Что подарить маме арт постер.

ВОДОЗАБОРЫ В РЕЧНЫХ ДОЛИНАХ

Back

Водозаборы в речных долинах, именуемые часто береговыми или инфильтрационными, являются наиболее распространенными. Это обус­ловлено, с одной стороны, их приближенностью к потребителю, так как населенные пункты чаще всего исторически закладывались в долинах рек, а с другой стороны, что более важно, высокой водообильностью как аллю­виальных, так и взаимосвязанных с ними коренных отложений. Высокая производительность и перспективность инфильтрационных водозаборов определяется рядом причин.

1.         Высокими коллекторскими свойствами пород. Аллювиальные отложения или полностью (в горных районах), или в нижней части (ба- зальный горизонт и русловые фации) слагаются гравийно-галечниковыми й песчаными фракциями с высокой (> 0,1—0,2) водоотдачей. Подстилаю­щие аллювий коренные отложения обладают повышенной трещинова- тостью и закарстованностью по сравнению с междуречными простран­ствами.

2.         Приближенностью к водозабору дополнительных источников вос­полнения подземных вод — привлекаемых из реки ресурсов, что также создает благоприятные условия для искусственного пополнения запасов подземных вод.

3.         Дренированием долинами всех или большей части водоносных гори­зонтов, развитых в регионе, что обеспечивает перехват значительной части формирующихся в районе пресных подземных вод.

4.         Повышенным инфильтрационным питанием подземных вод аллю­вия за счет поглощения склонового стока с междуречий. Это особенно существенно в районах, где водораздельные пространства сложены слабо­проницаемыми отложениями. В этом случае подземные воды аллювиаль­ных отложений являются более пресными по сравнению с подземными во­дами междуречий, в пределах которых могут быть и солоноватые воды.

5.         Неглубоким залеганием подземных вод, что делает недорогим поис­ки, разведку и эксплуатацию подземных вод. Кроме того, в естественных условиях при неглубоком залегании подземных вод значительная часть подземных вод расходуется на испарение. При снижении уровней подзем­ных вод в процессе их эксплуатации происходит увеличение питания под­земных вод за счет снятия испарения.

Эксплуатация подземных вод в речных долинах имеет ряд недостатков:

1)         подверженность подземных вод разного рода загрязнениям как со стороны реки, так и с поверхности земли;

2)         ухудшение в процессе эксплуатации фильтрационных свойств водоносного горизонта и степени гидравлической связи поверхностных и

подземных вод за счет кольматации пор в долинах рек с высоким твер­дым стоком (мутностью воды);

3)         уменьшение речного стока, который нередко строго учтен в водо­хозяйственных балансах регионов с дефицитом водных ресурсов, а также нанесение ущерба растительности;

4)         возможность ухудшения качества воды во времени за счет осуше­ния болот, подтягивания соленых вод снизу или сбоку;

5)         выведением из оборота иногда значительных площадей ценных сельскохозяйственных земель в связи с созданием зон санитарной охраны в районах водозаборов. Это особенно существенно в долинах с маломощ­ными аллювиальными отложениями, когда в силу слабой разработанности техники и отсутствия должного опыта создания лучевых водозаборов и водосборных галерей в сочетании с искусственным восполнением запасов подземных вод водозаборы растягиваются вдоль реки на многие ки­лометры.

Основными источниками формирования эксплуатационных запасов подземных вод в речных долинах являются прежде всего привлекаемые речные воды и в меньшей степени естественные ресурсы подземных вод.

В отдельных случаях запасы подземных вод формируются за счет пери­одической сработки емкости водоносного горизонта. Однако в различ­ных гидрогеологических и климатических условиях соотношение этих источников и пополнение запасов подземных вод в отдельные сезоны года могут существенно изменяться. По степени гидравлической связи поверх­ностных и подземных вод месторождения подземных вод в речных доли­нах могут быть подразделены на четыре типа.

1.         С совершенной или несколько затрудненной, но постоянной гидрав­лической связью. Это возможно в том случае, когда расход реки посто­янно больше производительности водозабора и в течение всего года сох­раняется подпертый режим фильтрации, т. е. уровни грунтовых вод не от­рываются от уровня реки, и поэтому поверхностные воды являются ос­новным источником формирования эксплуатационных запасов подзем­ных вод.

2.         С затрудненной и периодически нарушающейся гидравлической связью. В этом случае подпертый режим фильтрации может существовать лишь при определенных условиях в зависимости от соотношения разме­ров водоотбора и пропускной способности ложа реки. Расход реки может быть постоянно выше производительности водозабора, но совершенная гидравлическая связь поверхностных и подземных вод имеет место лишь во время паводков, когда заливается пойма. В межень вследствие затруд­ненности степени гидравлической связи наблюдается отрыв уровней под­земных вод от поверхностных, но сохраняется постоянное подпитывание подземных вод поверхностными в форме дождевания. В эти периоды эксплуатационные запасы подземных вод складываются также из сработ­ки естественных запасов подземных вод (емкости горизонта), перехвата подземного стока и дождевания из реки. Такие условия чаще всего наблю­даются в долинах, где основной эксплуатационный водоносный горизонт.

приуроченный к коренным отложениям, отделен от реки другим менее проницаемым горизонтом (аллювиальным).

3.         С совершенной, но кратковременной гидравлической связью. В этом случае в силу пересыхания или перемерзания реки питание'подземных вод поверхностными осуществляется лишь во время паводка, иногда всего в течение двух-трех месяцев, т. е. до момента пересыхания или только в течение теплого периода года (при перемерзании реки). Эксплуатацион­ные запасы подземных вод в это время формируются за счет поглощения паводкового стока, периодической сработки естественных запасов и час­тично перехвата подземного стока.

4.         Гидравлическая связь поверхностных и подземных вод практически отсутствует. Такие месторождения в речных долинах приурочены к аллю­вию переуглубленных долин, изолированных от современного аллювия слаёопроницаемыми отложениями. В естественнных условиях влияние реки на подземные воды таких долин проявляется главным образом за счет передачи давления паводковых вод, что позволяет отнести такой ре­жим к приречному типу. Однако в условиях эксплуатации взаимосвязь поверхностных и подземных вод весьма затруднена и осуществляется в основном за счет изменения перетекания, а также по гидрогеологическим (гидравлическим) окнам и зонетрещиноватости в бортах долин.

Специфические задачи изучения режима подземных вод в районах во­дозаборов в речных долинах с учетом вышеотмеченных особенностей формирования запасов подземных вод следующие:

1.         Установление степени гидравлической связи эксплуатируемого во­доносного горизонта с рекой, особеннсоти изменения этой связи в раз­ные сезоны года, а также оценка возможности нарушения такой связи в процессе эксплуатации.

2.         Изучение режима" восполнения запасов подземных вод в зависимос­ти от режима поверхностных вод. Установление гарантированных з$ мно­голетие продолжительностей периодов питания и соответственно периодов сработки запасов подземных вод при отсутствии или резком сокращении восполнения из реки в отдельные маловодные периоды.

3.         Оценка естественного питания подземных вод, как минимально гарантированной величины восполнения запасов подземных вод при от­сутствии восполнения изреки.

4.         Изучение закономерностей чередования мало- и многоводных серий, как основы для оптимизации водоотбора подземных вод.

5.         Оценка измерений речного стока, т. е. определение влияния водоот­бора на размеры поверхностного стока и характер его внутригодового распределения.

6.         Установление и уточнение расчетных параметров по данным наблю­дений за режимом подземных вод, корректура изменения расчетных пара­метров в процессе эксплуатации.

7.         Составление и уточнение в процессе работы водозабора прогнозов изменений качества подземных вод.

8.         Оценка эффективности искусственного пополнения запасов подзем­ных вод в целях управления этим процессом.

9. Изучение особенностей гидрологического режима на участке водоза­бора, способных изменить степень гидравлической связи поверхностных и подземных вод — смещение уреза реки по сезонам года и за многолетие, подрезание берегов или формирование пляжей, изменение профиля дна реки, образование различных ледовых явлений (зажоры, заторы, перемер- заяие береговой линии), изменение качества речных вод, изменение вос­полнения при зарегулировании поверхностного стока и при эксплуатации.

Эксплуатационные скважины на водозаборах инфильтрационного типа ввиду линейного характера источника восполнения закладываются также в виде линейных рядов, состоящих чаще всего из одного, реже двух (с обеих сторон реки) и очень редко — из трех рядов.

Наблюдательная сеть на таких водозаборах размещается в соответст­вии с перечисленными выше задачами и расчетными схемами, принятыми для оценки запасов подземных вод. В соответствии с четырьмя типами взаимосвязи поверхностных и подземных вод наиболее употребительны четыре основные схемы размещения наблюдательной сети.

Первая расчетная схема — водозабор расположен на участке с заве­домо четкой связью поверхностных и подземных вод, где отрыв уровней невозможен.

В таких условиях воронка депрессии очень быстро стабилизируется и расход водозабора в значительной степени обеспечивается подтоком по­верхностных вод из реки. Режим подземных вод в районе таких водозабо­ров целиком определяется режимами поверхностных вод и эксплуатации. Организация стационарных наблюдений целесообразна лишь тогда, когда ставится задача переоценки запасов подземных вод или имеется угроза того, что подток загрязненных вод может резко ухудшить качество экс­плуатируемых подземных вод.

Для оценки скорости подтока загрязненных вод, изучения процесса их очистки и своевременного предупреждения о продвижении фронта таких вод к водозабору необходимо заложить два взаимно перпендику­лярных створа скважин (рис. 2, а), также минимум с тремя скважинами в каждом из них. Первая скважина закладывается в центре линейного ряда водозабора, вторая — на расстоянии / от центра водозабора по направ­лению к реке (с расстояниями между скважинами 1/2 /) третья - вблизи уреза реки, где / — расстояние водозабора до реки. Скважины, закладыва­емые на линии водозаборного ряда, приурочиваются как к высокодебит- ным, так и к низкодебитным.

При наличии резкой фильтрационной неоднородности вдоль ряда соответственно закладываются как минимум два перпендикулярных к ре­ке створа (от высоко- и низкодебитных скважин). Это позволит оценить экстремальные условия изменчивости возможных понижений уровня и качества воды во времени. При сравнительно однородных условиях мож­но ограничиться одним створом от наиболее высокодебитной скважины. При ограниченной ширине аллювия этот створ следует продлить на одну- две скважины в сторону коренного склона на расстояниях / и 21.

Скважины второго створа закладываются следующим образом (см. рис. 2, а): первая (скв. 4 на схеме) располагается около последней экс-

 

ШЯр

 

 

 

 

 

 

 

Ul, nn* E^J ЕЕЭ« Ш/ Ш, Е?.!/

Е23« ЕЗ» а вз» ED» ЕН«

Рис. 2. Схемы размещения наблюдательной сети в районах водозаборов в условиях:

а — подпертого режима фильтрации из реки; б — в — возможного отрыва уровней подземных вод от раки; г — непостоянного поверхностного стока; д — в — искусст­венного восполнения из одного или двух инфильтрационных бассейнов; ж — линз пресных вод; з — закарстованных территорий; и — замкнутых структур. 1 — эксплу­атационные скважины; 2 — наблюдательные скважины; 3 — гидрометрический пост; 4 — линия водораздела; 5 — источник; 6 — контур слабопроницеемых отложений; 7 — направление течения реки; 8 — граница раздела пресных и соленых вод; 9 — гра­ница влияния водозабора; 10 — пьезометрическая поверхность; 11 — уровань грун­товых вод; 12 — инфильтрационный бассейн; 13 — скважина с фильтром; 14 — сла­бопроницаемые породы; 15 — водонасыщенные породы. Римскими цифреми даны номера створов

плуатационной скважины; скважины 5 и 6 данного створа могут быть размещены на расстоянии 1/3(к - L) и 2/3(у - L), где L - половина длины водозабора Зона влияния водозабора у оценивается по номограм­мам Е.Л. Минкина (рис. 3).

Единичный расход потока грунтовых вод q, необходимый для таких оценок, определяется по номограмме, по карте гидроизогипс (формуле Дюпюи) или по данным детальных гидрологических наблюдений за при­ростом расхода реки на участке водозабора.

Рис. 3. Номограмма E.J1. Минкина для определения зоны влияний водозабора при потоке, направленном к реке. Цифры при кривых — значения г/1

y/L

 

О t m—-JLt-WT- II I ,1 I, J 5 Ю !5фяд/)

Специфические особенности в размещении наблюдательной сети на во­дозаборах первого типа (в долинах рек) вносят сложность гидрохимичес­кой обстановки, что характерно для водозаборов на реках среднеазиатс­кого типа. В зоне влияния водозабора, заложенного у реки, питающей грунтовые воды, и с глубиной и по вертикали наблюдается постепенное увеличение минерализации подземных вод. Для оценки скорости и разме­ров возможного подтока снизу сильно минерализованных вод к водоза­бору в центральной части воронки депрессии проектируются два-три куста наблюдательных скважин с ярусно расположенными фильтрами по две джважины в каждом кусте, а в центре воронки — три скважины в кусте.

Для оценки скорости и размеров возможного подтока сильноминера­лизованных вод к водозабору по потоку наблюдательная сеть закладыва­ется вблизи контура соленых вод. Для береговых водозаборов в долинах рек среднеазиатского типа помимо потока минерализованных вод важна также оценка степени кольматации водоносного горизонта, так как во время паводков мутность рек резко возрастает.

Вторая расчетная схема - водозабор расположен в долинах рек второго типа, где тесная гидравлическая связь омечается лишь во время паводков, когда происходит полное восстановление запасов подземных вод, сработанных в период межени. Режим уровней подземных вод соот­ветственно имеет четкий сезонный характер с резкими подъемами в паво­док и снижениями нередко до предельно допустимых понижений к пред- паводочному периоду. Наблюдения за режимом в .таких случаях чрезвы­чайно важны, так как они позволяют и прогнозировать возможную крити­ческую сработку запасов подземных вод и управлять режимом водоот­бора или искусственным восполнением, чтобы недопустить перепониже­ния уровней.

Наблюдательные скважины размещаются здесь аналогично водозабо­рам в долинах первого типа, но с обязательным продолжением основного поперечного створз за реку. Это делается в тех случаях, когда по предва­рительным оценкам можно ожидать отрыва уровней подземных вод от реки. За рекой необходимо заложить минимум одну, но лучше две наблю­

дательные скважины, которые позволят и уточнить наличие отрыва и рас­считать величину дождевания.

В нешироких долинах, когда воронка депрессии в меженный период достигает бортов долины, наблюдательные скважины размещаются вкрест всей долины (см. рис. 2, б) минимум по две скважины на каждом луче от центра до бортов долины. Если долина вложена в менее проницаемые, но обводненные отложения, дополнительно закладывается по одной сква­жине в коренные породы. Продольный (вдоль долины) ряд также целе­сообразно продлить в обе стороны от водозабора минимум по две сква­жины на расстояниях 0,5/ и / от крайних скважин ряда.

Если основной водоносный горизонт приурочен к трещиноватым отло­жениям с трещиноватостью, развитой вдоль долин (например, как на во­дозаборах Северодонецкого типа), наблюдательные скважины заклады­ваются поперек всей зоны повышенной трещиноватости, а также дубли­руются на вышележащий аллювиальный горизонт, гидравлически связан­ный с эксплуатируемым. На водозаборах большой протяженности попе­речных створов делается несколько. Во всех случаях крайние скважины на продольных створах наблюдательных скважин закладываются за пре­делами воронки депрессии — в естественных условиях.

Третья расчетная схема — водозабор расположен в долинах третье го типа с периодически пересыхающими или перемерзающими водотока­ми, где восполнение запасов подземных вод кратковременно и поэтому полное восстановление уровней возможно не каждый год. В ряде районов такие многоводные годы, способные полностью восполнить сработанные запасы подземных вод, повторяются через каждые 2, 6, 9 лет. В резуль­тате режим работы водозабора имеет как четко выраженный Сезонный, так и многолетний характер. Как правило, данный тип месторождений подземных вод приурочен к небольшим рекам с маломощным аллювием. В целях более полной сработки емкости такого водоносного горизонта в период отсутствия питания из реки эксплуатационные скважины заклады­ваются в виде двух-трех линейных рядов значительной протяженности. Напряженность режима восполнения диктует здесь необходимость учиты­вать детально роль всех составляющих формирования эксплуатационных запасов подземных вод: закономерностей сезонного и многолетнего пог­лощения поверхностного стока, естественного инфильтрационного питания подземных вод атмосферными осадками, перехват подземного стока со стороны водоразделов, снятие испарения, возможную периодическую сработку естественных запасов подземных вод горизонта, т. е. его емкос­ти. Наблюдательная сеть в таких условиях должна быть достаточно плот­ной, особенно если принять во внимание фильтрационную неоднородность и изменчивость мощностей горизонта в плане, а также площадной харак­тер эксплуатации. В задачу наблюдений здесь входит не только изучение режима восполнения, но и определение оптимального режима эксплуата­ции. Наблюдательная сеть закладывается в виде серии поперечных через долины створов с размещением наблюдательных скважин в центре каждого из створов эксплуатационных скважин, между ними, а также между край­ними рядами и бортом долины. Если борта долины сложены проницае­

мыми отложениями, то в них также закладываются по одной скважине вблизи границы с аллювиальными отложениями. Вверх и вниз по долине от водозабора в пределах воронки депрессии целесообразно заложить также по два поперечных створа с тремя скважинами в каждом — у реки и в центре между рекой и бортами долины (см. рис. 2, г). Во всех случаях, когда врез долины существенно несовершенен и в силу этого возможны искажения потока вблизи реки, целесообразно заложение этажных пьезо­метров в зоне возможных искажений, особенно в условиях часто встре­чаемой резкой по вертикали фильтрационной неоднородности строения аллювия (см. рис. 2, в). При наличии искусственных водоемов (инфиль- трационных бассейнов) для восполнения запасов подземных вод наблю­дательная сеть закладывается створами в направлении от водозабора к бассейнам с минимум тремя скважинами в створе. Одна из них вблизи бассейна, вторая — между бассейном и водозабором. Третья скважина закладывается за бассейном (см. рис. 2, д, е) и служит для изучения воз­можного отрыва уровней от дна бассейна при их затоплении.

Четвертая расчетная схема — водозабор расположен в долинах четвертого типа, т. е. в переуглубленных долинах, где привлечение поверх­ностных вод к водозабору либо не существенно, либо вообще отсутст­вует. Основными источниками формирования эксплуатационных запасов подземных вод здесь являются естественные запасы (упругие на первом этапе и гравитационные на втором), а также естественные ресурсы, глав­ным образом перехват подземного стока из прорезаемых коренных отложений. При перекрытии эксплуатируемого горизонта сверху относи­тельно проницаемыми отложениями с гидрогеологическими окнами воз­можно перетекание подземных вод из вышележащих современных отло­жений. В этом случае режим уровней подземных вод имеет более четкий сезонный характер, чем при отсутствии перетекания, и здесь может быть заметен вклад поверхностных врд в структуру эксплуатационных за­пасов подземных вод. На месторождениях этого типа важно оценить воз­можное влияние разгружающихся в долинах минерализованных вод на качество подземных вод основного водоносного горизонта. Как известно, под долинами рек нередко встречается куполообразное залегание подзем­ных вод, которое особенно четко прослеживается вблизи переуглублен­ных долин. Эксплуатация подземных вод может интенсифицировать эту разгрузку.

Наблюдательная сеть в долинах четвертого типа также закладывается створами поперек и вдоль долины от центра ряда эксплуатационных сква­жин как в пределах самой долины, так и в обрамляющих ее бортах и ко­ренных отложениях, откуда возможен подток некондиционных по качест­ву подземных вод. При наличии гидрогеологических окон одна-две наблю­дательные скважину закладываются в их направлении.

Эксплуатация подземных вод переуглубленных долин обычно сопро­вождается эксплуатацией и вышезалегающих современных аллювиальных отложений, где создается своя наблюдательная сеть. Однако если в силу каких-либо причин (например, из -за загрязненности) такая эксплуатация не ведется, то при возможном перетекании подземных вод сверху наблю­

дательная сеть закладывается и в верхнем горизонте в виде поперечного и продольного профилей там, где взаимосвязь горизонтов наиболее ве­роятна.