сравнительной экономической эффективности аналогично изложенному ранее.

Весьма заслуживает внимания вопрос использования подземных вод, искусственно пополняемых за счет инфильтрации поливных вод и вод из каналов в пределах орошаемых площадей. Экономическая эффективность такого пополнения на многих орошаемых площадях очевидна, так как не требует значительных капиталовложений на строительство сооружений, кроме водозаборных (в качестве инфильтрационных предполагается использование сооружений оросительных систем), а сами водозаборные сооружения могут выполнять роль дренажа для массива орошения, обеспечивая комплексное использование водных ресурсов и улучшая мелиоративное состояние орошаемых земель. Использование получаемых подземных вод возможно как непосредственно для целей орошения, так и для других видов водоснабжения. На массивах (нерегулярного орошения может оказаться целесообразным возведение специальных сооружений для перехвата, аккумуляции и последующей инфильтрации местного стока.

При планировании мероприятий по магазинированию подземных вод экономическая целесообразность их должна быть предварительно установлена на основе учета всех возможных затрат на соответствующие гидрогеологические и инженерно-геологические изыскания, разведку, магазинирование, на сооружение водозабора и его эксплуатацию. Если имеются другие возможные варианты решения задачи водоснабжения объекта, они сопоставляются по показателям сравнительной экономической эффективности с целью выбора наиболее рационального варианта организации водоснабжения аналогично изложенному выше.

§ 5. Основные методы увеличения и восстановления водообильности скважин

Эффективность работы водозаборных и дренажных сооружений в значительной мере зависит от водообильности отдельных скважин. Уменьшение водообильности скважин вызывает необходимость увеличения их количества (при неизменном суммарном дебите водозабора или дренажных сооружений), что в свою очередь приводит к увеличению капиталовложений на строительство водозабора (или дренажа) и затрат на его эксплуатацию. В этой связи большое практическое значение приобретают методы искусственного повышения или восстановления дебита водозаборных и дренажных скважин: торпедирование и перфорация скважин, кислотная обработка фильтров скважин в карбонатных водоносных породах, гидравлический разрыв пласта, вакуумирование скважин и их разработка откачками, механическая прочистка фильтров, гидравлический удар и др.

Сущность перечисленных методов увеличения дебита скважин сводится к повышению проницаемости призабойных зон водоносного пласта и снижению гидравлического сопротивления фильтров водозаборных и дренажных скважин.

После проведения мероприятий по увеличению или восстановлению дебита скважин последние подлежат обязательной промывке для очистки их от различного рода шлама и примесей и восстановления первоначального качества воды. Откачки из скважин осуществляются до, и после проведения планируемого мероприятия (при соблюдении сопоставимости условий их выполнения). Об эффективности методов увеличения водообильности скважин судят по коэффициенту изменения дебита п, определяемому отношением дебитов (удельных дебитов) скважины, получаемых после и до оцениваемого мероприятия.

Каждый из методов увеличения или восстановления водообильности гидрогеологических скважин характеризуется определенными условиями его практического применения.

Торпедирование и перфорация гидрогеологических скважин.Торпедирование скважин осуществляется с помощью взрыва специальных торпед (из детонирующего шнура или взрывчатого вещества), опускаемых в зону фильтра или водоприемную часть бесфильтровой скважины на электрическом кабеле. Наибольший эффект дает торпедирование скважин в слабопроницаемых скальных трещиноватых породах (кристаллических сланцах, гранитах, песчаниках, конгломератах, известняках), где вследствие взрыва торпеды происходит дробление пород и увеличение их трещиноватости и водопроницаемости. Оно эффективно также при зарастании фильтров плотными, крепкими образованиями, в которых преобладают карбонаты и силикаты. Не следует применять торпедирование в глинистых породах (сланцах, мергелях, глинистых песчаниках и известняках), а также в скважинах, оборудованных сетчатыми фильтрами и фильтрами с неметаллическими опорными каркасами.

Повышению водопроницаемости призабойной зоны скважин и увеличению их дебита способствует также перфорация скважин, заключающаяся во вскрытии продуктивного пласта с помощью простреливаемых в стенках скважины каналов. Перфорация применяется в скважинах как закрепленных, так и не закрепленных обсадными трубами и цементными кольцами. Чем больше плотность перфорации, глубина и диаметры простреливаемых каналов, тем эффективнее характер вскрытия пласта и больше производительность скважин (желательно плотность перфорации доводить до 25—50 прострелов и более на 1 пог. м).

Для перфорации гидрогеологических скважин используются пулевые (типа АПХ-98, ПБ2-100) и кумулятивные перфораторы (типа ПК, ПН, ПКС и КПР). Возможно также применение гидропескоструйной и торпедной перфорации. Особенно широкое применение находит перфорация при освоении скважин на подземные воды глубоких структурных горизонтов и в нефтепромысловой гидрогеологии. Эффективное применение торпедирования и перфорации скважин невозможно без тщательного изучения геолого-литологического разреза и гидрогеологических условий.

В благоприятных условиях торпедирование скважин и их перфорация приводят к увеличению первоначального дебита скважин в 2—3 раза.

Кислотная обработка фильтров скважин и водоносного пласта. К кислотной обработке фильтров прибегают для восстановления дебита скважин, снизившегося в результате выпадения из воды осадков, закупоривающих проходные отверстия сеток фильтров и цементирующих прилегающие к фильтру породы. Для этой цели используют растворяющие осадки химические реагенты (соляную, серную и плавиковую кислоты и их смеси). Реагенты выбирают с учетом состава кольматирующих фильтры отложений, состава пород, материала и типа фильтров и т. д. (6, 13).

Солянокислотная обработка может применяться для скважин в рыхлых и трещиноватых породах, оборудованных фильтрами любых конструкций, не разрушающихся от действия соляной кислоты. Для обработки фильтров и призабойной зоны скважин применяют обычно раствор ингибированной соляной кислоты 10—15%-ной концентрации (при расходе ее от 0,1—0,5 до 1—1,5 м3 на 1 м длины водоприемной части скважины). Кислоту заливают в скважину и продавливают в призабойную зону. Она растворяет образования, закупоривающие фильтр (гидраты окиси железа, углекислый кальций и магний и др.), а также реагирует с породами призабойной зоны и пласта; растворяя заполняющие поры, трещины и каналы карбонатные и илистые образования, кислота расширяет их, поэтому кислотную обработку используют как для улучшения проницаемости фильтров и призабойной зоны, так и для повышения проницаемости водоносного пласта (особенно карбонатных отложе: ний). Эффект обработки зависит от глубины проникновения кислоты в пласт и времени ее реагирования с осадками, образовавшимися на фильтрах и породами.

Эффективность кислотной обработки скважин и пласта может быть повышена за счет герметизации скважин после заливки и продавливания в них кислоты, повторения кислотной обработки после интенсивной прокачки скважин, предварительного проведения других профилактических мероприятий (чистки, прокачки и т. п.).

Для обработки призабойных зон некарбонатных коллекторов применяют смесь соляной и плавиковой кислот, хорошо растворяющую глинистые материалы и частично силикаты. В слабопроницаемых доломитах и мергелях более эффективна термокислотная обработка (с нагревом кислоты за счет экзотермических реакций со специально загружаемыми в скважину реагентами).

В благоприятных условиях (трещиноватые карбонатные пласты) кислотная обработка пласта и фильтров обеспечивает увеличение дебита скважин в 2—5 раз. Известны случаи увеличения первоначального дебита скважин в 8—10 и более раз.

Гидравлический разрыв пласта.Этот метод сводится тс повышению проницаемости пород в призабойной зоне скважин за счет расширения и раскрытия, ранее существовавших в пласте трещин и образования, новых под действием нагнетаемой через скважины под давлением жидкости. Сначала скважина соответствующим образом герметизируется (в устьевой ее части или у верхней границы подлежащего разрыву пласта) затем закачивается жидкость под давлением, обеспечивающим гидравлический разрыв пород продуктивного пласта. Для предотвращения смыкания трещин разрыва после закачки в пласт вместе с жидкостью (вода, нефть) вводится крупнозернистый песок — 200—500 кг/м3, который способствует сохранению достигнутой в результате раскрытия и образования трещин проницаемости пласта и благоприятных условий для притока жидкости к скважинам. Схема образования трещин при гидравлическом разрыве пласта приведена на рис. 53.

Рис 53. Схема образования горизонтальной трещины при гидровлическом разрыве пласта: 1 – пакер; 2 – непроницаемые подошвы пласта; 4 – разгружающий пласт; 5 – горизонтальная скважина.

Рис. 54. Схема вакуум-скважины в напорном водоносном горизонте.

Гидравлический разрыв слабопроницаемых пластов является универсальным методом увеличения их проницаемости, так как может применяться в самых разнообразных геологических условиях. Он широко используется для повышения производительности нефтяных и газовых скважин, а также для увеличения приемистости поглощающих и нагнетательных скважин. У этого метода большие перспективы. Он может применяться при освоении месторождений глубоких минеральных, промышленных и термальных подземных вод, где он еще не нашел широкого практического применения.

Вакуумирование скважин. Вакуумирование вызывает интенсивный приток жидкости к скважинам, так как устраняет атмосферное противодавление и вызывает соответствующее повышение напора в призабойной зоне вакуумированных скважин (рис. 54).

Для вакуумирования нижняя часть скважины изолируется от атмосферного воздействия тампоном (рис. 54) или эксплуатационная скважина оборудуется дополнительным, периодически включающимся вакуум-насосом, поддерживающим определенное разрежение в устьевой ее части, также изолированной от атмосферы тампоном. Вакуумирование скважины нередко обеспечивает приращение напора (отрезок bс на рис. 54) на 8—8,5 м и увеличение дебита как бы за счет дополнительного понижения, равного по величине приращению напора, вызываемого вакуумированием.

Рис. 55. Прочистка фильтра с помощью эрлифта при параллельном расположении водоподъемных и воздушных труб: 1 — воздушные трубы; 2 — обсадные трубы; 3 — форсунка; 4 — водоподъемные трубы; 5 — сальник; 6 — фильтр; 7 — минеральные осадки.

Наиболее эффективно вакуумирование при эксплуатации напорных вод. Оно применяется и при эксплуатации грунтовых вод, особенно если они перекрыты с поверхности относительно слабопроницаемыми для воздуха породами.

Разработка скважин. Определенное увеличение дебита скважин может быть обеспечено разработкой их в процессе освоения интенсивными и пульсирующими откачками, прокачками, нагнетаниями. Сущность этих мероприятий сводится к созданию в призабойной зоне осваиваемых скважин высоких градиентов и скоростей фильтрации, которые способствуют очистке фильтра, а также пор и трещин призабойной зоны от шлама, рыхлого песчано-глинистого материала, глинистого раствора и существенно улучшают условия притока воды к скважине. Указанными методами можно пользоваться при освоении скважин, вскрывающих подземные воды в трещиноватых и закарстованных породах, а также в зернистых коллекторах. Для повышения эффективности разработки скважин применяют чередование откачки с промывкой, а также с наливами и нагнетаниями. В слабоводообильных породах скважины разрабатывают тартанием и свабированием.

При освоении скважин большого диаметра, проходимых роторным способом и оборудуемых гравийными фильтрами, целесообразны поинтервальные прокачки, создающие благоприятные условия для формирования естественного фильтра, ликвидирующие вынос песка, улучшающие проницаемость призабойной зоны и увеличивающие дебит скважины по сравнению с длительными опытно-эксплуатационными откачками на 5—10%.

Механическая прочистка фильтров. Для ликвидации последствий механической и химической кольматации фильтров гидрогеологических скважин и восстановления утраченной водопропускной способности их применяется механическая прочистка: а) с помощью поршневых и простых желонок, б) обратной промывкой скважин, в) с помощью эрлифтных установок, г) специальными ершами, д) гидравлическими ударами и вакуумированием.

Наиболее надежные результаты обеспечиваются при прочистке фильтров обратной промывкой скважин и с помощью эрлифта. Перспективно также комбинирование различных способов прочистки фильтров.

При обратной промывке скважин вода, нагнетаемая насосом, подается в зазор между обсадными трубами, и водоподъемной трубой, пропущенной в центре. Через водоподъемную трубу вода выносит размываемый песок и кольматирующие фильтр частицы. Эрлифтная откачка эффективно чистит фильтры из любых материалов без какого-либо их повреждения (рис. 55).

Для удаления осадков с внутренней стороны фильтров приме­няют специальные ерши, опускаемые в скважину на штангах или тросах. Для более качественной прочистки фильтра через штанги подается под большим давлением вода, обеспечивающая промывку прочищаемых ершом участков фильтра.

Прочистка проходных отверстий фильтра от механической закупорки проводится также гидравлическими ударами специальными поршнями с манжетами и клапаном с последующим созданием в скважине вакуума. Для увеличения массы поршня на него навинчивается ударный патрон. При быстром погружении на тросе такого снаряда в скважину через столб воды передается давление на забой и стенки фильтра, которое и приводит к частичному освобождению проходных отверстий от песчаного и другого заполнения. При дальнейшем погружении поршня клапан открывается и пропускает воду. Резкий подъем поршня создает в скважине вакуум, под действием которого подземная вода из пласта с большей скоростью устремляется в скважину и частично вымывает песчаные н другие частицы, кольматирующие фильтр и призабойную зону.

В США применяется способ, при котором гидравлический удар возникает от сбрасывания в скважину калиброванной металлической болванки.

Интересными и заслуживающими внимания своеобразными приемами искусственного увеличения производительности водозаборных скважин являются методы сооружения многозабойных и бесфильтровых скважин, а также способы эксплуатации скважин в условиях поддержания пластового давления.

Сооружение многозабойных скважин целесообразно для эксплуатации подземных вод трещинно-карстовых массивов, характеризующихся существенной фильтрационной неоднородностью. В таких условиях из основного ствола скважины с помощью специальных переводников бурятся вспомогательные скважины с различными азимутами отклонения (рис. 56), образующими водоприемную часть многозабойной скважины и обеспечивающими увеличение ее дебита в несколько раз.

Выбирать место заложения многозабойной скважины и бурить вспомогательные скважины следует с учетом пространственных закономерностей развития трещиноватости и закарстованности водоносных отложений, выявляемых разведочными работами.

Успешный опыт бурения многозабойных скважин в карбонатных породах на Урале указывает на большие перспективы подобных водозаборов в условиях развития трещиноватых и закарстованных карбонатных пород.

Рис. 56.Схема многозабойной скважины

Своеобразным методом увеличения водообильности скважин на подземные воды песчаных водоносных горизонтов является устройство бесфильтровых скважин, в которых при интенсивной проработке их откачками за счет выноса песка создаются водоприемные пустоты в виде достаточно обширных полостей — воронок, обеспечивающие существенное увеличение дебита по сравнению с фильтровыми скважинами. Особенно эффективно сооружение таких скважин при эксплуатации напорных подземных вод в мелко- и тонкозернистых песчаных отложениях. Фильтровые скважины в таких условиях не обеспечивают длительной эксплуатации скважин со значительными дебитами. Дебит бесфильтровых скважин на водоносные горизонты мелкозернистых песчаных отложений в Белоруссии составляет обычно 1000—2000 м3/сут и более, в то время как производительность фильтровых скважин в аналогичных условиях в 4—5 раз ниже. Таким образом, применение бесфильтровых скважин увеличивает возможности отбора подземных вод из песчаных горизонтов, уменьшает затраты на их разведку сооружение водозаборов и их эксплуатацию и является весьма перспективным направлением в практике использования ресурсов подземных вод.

Поддержание пластового давления при эксплуатации подземных вод практикуется пока очень редко (Мангышлак, Краснодарский край), хотя при разработке нефтяных месторождений этот способ является одним из основных. Закачка воды в продуктивные пласты обеспечивает стабильные условия эксплуатации скважин, возможность более интенсифицированного отбора подземных вод, увеличивает срок действия водозаборных сооружений и более полную сработку естественных запасов глубоких водоносных горизонтов. Жидкость для поддержания пластового давления в продуктивном пласте можно закачивать как непосредственно на участке водозабора (или поблизости от него), так и за контуром распространения подземных вод кондиционного состава. В первом случае предъявляются жесткие требования к качеству воды, используемой для закачки в продуктивный пласт, и требуется прогнозная одейка качества отбираемых вод в процессе эксплуатации водозабора; во втором — возможна закачка в пласт вод некондиционного состава (в том числе морских) и прогнозная оценка качества воды не обязательна (если она не вызывается другими факторами). Представляется, что в перспективе способ эксплуатации скважин в условиях поддержания пластового давления может найти более широкое применение при промышленном освоении месторождений подземных вод, имеющих напорный характер и глубокое залегание. В заключение следует отметить, что все мероприятия по увеличению, и восстановлению водообильности скважин должны быть увязаны с действующими положениями по охране и рациональному использованию ресурсов подземных вод.

ЛИТЕРАТУРА

1.Материалы XXVсъезда КПСС. М., Политиздат, 1976, 256 с.

2.Алексеев В. С., Боголюбов К. С., Никольская Е. А. Отечественный и зарубежный опыт искусственного пополнения запасов подземных вод. — Сб., «Итоги науки и техники». Сер. «Гидрогеология, инженерная геология», т. 3. М., 1974, с. 5—148.

3.Бочевер Ф. М., Орадовская А. Е. Гидрогеологическое обоснование защиты подземных вод и водозаборов от загрязнений. М., «Недра», 1972, с. 129.

4.Глазунов И. С. Методические рекомендации по технико-экономическому обоснованию рациональных схем скважинных водозаборов при разведке подземных вод. М., «Недра», 1973, 129 с.

5.Глазунов И. С, Роговская Н. В. Методы гидрогеологических исследований и расчетов для обоснования магазинирования пресных вод. М., 1968, 137 с.

6.Госстрй СССР. СНиП 11-31—74. Водоснабжение. Наружные сети и сооружения. М., Стройиздат, 1975, 150 с.

7.Колбасов О. С. Водное законодательство в СССР. М., «Юридическая литература», 1972, 216 с.

8.Ловля С. А. Взрывные работы в водозаборных скважинах. М., «Недра»,. 1971,14 с.

9.Минкин Е. Л. Гидрогеологические расчеты для выделения зон санитарной охраны водозаборов подземных вод. М., «Недра», 1967, 124 с.

10.Минкин Е. Л. Исследования и прогнозные расчеты для охраны подземных вод. М., «Недра», 1972, 112 с.

11.Плотников Н. А., Сычев К. И. Оценка эксплуатационных запасов подземных вод с искусственным их восполнением. М., «Недра», 1976, 154 с.

12.Плотников Н. И. Эксплуатационная разведка подземных вод. М., «Недра», 1973, 296 с.

13.Справочное руководство гидрогеолога. Изд. 2-е, т. 2. М. — Л., «Недра», 1967, 360 с.

14.Сычев К. И. Гидрогеологическое обоснование искусственного пополнения запасов подземных вод (методические рекомендации). М., 1975, 100 с.