Реферат: Месторождения подземных вод в изолированных пластах и в пластовых системах

Наиболее наглядно их можно охарактеризовать на примере водоносных систем крупных артезианских бассейнов платформенного типа. Здесь используются преимущественно межпластовые водоносные горизонты (грунтовые воды часто подвержены существенному загрязнению, а малая мощность и невысокие фильтрационные свойства водовмещающих отложений затрудняют создание сколько-нибудь крупных централизованных водозаборов).

Месторождения локализуются в пределах мощности зоны пресных вод (зоны интенсивного водообмена) - обычно в пределах 100-300 м; однако, бывает 500-700 м, а в отдельных случаях до 1000 м и более. В Подмосковье (юго-западная часть Московского артезианского бассейна) используется 7-9 межпластовых горизонтов в разрезе каменноугольных карбонатных отложений.

Основные, характеристические особенности гидрогеологических условий формирования эксплуатационных запасов:

- выраженное пластовое строение водоносной системы, т.е. чередование в разрезе проницаемых (водоносных) и слабопроницаемых (разделяющих) пластов,

- региональное распространение пластов, относительная устойчивость их мощности и литолого-фациальных характеристик (в основном, морские условия седиментации),

- определяющая роль процессов перетекания как в естественных условиях (вспомним схему Мятиева-Гиринского - формирование подземного стока в пластовых разрезах), так и (тем более!) при эксплуатации водозаборов - за счет искусственно создаваемых вертикальных градиентов напора между водоносными пластами.

Однако, роль процессов перетекания существенно различна в пределах артезианской структуры - как в плане, так и по глубине. В региональном гидрогеодинамическом плане в артезианском бассейне можно выделить:

а) краевая зона, для которой характерно неглубокое залегание продуктивных горизонтов; проницаемость разделяющих слоев относительно высока из-за слабой консолидированности, опесчаненности (мелководные, прибрежные условия седиментации) и воздействия современных и древних экзогенных процессов при небольших глубинах залегания; достаточно тесная связь с гидрометеорологическими факторами,

б) внутренняя зона, характеризующаяся уже достаточно глубоким погружением водоносных горизонтов; ей свойственны значительная мощность и высокая степень консолидации водоносных и слабопроницаемых слоев, постепенное затруднение водообмена; возникают проблемы с химическим составом подземных вод (вертикальная гидрогеохимическая зональность).

Основные черты фильтрационных схем месторождений подземных вод в пластовых системах артезианских бассейнов

РЕЖИМ ФИЛЬТРАЦИИ ВО ВРЕМЕНИ - в общем случае, нестационарный, так как перетекание между слоями - длительно развивающийся процесс. Принципиально возможно существование (в течение реального расчетного срока эксплуатации) самых разнообразных случаев: от существенного нестационара до длительного ложностационарного или истинно стационарного режима.

ПРОСТРАНСТВЕННАЯ СТРУКТУРА ПОТОКА также зависит от степени проявления перетекания. Во "внутренней" зоне взаимодействие горизонтов практически малозначимо, поэтому допустимо применение плановой или даже одномерной (радиальной) расчетной структуры течения к водозабору. В "краевой" зоне нужно учитывать притоки из смежных горизонтов, поэтому в общем случае здесь следует применять трехмерную структуру, но при выполнении предпосылок перетекания () возможно использование плоско-пространственной структуры течения: плановое, двумерное течение в водоносных горизонтах и одномерное, линейное течение в разделяющих слоях (по нормали к напластованию). Использование плоско-пространственной расчетной структуры существенно облегчает ситуацию: становятся возможными аналитические расчеты, да и моделирование заметно проще, чем для "истинно" трехмерных моделей.

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРОГЕОДИНАМИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ - в силу литолого-фациальной устойчивости осадочных платформенных толщ часто можно применять схемы однородных (квазиоднородных) пластов. Однако, области депрессии от водозаборов обычно очень большие (упругая водоотдача, большие радиусы влияния), поэтому все же следует быть готовым к проявлению более или менее значительной неоднородности по все параметрам.

Какие параметры работают? Проводимость и водоотдача всех взаимодействующих горизонтов (параметры разделяющих слоев, пожалуй, правильнее относить к описанию граничных условий).

ГРАНИЧНЫЕ УСЛОВИЯ - в плане водоносную систему для расчетов чаще всего можно считать (временно) неограниченной (хотя в частных случаях это вовсе не факт). Основное значение имеют граничные условия в разрезе; здесь возможны два принципиально разных варианта:

а) изолированный пласт

б) взаимодействующие пласты (перетекание через кровлю и/или подошву основного пласта).

Изолированный пласт

Эта схема нередко применяется для МПВ во "внутренней" зоне артезианских структур.

Единственный источник формирования ЭЗ - естественные запасы эксплуатируемого пласта (упругие! т.е. порядок водоотдачи ~ 10-4 ). Очень слабый источник, нужны огромные воронки...

Например, при = 1 тыс.куб.м/сут (совсем немного!) за 10 тыс.суток извлекается 107 куб.м воды. Соответственно необходимый объем депрессионной воронки 107/ ≈ 1011 куб.м. При среднем понижении 10 м (очень много!) площадь воронки 1010 кв.м, т.е. ее радиус превышает 50 км! Скорее всего, это нереальная цифра: в природе на таких расстояниях неизбежно случится какая-то смена условий, подключатся другие источники формирования ЭЗ. Тем не менее, несмотря на явную условность такого расчета, можно сделать вывод о региональном характере депрессионных воронок при значительной изолированности водоносных пластов в разрезе.

Основные параметры для этой схемы: проводимость и упругая водоотдача основного пласта - определяются практически только с помощью ОФО.

Нестационарный режим на любой расчетный срок; радиальная или простая плановая структура.

Подсчет запасов:

а) Для компактных водозаборов (одиночные скважины, кольцевые батареи, небольшие площадные группы скважин):

здесь - радиус скважины или радиус "большого колодца", заменяющего расчетную водозаборную систему, - пьезопроводность основного пласта.

Очень быстро в водозаборе устанавливается квазистационарный режим:

б) Для крупных площадных систем - решения строятся по принципу взаимодействия, т.е. сложением.

--> ЧИТАТЬ ПОЛНОСТЬЮ <--