Статья: Хозяйственно-питьевое водоснабжение

Понятие "месторождение" для пресных подземных вод почти лишено абсолютного смысла, поскольку они распространены практически повсеместно. Оно используется довольно произвольно - главным образом, в учетных целях, для географической привязки участков оценки или эксплуатации подземных вод. Поэтому можно упрощенно определить месторождение подземных вод (далее МПВ) как участок, в пределах которого по совокупности ряда причин предлагается построить (или уже построен) водозабор. Объективности ради надо отметить, что большинство этих причин имеет "гидрогеологический характер": более высокие фильтрационные свойства водовмещающих пород по сравнению с окружающими площадями, оптимальное положение по отношению к гидрогеодинамическим границам, оптимально близкое положение по отношению к водопотребителю, наиболее благоприятные условия для сохранения качества воды при длительной работе водозабора и т.д.

ОЦЕНКА: на этой стадии работ, как правило, предпринимается некоторый комплекс полевых работ, целью которого является получение необходимых параметрических характеристик для ориентировочного (обычно балансового) подсчета - достаточно ли предварительно выявленного в результате поисков месторождения для удовлетворения заявленной потребности или следует расширить область поисков для выявления дополнительных участков (или самостоятельных месторождений).

РАЗВЕДКА: основная (по смыслу и по материальным и интеллектуальным затратам) стадия ПРР. В ее рамках реализуется самый широкий комплекс полевых гидрогеологических исследований в сответствии с особенностями гидрогеологического строения разведуемого МПВ. Цели работ на этой стадии:

- уточнение контура месторождения (точнее, площади, в пределах которой действуют, по мнению исполнителя, основные балансообразующие механизмы, обеспечивающие дебит будущего водозабора),

- получение достаточного комплекса гидрогеодинамических параметров, обеспечивающего адекватную балансовую, фильтрационную и миграционную схематизацию площади месторождения,

- обоснование выбора "водозаборного участка" (это локальная площадь "внутри" месторождения, где наиболее выгодно расположить водозахватные устройства),

- детальное изучение площади "водозаборного участка" для обоснования количества, конструкции и схемы размещения водозахватных устройств,

- окончательный подсчет ЭЗ, т.е. выполнение системы расчетов, обосновывающих возможность получения заявленной производительности с помощью предлагаемой схемы и конструкции водозабора (при соблюдении заданных ограничений по режиму эксплуатации).

Далее отчет о ПРР проходит процедуру защиты (с экспертизой на территориальном или федеральном уровне); протокол утверждения подсчета эксплуатационных запасов является основанием для выполнения проектирования водозаборного сооружения, его строительства и передачи в эксплуатацию.

Эксплуатация водозаборного сооружения в течение расчетного срока рассматривается в организационном смысле как очередная стадия разведочных работ - ОСВОЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ (эксплуатационная разведка). Методически работы на этой стадии заключаются в осуществлении многолетних наблюдений на специально организованной системе мониторинга действующего МПВ; целью исследований является пересчет ЭЗ (т.е. оптимизация системы водоотбора) на основе опыта эксплуатации водозаборного сооружения.

Надо понимать, что изложенная логическая схема стадийной организации ПРР (примерно так она закреплена и в действующих инструктивных документах) является в определенной мере идеальной и в полном виде выполняется редко. Для большинства регионов отсутствуют пригодные к практическому использованию данные региональных оценок; огромное количество действующих водозаборов работают "на неутвержденных запасах", т.е. не имеют должного гидрогеодинамического и гидрогеохимического обоснования. Следует также иметь в виду, что по мере появления новых данных (в первую очередь - параметрических) на любой стадии работ гидрогеолог постоянно должен выполнять комплекс доступных расчетов, позволяющих корректировать содержание и направленность текущих исследований.

Вернемся теперь к общей постановке задачи оценки эксплуатационных запасов подземных вод. По определению, к эксплуатационным запасам может быть отнесено только то количество воды, при отборе которого выполняется ряд исходных условий (ограничений). Эти условия таковы:

- водозаборное сооружение должно быть рациональным в геологическом и технико-экономическом отношении;

- понижение уровней подземных вод в водозаборных скважинах не должно превышать допустимой величины;

- водозабор должен рассчитываться на определенный срок непрерывной работы;

- качество воды (с учетом возможной водоподготовки) в течение всего срока работы водозабора должно отвечать нормативам для хозяйственно-питьевого водоснабжения;

- экологические последствия водоотбора должны быть минимальными (точнее, допустимыми, приемлемыми).

Рассмотрим подробнее смысл и содержание этих условий.

Из курса "Инженерные сооружения" студентам уже известны основные типы водозаборов подземных вод и их принципиальное устройство. В нашем курсе всегда будем предполагать, что водозабор устроен из вертикальных скважин с насосным водоподъемом (эта система технологически наиболее разработана и широко применяется во всем мире). Необходимыми элементами схемы такого водозабора (рис.1.1) являются: а) собственно водозаборные скважины (станции I подъема), б) сборный водовод в пределах водозаборного участка, в) сооружения водоподготовки и регулирования подачи воды, г) магистральный водовод к объекту водоснабжения (со станциями II, III ... подъемов для поддержания энергии потока).

Рис.1

РАЦИОНАЛЬНЫЙ ВОДОЗАБОР предполагает минимум затрат:

- Капитальные затраты (стоимость сооружения) - в основном, определяются длиной магистрального водовода (от водозабора до объекта водоснабжения); в меньшей степени - количеством скважин, их глубиной и конструкцией.

- Эксплуатационные затраты (стоимость эксплуатации) включают:

1) энергозатраты на I подъем, поэтому важно количество скважин и глубина динамического (пониженного) уровня;

2) затраты на водоподготовку, зависящие от суммарного дебита и необходимых технологий водоподготовки;

3) энергозатраты на перегон воды по магистральному водоводу (II, III ... подъемы), зависят от длины водовода, рельефа по его трассе и суммарного дебита.

Видно, что рациональный водозабор должен быть расположен как можно ближе к водопотребителю и содержать минимальное количество эксплуатационных скважин.

Минимизация количества скважин достигается за счет максимальной нагрузки на каждую из них. От чего зависит возможный дебит скважин? Например, при квазистационарном режиме в неограниченном изолированном пласте

т.е. максимальный дебит достигается при расположении скважины в области с наиболее высокой проводимостью пласта и, напротив, низкими величинами уровне(пьезо)проводности (т.е. при высокой водоотдаче). Кроме того, имеет значение и радиус фильтра скважины , поэтому в практике строительства водозаборных скважин применяют различные методы увеличения проницаемости прифильтровой зоны - простреливание, торпедирование, гидроразрыв, соляно-кислотная обработка и т.п., чтобы увеличить расчетный радиус .