Методы разведки и оценки подземных вод

Большое значение в развитии разных отраслей народного хозяйства имеет бесперебойное водоснабжение. Подземные воды и поиск месторождений подземных вод играют в этом существенную роль. Из всех видов подземных водных источников, распространенных в гидрогеосфере, можно выделить четыре группы: пресные, промышленные, термальные, минеральные.

Для них применяются общие методы разведки месторождений подземных вод и технология бурения скважин на воду.

Общий поиск

Разведывательные работы по поиску подземных вод проводятся:

• для оценки эксплуатационной возможности определенных регионов и общих перспектив;
• определения эксплуатационной возможности района в условиях конкретного пользователя действующих или проектируемых объектов.

На основании проведенных работ оценивается:

• характеристика общих гидрогеологических условий региона, общих условий формирования эксплуатационных и естественных запасов источников;
• продуктивные водоносные горизонты и перспективные площади;
• предварительная количественная оценка источников водоснабжения, прогноз эксплуатационных запасов;
• постановка дальнейших исследований.

Для хорошо изученных районов, особенно если там есть опыт эксплуатации подземных источников, региональная оценка эксплуатационного запаса воды выполняется по степени достоверности категории С2 (реже С1). Эти результаты принимаются как обоснование последующей предварительной разведки. Детальный поиск подземных вод в таком случае не проводится.

Детальный поиск

На площадях, признанных на стадии общих поисков перспективными, как заключительный этап этого вида работ проводятся деталь ные поиски. Их целью является поиск месторождений подземных вод промышленного вида и примерная оценка эксплуатационных запа-сов подземных вод. В этот же период выбирают конкретные участки для проведения предварительной разведки.

Детальный поиск выполняется посредством комплекса геолого-гидрогеологических работ. Как метод работы может использоваться гидрогеологическая съемка. Масштаб и объем съемочных работ зависит от степени сложности района, его гидрогеологической и геологической изученности, потребности в воде, опыта эксплуатации подземных вод и т. п. На площадях с предполагаемым наличием подземных источников речных долин или напорных вод конусов выноса, в съемочные работы включают геоморфологическую съемку.

При поиске подземных вод одним из основных методов определения их месторождений являются геофизические исследования. Их главное условие – выполнение площадных геофизических работ до начала проходки гидрогеологических скважин. Результаты геофизической разведки направляют и корректируют план размещения картировочных и поисковых скважин. Для увеличения дос-товерности исследований в некоторых случаях на месте поиска подземных вод появляется необходимость проводить бурение скважин: опорных и параметрических.

Самым надежным способом поиска крупных месторождений пресных вод является бурение гидрогеологических скважин. Это по-зволит по фактическим данным определить контур перспективной площади, выбрать продуктивный водоносный горизонт для изучений. Проведение буровых работ на изучаемом участке требует комплекса гидрогеологических исследований на каждой скважине.

При составлении прогнозной оценки перспективной площади немалое значение имеют гидрогеологические данные, полученные по пробуренным раньше скважинам, дренажным устройствам или действующим водозаборам. Сведения об эксплуатации существующих водозаборов и дренажных устройств могут быть приняты за основу для проведения прогнозной оценки местных эксплуатационных запасов подземных вод по поисковой площади в целом.

В завершении детального этапа поиска подземных вод проводят камеральную обработку материалов полевых гидрогеологических исследований и составляют отчет. В итоге перспективные участки должны быть оконтурены, дается прогнозная оценка на этих участках эксплуатационных запасов подземных вод и определяется их качество, устанавливается экономическая целесообразность дальнейшего изучения вод и перспективных участков, экономическая целесообразность этого изучения.

Методы разведки подземных вод

После того как проведен поиск подземных вод и дана положительная прогнозная оценка перспективным участкам, проводится разведка месторождения подземных вод. Она обычно состоит их трех стадий: предварительной, детальной и эксплуатационной.

Предварительная разведка

Предварительная разведка имеет особое значение в общей технологической схеме поисково-разведочных работ. На этом этапе выполняется ряд сложных задач:

• изучение особенностей гидрогеологических условий выдвинутых под разведку перспективных участков и особенностей их геологического строения;
• количественная и качественная оценка источников формирования запасов подземных вод на территории предварительной разведки;
• уточнение гидрогеологических параметров на разведочном участке месторождения подземных вод, определение метода оценки разведанных запасов и обоснование расчетной схемы;
• обоснование самой рациональной схемы устройства водозаборных узлов для имеющихся технико-экономических и гидрогеологических условий;
• предварительная прогнозная оценка влияния отбора подземных вод на окружающую среду;
• определение общего объема и оценка эксплуатационных запасов подземных вод в пределах территории разведочного участка.

В процессе предварительной разведки подземных вод выявляются общие размеры месторождения, предварительные условия его промышленной отработки и возможность покрытия заявленной потребности в воде.

Детальная разведка

На стадии детальной разведки гидрогеологические работы проводят только на участках, названных наиболее рациональными для промышленного использования по данным предварительной разведки.

На участках, где планируется строительство водозаборных узлов, эксплуатационные запасы подземных источников должны быть разведаны с точностью, позволяющей подсчитать запасы на ближайший период с учетом заданного количества воды по категориям С1, В, С.?На перспективу выявляются запасы с оценкой не ниже категории С1.

Все эти данные необходимы для обоснования проекта при проектировании ВЗУ из подземных источников и являются основной задачей гидрогеологических работ во время детальной разведки.

Кроме этого, необходимо изучение инженерно-геологических условий площади разведки:

• протекающих в районе месторождений подземных вод естественных гидродинамических процессов: оползней, обвалов, просадочности грунтов, мерзлотных явлений и т. п.;
• категории буримости горной породы, вскрываемой водозаборной скважиной, характером ее устойчивости в скважине и т. п.

Необходимость решения этих задач определяет методы ведения гидрогеологических изысканий на этапе детальной разведки.

Эксплуатационная разведка

После детальной разведки изучение месторождений подземных вод целесообразно продолжить исследованиями на стадии промышленного освоения. Для этого в период эксплуатации вод на уже действующих водозаборных узлах проводят эксплуатационную разведку. Основные задачи, которые выполняются на этом этапе:

• стационарный надзор на водозаборном участке за режимом эксплуатации вод, т. е. допустимое понижение уровня вод и дебит водозаборных скважин;
• изучаются условия формирования депрессионной воронки вод на территории влияния водозаборного сооружения;
• исследуются изменения качества воды в разрезе годового и многолетнего использования;
• уточняются гидрогеологические параметры продуктивного водоносного горизонта;
• регулярно переоцениваются эксплуатационные запасы подземных вод с возможным переводом их в более высокую категорию;
• изучаются техногенные процессы, которые могут оказывать отрицательное действие на окружающую среду для планирования защитных мероприятий;
• с целью уточнения технического состояния проводится диагностика эксплуатационных скважин и фильтров;
• проводится дополнительное исследование флангов месторождений для приращения на водозаборном участке эксплуатационных запасов. Это делается для перспективного обеспечения потребностей в воде;
• определяется возможность искусственного пополнения эксплуатационных запасов для защиты водного пласта от истощения, повышения производительности каптажного сооружения и улучшения качества воды;
• проводится сравнительная оценка данных разведки и показателей эксплуатации для анализа и использования информации в совершенствовании методов разведки месторождений, которые находятся в аналогичных условиях.

Оценка источников водоснабжения

Несмотря на огромные запасы воды, находящиеся на земном шаре, из них всего лишь 1?% пригоден для хозяйственно-питьевого водоснабжения. Основная масса водных ресурсов планеты имеет высокую концентрацию солей. Поэтому, планируя строительство во-дозаборных узлов, большое значение уделяют такому вопросу, как оценка источников водоснабжения.

Правильный выбор водного источника для каждого объекта основывается на тщательном изучении и анализе водных ресурсов территории, на которой находится объект. От источника и его расположения в большой степени зависит устройство водозаборных узлов и технология бурения скважин на воду. Это влияет на стоимость строительства системы, ее эксплуатации.

Оценка естественных ресурсов

Естественными ресурсами или динамическими запасами называют расход подземных вод через поперечное сечение водоносного пласта.

Объем гравитационной воды водовмещающих пород в зонах колебаний уровня отдельно выделяют в безнапорных водоносных горизонтах.

При оценке водных источников в напорных горизонтах выделяется объем гравитационной воды, способный извлекаться при сни-жении уровня благодаря упругим свойствам воды и горных пород. Этот объем называют упругими запасами.

В разведочной гидрогеологии для характеристики эксплуатационных возможностей месторождения проводится оценка эксплуатаци-онных запасов подземных вод. Вместе с этим большое значение имеют естественные ресурсы и естественные запасы, когда они являются на водозаборном участке основными в формировании эксплуатационных запасов.

Методы оценки водных источников

Существует несколько методов оценки источников водоснабжения. Все они успешно используются при определении естественных ресурсов в региональном масштабе и при исследованиях отдельных водозаборных участков.

К гидродинамическим относятся методы:

• изучения режима подземных вод;
• расчета расхода потока в поперечном сечении;
• расчета питания путем перетекания подземных вод сквозь слабопроницаемые пласты.

Основной недостаток гидродинамического метода оценки источников водоснабжения заключается в невозможности определить многолетнюю изменчивость параметров подземного стока, а также расчетов среднемноголетних значений.

Балансово-гидродинамические методы:

• решение уравнения водного баланса на локальных участках;
• определение разности расхода рек по гидромеханическим постам, которые расположены ниже и выше разведочного участка;
• изучение родниковых стоков подземных вод по результатам гидродинамических измерений;
• генетическое расчленение гидрографов.

Региональную оценку естественных ресурсов обычно проводят на значительных территориях для получения суммарной и средней характеристики общих ресурсов.

Полученные результаты оценки водоисточников применяют:

• при составлении схем комплексного использования источников на крупных площадях;
• для оценки роли подземных стоков в общем водном балансе;
• для перспективного планирования их использования;
• для региональной оценки разных геолого-геохимических процессов.

Естественные запасы подземных источников, не имеющих пополнения ресурсов путем инфильтрации поверхностных вод, опреде-ляются при проектировании ВЗУ из подземных источников для выявления степени обеспеченности эксплуатационного отбора. При такой оценке источников водоснабжения суммарное значение естественных запасов является нижним пределом эксплуатационных запасов разведочного участка.

На грунтовых и аллювиальных отложениях широких речных долин, при разбуренном специальном поперечном профиле потока, целесообразно использовать методы разведки месторождений, определяющие неоднородность фильтрующих свойств пород и значения уклона потока. Для этого составляется фильтрационный профиль речной долины и выделяются отдельные фильтрационные блоки с разными показателями коэффициента фильтрации водоносных пород.

Материал подготовлен специалистами компании ГК «Семиречье»

Подземные и поверхностные источники водоснабжения: виды и особенности использования

Вода – самое ценное природное сырье

Для добычи питьевой воды и подачи её потребителям используются поверхностные и подземные воды как источник водоснабжения. К каждому из водозаборов предъявляются определенные требования в зависимости от вида источника, качества и состава живительной влаги, содержащейся в нем.

Системы водоподачи могут быть как самыми простыми, состоящими только из водоподъемного устройства и одного трубопровода, так и весьма сложными, включающими в себя оборудование для водоподготовки, накопители, разветвленную сеть труб и другие элементы. Поэтому выбор источника водоснабжения в каждом случае требует взвешенного анализа всех возможных вариантов для определения самого экономичного и надежного из них.

Поверхностные источники

К ним относятся средние и большие реки, озера, водохранилища, дебит которых является достаточным для удовлетворения потребности в воде конкретного объекта. При выборе такого источника учитываются и возможности увеличения водопотребления в связи с ростом объекта (например, города или села), и сезонные колебания расхода.

Реки – надежные источники воды для городов

Поэтому, если поверхностный источник водоснабжения полностью промерзает зимой либо пересыхает летом, он не может считаться надежным. В этом случае ищут другие варианты — или, если их нет, устраивают водохранилища.

Качество воды в поверхностных источниках

Вода в реках и озерах содержит в себе множество примесей разного происхождения:

• Минеральные примеси – это взвешенные частицы ила, песка и глины, а также растворенные соли железа и других металлов;
• Органические примеси – это вещества животного и растительного происхождения, в том числе гниющие и разлагающиеся;
• Бактерии и другие микроорганизмы, являющиеся возбудителями болезней.

Качество воды в разных источниках отличается

Причем оценка качества поверхностных источников водоснабжения показывает, что количество и соотношение примесей в речных и озерных водах различно. Солей в речной воде обычно немного, она отличается мягкостью, но из-за потокового характера в ней содержится больше взвешенных частиц, чем в озерной. Особенно в весенний период во время паводка.

Санитарное же качество воды в любых поверхностных источниках, то есть, содержание в ней органических примесей и бактерий, зависит от нескольких факторов:

Обратите внимание. Изменения качественного состава воды могут быть очень резкими и внезапными, поэтому контролировать его нужно постоянно и регулярно.

Водоснабжение из рек и озер

Поверхностная вода как источник водоснабжения используется в основном для централизованных сетей, снабжающих большие населенные пункты и города.

Это экономически и технически обосновано по следующим причинам:

• Запас воды в реках, озерах и водохранилищах огромен и значительно превосходит объем подземных вод, доступных для добычи;
• Вода из этих водоемов доступна для забора;
• Дебит практически не меняется и остается постоянным вне зависимости от количества забранной воды;
• Невысокая степень минерализации позволяет долго эксплуатировать сложные системы водоснабжения без отложения солей в трубах.

Но низкое качество такой воды, её загрязненность стоками от канализационных сетей, сбросами промышленных объектов и атмосферными осадками вынуждает применять к ней многоступенчатую очистку.

Ступени водоподготовки	Описание
На первом этапе вода отстаивается и проходит через фильтры, задерживающие взвешенные нерастворенные частицы.
	На втором этапе воду очищают от растворенных в ней вредных примесей.
	Третий этап – уничтожение болезнетворных бактерий и микроорганизмов путем различных способов обеззараживания.

Такие водоочистные системы весьма дорогостоящие и сложные в обслуживании. Кроме того, водоснабжение из поверхностных источников требует организации вокруг водозабора охранной зоны, в которой запрещается любая хозяйственная деятельность, строительство и ограничивается доступ посторонних лиц.

Граница охранной зоны

Затраты на все эти мероприятия, включая подачу воды потребителю под постоянным напором, обходятся очень дорого. Поэтому для автономного снабжения одного дома или маленького поселка, лучше использовать в качестве источника питьевой воды скважины и колодцы.

Система водоснабжения из поверхностного источника с очистными сооружениями и насосными станциями

Для справки. Водоснабжение небольших объектов из рек и озер тоже возможно, но оно чаще используется для полива, производственных и хозяйственных нужд, и потому не требует тщательной очистки воды.

Подземные источники

К подземным источникам относятся воды, залегающие в водоносных слоях под землей. Это вода, выпадающая в виде атмосферных осадков на землю и просачивающаяся сквозь неё.

Проникая вглубь, она заполняет все пустоты в водоносных пластах до уровня глины, гранита или другой непроницаемой для воды породы.

Виды подземных источников и качество воды в них

В зависимости от уровня залегания они делятся на несколько категорий:

• Верховодка или почвенная вода сплошного водоносного слоя не образует. Она скапливается в углублениях рельефа, образованных водонепроницаемыми грунтами, и в верхних слоях почвы. Глубина её залегания небольшая, летом в период долгой засухи верховодка может исчезать, поэтому колодцы для её добычи часто пересыхают. Используют такую воду только для полива и технических нужд, так как она содержит много механических примесей и опасных загрязнений, попадающих в неё из поверхностных стоков и самой почвы.

Верховодка скапливается в любых углублениях, в том числе и рукотворных, как на фото

• Грунтовые воды образуют сплошной водоносный слой в песчаном грунте над первым водонепроницаемым пластом, состоящим, как правило, из глины. Просачиваясь сквозь песок, они фильтруются, избавляясь от большей части загрязнений, присутствующих в верховодке, и становятся пригодными для питьевого водоснабжения. Водозаборы, добывающие грунтовую воду, это колодцы и так называемые скважины «на песок». Уровень воды в них всегда совпадает с уровнем водоносного слоя и может подниматься и опускаться в зависимости от сезона и интенсивности осадков.

Схема залегания грунтовых вод

Это важно! Прежде чем пускать воду из колодца в питьевой водопровод, необходимо сделать её анализ. При повышенном содержании в ней посторонних примесей может потребоваться дополнительная фильтрация и обеззараживание.

• Артезианские воды – самые чистые, так как залегают на большой глубине между пластами водонепроницаемых пород. Они находятся под давлением, поэтому в скважине уровень воды поднимается выше уровня водоносного горизонта. А если давление очень высокое, то она бьет фонтаном. Такой воде требуется очистка только от растворенных в ней солей, в обеззараживании она не нуждается.

Артезианская вода залегает на глубине от 100 метров

К подземным источникам можно отнести и ключи, которые бывают нисходящими и восходящими. Первые выходят на поверхность земли на склонах гор и оврагов в местах обнажения водоносных слоев.

Вторые бьют из земли из напорных артезианских пластов.

Водоснабжение из подземных источников

Для добычи подземных вод используют колодцы и скважины, оборудованные водоподъемными устройствами – ручными, механическими, автоматическими.

Колодцы и скважины на песок небольшой глубины используют для автономного водоснабжения частных домов. Их можно сооружать своими руками, для этого не нужны никакие разрешительные документы.

Автономные системы водоснабжения из таких источников отличаются от централизованных простой схемой доставки воды к потребителю, отсутствием разветвленных трубопроводных сетей и водоочистной станции. Хотя большинство частных домовладельцев все же устанавливают на питьевом водопроводе фильтры грубой и тонкой очистки.

Бытовая система водоподготовки

Артезианские воды относятся к ценным природным ресурсам, поэтому их добыча регламентируется. Для сооружения артезианской скважины необходимо разрешение природоохранных служб и соблюдение предписаний по организации и обслуживанию водоохраной зоны.

Кроме того, бурение таких скважин обходится дорого, поэтому их редко используют для водоснабжения одного дома. Чаще они обслуживают целые поселки или жилые кварталы.

Для бурения артезианских скважин требуется специальная техника

Требования к подземному источнику воды

Чтобы решить, какой из подземных источников будет питать водой загородный дом или другой объект, нужно понимать, что он должен отвечать определенным требованиям.

• Без перебоев обеспечивать нужный объем воды независимо от сезона и других факторов, влияющих на дебет источника.
• Обладать мощностью, достаточной для сохранения экологической системы местности независимо от объема потребляемой воды.
• Давать воду хорошего качества, соответствующего санитарно-эпидемиологическим нормам.
• Не требовать больших затрат на добычу, доставку и очистку воды.

Учитывая высокую стоимость сооружения и обустройства артезианских скважин, а также необходимость умягчения и обезжелезивания воды с использованием дорогого оборудования, чаще всего выбор делается в пользу грунтовых вод.

Вода должна быть хорошего качества, подаваться в нужном объеме и с нормальным напором

Инструкция требует обязательного их анализа на предмет соответствия санитарно-гигиеническим требованиям. Но даже при необходимости водоочистки итоговая стоимость колодца или песчаной скважины получается гораздо ниже.

Заключение

Видео в этой статье расскажет об особенностях автономного водоснабжения частного дома.

Но первоначальная задача любого застройщика, желающего провести в него воду, изучить все местные источники водоснабжения поверхностные и подземные, и решить, какой из них выбрать. От правильного решения зависит комфорт и здоровье всех домочадцев на долгие годы вперед.